Устройство контроля влажности материалов при замораживании Советский патент 1987 года по МПК G01N25/36 

Изобретение относится к измери- ,; тельной технике, а именно к устройствам для измерения влажности материала при замораживании, и может быть ис.пользовано в химической, пищевой, фармацевтической,- микробиологической и других отраслях промьппленности.

Целью изобретения является повы- шение точности измерения.

На фиг, 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - кривые электрических сигналов тепломеров и электродов измерения электрического сопротивления и сследуемой пробы.

Устройство контроля влажности материалов при замораживании содержит измерительную 1 и эталонную 2 ячей- ки, выполненные в виде цилиндра из материала с высокой теплопроводностью например из медной фольги. В предлагаемом устройстве в качестве датчиков теплового состояния ячейки, позволяющих, производить регистрацию процесса кристаллизации по объему, используются тепломеры 3 и 4, установленные в основании ячеек.1 и 2 и соединенные по дифференциальной схеме.

Ячейки с тепломерами установлены на теплообменник 5 и заключены в тепловой экран 6. Ячейки 1 и 2 снабжены электродами 7 и 8, включенными по дифференциальной схеме, которые через

блок 9 регистрации удельных электри- ос ся образование и дальнейший рост

CJ

ческих параметров подсоединены к блоку 10 фиксации окончания замораживания, ВЫХОД которого подключен к первому управляющему входу интегратора 1 1 и управляющему входу вычислительного блока 12, таким образом, образуется канал определения окончания кристаллизации влаги в материале

40

кристаллов в анализируемой проб одновременным выделением тепла в мерительной ячейке.

ДифференциалbHbJil электрически сигнал термо-ЭДС тепломеров 3 и пропорционален величине тепловог тока, проходящего через поверхно тепломера 3 при выделении тепла процессе кристаллизации влаги в анализируемом материале, и равен

при его замораживании. -1

Выходы тепломеров 3

и 4 подключены к входам дифференциального усилителя 13, выход которого соединен с входами порогового устройства 14 и интегратора 11, а последний через блок 15 сопряжения подключен к вычислительному блоку 12, выход которого подключен к входу блока 16 регистрации, при этом выход порогового устройства 14 соединен с вторым управляющим входом интегратора 11.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемый,материал предварительно взвешивают, а затем помещают

в измерительную ячсГ ку 1 . В эталонную ячейку 2 помещают ;.п а.понный материал, масса которого равна массе анализируемого материала. Эталонный материал выбирают близким по физическим свойствам к ан ; лизируекому материалу, но не замерзающему при температуре его кристя.пляэации. В измерительный и эталонпьл материаль погружают электроды 7 и 8. Значения массы И анализируемого материала и удельной теплоты кристаллизации г, вводят в вычислительный блок 12.

Ячейки 1 и 2 с уйтановленными в их основание тепломерами 3 и А помещают на теплообменник 5, заключенньш в тепловой экран 6. снижении температуры теплообменника 5 до температуры кристаллизации влаги в анализируемой пробе электрический сигнал с дифференциально вкл оченных тепломеров 3 и 4 имеет постоянное значение за счет равенства тепловых потоков, отводимых от измерительной ячейки 1 с анализируемым ма.териалом и эталонной ячейки 2 с эталонным материалом, и предстззляст собой горизонтальную линию АВ (фиг. 2) постоянного уровня.

Кристаллизация isJiarH в материале всегда связана со спонтанным появлением первых зародышей кристаллов. С этого момента (точка В) начинает CJ

0

5

кристаллов в анализируемой пробе с одновременным выделением тепла в измерительной ячейке.

ДифференциалbHbJil электрический сигнал термо-ЭДС тепломеров 3 и 4 пропорционален величине теплового потока, проходящего через поверхность тепломера 3 при выделении тепла в процессе кристаллизации влаги в анализируемом материале, и равен

t - -:,, при 1-1 R д

U(t) - U(t)d-,(1)

и (т) - общая ве.чичитга дифференциального электрического сигнала тепломеров 3 и 4 при замораживании анализируемой массы материала при ма;-:сг-гмальном значе- нии..элек гоического соп- ротивл олня RMCJKC ;

U(t) текущий сигнал тепломера , Тр - время начала кристаллизации;t - время окончания кристал-

лизации.

Текущий электрический сигнал U(t) (кривая 17, фиг, 2) термо-ЭДС теплоеров 3 и 4 через дифференциальный силитель 13 поступает на пороговое 10 стройство 14 и на вход интегратоа 11. В момент времени Т (точка В, фиг. 2) срабатывает пороговое устойство 14 и включается интегратор

11,который начинает интегрирование 15 сигнала U(T).

В процессе кристаллизации анализиуемого материала дифференциальный сигнал с электродов 7 и 8 поступает через блок 9 регистрации удельных 20 электрических параметров, например удельного электрического сопротивления, на блок 10 фиксации ок6нча;ния замораживания. Б соответствии с изменением величины удельного электри- 25 ческого сопротивления (кривая 18, фиг. 2) сигнал в блоке 9 регистрации удельных электрических параметров изменяется по кривой (фиг. 2). В момент времени (точка С, фиг. 2), 30 когда удельное электрическое -сопротивление полного замораживания материала принимает постоянное значе- ние, с блока 10 фиксации момента окончания замораживания материала ц выдается одновременно сигнал на интегратор 11 и на вычислительный блок

12.По этому сигналу интегратор 11 прекращает интегрирование электрического сигнала U( L) термо-ЭДС тепломе- 40 ров, а в памяти вычислительного блока 12 происходит запоминание общего количества теплоты, вьщелившейся при кристаллизации влаги в анализируемом материале (заштрихованная пло- 45 щадь, фиг. 2), равного

Q, k-U(T) ,

кр

w.г,.М

(3)

где k - коэффициент преобразования

тепломеров.

После этого в вычислительном блоке 12 происходит подсчет влажности материала Ыц по алгоритму

k.U( f),„.

где k U( C ) - общее количество теплоты, вьщелившееся при

,

10

15

20 2530 ц

4045

Q

55

кристаллизации влаги в анализируемом материале и зафиксированное в мяти вычислительного блока 12.

После вычисления полученное зна- чение влажности w, из вычислительного блока 12 поступает в блок 16 регистрации.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет по- высит-ь точность измерения влажн ости за счет регистрации процесса кристаллизации по объему путем измерения общего количества теплоты, выделившейся при кристаллизации влаги от момента начала до момента окончания замораживания, одним каналом устройства при точной фиксации момента окончания замораживания вторым каналом устройства с последующим определением значения влажности в вычислительном блоке в соответствии с зависимостью (3) и регистрацией значения влажности.

Формула изобретения

Устройство контроля Влажности материалов при замораживании, содержащее измерительную и эталонную ячейки, в основании которых в тепловом контакте с ними расположены датчики теплового состояния ячейки, теплообменник, тепловой экран, блок регистрации, причем датчики теплового состояния ячейки соединены последовательно, ячейки установлены на теплообменнике и заключены в тепловой экран, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в качестве датчиков теплового состояния ячейки применены тепломеры, в устройство введены дифференциальный усилитель, пороговое устройство, интегратор с управляющими входами, блок сопряжения, вычислительный блок, блок регистрации удельных электрических- параметров, блок фиксации окончания замораживания, а измерительная и эталонная ячейки снабжены электродами, соединенными по дифференциальной схеме с блоком регистрации удельных электрических параметров, выход которого подсоединен через блок фиксации окончания заморажи вания к первому управляющему входу интегратора и управляющему входу

вычислительного блока, причем выходы последовательно соединенных тепломеров подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого соединен непосредственно с информационным входом и через пороговое

устройство с вторым управляющим входом интегратора, внход которого через блок сопряжения подключен к вычислительному блоку, выход КОТОРОГО подключен к входу блока ре- гистрапии.

Фиг.1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения влажности материала при замораживании. Цель изобретения - повышение точности из-- мерения. Устройство содержит измерительную и эталонную ячейки, которые через тепломеры установлены на теплообменник. Устройство содержит также измерительные электроды, дифференциальный усилитель, пороговое устройство, интегратор, блок регистрации удельных электрических параметров, блок фиксации окончания замораживания. Повышение точности измерений достигается за счет использования в качестве критерия оценки влажности количества теплоты, выделяемой при кристаллизации влаги. Указанное количество теплоты определяется интегратором, интегрирующим разностный сигнал тепломеров за период кристаллизации. 2 ил. (Л

Редактор И.Шулла

Фи.е.2

Составитель В.Немцев Техред М. Ходанич

Заказ 3825/39

Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035,, Москва, Ж-35, Раушская наб., д„ 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Прозктная, 4

Корректор Е.Рошко