ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ Российский патент 2007 года по МПК G01N27/22 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при контроле влажности сыпучих материалов в химической, горно-обогатительной, строительной и других отраслях промышленности.

Известен датчик влажности, патент США №42887426 кл. G 01 R 27/26, который состоит из двух групп игольчатых электродов. Группы вмонтированы в диэлектрическую подложку по окружности, образуя игольчатый коаксиал. Этот датчик обладает существенными недостатками. Во-первых, в нем отсутствует устройство очистки электродов, что приводит к значительной погрешности измерений при использовании его для контроля в технологических потоках. Во вторых, в этом датчике не предусмотрен учет краевого эффекта, что не дает возможности заранее рассчитать и учесть в последующих измерениях рабочую емкость первичного преобразователя.

Известен прибор для определения влажности табака по а.с. №877426, кл. G 01 N 33/00. Датчик этого прибора выполнен в виде двух групп электродов в виде игл, каждая из которых разной длины. Цилиндрическая часть электродов одной полярности изолирована, а их концы и электроды другой полярности не изолированы. Однако этот датчик обладает следующими недостатками. Во-первых, чувствительность датчика за счет изолирования цилиндрической части длинных электродов значительно снижается. Во-вторых, очистка электродов не предусмотрена, а следовательно, он не применим для технологического контроля в автоматическом режиме. В-третьих, влияние краевой емкости приводит к увеличению погрешности измерений.

Ближайшим техническим решением к заявляемому является "Устройство для отбора и формирования проб дисперсных материалов" по а.с.№1465737, кл. G 01 N 1/20. Емкостный датчик в этом устройстве содержит корпус, состоящий из верхнего металлического и нижнего диэлектрического стаканов, первичный преобразователь, состоящий из диэлектрического основания и игольчатых электродов свободно и без зазора помещенных в отверстиях, выполненных в дне нижнего стакана, малого пневмоцилиндра, поршень которого ввинчен хвостовиком в торец штока толкателя, а нижняя крышка прикреплена к диэлектрическому основанию первичного преобразователя. При этом нижний стакан и основание первичного преобразователя выполнены из диэлектрика.

Однако известный датчик обладает существенными недостатками. Во-первых, в пространство между дном нижнего стакана корпуса и нижней поверхностью диэлектрического основания попадает влага и пылевидные частицы контролируемого материала. Это приводит к неполному выдвижению электродов, что увеличивает погрешность измерений.

Во-вторых, в этом устройстве заполнение полости датчика контролируемым материалом происходит снизу вверх, а уплотнение пробы - сверху вниз. Это приводит к увеличению погрешности измерений за счет неравномерной плотности контролируемого материала по высоте пробы.

В-третьих, эта конструкция датчика предполагает наличие пробоотборного устройства, которое может проникать в транспортные емкости (потоки) на незначительные расстояния от стенок, что значительно снижает представительность опробования, а следовательно, увеличивает погрешность измерений при технологическом контроле.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Технический результат достигается тем, что в емкостный датчик влажности, состоящий из корпуса, выполненного из металлического наружного и диэлектрического внутреннего стаканов, подвижного штока, на котором закреплено диэлектрическое основание с вмонтированными в него штыревыми электродами, согласно изобретению в него дополнительно введены неподвижный шток, расположенный внутри подвижного штока, с закрепленным на нем поршнем, внутри которого выполнены соосные со штыревыми электродами сквозные отверстия, и две группы продувных форсунок, закрепленных на корпусе, а в диэлектрическом основании выполнены сквозные окна для вывода из полости за поршнем мелкодисперсных частиц контролируемого материала.

Достоинствами предлагаемого изобретения являются:

Во-первых, в диэлектрическом основании выполнены сквозные окна и за счет энергии сжатого воздуха от продувных форсунок частицы контролируемого материала и влаги, попавшие в рабочее пространство датчика, выводятся наружу, что снижает погрешность измерений.

Во-вторых, заполнение рабочей полости датчика и уплотнение контролируемого материала происходят последовательно снизу вверх, что приводит к равномерной плотности пробы по всей ее высоте, а следовательно, к снижению погрешности измерений.

В-третьих, датчик устанавливается в потоке материала на любом расстоянии от стенок транспортной емкости и ему не нужно дополнительного пробоотборного устройства, а уплотнение осуществляется за счет кинетической энергии падающего потока контролируемого материала.

На фиг.1 представлен емкостный датчик влажности в продольном разрезе; на фиг.2 - горизонтальный разрез по диэлектрическому основанию.

Емкостный датчик влажности по предлагаемому изобретению состоит из корпуса, выполненного из металлического наружного 1 и диэлектрического внутреннего 2 стаканов, диэлектрического основания 3 с закрепленными на нем штыревыми электродами 4. Диэлектрическое основание 3 со штыревыми электродами 4 жестко закреплено на полом подвижном штоке 5. Внутри полого подвижного штока 5 расположен неподвижный шток 6 с закрепленным на верхнем его конце поршнем 7. В нижней части корпуса на уровне верхней плоскости диэлектрического основания 3 и на его верхнем конце расположены две группы продувных форсунок, соответственно, 8 и 9.

Емкостный датчик влажности работает следующим образом.

В исходном состоянии полый подвижный шток 5 вместе с диэлектрическим основанием 3 и штыревыми электродами 4 находится в верхнем положении, т.е. диэлектрическое основание 3 прижато к поршню 7. При этом штыревые электроды 4 выдвинуты из поршня 7 вверх на их рабочую длину, а корпус датчика, состоящий из металлического стакана 1 и диэлектрического стакана 2, расположен внизу. В форсунки 9 подается поток сжатого воздуха, энергией которого сбиваются остатки сыпучего материала отработанной пробы. Затем корпус датчика медленно перемещается вверх до положения, когда его верхний торец окажется в плоскости верхних концов штыревых электродов 4. В процессе перемещения корпуса проба контролируемого материала засыпается в межэлектродное пространство снизу вверх. При этом уплотнение контролируемого материала за счет кинетической энергии падающего потока происходит снизу вверх, т.е. от нижних слоев, лежащих на поршне 7, до верхних слоев, расположенных на уровне верхних концов штыревых электродов 4. После чего производится первый отсчет электрической емкости датчика, которая определяется из выражения:

Сизм₁=Смонт+Сраб_м+Ск,

где: Смонт - монтажная емкость, определяемая емкостью подводящих проводов и концов штыревых электродов 4, вмонтированных в диэлектрическое основание 3; Сраб_м - электрическая емкость, определяемая контролируемым материалом, приходящаяся на рабочую длину штыревых электродов; Ск - электрическая емкость края.

После этого корпус датчика, состоящий из металлического наружного 1 и диэлектрического внутреннего 2 стаканов, а также подвижный шток 5 с закрепленными на нем диэлектрическим основанием 3 и штыревыми электродами 4 перемешаются вниз до положения, когда верхний торец корпуса и верхние концы штыревых электродов 4 станут заподлицо с верхней плоскостью поршня 7. Энергией струи сжатого воздуха от форсунок 8 рабочее пространство датчика продувается от попавших в него мелкодисперсных частиц пробы контролируемой материала. Затем производится второй отсчет электрической емкости датчика, которая определяется из выражения:

Сизм₂=Смонт+Сраб_в+Ск,

где: Смонт - электрическая емкость, определяемая электрической емкостью подводящих проводов и электрическая емкость нижних концов штыревых электродов 4, вмонтированных в диэлектрическое основание 3; Сраб_в - электрическая емкость, приходящаяся на рабочую длину штыревых электродов 4, помещенных в воздухе; Ск - электрическая емкость края.

Теперь, если взять разницу двух измерений, то можно получить величину электрической емкости, вносимой контролируемым материалом и приходящуюся на рабочую длину электродов 3 (ΔСм=Сизм₁-Сизм₂).

После этого полый подвижный шток 5 вместе с закрепленными на нем диэлектрическим основанием 3 и штыревыми электродами 4 поднимается вверх, т.е. ставится в исходное состояние.

Использование емкостного датчика по предлагаемому изобретению позволит вести контроль сыпучей среды в технологических потоках с меньшими погрешностями за счет того, что он обладает достоинствами:

1 - в диэлектрическом основании выполнены сквозные окна, через которые за счет энергии сжатого воздуха от форсунок 8 из рабочего пространства датчика выводятся мелкодисперсные частицы контролируемого материала, создающие неполное прижатие диэлектрического основания к поршню;

2 - заполнение полости датчика и уплотнение контролируемой среды производится снизу вверх, что приводит к равномерной плотности этой пробы по всей ее высоте.

3 - датчик устанавливается на любом расстоянии от стенок транспортной емкости, что позволяет не использовать каких-либо пробоотборных устройств;

4 - использование в качестве уплотняющего воздействия кинетической энергии падающего потока позволяет освободиться и от применения пробоформирующего устройства.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при контроле влажности сыпучих материалов в химической, горно-обогатительной, строительной и других отраслях промышленности. Технический результат изобретения заключается в снижении погрешности измерений. Сущность: емкостной датчик влажности, содержащий корпус, выполненный из металлического наружного и диэлектрического внутреннего стаканов, подвижного штока, на котором закреплено диэлектрическое основание с вмонтированными в него штыревыми электродами, отличается тем, что в него дополнительно введены неподвижный шток, расположенный внутри подвижного штока, с закрепленным на нем поршнем, внутри которого выполнены соосными со штыревыми электродами сквозные отверстия, и две группы продувных форсунок, закрепленных на корпусе. 2 ил.

Емкостный датчик влажности, состоящий из корпуса, выполненного из металлического наружного и диэлектрического внутреннего стаканов, подвижного штока, на котором закреплено диэлектрическое основание с вмонтированными в него штыревыми электродами, отличающийся тем, что в него дополнительно введены неподвижный шток, расположенный внутри подвижного штока, с закрепленным на нем поршнем, внутри которого выполнены соосные со штыревыми электродами сквозные отверстия, и две группы продувных форсунок, закрепленных на корпусе, а в диэлектрическом основании выполнены сквозные окна для вывода из полости за поршнем мелкодисперсных частиц контролируемого материала.