Зондовый измерительный преобразователь влажности волокнистых материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению влажности материалов на основе определения электрической емкости, полного или активного сопротивления либо электропроводности введенного в материал измерительного преобразователя, и может быть использовано для измерения влажности сена и других стеблевых и волокнистых материалов (соломы, льна, хлопка, шерсти, ваты и т.д.). - в естественных условиях и упакованных

в виде тюков, рулонов, снопов в местах заготовки, складирования, хранения, а также в лабораториях.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобразователя и повышение точности измерения путем устранения влияния объемной плотности материала.

На фиг.I представлен зондовый из- мерительный преобразователь; на фиг.2 - графики зависимости объема материала в зондовом измерительном преобразователе от избыточного давления РИэ6 в пластичной оболочке (14 - плотный материал; 15 - материал средне.)) глотности; 16 - рыхлый материал); на фиг.З - корректировочные графики для получения истинного значения влажности по измеренным значе- ниям влажности и объемной плотности материала.

Зондовый измерительный преобразователь влажности сена и других стеблевых и волокнистых материалов содержит расположенные вдоль образующей цилиндра на равном расстоянии корпусные заостренные стержневые электроды 1 и размещенный в центре по оси цит линдра потенциальный стержневой электрод 2. Электроды установлены на общем основании, состоящем из металлического кольца - коллектора 3, на котором установлены корпусные элек-. троды, и диэлектрической втулки 4, служащей для крепления потенциального электрода 2 и изоляции его от коллектора 3 корпусных электродов 1, В потенциальном электроде 2 выполнен внутренний канал 5, проходящий вдоль оси электрода по всей его длине и имеющий со стороны общего основания выход 6 для подключения к гидро- или пневмоисточнику уплотняющего давления. Поверх потенциального электрода 2 размещена охватывающая его эластичная оболочка 7, герметически закрепленная втулками 8 и резьбовым заостренным наконечником 9 на потенциальном стержневом электроде 2, В боковых стенках электрода 2 выполнены отверстия 10, сообщающие внутренний канал 5 с полостью 11, образованной эластичной оболочкой 7. Выходные контакты: потенциальный 12 и корпусной 13 служат для подключения преобразователя к внешним электрическим цепям измерительного устройства.

5 0

5

0

5

0

5

0

5

Оболочка 7 может быть выполнена из эластичного диэлектрика либо из электропроводной резины, или содержать электропроводное покрытие снаружи или изнутри. В случае электропроводной оболочки она электрически соединяется с потенциальным электродом 2 в местах крепления к нему.

Количество корпусных электродов 1 выбирают в пределах 3-8. Малое число электродов (3-4) приводит к увеличению погрешности определения объемной плотности материала за счет выпячивания его за пределы образующей цилиндра при создании давления в полости 11 оболочки 7, большое число (7-8) увеличивает усилие вдавливания измерительного преобразователя в измеряемый материал. Оптимальное количество корпусных электродов 5-6.

Преобразователь работает следующим образом.

После введения измерительного преобразователя влажности в исследуемый материал измеряют электрический информативный параметр преобразователя. Затем сжатием сильфона создают в полости 11 эластичной оболочки 7 избыточное давление, уплотняющее материал. Контролируя избыточное давление манометром, его величину увеличивают до заданного значения, выбираемого таким, чтобы материал уплотнялся во всем диапазоне исходных объемных плотностей: незначительно - плотный материал, значительно - рыхлый. Объем материала в измерительном преобразователе будет уменьшаться при уплотнении в различной степени в зависимости от исходной объемной плотности (фиг.2) Величина уменьшения объема материала UV равна увеличению объема внутренней полости 11 оболочки 7.

Для системы: сильфон манометр - трубка - канал 4 - полость I1, заполненной жидкостью, величина увеличения объема полости 11 равна изменению объема сильфона при сжатии. Последнее измеряют по линейному перемещению головки сильфона, для чего его снабжают шкалой перемещения. По величине перемещения, соответствующей заданному значению избыточного давления, судят об исходной объемной плотности материала.

Для той же системы, заполненной воздухом, увеличение объема полости

П (AV

Э°нда

) определяют также с

помощью шкалы перемещения головки сильфона при его сжатии до заданного

избыточного давления Р

. гад

этом используются уравнения:

AVзонда vp,H}6. 3

-Yo-Pc

- Vn +AV

СИЛЬф. 3

р.иэе. ъ

где V

р. ИЭ6. 5

V,, AV

CH.1b

f-a

РИ,6 3

внутренний объем системы при сжатии сильфона до заданного избыточного давления

РИ-ЬС.Э

рнутренний объем с,истемы при исходном давлении Р0 (атмосферное давление) - калибровочная константа; уменьшение объема сил фона при сжатии до давления 5 - определяется по шкале перемещения головки сильфона.

Результат измерения представлен в виде значения объемной плотности материала, определяемой по градуировоч ной кривой канала плотности по измеренному перемещению головки сильфона, и скорректированного значения влажности, определяемого по корректировочным таблицам или графикам по измеренному значению электрического информативного выходного параметра преобразователя и полученному значению объемной плотности материала. Возможность повышения точности измерений демонстрируется графиками (фиг.З) величины вносимой поправки UW% к измеренному значению влажности сена W% для предлагаемого преобразователя (фиг.1), огкалиброванного при объемной плотности влажного сена у 125 , когда в качестве информативного выходного параметра использовалась электрическая емкость преобразователя на частоте 20 МГц. Выбор значения объемной плотности влажного сена, при которой проводилась калибровка преобразователя, равен 125 кг,м5, определяется технологическими условиями прессования сена и соответствует тюкам средней плотности. Как видно из графика, при отсутствии учета объемной плотности материала (прототип), значения выход

- ного параметра, выраженные в единицах влажности, варьируют в пределах -12%ЈUWij + 14% в диапазоне влажнос- тей W 0 - 35% при изменении объемной плотности материала в диапазоне от 50 (рыхлый тюк) до 200 кг-м (твердый тюк). Если же измеряется объемная плотность материала и вводитIQ ся учитывающая ее поправка UW, то погрешность, зависящая от плотности, уменьшается до величины, определяемой погрешностью измерения плотности. Последняя зависит от погрешности мано-

15 метра (2,5%) и погрешности измерения перемещения головки сильфона (5%), но в основном определяется неоднородностью структуры сена вблизи эластичной мембраны и составляет в целом

20 15-10% в диапазоне объемных плотное- тей сена 50-200 кг-см соответственно. Оценка по графикам (фиг.З) показывает что в этом случае относительная по грешность определения влажности се25 на, вызванная вариацией его объемной плотности, не превышает 10% от влажности сена, в то время как отсутствие учета объемной плотности сена дает относительную погрешность до 43% от

30 значения влажности сена. Таким образом, погрешность измерения влажнос-г ти предлагаемым устройством уменьшается в 4 раза по сравнению с известным.

Применение многократных измерений путем многоразового введения зонда в различные участки тюка позволяет снизить погрешность определения объемной плотности до 3-5%, что дает возможность уменьшить относительную погрешность определения влажности материала за счет неопределенности объемной плотности до 2-3%.

Использование предлагаемого преобразователя благодаря определению как влажности, так и объемной плотности материала и повышению точности определения влажности позволяет снизить потери по массе и качеству материалов, о.собенно кормов, при их заготовке и хранении и повысить эффективность работы установок искусственной сушки.

Формула изобретения

1.3ондовый измерительный преобразователь влажности волокнистых материалов, содержащий расположенные вдоль образующей цилиндра на равном расстоянии корпусные стержневые электроды и размещенный в центре по оси цилиндра потенциальный стержневой электрод, установленные на общем основании, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности измерения путем устранения влияния объемной плотности материала, центральный электрод снабжен внутрен

ним каналом, сообщающимся отверстием с полостью, образованной охватывающей этот электрод эластичной оболочкой, герметически закрепленной на нем по краям, причем канал в электроде имеет выход со стороны основания для подключения к гидро- или пневмоис- точнику избыточного давления.

2.Преобразователь по п.1, от- личающийс я тем, что эластичная оболочка выполнена электропроводной.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения влажности стеблевых и волокнистых материалов, преимущественно сена, по выходным параметрам введенного в материал зондового преобразователя. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя и повышение точности его измерения путем определения объемной плотности материала и исключения ее влияния на результаты измерений. В зондовом измерительном преобразователе, содержащем расположенные вдоль образующей цилиндра на равном расстоянии корпусные стержневые электроды и размещенный в центре по оси цилиндра потенциальный стержневой электрод, установленные на общем основании, центральный потенциальный стержневой электрод снабжен внутренним каналом, сообщающимся отверстиями с полостью, образованной охватывающей этот электрод эластичной оболочкой, герметически закрепленной на нем по краям и прилегающей к нему в отсутствие избыточного давления в канале, причем канал в электроде имеет выход со стороны основания для подключения к гидро-или пневмоисточнику избыточного давления. Объемная плотность материала определяется путем создания во внутренней полости оболочки заданного избыточного давления, уплотняющего материал, и измерения объема внешней замкнутой полости (сильфона), с помощью которого создают давление. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.