Устройство для определения влажности материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N5/04 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения влажности материалов путем их высушивания и взвешивания, и может применяться для. контроля влажности материалов в химической и фармацевтической промышленности, биологических и геологических исследова ниях. Известны устройства для измерения влажности материалов, в которых сушильная камера объединена с весоизмерителем, а сушка производится ИК-излучением 1. Б случае, если высушиваемый материал отличается высокой неоднородностью по таким физическим свойствам, как плотность, гигроскопичность теплопроводность, способность отражать и поглощать лучистую энергию и т.д., то на определенном этапе высушивания оказывается, что часть материала высушена окончательно, часть еще влажная. Дальнейшая сушка с высокой интенсивностью может привести к необратимому разложению сухой части вещества, сопровождающемуся вьщелением дыма, контроль которого не предусмотрен. Следовательно, интенсивные режимы сушки снижают точност их показаний, в то время как умерен ные режимы уменьшают быстродействие данных измерителей. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для определения влажности, содержащее весоизмеритель с грузопр емником, расположенным в сушильной камере, генератор тактовых импульсо аналого-цифровой преобразователь, схему выделения чистого веса образц три регистра, цифровое отсчетное устройство, блок управления, регист ратор конца измерения и регулятор компенсирующей силы, подключенный к входу весоизмерительного устройства при этом генератор тактовых импульсов связан с входами обратного счета второго и третьего регистров и первым входом аналого-цифрового пре образователя, второй вход которого подключен к выходу весоизмерительно го устройства,входы прямого счета первого и третьего регистров связаны через схему выделения чистого не са образца с первым выходом аналого Щ1ФРОВОГО преобразователя, присоеди ненным также к первому входу цифрового отсчетного устройства, второй 562вход которого соединен с входом ре- , гистратора конца измерений и вькодом второго регистра, а выход первого регистра связан с входом прямого счета второго регистра, первый вход сушильной камеры соединен с выходом регистратора конца измерений, а второй ее вход и управляющие входы трех регистров схемы выделения чистого веса, регистратора конца измерения, аналого-цифрового преобразователя, цифрового отсчетного устройства соединены с соответствующими входами блока управления, один из входов которого соединен с выходом третьего регистра f2. Недостатком известного устройства является значительная погрешность при интенсификации режима сушки путем резкого повышения температуры в сушильной камере. В данном устройстве после каждого очередного вычисления значения (W) относительного уменьшения массы образца производится сопоставление величин- W f и W-f 1 / ч-ч и момент окончания высушивания () определяют по равенству этих величин. Содержание влаги (W.) высвечивается на цифровом отсчегном устройстве. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства с одновременным сохранением высокой точности. Указанная цель достигается тем, что устройство для определения влажности материалов, содержащее массоизмеритель с грузоприемником, расположенным в сушильной камере, источник ИК-излучения с регулятором мощности, первый аналого-цифровой преобразователь, связанный с выходом массоизмерителя и подключенньй запускающим входом к первому выходу блока управления, соединенного соответствуюш 1ми выходами с входами обнуления регистров, блок измерения окончания испытания и блок цифрового отсчета, снабжено размещенным в сушильной камере датчиком дыма, интегратором, двумя коммутаторами, дополнительным регистром и вторым аналого-цифровым преобразователем, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с входом дополнительного регистра, вход обнуления которого связан с вторым выходом блока управления и запускающим входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен через первый кбммутатор с входом прямого счета первого регистра и с основным входом второго ре-гистра, управляющий входкоторого подключен к выходу переполнения первого регистра, выход второго регистра через второй коммутатор связан с входами o6j aTHoro счета первого и третьего регистров, входы соответствующих разрядов KOTojpbtx подключены к выходу дополнительного регист ра, а их разрядные выходы через блок измерения окончания испытания связаны с входом блока управления, при этом датчик дыма подключен к интегра тору и к одному из входов регулятора мощности ИК-излучения, связанному другим входом с третьим выходом блока управления, другие соответствующие выходы которого соединены с управляющими входами коммутаторов и ВХОДОМ обнуления интегратора, а блок цифрового отсчета подключен к выходу третьего регистра. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из сушильной камеры 1, в которой размещен нагреватель 2 (источник ИК-излучения) с регулятором 3 мощности, массоизмерителя А с грузоприемником, первого 5 и второго 6 анапогсЗ-цифровых преобра зователей (АЦП), двух коммутаторов 7 и 8, первого 9, второго 10, третье го 1 1 и четвертого 12 регистров, блока 13 измер ения окончания испытания, выполненного в виде схемы совпа дения кодов, блока 14 цифрового отсчета, блока 15 управления, усилителя 16, интегратора 17 и датчика 18 дыма, Устройство работает следующим образом. Принцип действия устройства заклю чается в запоминании исходной массы образца материала B(t ) и последующих периодических опросах массоизмерителя в процессе высушивания материала. После каждого очередного опро са вычисляется значение относительного уменьшения массы образца b(-tob BC-t;) v,( . 100%, где B(t) - масса образца, определяе мая в i-й момент времени Поскольку масса образца в момент сушки убывает, то значение W(t) со временем увеличивается. Этот процесс продолжается до момента t, полного 564 (или почти полного) высыхания образца,после которого масса образца уже не снижается. Так как сушку ведут при повышенной температуре, то дополнительно измеряют концентрацию вьщелившегося в процессе сушки дыма и в результат вычислений W(t.) вводится поправка, определяемая общим количеством выделившегося дыма, а сами вычисления существенно упрощаются за счет нового выбора связей и элементов устройства. При этом в построении блок-схемы использовались следующие выкладки. Пусть В(Сд), B(t-) - результаты преобразования сигналов массоизмерителя в соответствую1дае количества импульсов в моменты времени t, t-. Представим числа B(t5), B(t,) в виде: B(to) lOO-N + c/:,, с..100, N ; B(t,) NR, ; N. Далее, отбросив в силу малости остатки с, сГ , подставим в формулу вычисления W(i) значения B(-tp) и B(t;), в результате чего получим lOOM-NR W(l.) (100 - R )%, Таким образом, все вычисления сво-/ дятся к единственной операции вычитания . При ускоренной сушке информация о выделившемся дыме накапливается и в результате вычислений влажности вносится коррекция .путем вычитания соответствующего числа (d) из формулы значения w(t,- ) , W(t;) (100-d)-Rj%, где R - количество импульсов аналого-цифрового преобразователя, соответствующее массе образца в определенный момент времени B(t). Путем установления соответствующего масштаба аналого-цифрового преобразования, т.е. выбора соответст- вующего числа N и замены 100 на 1000 и т.д., добиваются любой точности вычисления./ Для того, чтобы коррекция была наиболее точной, в устройство введен регулятор 3 мощности ИК-излучателя, который ограничивает интенсивность сушки, например, путем временного отключения ИК-излучателя при очередном появлении дыма и последующего снижения его мощности с тем, чтобы ограничить общее количество вьщелившегося дыма, поскольку при обильном дымообразовании контролировать потери сухого вещества значительно сложнее., Перед началом измерения блок 15 управления приводит устройство в исходное состояние (интегратор 17, регистры 10 и 12), переписывает содержимое (в данном случае О) регистра 12 в регистры 11 и 9, устанавливает коммутаторы 7 и 8 в верхнее по блоксхеме положение. После загрузки оператором образца материала на грузоприемник массоизмерителя 4 блок 15 управления запускает АЦП 5. Импульсы АЦП 5 поступают через коммутатор 7 на вход прямого счета регистра 9. Для определенности будем считать все регистры 9, 11 и 12, например, восьмиразрядньши. Поэтому регистр 9 является делителем частоты на 100 и каждый сотый импуль проходит через него на управляющий вход регистра 10. Данная операция соответствует опе рации представления исходной массы образца B(to) в виде (100-N + cf) , причем число N оказывается записаннь в регистр 10 по управляющему входу и, следовательно, в дальнейшем устанавливает его козф4зициент деления, равный N, Затем блок 15 управления включает регулятор 3 мощности и после заранее установленной выдержки времени начинает первый цикл вычисления относительной убыли массы. Цикл начинается с опроса второго АЦП 6. Поскольку материал еще не успел нагреться до дымообразования, то к этому моменту сигнал на выходе интегратора 17 останется равным нулю и, следовательно, на выходе второго АЦП 6.не появи ся ни одного импульса.Далее блок 15 управления переводит коммутатор 7 в ниж нее по схеме положение,переписывает со держимое регистра 12 (по-прежнему О) в регистр 9, что соответствует записи числа Сто, и вновь запускает первый АЦП 5. Теперь импульсы АЦП 5, количество которых в соответствии с принятыми обозначениями равно B(-fc), поступают на основной вход регистра 10, который является делителем частоты, с коэффициентом деле16 ;6 НИИ N. Поэтому на вход обратного счета регистра 9 проходит (-I:2)/NJ импульсов, где - целая часть числа X. Обозначив это количество импульсов через R, попучаем, что после окончания аналого-цифрового преобразования сигнала массоизмерителя в момент времени t в регистре 9 остается число (100-R), что совпадает с результатом вычислений W(-t-) по формуле без коррекции. Описанный цикл будет полностью повторяться через заданные интервалы времени, однако результат вычислений оказывается попеременно то в регистре 9, то в регистре 11, поскольку коммутатор 8 при каждом новом цикле переводится в новое положение. При этом в результат вычислений при появлении дыма вносится поправка, получаемая следующим образом. Каждому опросу АЦП 5, предшествует опрос АЦП 6, а следовательно, информация о дыме от Датчика 18, накопленная интегратором 17, преобразуется в число импульсов d и в предварительно обнуленном регистре 12 остается число 100-d, которое по блока 15 управления переписывается в тот из двух регистров (9 или 11), на который - в данном цикле переключен коммутатор 8. Поэтому после окончания опроса АЦП 5 в указанном регистре (9 или 11) окажется число ЮО-с,. совпадающее с выражением определения Ч1/(1,-)к. Сушка прекращается тогда, когда схема 13 совпадения кодов зафиксирует равенство результатов двух (или нескольких) последовательных вычислений относительных уменьшений массы. Результат вычислений индицируется на блоке 14 цифрового отсчета. .Предлагаемое изобретение позволяет полностью автоматизировать процесс определения влажности, сократить время измерения за счет интенсификации сушки не снижая высокой точности измерений. Ожидаемый годовой экономический эффект от использования изобретения в сельском хозяйстве Для контроля влажности кормов составляет 810 тыс. РУб.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее массоизмеритель с грузоприемником, расположенным в сушильной камере, источник ИК-излучения с регулятором мощности, первый аналого-цифровой преобразователь, связанный с выходом массоизмерителя и подключенный запускающим входом к первому выходу блока управления, соединенного соответствующими выходами с входами обнуления трех регистров, блок измерения окончания испытания и блок цифрового отсчета, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия с одновремённьм сохранением высокой точности, устройство снабжено размещенным в сушильной камере датчиком дыма, интегратором, двумя коммутаторами, дополнительным регистром и вторым аналого.-цифровым преобразователем, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с входом дополнительного регистра, вход обнуления которого связан с вторым выходом блока управления и запускающим входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен через первый коммутатор с входом прямого счета первого регистра и с основным входом второго регистра, управляющий вход которого подключен к выходу переполнения первого регистi ра, выход второго регистра через второй коммутатор связан с входамц об(Л ратного счета первого и третьего регистров, входы соответствующих разрядов которых подключены к выходу дополнительного регистра, а их разряд§ ные вьЕходы через блок измерения окончания испытания связаны с входом блока управления, при этом,; датчик дыма подключен к интегратору и к одному из входов регулятора мощности ИК-изф лучения, связанному другим входом с третьим выходом блока управления, СП О) другие соответствующие выходы которого соединены с управляющими входами коммутаторов и входом обнуления интегратора, а блок цифрового отсчета подключен к выходу третьего регистра .