Способ определения влажности материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N7/16 

со

4

Х

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в хлопкоочистительной, текстильной промышленности, в сельском хозяйстве, а также в исследовательских работах для определения влажности материалов.

Целью изобретения является упрощение и ускорение процесса определения влажности материалов.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Способ определения влажности мате- риалов включает помещение пробы в сильфонный сосуд, откачку воздуха из сосуда с пробой и контрольного сосуда путем сжатия сосудов до минимального объема, герметизацию сосудов, расщи- рение сосудов, их нагрев до темпера- туры сушки пробы и последующие измерения давлений Р, и Р в обоих сосудах, выполненных равными по объему. Перед расширением сосудов измеряют объем воздуха V° в контрольном сосу- де, после расширения и нагрева сосудов фиксируют их положение, повторно измеряют объем воздуха V в контрольном сосуде при температуре нагрева, затем сосуды сообщают между собой и измеряют давление Р в сосудах, а расчет влажности W производят по формуле

100.1 (Р.-РЗ) (F.-Fz),.pVl (1

j).R.T .v°J

где ш - молярная масса воды,

кг/моль ;

f - плотность пробы кг/м ; R - универсальная газовая постоянная Дж/ккал.; Т - абсолютная температура нагрева к.

Сущность способа заключается в

следующем. I

Влажность W образца материала определяется как отношение массы т, испарившейся из образца влаги при его нагреве до температуры сушки, к массе М исследуемой пробы, т.е.

тт - ™

W - М

(2)

Для определения влажности (относуда с пробой и контрольного сосуда путем сжатия сосудов до миш мального объема и их герметизируют.

После герметизации в сосудах остается некоторое количество воздуха.

Масса воздуха т в сосуде с пробой

ш, j)(v; - V ) ,

где р,- плотность воздуха;

V°- объем сосуда с пробой после

сжатия; - объем пробы, равньй

I м

-1(3)

где р - плотность материала пробы (например, плотность волокон хлопка).

Масса воздуха т в контрольном сосуде

т

J ,-.

где V° - объем контрольного сосуда после сжатия.

Отношение массы воздуха т в сосуде с пробой к массе воздуха т в контрольном сосуде т, у

т„

или

т ш

V° - V

VI

(4)

Затем производят расширение сосудов до значения объемов V и V и осуществляют их нагрев до температуры сушки пробы.

Вследствие нагрева давления Р и Pj в сосудах повьш1аются.

Давление Р в сосуде с пробой согласно закону Дальтона равно сумме парциальных давлений ненасьш5ающих паров влаги и воздуха Р, т.е.

г -п f . п К .f f

р + р

(5)

Давления и Р, согласно уравнению Менделеева-Клапейрона выражаются следующим образом:

(6) (7)

р Н .

J, V - V

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в хлопкоочистительной, текстильной промышленности, в сельском хозяйстве, в исследовательских работах. Целью изобретения является упрощение и ускорение процесса определения влажности Способ реализуется с помощью двух сильфонньк сосудов (с) равного объема: для пробы и контрольного. . С с пробой и контрольный сжимают и герметизируют. Измеряют объем V в контрольном С. Затем С расширяют и нагревают их до температуры Т су1пки пробЫо Измеряют давления Р и Pj в обоих С и объем V контрольного Со Соединяют С между собой и измеряют давление РЗ. Расчет влажности W производят по формуле: W 100-ju/(j RT)x ,{(Р,-РЗ) (Р - РЗ ) / (Р, - РЗ) - (Р, - )J - Р ,, где JU- молярная масса воды; Р - плотность пробы; R - универсальная газовая постоянная, 1 ил. (Л

m

шение - ) помещают пробу в сильфонный сосуд, откачивают воздух из согде молярная масса воздуха о

Давление-воздуха в контрольном сосуде

р Ь . . f,

Давление Р учетом формул уравнением

RT

V,

в сосуде (4)-(8)

Р

и

(9)

Р, (напри- 0

мер, с помощью манометров, соединенных с сосудами) и объемы сосудов после их расширения V и V, сосуды сообщаются между собой. При этом объем, занимаемый парами воды и воздуха, увеличивается и становится равным Vj - V, масса пара остается неизменной и равна т, а масса воздуха

равна сумме Следовательно, при этом парциальное давление паров влаги РЗ аналогично формуле (6) определяется выражением

Р B.1L 3 J V + Vj - V

(10)

парциальное давление воздуха л т, RT,

V + V, - V

Р;

1

а общее давление Р в сосудах выражается формулой, получаемой из формул (4), (8), (10) и (11):

1

Р р 4.

3 з 3 V + V, -V |М

2 RT + PjVjK

Н.1

+ V

v

Решая уравнения (2), -(3), (9) и (12) относительно W, получим формулу для определения влажности пробы

W

100/U

Vt V, (P.-PS )(PrP2);v/V°

(Р,-РзХРз-Р,) Ь

(13)

- Р 4. Р 2 1 2 lf°

При выполнении соотношения V° V° V(j, что достигается изготов- 50 лением сосудов с равными объемами, формула (13) упрощается и принимает следующий вид;

(P4-P,)(p,-pJ (14)

с

(9)

и- 0

енпосоъем, еха

о, ов п10)

11)

жаул

K

12)

и улу

15

20

25

30

35

40

45

(13)

в- 50 , ет

55

14)

Устройство содержит два герметичных сосуда 1 и 2, выполненных в виде сильфонов, один из которых встроен коаксиально вовнутрь другого, и име- юпшх обп1ие основание и крышку, нагревательный элемент 3, терморегулятор 4, термоизолируюпшй кожух 5, два преобразователя 6 и 7 давления в электрический сигнал, запорный электрома - нитньй клапан 8, преобразователь 9 линейног о размера сильфона в электрический сигнал, преобразователь 10 температуры в электрический сигнал, блок 11 вычисления влажности, блок 12, управления, первый 13 и второй 14 коммутирующие элементы и регистрирующий блок 15.

При этом преобразователи 6 и 7 давлений установлены, например, в крышке сильфонов, заподлицо к поверхности, обращенной вьгутрь сютьфонов.

В качестве преобразователя 9 линейных размеров можно использовать преобразователь любого типа - опт1гческо- го, емкостного или механического. На чертеже показан преобразователь 9 линейных размеров механического типа.

Электромагнитнь:й клапан 8 соединен с сосудами 1 и 2. Нагревательный элемент 3 установлен внутри термоизолирующего кожуха 5;И его первый вход соединен с третьим выходом блока 12 управления, а второй вход соединен с выходом терморегулятора 4, вход которого соединен с выходом преобразователя 10 температуры в электрический сигнал, который также соединен с седьмым входом блока 11 вычисления влажности. Первьй вход блока 11 вычисления влажности соединен с пятым выходом блока 12 управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго коммутирующих элементов 13 и 14,, Второй вход коммутирующего элемента 13 соединен с выходом преобразователя 9 линейного размера сильфона в электрический сигнал, а первый и второй выходы коммутирующего элемента 13 соединены соответственно с вторым и пятым входами блока 11 вычисления влажности

Второй вход второго коммутирующего элемента 14 соединен с выходом преобразователя 7 давления в электри- .ческий сигнал, а первый и второй выходы коммутирующего элемента 14 соединены соответственно с третьим и

шестым входами блока 11 вычисления влажности о Выход преобразователя 6 давления в электрический сигнал соединен с четвертым входом блока 11 вычисления влажности Четвертьй выход блока 12 управления соединен с электромагнитной катушкой (не показана) клапана 8о Выход блока 11 вычисления влажности соединен с входом регистрирующего блока 15.

Сосуды 1 и 2 выполнены в виде сипь- фонов, установленных коаксиально один вовнутрь друг огос,, закреплены на общем основании и имеют общую крышку Для 15 определения их объемов достаточно измерить высоту Н сильфонов и умножить ее. значение на площадь основания сильфонов

14134806

(не показано) и включают нагреватель10

ный элемент 3, например, сигналом с выхода блока 12 управления .

Отключение устройства для сжатия сопровождается эффектом саморасшире- Ния сильфонных сосудов, обусловленным их упругой силой, в результате силь- фоны расширяются до наступления равновесия сил - силы упругости сильфо- на, стремящейся расширить сосуды, и силы атмосферного давления, стремящейся их сжать.

Нагрев осуществляют с точностью +2°С до температуры, равной температуре сушки пробы. Мощностью нагрева зшравляет терморегулятор 4. Нагрев продолжается 3-5 мин, необходимых до полного испарения влаги из образца.

Для упрощения процесса определения 2о течение этого времени давление в

объемов сосудов, оба сосуда 1 и 2 изготовлены таким образом, что площади их оснований S, и S равны, т.ео

сосуде 1 сначала увеличивается, что также приводит к расширению сосудов а затем устанавливается постоянным, равным Рд, что свидетельствует о по 25 ном испарении влаги.

Sr

Sj. При этом объемы сосудов V и

Vj также равны (V, Vj) и для их определения достаточно измерить высоту сосудов Н, например, с помощью преобразователя 9 линейных размеров силь- фонов о

Устройство работает следующим образом.

В сосуд 1 помещают пробу исследуемого материала и осуществляют откачку воздуха из обоих сосудов путем их сжатия до минимально возможного объема с помощью устройства для сжатия Хне показано). При этом в процессе сжатия сосуды 1 и 2 разгерметизированы (открыта или неплотно закрыта крьш1ка, сосуды сообщены с атмосферой с помощью вентиля и ТоД.).

После сжатия сосудов 1 и 2 осуществляют их герметизацию, например, с помощью общей крышки и измеряют начальный объем контрольного сосуда V° о Для этого коммутируюшз й элемент 13 устанавливается на время измерения V° в положение, соответствующее подключению его второго входа к первому выходу, и сигнал, пропорциональный объему V° сильфона,. с выхода преобразователя 9 поступает на второй выход блока 11 вычисления влажности. При этом установка коммутирующего элемента осуществляется, например, сигналом с выхода блока 12 управления.

Затем осуществляют расширение и нагрев сосудов 1 и 2. Для этого отключают устройство для сжатия сосудов

ный элемент 3, например, сигналом с выхода блока 12 управления .

Отключение устройства для сжатия сопровождается эффектом саморасшире- Ния сильфонных сосудов, обусловленным их упругой силой, в результате силь- фоны расширяются до наступления равновесия сил - силы упругости сильфо- на, стремящейся расширить сосуды, и силы атмосферного давления, стремящейся их сжать.

Нагрев осуществляют с точностью +2°С до температуры, равной температуре сушки пробы. Мощностью нагрева зшравляет терморегулятор 4. Нагрев продолжается 3-5 мин, необходимых до полного испарения влаги из образца.

сосуде 1 сначала увеличивается, что также приводит к расширению сосудов, а затем устанавливается постоянным, равным Рд, что свидетельствует о пол- ном испарении влаги.

Давление в контрольном сосуде 2 в начале нагрева также повышается. При установлении в сосуде 2 постоянной температуры, равной температуре сушки пробы, давление стабилизируется и становится равным Р.

Затем фиксируют положение сильфонов и измеряют давление в первом со5

0

5

0

5

суде Р и давление во втором сосуде PJ. Измерение давления в сосудах 1 и 2 осуществляют с помощью двух преобразователей 6 и 7 давлений, с выхода которых сигналы, пропорциональные, соответственно давлениям в сосудах 1 и 2, поступают на третий и четвертый входы блока 11 определения влажности. При этом сигнал с преобразователя 7 поступает на вход блока 11 вычисления влажности через первый вькод второго коммутирующего элемента 14, установленного в данное положение на время измерения сигналом с блока 12 управления. Затем сосуды 1 и 2 сообщают между собой. Для этого сигналом с блока 12 управления открывают электромагнитный клапан 8 В результате давление в сосудах изменяется до значения PJ о Измеряют величину давления РЗ и объем V контрольного сосуда при температуре нагрева. Для этого оба коммутирующих элемента 13 и 14 устанавливаются на время измерения в положение, соответствующее соединению их вторых выходов с вторыми входами.