Зондовый измерительный преобразователь влажности Советский патент 1991 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике 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.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения влияния объемной плотности материала на результаты измерений.

На фиг.1 изображен зондовый измерительный преобразователь; на фиг.2 - преобразователь для измерения глубинных слоев матеоиала; на фиг.З - в относительных единицах вид зависимости избыточного давления воздуха А Р, нагнетаемого в канал потенциального электрода, от объемной плотности образца материала у при подключении этого канала к компрессору постоянной производительности АРмакс - максимальное избыточное давление; УМ - максимальная технологическая объемная плотность материала-сена); на фиг.4 - корректировочные графики (величина поправки A W) для получения истинного значения влажности материала (сена) по измеренным значениям влажности W и объемной плотности материала у.

Зондовый измерительный преобразователь влажности содержит расположенные вдоль образующей цилиндра на равном parО

ю VI о

Os

стоянии корпусные стержневые электроды 1 и размещенный в центре по оси цилиндра потенциальный стержневой электрод 2. Электроды установлены на общем основании, состоящем из металлического коллектора 3, на котором установлены корпусные электроды 1, и диэлектрической втулки 4, служащей для крепления потенциального электрода 2 и изоляции его от коллектора 3 Потенциальный электрод 2 имеет внутренний канал 5, проходящий по всей длине стержня от заостренной части до выхода со стороны основания электрода.

Выход канала 6 снабжен штуцером 7, служащим для подключения его к пневмо- источнику избыточного давления. Корпусные электроды 1 также имеют аналогичные каналы 8, заканчивающиеся со стороны основания электродов выходами 9. Корпусные 1 и потенциальный 2 электроды имеют отверстия 10 в боковых стенках, связывающие каналы 8 и 5 с измерительным пространством преобразователя (межэлектродное пространство). Отверстия 10 в потенциальном электроде 2 расположены по всей длине его боковой поверхности и обращены к корпусным электродам 1. Отверстия 10 в корпусных электродах 1 расположены по всей длине электрода в три ряда, средний из которых обращен к потенциальному электроду, а боковые - к соседним корпусным электродам. Внутрь каналов 8 корпусных электродов 1 вставлены тонкостенные трубчатые сетчатые фильтры (не показаны), пре- дохранпющие каналы от засорения пылевидными фракциями материала. Корпусные 1 и потенциальный 2 электроды выполнены разборными и состоящими из металлической основной трубчатой части и диэлектрических заостренных наконечников 11 и 12, соединяемых резьбой с трубча- одми частями и имеющих эластичные уплотнители 13 и 14. Это обеспечивает простоту чистки каналов в случае их засорения в процессе эксплуатации. К центральному потенциальному электроду 2 и коллектору 3, на котором установлены корпусные электроды 1, подключены выходные контакты преобразователя: потенциальный 15 и корпусной 16, которые служат для подключения преобразователя к внешним электрическим цепям измерительного устройстза.

Другим примером выполнения зондо- вого измерительного преобразователя является его вариант, предназначенный для измерения влажности глубинных участков материала (фиг.2).

В отличие от зонда по фиг. 1 в нем отверстия 10 в боковых стенках потенционально- го 2 и корпусных 1 электродов выполнены

только в удаленной от их основания части по длине равной 0,8-1,5 расстояния между по- . тенциальным и корпусными электродами . L Не имеющая отверстий часть потенциального

электрода 2 заключена в охватывающий его трубчатый электрод эквипотенциальной защиты 17 . изолированный от потенциального диэлектрическим слоем 18. Электрод эквипотенциальной защиты 15 соединен с выход0 ным контактом 19.

При измерениях выводы 15 и 16 преобразователя подключают к входу устройства измерения информативного выходного параметра преобразователя, а канал 6 потен5 ционального электрода 2 с помощью штуцера 7 соединяют с пневмоисточником избыточного давления. В варианте конструкции преобразователя, предназначенном для измерения влажности глубинных участ0 ков материала (фиг.2), вывод 17 электрода эквипотенциальной защиты 15 подключают к цепи формирования напряжения, равного напряжению, подводимому к потенциальному электроду 2. Эта цепь может представ5 лять собой эмиттерный или исковый повторитель напряжения, вход которого подключен к выводу 15, а выход - к выводу 19.

В качестве пневмоисточника избыточ0 ного давления используют малогабаритный компрессор постоянной производительности (поршневой или клапанный), монтируемый в рукоятке зонда, содержащего предлагаемый измерительный преобразо5 ватель. Компрессор соединяют со штуцером 7 резиновой трубкой. К выходу компрессора или к входу в штуцер 7 подключают манометр или датчик давления (не показан), измеряющий избыточное давление

0 нагнетаемого в канал б воздуха. Для измерения преобразователь вводят в измеряемый стеблевой или волокнистый материала так, чтобы основание преобразователя плотно прилегало к материалу. Затем изме5 ряют электрический информативный параметр преобразователя (электрическую емкость, полное или активное сопротивление либо электропроводность). После этого включают компрессор. Нагнетаемый в ка0 нал 6 воздух проходит через отверстия 10 потенциального электрода 2, проникает сквозь измеряемый материал, поступает в отверстия 10 корпусных электродов 1, окружающих потенциональный электрод, и вы5 ходит наружу по каналам 8 и выходам 9 корпусных электродов. Вследствие сопротивления, оказываемого материалом протеканию воздуха и непрерывному поступлению воздуха от компрессора, создается избыточное давление воздуха Д Р в

системе выход компрессора - соединительный шланг - манометр - канал 6. Это давление нарастает до тех пор, пока приток воздуха от компрессора не станет равным его расходу за счет профильтрования через измеряемый материал. При этом величина АР принимает большие значения для материала с высокой объемной плотностью у (фиг.З). После установления показаний манометра или датчика давления измеряют избыточное давление воздуха Д Р и по гра- дуировочному графику зависимости избыточного давления А Р от объемной плотности материала (фиг.З) или по шкале манометра, отградуированной в единицах объемной плотности, определяют ее значение.

Определение объемной плотности материала после измерения электрического информативного параметра преобразователя, характеризующего влажность материала, исключает влияние изменения влажности в процессе продувки воздуха через материал на результаты измерений.

Результат измерения представляют в виде скорректированного значения влажности, определяемого по корректировочным таблицам или графикам (фиг.4) по измеренному значению электрического информативного выходного параметра преобразователя (либо по соответствующему ему показанию влажности измерительного устройства, програду- ированного для материала заданной плотности) и полученному значению объемной плотности материала.

Результаты измерений может представляться также в виде двух величин: скоррек- тированного значения влажности и значения объемной плотности материала.

Количество корпусных электродов 1 выбирается в пределах 4-7, оптимальное количество 6, Увеличение количества электродов приводит к возрастанию усилия, необходимого для введения зонда в материал, уменьшение - к увеличению утечки продуваемого через материал воздуха за пределы зонда через толщу материала и к повышению неоднородности электромагнитного поля в рабочем объеме зонда. Внутренние каналы 8 корпусных 1 электродов выполняют диаметром 3-5 мм, канал 5 потенциального электрода 2-диаметром 7-12 мм. Отверстия 10 в боковых стенках электродов имеют диаметр 1,5-3 мм. Указанные диаметры обеспечивают малое сопротивление протеканию воздуха по каналам электродов преобразователя по сравнению с сопротивлением его прохождения через толщу материала и сопротивлениями утечек за пределы рабочего объема преобразователя через толщу преобразователя, благодаря этому сводится к минимуму погрешность определения объемной плотности материала.

В зондовом измерительном преобразователе влажности электромагнитное.поле, характеристики которого определяют информативный выходной сигнал преобразователя, распределено во всем пространстве

между потенциальным 2 и корпусными 1 электродами преобразователя. Через это же пространство прокачивается воздух вследствие того, что отверстия 10 в боковых стенках электродов расположены по всей их

длине. Благодаря этому измеряется влажность всего объема материала, расположенного между потенциальным 2 и корпусными

1электродами.

В преобразователе ьлажности (фиг.2)

электромагнитное поле также распределяется во всем пространстве между потенциальным 2 и корпусными 1 электродами, так как зл. ктрод эквипотенциальной защиты 17 находится под тем же потенциалом, что и

свободная часть потенциального электрода 2. Однако информативный выходной сигнал преобразователя формируется только тем объемом электромагнитного поля, который расположен между свободной (незаэкранированной электродом эквипотенциальной защиты 17) частью потенциального элеткро- да 2 и противолежащими ей частями корпусных электродов 1. Через этот же объем пространства прокачивается воздух вследствие расположения отверстий 10 на кочце- вых (удаленных от основания) частях электродов 1 и 2. Благодаря этому обеспечивается измерение влажности глубинных участков материала и исключение влияния

влажности поверхностного слоя материала (по толщине равного длине электрода эквипотенциальной защиты 17) на результаты измерения.

Длину перфорированных участков электродов 1 и 2 выбирают равной 0,8-1,5 расстояния между потенциальным электродом

2и корпусными электродами 1. Уменьшение этой длины приводит к возрастанию погрешности определения объемной плотности материала, увеличение ее снижает возможность послойного определения влажности, увеличивая толщину измеряемого слоя материала.

Формула изобретения

1. Зондовый измерительный преобразователь влажности сена и других стеблевых и 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 повышения точности измерения путем исключения влияния объемной плотности материала на результаты измерений, корпусные и потенциальный стержневые электроды снабжены внутренним каналом и отверстиями в боковых стенках, каналы имеют выходы со стороны основания электродов, причем выход канала центрального потенциального электрода снабжен штуцером

0

5

для подключения его к пневмоистрчнику избыточного давления.

2. Пеобразователь влажности по п.1, отличающийся тем, что отверстия в боковых стенках корпусных и центрального потенциального электродов расположены на удаленных от их основания частях, а не имеющая отверстий часть центрального потенциального электрода заключена в дополнительный трубчатый электрод эквипотенциальной защиты, изолированный от потенциального электрода.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения влажности сена и других стеблевых и волокнистых материалов. Цель изобретения - повышение точности путем исключения влияния на результаты измерении объемной плотности материала. Преобразователь содержит потенциальный стержневой и окружающие его по образующей цилиндра корпусные стержневые электроды. Все электроды выполнен с каналами внутри и отверстиями в боковых стенках. Потенциальный электрод имеет штуцер для подключения к пневмоисточнику избыточного давления, каналы корпусных электродов отурыты. Преобразователь для определения влажности глубинных учгсг- ков материала имеет отверстие в боковых стенках только в зоне измерений, а не имеющая отверстий часть потенциального электрода заключена в дополнительный трубчатый электрод эквипотенциальной защиты. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. fe

К

// 13

- 1 -/

Фиг.З

дХ%

Фиг. 4

f SO кг-м

-з

ЈГ WO кг-v

ws

-з

# 150 кг-м

3

р гоокг-м

-3