устройство контроля влажности

Классы МПК:G01N27/22 путем измерения электрической емкости 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Шапошников Владимир Викторович (RU),
Лебедев Александр Валентинович (RU),
Щербаков Виктор Николаевич (RU),
Гапонов Владимир Егорович (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-08-02
публикация патента:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного непрерывного контроля технологических процессов при эксплуатации маслонаполненных механизмов для сигнализации о критическом уровне содержания воды в энергетических маслах. Устройство содержит емкостный датчик (1), погружаемый в контролируемую среду, который состоит из двух пар коаксиальных цилиндрических электродов (2 и 3), одна из которых (2) заполнена маслом, не содержащим влагу. На первый электрод датчика (1) с генератора тестовых сигналов (5) подают прямоугольный электрический импульс. Отклики датчика (1), снимаемые со вторых (внешних) электродов, фиксируют при помощи пиковых детекторов (6 и 7), выходные сигналы которых подаются на дифференциальный усилитель (8). Выходной сигнал с дифференциального усилителя (8) подается на вход блока определения влажности (9). Этот блок (9) содержит компаратор (10), к одному из входов которого подключают источник опорного сигнала (11). Входной сигнал с блока определения влажности (9) поступает на микроконтроллерный блок (12), осуществляющий фильтрацию сигналов компаратора (10). При устойчивой генерации сигнала превышения уровня влагосодержания контролируемого масла, выходной каскад (13) переводится микроконтроллерным блоком (12) в состояние, сигнализирующее об этом. Изобретение обеспечивает расширение функциональных и эксплуатационных возможностей устройства, а именно упрощение технологии проведения измерений, повышение точности измерений, снижение вероятности влияния паразитных параметров цепей электродов на чувствительность измерительной схемы, а также возможность использования устройства в качестве сигнализатора критического уровня влагосодержания масла. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. устройство контроля влажности, патент № 2471178

устройство контроля влажности, патент № 2471178

Формула изобретения

1. Устройство контроля влажности, включающее погружаемый в контролируемую среду емкостный датчик, блок измерительного преобразователя, содержащий управляемый таймером генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к первому электроду емкостного датчика, пиковый детектор, дифференциальный усилитель, соединенный с выходом пикового детектора, и блок определения влажности, отличающееся тем, что оно снабжено микроконтроллерным блоком, дополнительным пиковым детектором, выходным каскадом, вход которого соединен с выходом микроконтроллерного блока, и источником опорного сигнала, при этом емкостный датчик выполнен в виде двух чувствительных элементов, один из которых заполнен маслом, не содержащим влагу, вторые электроды чувствительных элементов соединены с входами пиковых детекторов, а выход дифференциального усилителя соединен с входом блока определения влажности, оборудованным компаратором, к одному из входов которого подключен источник опорного сигнала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что чувствительные элементы выполнены в виде пар коаксиальных цилиндрических электродов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник опорного сигнала выполнен с возможностью регулирования.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного непрерывного контроля технологических процессов при эксплуатации маслонаполненных механизмов для сигнализации о критическом уровне содержания воды в масле.

Известно устройство для измерения влажности, описанное в патенте Российской Федерации № 2377552, G01N 27/22, опубл. 10.07.2009 г., в котором применяется электроимпульсный метод измерения электрической емкости чувствительного элемента, заполненного маслом. В устройстве используется два идентичных чувствительных элемента, представляющих собой плоскопараллельные конденсаторы, погруженные в масло, в нем применяется метод измерения разности откликов чувствительных элементов на воздействие прямоугольного электрического импульса, при этом в межэлектродном пространстве чувствительных элементов предварительно создается импульсное магнитное поле.

Недостатком данного устройства является то, что оно не может быть интегрировано в автоматизированную систему непрерывного контроля технологического процесса, так как требуется разработка дополнительных интерфейсных модулей для формирования сигналов, сигнализирующих о критическом значении контролируемого параметра, и то, что при установке чувствительных элементов с источниками магнитного поля в металлические конструкции неизбежно неконтролируемое изменение параметров магнитного поля, что приведет к неконтролируемому изменению чувствительности схемы и искажению результатов измерений.

Ближайшим техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для измерения влажности, описанное в свидетельстве на полезную модель Российской Федерации № 10464, G01N 27/22, опубл. 16.07.1999 г., включающее погружаемый в контролируемую среду, емкостный датчик, блок измерительного преобразователя, содержащий управляемый таймером генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к первому электроду емкостного датчика, пиковый детектор, дифференциальный усилитель, соединенный с выходом пикового детектора, и блок определения влажности.

К недостаткам данного устройства относится то, что для определения уровня влагосодержания различных масел требуется выполнение процедур калибровки, поскольку они отличаются диэлектрической проницаемостью; для повышения точности измерений необходима корректировка результатов в зависимости от температуры контролируемой среды; в составе устройства отсутствует блок формирования сигнала, сигнализирующий о критическом уровне влагосодержания; сигналы с электродов подаются при помощи эмиттерных повторителей сначала на дифференциальный усилитель, а потом на пиковый детектор, что может приводить к изменению чувствительности схемы в случае несовпадения во времени сигналов на входах дифференциального усилителя в результате влияния паразитных параметров в цепи электродов.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в расширении функциональных и эксплуатационных возможностей устройства, а именно в упрощении технологии проведения измерений, в повышении точности измерений, в снижении вероятности влияния паразитных параметров цепей электродов на чувствительность измерительной схемы, а также в возможности использования устройства в качестве сигнализатора критического уровня влагосодержания масла.

Технический результат заключается в исключении калибровки при изменении диэлектрической проницаемости контролируемой среды (масла) за счет измерения влагосодержания дифференциальным методом с помощью двух чувствительных элементов, заполненных маслом одного типа, при этом один чувствительный элемент заполнен маслом, находящимся в состоянии поставки (не содержащем влагу); в исключении влияния температурной зависимости за счет дифференциального метода измерения сигналов с двух чувствительных элементов, расположенных в непосредственной близости друг к другу и погруженных в контролируемую среду, что обеспечивает их термодинамическое равновесие; в изменении последовательности обработки сигналов измерительным блоком за счет другой компоновки схемы, при которой сигналы с электродов сначала подаются непосредственно на пиковые детекторы, а затем дифференциальным усилителем выделяется разность между ними; в формировании сигнала при превышении порогового значения влагосодержания, за счет применения компаратора с регулируемым порогом сравнения и микроконтроллерного блока.

Для достижения указанного технического результата устройство контроля влажности, включающее погружаемый в контролируемую среду емкостный датчик, блок измерительного преобразователя, содержащий управляемый таймером генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к первому электроду емкостного датчика, пиковый детектор, дифференциальный усилитель, соединенный с выходом пикового детектора, и блок определения влажности, согласно изобретению снабжено микроконтроллерным блоком, дополнительным пиковым детектором, выходным каскадом, вход которого соединен с выходом микроконтроллерного блока, и источником опорного сигнала, при этом емкостный датчик выполнен в виде двух чувствительных элементов, один из которых заполнен маслом, не содержащим влагу, вторые электроды чувствительных элементов соединены с входами пиковых детекторов, а выход дифференциального усилителя соединен со входом блока определения влажности, оборудованного компаратором, к одному из входов которого подключен источник опорного сигнала.

Кроме того, чувствительные элементы выполнены в виде пар коаксиальных цилиндрических электродов.

Кроме того, источник опорного сигнала выполнен с возможностью регулирования.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

В процессе поиска не выявлено технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого устройства, что позволяет сделать вывод о соответствии его условию «изобретательский уровень».

На чертеже представлена схема устройства контроля влажности.

Устройство содержит емкостный датчик 1, состоящий из двух чувствительных элементов 2 и 3, выполненных в виде пар коаксиальных цилиндрических электродов, измерительный блок 4, который включает в себя генератор 5, пиковые детекторы 6 и 7 и дифференциальный усилитель 8, блок определения влажности 9, состоящий из компаратора 10 и источника опорного сигнала 11, микроконтроллерный блок 12 и выходной каскад 13.

Устройство работает следующим образом.

Блок измерительного преобразователя 4 с датчиком 1 погружают в контролируемую среду. Перед установкой устройства чувствительный элемент 2 заполняют маслом, не содержащим влагу (в состоянии поставки), и закрывают герметизирующей крышкой. В процессе измерения на первый электрод датчика 1, роль которого играют гальванически связанные центральные электроды чувствительных элементов 2 и 3, с генератора тестовых сигналов 5, запускаемого микроконтроллерным блоком 12, подают прямоугольный электрический импульс. Отклики датчика 1, снимаемые со вторых (внешних) электродов, фиксируют при помощи пиковых детекторов 6 и 7, выходные сигналы которых подаются на дифференциальный усилитель 8, который выделяет и усиливает разность между сигналами. Выходной сигнал с дифференциального усилителя 8 подается на вход блока определения влажности 9, содержащего компаратор 10, к одному из входов которого подключают источник опорного сигнала 11, уровень выходного сигнала которого задается пользователем в процессе наладки устройства в зависимости от требуемого порога определения влагосодержания масла. Входной сигнал с блока определения влажности 9 поступает на микроконтроллерный блок 12, осуществляющий фильтрацию сигналов компаратора 10 с целью устранения возможного влияния электромагнитных помех. При устойчивой генерации сигнала превышения порога влагосодержания контролируемого масла, выходной каскад 13 переводится блоком 12 в состояние, сигнализирующее об этом. Описанный процесс повторяется непрерывно до тех пор, пока подано питающее напряжение.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что при использовании дифференциального метода измерений сигналов с двух чувствительных элементов, погруженных в объем масла, когда один из них заполнен тем же маслом в состоянии поставки, обеспечивается надежное определение установленного пользователем порога влагосодержания в предварительно подготовленных пробах, содержание воды в которых контролируется при помощи кулонометрического титратора. Также было установлено, что изменение температуры контролируемой среды не оказывает влияния на точность измерений. В течение всего цикла исследований не было обнаружено влияние электромагнитных помех на работу устройства, что подтверждает эффективность применяемой конструкции и схемных решений, а также использование микроконтроллерного блока, программное обеспечение которого реализует алгоритм фильтрации выходных сигналов блока определения влажности.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

устройство контроля влажности, воплощающее заявленное изобретение, при его осуществлении предназначено для непрерывного контроля порогового уровня содержания воды в энергетических маслах;

для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в формуле на изобретение, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов;

устройство контроля влажности, воплощенное в заявленном изобретении, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем достигаемого технического результата.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость».

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2471178

patent-2471178.pdf

Класс G01N27/22 путем измерения электрической емкости 

способ и устройство для определения доли адсорбированного вещества в адсорбирующем материале, применение устройства для определения или мониторинга степени насыщения адсорбирующего материала, а также применение устройства в качестве заменяемой вставки для поглощения влаги в технологическом приборе -  патент 2529237 (27.09.2014)
анализатор газожидкостного потока -  патент 2518855 (10.06.2014)
способ определения количества цемента в грунтоцементном материале конструкции -  патент 2513567 (20.04.2014)
способ и система управления компаундированием товарных бензинов -  патент 2498286 (10.11.2013)
способ неразрушающего контроля теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий -  патент 2497106 (27.10.2013)
емкостный способ определения неравномерности линейной плотности продуктов прядения -  патент 2496107 (20.10.2013)
способ определения водонасыщенности керна -  патент 2484453 (10.06.2013)
устройство и способ измерения содержания воды и концентрации соли в потоке многофазного флюида -  патент 2478943 (10.04.2013)
детектор воды -  патент 2476868 (27.02.2013)
способ мониторинга почвенной структуры -  патент 2469302 (10.12.2012)
Наверх