УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ СЫПУЧИХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2001 года по МПК G01N27/22 

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности сыпучих веществ.

Известно устройство для оперативных измерений влажности зерна - патент США N 3794911. 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 веществ известно устройство - патент РФ N 2130606, опубл. 20.05.99 г. в "Бюллетень изобретений и открытий", N 14 (прототип).

Устройство содержит корпус, приемник - преобразователь влажности, уплотнитель, измерительную электрическую схему, блок питания, при этом 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 диэлектрической проницаемости исследуемых на влажность веществ, кроме этого 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 сигнала по уровню, регистратор.

Измерение влажности выполняют следующим образом. В зависимости от характера продукта выбирают режим. Ручкой "Уст.0" устанавливают 0. Исследуемое вещество насыпают в приемник выше уровня общего электрода. Со шкалы регистратора снимают влажность в процентах. При повышенной влажности результат измерения корректируют по специальным таблицам. Эти таблицы составлены по результатам ранее выполненных торировочных измерений.

У этого устройства есть недостатки. Необходимо выполнять торировочные измерения с веществами, подлежащими анализу, т.к. результат измерений зависит от плотности и других физико-химических свойств веществ.

Кроме этого при повышенной влажности нарушается линейность показаний из-за заметного влияния диэлектрических потерь, что также требует торировочных измерений с разными веществами для разной степени увлажненности.

Необходимо выбирать режим для конкретных веществ и использовать торировочные таблицы. Вместе с этими недостатками отсутствует возможность температурной компенсации. Все это накладывает ограничения на точность и производительность измерений.

Целью настоящего изобретения является упрощение процесса измерений, повышение производительности и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения влажности сыпучих веществ, содержащем корпус, приемник-преобразователь влажности в форме прямоугольной емкости из диэлектрического материала, с двух сторон ограниченного внешними плоскими электродами, разделенного общим электродом параллельно двум другим на две равные секции, одна из которых разделена на две секции - вторую и третью, при этом третья секция заполнена материалом с диэлектрической проницаемостью, равной диэлектрической проницаемости исследуемых веществ, общий электрод установлен ниже верха емкости, а внешние электроды имеют меньшие размеры, чем размеры стенок емкости, установлены на уровне общего электрода и удалены от дна и боковых поверхностей емкости, уплотнитель, который установлен над окном приемника с возможностью освобождения окна, электрическую измерительную схему с соединенными последовательно генератором, мостовой схемой, к которой подключены электроды преобразователя, регистратор и блок питания, введен согласующий блок, вход которого соединен с выходами мостовой схемы, а выход соединен с входом регистратора, регистратор выполнен из последовательно соединенных узла первичной цифровой обработки, микроконтроллера и индикатора, кроме этого введен узел температурной компенсации, который составлен из датчика температуры, встроенного в приемник, усилителя, вход которого соединен с датчиком температуры, а выход с входом узла первичной цифровой обработки.

В устройство введены согласующий блок, микроконтроллер. Их согласованные функции позволяют выполнить преобразование после мостовой схемы двух аналоговых сигналов в цифровые, произвести арифметико-логические действия и получить однозначный результат без выбора режима, использования торировочных таблиц. Предварительно торировочные испытания выполняются только с одним выбранным базовым веществом или эталонным веществом (образцом) с эквивалентом влажности.

Конструкция двухсекционного приемника позволяет использовать различия в физических зависимостях параметров электрических сигналов. Параметры электрических сигналов на выходах мостовой схемы зависят от степени увлажненности и плотности вещества в секциях приемника. При этом влияние влажности в первой секции более заметно, т. к. здесь влияние диэлектрических потерь сказывается больше из-за близости вещества к боковому электроду. Во второй секции более заметно влияние плотности. От плотности зависит величина диэлектрической проницаемости. Влияние диэлектрических потерь резко снижено, т.к. вещество удалено от бокового электрода.

Логические заключения и результаты многочисленных опытов подтверждают правомерность формулы

где A и B, A₀ и B₀ - результаты измерения параметра (амплитуды) электрического сигнала на внешних электродах приемника с исследуемым веществом и базовым или эталонным образцом;
к - коэффициент, полученный для базового вещества или эталонного образца с эквивалентом влажности.

Согласующий блок состоит из двух аналоговых усилителей с выпрямлением и регулируемым смещением. Этот блок согласует высокие выходные сопротивления мостовой схемы и входные сопротивления узла первичной цифровой обработки.

Узел первичной цифровой обработки включает коммутирующий вход и аналого-цифровой преобразователь. Режим работы узла первичной цифровой обработки обеспечивается микроконтроллером.

Микроконтроллер включает встроенные устройство памяти и арифметико-логическое устройство. Программа микроконтроллера включает элементы управления узлом первичной цифровой обработки и индикатором, элементы арифметико-логических действий для цифрового решения приведенного алгоритма.

Индикатор осуществляет индикацию востребованных сведений, управляется микроконтроллером. Он может быть жидкокристаллическим.

Узел температурной компенсации включает датчик температуры и усилитель. Ввод сигнала усилителя в узел первичной цифровой обработки обеспечивается микроконтроллером. Программа контроллера позволяет исправлять результат измерения за отличие фактических температур среды и вещества от исходных.

Механическая, аналоговая и цифровая электрические схемы прибора обеспечивают стабильные высокопроизводительные и точные измерения без выбора режима и использования торировочных таблиц.

На чертеже показана схема устройства. 1 - приемник-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 - генератор. 10 - блок питания. 11 - уплотнитель. 12 - согласующий блок. 13 - узел первичной цифровой обработки. 14 - микроконтроллер. 15 - индикатор. 16 - узел температурной компенсации.

Устройство выполнено в одном корпусе. Приемник может быть выполненным как в корпусе, так и отделяемым. Уплотнитель установлен над окном приемника с возможностью освобождения окна. Торирование регистратора выполняют по образцам известной влажности или эталонному образцу с известным эквивалентом влажности.

Измерение влажности выполняют следующим образом. Прибор включают в электрическую сеть. Электрическая схема прибора по заданной программе получает вводные данные: уровень сигналов, снятых с боковых электродов при незаполненном приемнике, температурный поправочный коэффициент. Исследуемое вещество насыпают в приемник 1 выше уровня электрода 5. По заданной программе электрическая схема выполняет все арифметико-логические действия для получения результата, включая поправку за температуру образца и окружающей среды. С индикатора снимают влажность исследуемого вещества.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности сыпучих веществ. Технический результат - упрощение процесса измерений с повышением точности и производительности измерений. Сущность: устройство содержит приемник-преобразователь влажности, уплотнитель, измерительную электрическую схему. Преобразователь влажности, содержащий три электрода - общий и два внешних, изготовлен в форме прямоугольной емкости из диэлектрического материала, разделенной на три секции: первая и вторая для приема исследуемого вещества, а третья заполнена материалом с диэлектрической проницаемостью, равной диэлектрической проницаемости исследуемых веществ. Три электрода приемника-преобразователя подключены к мостовой схеме. Электрическая схема содержит последовательно соединенные генератор, мостовую схему, согласующий блок. В схему включены последовательно соединенные узел первичной цифровой обработки, микроконтроллер и индикатор. Вход узла первичной цифровой обработки соединен с выходом согласующего блока. В электрическую схему прибора включен узел температурной компенсаци, выход которого соединен с входом узла первичной цифровой обработки. Все устройство выполнено в одном корпусе, электроды преобразователя сделаны из плоских металлических пластин, элементы электрической схемы собраны на одной плате. Уплотнитель установлен над окном приемника. 1 ил.

Устройство для измерения влажности сыпучих веществ, содержащее корпус, приемник-преобразователь влажности в форме прямоугольной емкости из диэлектрического материала, с двух сторон ограниченной внешними плоскими электродами, разделенной общим электродом параллельно двум другим на две равные секции, одна из которых разделена на две секции - вторую и третью, при этом третья секция заполнена материалом с диэлектрической проницаемостью, равной диэлектрической проницаемости исследуемых веществ, общий электрод установлен ниже верха емкости, а внешние электроды имеют меньшие размеры, чем размеры стенок емкости, установлены на уровне общего электрода и удалены от дна и боковых поверхностей емкости, уплотнитель, который установлен над окном приемника с возможностью освобождения окна, электрическую измерительную схему с соединенными последовательно генератором, мостовой схемой, к которой подключены электроды приемника-преобразователя, регистратор и блок питания, отличающееся тем, что в электрическую измерительную схему введен согласующий блок, вход которого соединен с выходами мостовой схемы, регистратор включает последовательно соединенные узел первичной цифровой обработки, микроконтроллер и индикатор, при этом вход узла первичной цифровой обработки соединен с выходом согласующего блока, в электрическую измерительную схему введен также узел температурной компенсации, который содержит последовательно соединенные датчик температуры и усилитель, причем датчик температуры вмонтирован в приемник, а выход усилителя соединен с входом узла первичной цифровой обработки.