СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, ПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01N25/56 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения влажности преимущественно сыпучих диэлектрических материалов и продуктов в движущихся технологических потоках, и может быть использовано в химической и пищевой промышленности, в сельском хозяйстве, в деревообрабатывающей промышленности.

Известны трибоэлектрические способы и устройства определения влажности, основанные на измерении электростатического напряжения, возникающего при трении металлического электрода о поверхность материала. ///2 Однако способы имеют низкую точность из-за влияния температуры и влажности окружающей среды [1]. ///2 Кроме того, результат зависит от скорости движения материала в технологическом потоке (транспортер, бункер и др.).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ, заключающийся в том, что в материале перемещают два электрода с неодинаковыми трибоэлектрическими свойствами и измеряют возникающее между ними напряжение электростатического электричества. При этом перемещение обеспечивают вращением электродов [2] . В этом способе влияние температуры и влажности окружающей среды в значительной степени устраняется, так как измеряют напряжение между двумя электродами, на которые окружающая среда влияет одинаково. Зависимость результата от скорости движения материала в технологическом потоке устранена тем, что скорость электродов устанавливают в 10 - 12 раз больше скорости потока.

Однако этот способ недостаточно надежен, так как измерять напряжение между вращающимися электродами приходится через подвижные электрические контакты.

Цель изобретения - повышение надежности способа.

Цель достигается тем, что в известном способе определения влажности материалов и продуктов путем перемещения в них двух электродов с неодинаковыми трибоэлектрическими свойствами и измерения возникающего между ними электростатического напряжения, электроды перемещают возвратно-поступательно наложением вибраций.

Частоту вибраций выбирают из условия: линейная скорость перемещения электродов должна быть в 10 - 12 раз больше скорости движения перемещаемого продукта в технологическом потоке [2].

Отсюда получаем W ≥ 3V/h
где
W - частота вибраций;
V - скорость перемещения продукта, мм/с;
h - амплитуда колебаний, мм.

При выполнении указанного условия, результаты измерений влажности не будут зависеть от скорости движения потока.

Предпологаемый способ реализуется в устройстве для измерения влажности материалов и продуктов, содержащем два электрически изолированных друг от друга электрода с неодинаковыми трибоэлектрическими свойствами, отличающемся тем, что оно имеет электромеханический вибратор, а электроды закреплены через изолятор на якоре вибратора.

Устройство предназначено для работы преимущественно в движущемся потоке материалов или продуктов (транспортер конвейера и др.). В неподвижном материале или продукте возможно искажение результатов образовавшимися в измеряемой среде зарядами. Для исключения этого путем перемещения измеряемой среды самими вибрирующими электродами электроды в нем выполнены в виде пластин с клиновидным поперечным сечением, одинаково расположенным относительно направления вибраций.

Существенное отличие предлагаемого способа от способа-прототипа состоит в замене вращательного движения электродов их вибрацией. И это отличие приводит к появлению нового положительного эффекта: повышению надежности способа благодаря отсутствию подвижных контактов в измерительной цепи. Этот положительный эффект проявляется в устройстве, реализующем способ.

Другой положительный эффект, возникающий в устройстве по предлагаемому способу состоит в возможности в ряде случаев измерять влажность материалов и продуктов не только в движущемся потоке, но и неподвижных. Это достигается благодаря выполнению электродов в виде пластин с клиновидным поперечным сечением, одинаково расположенных относительно направлений вибраций.

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2.

Устройство содержит электроды 1 и 2 с различными трибоэлектрическими свойствами, электрически изолированные друг от друга изолятором 3. Оно имеет вибратор 4 с якорем 5, на котором закреплены электроды 1 и 2 через изолятор 3. Электроды 1 и 2 могут иметь поперечное сечение 6 клиновидной формы.

В рабочем состоянии электроды 1 и 2 погружены в измеряемый материал или продукт 7, перемещаемый, например, лентой 8 транспортера.

пример выполнения способа. Для измерения влажности продукта 7, движущегося, например, на ленте 8 транспортера со скоростью V = 150 мм/с, в продукт помещают электроды 1 и 2 с неодинаковыми трибоэлектрическими свойствами (например, один электрод из латуни, другой - из алюминия) и вибрируют их. Частоту вибраций обеспечивают равной W ≥ 3V/h (Гц),
где
h - амплитуда колебаний; если h = 10 мм, то W ≥ 45 Гц. При выполнении этого условия линейная скорость перемещения электродов будет в 12 раз больше скорости V транспортера, что обеспечит независимость результатов от скорости транспортера.

Между электродами 1 и 2 возникает электростатическое напряжение, коррелирующее с влажностью продукта, обусловленное трением электродов о него, в результате движения продукта с транспортером и, главным образом, благодаря вибрации электродов. Это напряжение измеряют вольтметром с внутренним сопротивлением не менее 10⁸ Ом и по нему определяют влажность.

Вибрации электродов 1 и 2 обеспечивают вибратором 4, на якоре 5 которого эти электроды закреплены через изолятор 3.

Для измерения влажности неподвижного продукта, электроды 1 и 2 выполняют в виде пластин с клиновидным поперечным сечением 6, одинаково расположенных относительно направлений вибраций. Применительно к схематическому изображению устройства на чертеже, вибрация электродов 1 и 2 происходит в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа. При движении электродов в продукте острием клина навстречу среде продукт остается на месте, при обратном же движении электродов они перемещаются навстречу продукту обратной (тупой) стороной клина и тем самым перемещают продукт в направлении вибраций навстречу острию клина.

Таким образом, продукт не остается на месте и тем самым устраняется скапливание зарядов возле электродов, искажающее результаты измерений. В итоге становится возможным определение влажности в неподвижном продукте.

Предлогаемый способ и устройство не нуждаются в подвижных электрических контактах, необходимых в прототипе. Измерение выходного сигнала-напряжения между электродами производится непосредственно подключением измерительного прибора к электродам 1 и 2, что повышает надежность способа и устройства.

Авторами проведена экспериментальная отработка способа и устройства в лабораторных условиях применительно к определению влажности мясного фарша при его сушке и получены положительные результаты.

Использование: в химической и пищевой промышленности для измерения влажности сыпучих материалов и продуктов. Сущность изобретения: влажность веществ определяют по электростатическому напряжению между двумя электродами с различными трибоэлектрическими свойствами, которые совершают возвратно-поступательное движение. Устройство для определения влажности содержит два электрода, непосредственно подключенные к прибору, измеряющему электростатическое напряжение, и электромеханический вибратор. Электроды жестко связаны с якорем вибратора через изолятор. Электроды имеют клиновидное поперечное сечение. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения влажности веществ путем перемещения в них двух электродов с неодинаковыми трибоэлектрическими свойствами и измерения возникающего между ними электростатического напряжения, отличающийся тем, что электроды перемещают возвратно-поступательно путем наложения вибраций, а электростатическое напряжение измеряют путем непосредственного подключения измерительного прибора к электродам. 2. Устройство для определения влажности веществ, содержащее два изолированных друг от друга электрода с неодинаковыми трибоэлектрическими свойствами и измеряющий электростатическое напряжение прибор, отличающееся тем, что оно имеет электромеханический вибратор, электроды механически жестко связаны с якорем вибратора через изолятор, а прибор непосредственно подключен к электродам. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде пластин с клиновидным поперечным сечением, одинаково расположенных относительно направления вибрации.