УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ КОЖЕВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1996 года по МПК G01N27/12 C14B1/44 

Изобретение относится к кожевенному производству и может быть использовано при измерении влажности кож.

Известно устройство для определения влажности изделий, основанное на зависимости проводимости от влажности и представляющее собой датчик сопротивления в виде диэлектрической пластины, на поверхности которой расположены два электрода, каждый из которых образован рядом параллельных проводящих полосок, соединенных между собой, причем выходы этих электродов подключены ко входу измерителя сопротивлений [1]
Недостатком этого устройства при измерении влажности кожи является низкая точность, обусловленная тем, что устройство реагирует на сопротивление поверхности кожи, которое в значительной степени зависит помимо влажности от качества кожи, технологических особенностей ее обработки и других причин.

Известно также устройство для измерения влажности, состоящее из датчика, образованного двумя иглами, и измерителя сопротивления, подключенного к нему [2]
Это устройство имеет более высокую точность, так как измеряет сопротивление, определяемое не поверхностным, а объемным сопротивлением кожи, которое в меньшей степени, чем поверхностное, зависит от технологических режимов обработки и качества кожи.

Однако и в этом случае остаются ошибки, вызванные неоднородностью характеристики кожи по ее толщине. Поэтому на двух образцах кожи с одинаковой влажностью сопротивление между иглами, погруженными в кожу на одинаковую глубину, будет различным.

Кроме того, кожа не является однородным материалом и имеет некоторую внутреннюю макроструктуру, обусловленную, в частности, волосяными фолликулами, которые образуются после удаления волоса. Поэтому электрофизические свойства кожи зависят от ориентации точек, между которыми проводят измерение относительно границ этой макроструктуры.

Таким образом, измерение сопротивления с помощью датчика из двух игл приводит к зависимости результатов от положения этих игл.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для определения физических свойств, например влажности кожевенных изделий, содержащее находящийся в соприкосновении с кожевенным изделием зонд с датчиками, соединенный выходами через узел преобразования и обработки сигналов со входами схемы индикации [3]
Недостатками известного устройства являются невысокие технологические возможности, поскольку оно не позволяет получить объективные данные о результатах измерения.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что преобразовательная схема и узел обработки информации включают генератор импульсов, два времяимпульсных преобразователя, два замыкающих переключателя, интегратор импульсов, первую и вторую схемы совпадения, два датчика импульсов, схема индикации составлена из двух цифровых индикаторов, а зонд с датчиками выполнен в виде двух групп пилообразных игольчатых электродов, причем выход генератора импульсов соединен с первыми входами схем совпадения, выходами связанных через соответствующие счетчики импульсов со входами первого и второго цифровых индикаторов, выход зонда с датчиками связан через первый замыкающий преобразователь и первый преобразователь со вторым входом первой схемы совпадения, а через второй замыкающий переключатель, интегратор импульсов и второй преобразователь со вторым входом второй схемы совпадения.

На фиг. 1 представлена структурная блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2 изображена схема расположения игл на электродах зонда; на фиг. 3 развертка одного из электродов вдоль окружности, на которой он расположен; на фиг. 4 поперечное сечение зонда; на фиг. 5 представлена блок-схема электронной части данного устройства.

Устройство для определения влажности пористых материалов содержит зонд 1 с датчиками, преобразовательную схему 2, узел 3 обработки информации и схему 4 индикации.

Зонд 1 образован первым и вторым электродами 5 и 6, каждый из которых состоит из ряда игл 7, расположенных параллельно вдоль прямой линии, количество игл 7 и расстояние между ними одинаковы в обоих электродах 5 и 6.

Иглы 7 пропущены перпендикулярно поверхности ограничителя 8, представляющего пластину из диэлектрика, и зафиксированы в нем. Длины игл 7 (расстояние между их концами и поверхностью ограничителя 8) изменяются так, что концы игл в каждом электроде расположены вдоль двух отрезков прямых, наклоненных по отношению к поверхности ограничителя 8, причем наклон соответствующего отрезка прямой на электроде 5 равен по величине и противоположен по знаку, аналогичному отрезку на электроде 6. Длины игл 7 в электроде 5 изменяются, например, по следующему закону:
h A0,1+0,9 T а в электроде 6 по закону
h A0,9-0,1 T где L длина иглы, Х расстояние иглы от середины электрода 5 или 6, А параметр, А 0,8+L, L ширина между электродами 5, 6, Т толщина кожи.

Кроме этого, возможен еще один вариант конструкции зонда 1. Зонд 1 образован первым и вторым электродами 5 и 6, каждый из которых образован параллельными иглами 7, пропущенными через ограничитель 8 из диэлектрика перпендикулярно к нему, в каждом электроде 5 и 6 иглы расположены равномерно вдоль окружности, длины игл 7 (расстояние от их концов до ограничителя 8) изменяются линейно от минимального значения до максимального и обратно так, что они имеют пилообразную зависимость от центрального угла между отсчетным направлением и направлением на соответствующую иглу 7, на окружности укладывается три периода этой зависимости: окружности, на которых расположены иглы 7 электродов 5 и 6, соответственно являются концентрическими, соответствующие иглы 7 электродов 5 и 6 расположены на одном радиусе, причем максимум пилообразной зависимости в электроде 5 расположен напротив минимума в электроде 6. Иглы 7 закреплены в ограничителе 8 с возможностью предельного перемещения (узел фиксации игл 7 в ограничителе 8 представляет собой систему стопоров, является хорошо известным из других технических решений и на фиг. 2 не изображен). Иглы 7 при измерении погружаются до ограничителя 8 в исследуемый образец кожи. Расстояние между электродами 5 и 6 должно быть меньше, чем толщина испытуемого образца кожи.

Устройство также содержит генератор 9 импульсов, время-импульсные преобразователи 10, 11, схемы 12, 13 совпадения, счетчики 14, 15 импульсов, интегратор 16 сигналов, цифровые индикаторы 17, 18 и замыкающие переключатели 19, 20. Интегратор 16 имеет перестраиваемое время интегрирования.

После включения устройство для определения влажности кожевенных изделий работает следующим образом.

Зонд 1 вкладывают в исследуемый образец кожи и к электродам 5 и 6 подводят напряжение. Так как иглы 7 выполнены из металла, то можно считать поверхность игл в электродах 5 и 6 эквипотенциальной. Полученный сигнал преобразуется в узле 2 и после обработки в схеме 3 индицируется на индикаторах схемы 4 индикации.

При исследовании авторами зависимости сопротивления между иглами 7 от влажности образцов кожи и от глубины погружения было установлено, что сопротивление между двумя иглами 7 одинаковой длины, погруженными одинаковым образом в образец кожи, зависит от глубины погружения, влажности кожи и технологических особенностей ее производства и качества, т.е. отражает влажность кожи с большой ошибкой.

При усреднении данных измерения сопротивления при различной глубине погружения игл 7 получается результат, который в основном зависит от влажности образца кожи, и существенно слабее, чем при измерении на одной глубине погружения. Другими словами, усреднение сопротивления по нескольким глубинам погружения игл 7 позволяет существенно увеличить точность измерения влажности.

При использовании в качестве электродов 5 и 6 игл 7 с различной длиной можно измерить усредненное по толщине образца кожи значение сопротивления, которое является усредненными по толщине и поверхности и связано, в основном, с влажностью образца кожи.

Таким образом, в образце кожи создается электрическое поле, под действием которого в нем протекают токи. Структура электрического поля такова, что оно имеет как составляющую, параллельную поверхности поля, так и составляющую, перпендикулярную к этой поверхности.

Следовательно, протекающие токи также имеют обе эти составляющие. При этом происходит как бы зондирование образца кожи параллельно его поверхности и перпендикулярно к нему. Это дает возможность усреднить сопротивления на различных топографических участках испытуемой кожи.

Устройство работает следующим образом. Перед началом работы счетчики 14, 15 импульсов и цифровых индикаторов 17, 18 устанавливают в исходное состояние (обнуляют), после чего устройство готово к действию. Рассмотрим режим текущего измерения влажности кожевенного изделия. Пусть переключатель 19 замкнут. При этом на вход схемы от зонда 1 с датчиками поступает напряжение, которое с помощью времяимпульсного преобразователя 10 преобразуется в электрический импульс. Длительность этого импульса прямо пропорциональна входному напряжению. В период действия импульса открыта схема 12 совпадения, и на вход счетчика 14 импульсов поступают импульсы стабильной частоты от генератора 9 импульсов. Состояние каждого триггера счетчика 14 соответствует разряду двоичного числа. При поступлении на вход счетчика 14 определенного числа импульсов за определенное время триггеры счетчика принимают определенные состояния, характеризующие число, пропорциональное входному напряжению, поступающему на узел 10. Полученный сигнал с выхода счетчика 14 импульсов поступает на цифровой индикатор 17. Проградуированный в единицах влажности данный узел 17 дает текущие значения результатов измерения влажности свойств кожи. Полученные данные можно подвергнуть статистической обработке для выявления тех или иных закономерностей.

Для получения средних оценок проведенных измерений за определенное время может быть использован другой канал электронной схемы на фиг. 5. При этом используется узел 16 интегрирования сигналов, на котором выявляется время интегрирования. В этом случае переключатель 20 следует замкнуть. При этом на вход схемы от зонда 1 с датчиками поступает напряжение, которое поступает на интегратор 16. В этом узле происходит за определенный временной интервал интегрирование напряжения, которое соответствует измеряемым значениям влажности кожи. С помощью времяимпульсного преобразователя 11 выходное напряжение интегратора 16 преобразуется в электрический импульс. Его длительность прямо пропорциональна входному напряжению узла 11. В период действия этого импульса открыта схема 13 совпадения и на вход счетчика 15 импульсов поступают импульсы стабильной частоты от генератора 9 импульсов. Состояние каждого триггера счетчика 15 соответствует разряду двоичного числа. При поступлении на вход счетчика 15 определенного числа импульсов триггеры счетчика принимают состояния, характеризующие число, пропорциональное напряжению, поступающему на вход узла 11. Полученный сигнал с выхода счетчика 15 импульсов поступает на проградуированный в единицах влажности цифровой индикатор 18, который регистрирует среднее значение влажности за определенное время.

Использование: в кожевенном производстве при измерении влажности кож. Сущность изобретения: устройство для определения влажности пористых материалов, например натуральной кожи, содержит зонд с датчиками, преобразовательную схему, узел обработки информации и схему индикации. Преобразовательная схема и узел обработки информации включает генератор импульсов, два времяимпульсных преобразователя, замыкающие переключатели, интегратор импульсов, схемы совпадения, счетчики импульсов. Схема индикации включает индикаторы. Зонд с датчиками выполнен в виде двух групп пилообразных игольчатых электродов. За счет указанной формы электродов и структуры устройства осуществляется усреднение сопротивления по нескольким глубинам погружения игл, что ведет к увеличению точности измерения влажности. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для определения влажности кожевенных материалов, содержащее зонд с датчиками, преобразовательную схему, узел обработки информации и схему индикации, отличающееся тем, что преобразовательная схема и узел обработки информации включают генератор импульсов, два времяимпульсных преобразователя, два замыкающих переключателя, интегратор импульсов, первую и вторую схемы совпадения, два счетчика импульсов, схема индикации составлена из двух цифровых индикаторов, а зонд с датчиками выполнен в виде двух групп игольчатых электродов, длина которых в каждой из групп изменяется по периодической пилообразной зависимости, смещенной одна относительно другой на половину ее периода, причем выход генератора импульсов соединен с первыми входами схем совпадения, выходами связанных через соответствующие счетчики импульсов с входами первого и второго цифровых индикаторов, выход зонда с датчиками связан через первый замыкающий переключатель и первый преобразователь с вторым входом первой схемы совпадения, а через второй замыкающий переключатель, интегратор импульсов и второй преобразователь с вторым входом второй схемы совпадения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что группы игольчатых электродов размещены на равном расстоянии одна от другой соответственно по внешнему и внутреннему периметрам кольцеобразной пластины из диэлектрика.