УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ СЫПУЧИХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 1999 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений влажности сыпучих веществ.

Известно устройство для оперативных измерений влажности зерна - патент США N 3,794,911. Опубл. в "Изобретения за рубежом. N 4, 1974 г. Устройство является емкостным влагомером и содержит корпус, приемник - емкостный преобразователь влажности, измерительную электрическую схему с процессором и регистрацией справочных данных и влажности образца зерна, механизм фиксации веса, насыпанного в приемник зерна, электрическую схему измерения веса и управления работой прибора, электрическую схему для введения поправки за отличие фактической температуры от справочной.

Основными недостатками прибора являются сложность конструкции и зависимость точности измерений от веса образца зерна, диэлектрических потерь, температуры, а также то, что устройство сориентировано только на измерение влажности зерна.

Для измерения влажности сыпучих материалов известно устройство - авторское свидетельство N 815600, опубл. в "Бюллетень изобретений и открытий", N 11, 1981 г. (прототип).

Устройство содержит горизонтальный цилиндрический корпус, прессовое приспособление с поршнем (уплотнитель), взвешивающее устройство, емкостный преобразователь влажности - приемник исследуемого вещества, емкостный преобразователь веса, контрольно-измерительную аппаратуру (измерительную электрическую схему), при этом корпус установлен на взвешивающем устройстве, выполненном из двух пластинчатых электродов, образующих конденсатор, сигнал которого корректирует линейность результатов измерений.

Измерение влажности выполняют следующим образом. Устройство ориентируют в горизонтальной плоскости, исследуемое вещество помещают в приемник, прессуют с определенным давлением. Выходная характеристика емкостного преобразователя влажности является мерой влажности образца вещества, она и регистрируется.

Основными недостатками этого устройства являются: необходимость фиксированной установки устройства, его строгого ориентирования, т.к. имеется взвешивающее устройство; значительная зависимость результатов измерений от степени сжатия, качества работы весового механизма, температуры; зависимость результатов измерений от диэлектрических потерь.

Перечисленные недостатки приводят к снижению производительности измерений и ограничению их точности, кроме этого конструкция устройства сложна.

Целью настоящего изобретения является повышение производительности измерений с повышением их точности и упрощением конструкции устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения влажности сыпучих веществ, содержащем корпус, приемник-емкостный преобразователь влажности, уплотнитель, измерительную электрическую схему, блок питания, емкостный преобразователь влажности выполнен в форме прямоугольной емкости из диэлектрического материала, с двух сторон ограничен двумя плоскими электродами, разделен общим электродом параллельно двум другим на две равные секции, причем одна из них разделена еще на две секции вторую и третью, при этом третья секция заполнена материалом с диэлектрической проницаемостью, равной максимальной диэлектрической проницаемости исследуемых на влажность веществ, и выполнена с возможностью изменения диэлектрической проницаемости, кроме этого общий электрод установлен ниже верха емкости, а внешние электроды меньших размеров, чем стенки, установлены на его уровне и отдалены от дна и боковых поверхностей, уплотнитель установлен над приемником с возможностью освобождения окна приемника, измерительная электрическая схема включает последовательно соединенные генератор, мостовую схему, к которой подключены электроды емкостного преобразователя влажности, дифференциальный усилитель с выпрямлением, усилитель с изменяемым смещением, к выходу которого подключен узел обработки выходного сигнала по уровню, регистратор.

Емкостный преобразователь, он же приемник исследуемого вещества, представляет дифференциальный конденсатор. При наполненном приемнике сухим веществом разностная электрическая емкость равна 0, т.к. в первой и второй секциях одно вещество, а в третьей секции диэлектрическая проницаемость подобрана равной этой же характеристике сухого вещества. Если в веществе имеется влага, появляется разность в электрических емкостях из-за разных размеров первой и второй секций, т.е. разного количества влаги в первой секции и в двух других. Емкостная разность характеризует степень увлажненности исследуемого вещества.

Отступление внешних электродов от дна и боковых поверхностей приемника снижает зависимость результатов измерений от неравномерного уплотнения. При такой конструкции неравномерное уплотнение может иметь место только в угловых участках. Установка электродов ниже верха приемника позволяет равномерно уплотнять вещества с малой плотностью, как мука, легким уплотнителем с формой поршня идентичной совместной форме первой и второй секций. Уплотнение других веществ, как зерно, почва, не требуется.

Для изменения диэлектрической проницаемости в третьей секции используют, например, такой прием. Эту секцию заполняют пластинами параллельно электродам из вещества с диэлектрической проницаемостью, максимальной для исследуемых сухих веществ. Каким-либо механизмом пластины отдельно могут выводиться из активной зоны между электродами. Так как исследуемые сухие вещества имеют небольшую диэлектрическую проницаемость от 5 до 2 (А.А. Лапшин. Электрические влагомеры. Госэнергоиздат, М., 1960, 114 стр.), подбор нужной диэлектрической проницаемости не является затруднительным.

Конструкция с дифференциальным конденсатором позволяет использовать преимущества двухканальной электрической схемы с генератором, измерительным мостом, дифференциальным усилителем с выпрямлением, усилителем с изменяемым смещением, узлом обработки выходного сигнала по уровню и регистратором (Р. Тиль. "Электрические измерения неэлектрических величин. Энергоиздат, М., 1987, г., 192 с.).

Электроды дифференциального конденсатора подключены к двум плечам измерительного моста, запитанного сигналом генератора средней частоты, например 400 - 500 кГц. Дифференциальный усилитель вырабатывает разностный сигнал, пропорциональный разностной емкости приемника, усилитель с изменяемым смещением позволяет устанавливать на шкале регистратора отсчет 0.

Узел обработки сигналов по уровню выполнен из последовательно соединенных переменных сопротивлений и переключателей, которые позволяют замкнуть в нужной точке цепочку сопротивлений на общий. Этот узел вместе с механизмом изменения диэлектрической проницаемости в третьей секции приемника позволяет плавно настроить прибор на измерение влажности любого сыпучего вещества без каких-либо предположений о его физических качествах и применения процессора с памятью.

Механическая конструкция прибора и работа дифференциальной измерительной электрической схемы обеспечивают стабильность работы устройства, снижают температурное влияние, влияние диэлектрических потерь, нелинейности в формировании выходного сигнала от степени увлажненности. Это объясняется тем, что вредные сигналы (помехи) в обоих каналах имеют одну природу и один знак и в дифференциальном усилителе ослабляют друг друга. В конечном итоге повышается производительность измерений с повышением точности результатов измерений и упрощением конструкции устройства.

На фиг. 1, 2 и 3 показаны общая схема устройства, вид сверху на приемник и узел обработки выходного сигнала по уровню. 1 - приемник - емкостный преобразователь влажности. 2, 3 и 4 - первая, вторая и третья секции приемника. 5. Общий электрод. 6. Внешние электроды. 7. Измерительная электрическая схема. 8. Мостовая схема. 9. Дифференциальный усилитель с выпрямлением. 10. Усилитель с изменяемым смещением. 11. Узел обработки выходного сигнала по уровню. 12. Регистратор. 13. Генератор. 14. Блок питания. 15. Уплотнитель. 16. Переменные сопротивления. 17. Переключатели.

Все устройство выполнено в одном корпусе. Электронные элементы измерительной электрической схемы собраны на одной плате. Окно приемника выступает над верхним основанием корпуса. Уплотнитель 15 установлен над окном приемника.

Градуировку шкалы регистратора выполняют по образцам известной влажности. Для удаления исследуемого вещества из приемника освобождают окно приемника от уплотнителя и прибор опрокидывают, малые размеры и вес прибора позволяют это делать.

Измерение влажности делают следующим образом. Смещением усилителя 10 устанавливают отсчет 0. Исследуемое вещество насыпают в приемник 1 выше уровня электрода 5. Со шкалы регистратора 12 снимают влажность в процентах. Если вещество малой плотности, как мука, его насыпают до верха приемника, уплотняют и потом фиксируют влажность.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности сыпучих веществ. Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение производительности измерений с повышением точности и упрощением конструкции устройства. Устройство содержит приемник исследуемого вещества - емкостной преобразователь влажности, уплотнитель и измерительную электрическую схему. Емкостной преобразователь влажности содержит три электрода, общий и два внешних, изготовлен в форме прямоугольной емкости из диэлектрического материала, разделен на три секции, первая и вторая для приема исследуемого вещества, а третья заполнена материалом с диэлектрической проницаемостью, равной диэлектрической проницаемости сухого вещества на момент измерений. Емкостный преобразователь влажности представляет дифференциальный конденсатор и определяет измерительную электрическую схему, три электрода конденсатора подключены к мостовой схеме. Электрическая схема содержит последовательно соединенные генератор, мостовую схему, дифференциальный усилитель с выпрямлением, усилитель с изменяемым смещением, к выходу которого подключен узел обработки выходного сигнала по уровню, и регистратор. Все устройство выполнено в одном корпусе, электронные элементы собраны на одной плате, электроды емкостного преобразователя влажности сделаны из плоских металлических пластин, окно приемника исследуемого вещества выступает над верхним основанием корпуса. Уплотнитель установлен над окном приемника. 3 ил.

Устройство для измерения влажности сыпучих веществ, содержащее корпус, приемник - емкостный преобразователь влажности, уплотнитель, измерительную электрическую схему, блок питания, отличающееся тем, что емкостный преобразователь влажности выполнен в форме прямоугольной емкости из диэлектрического материала, с двух сторон ограничен внешними плоскими электродами, разделен общим электродом параллельно двум другим на две равные секции, причем одна из них разделена еще на две секции - вторую и третью, при этом третья секция заполнена материалом с диэлектрической проницаемостью, равной максимальной диэлектрической проницаемости исследуемых на влажность веществ, и выполнена с возможностью изменения диэлектрической проницаемости, кроме того, общий электрод установлен ниже верха емкости, а внешние электроды меньших размеров, чем размеры стенок емкости, установлены на уровне его и удалены от дна и боковых поверхностей емкости, уплотнитель установлен над приемником с возможностью освобождения окна приемника, при этом измерительная электрическая схема включает последовательно соединенные генератор, мостовую схему, к которой подключены электроды емкостного преобразователя влажности, дифференциальный усилитель с выпрямлением, усилитель с изменяемым смещением, к выходу которого подключен узел обработки выходного сигнала по уровню, регистратор.