УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Советский патент 1974 года по МПК G01N22/04 

1

Известно устройство для измерения влажности сыпучих материалов по изменению интенсивности колебаний СВЧ, содержаш.ее генератор СВЧ, волноводную часть, передающую и приемную антенны, между которыми расположена кювета с исследуемым материалом, и индикатор колебаний, включенный в схему фазочувстБительного усилителя, питаюпдего электродвигатель, уравнивающий сигнал индикатора и перемещающий стрелку выходного прибора.

Цель изобретения - автоматизация процесса измерения и повышение точности.

Предлагаемое устройство отличается тем, что кювета, наполняемая исследуемым материалом, выполненная с постоянным поперечпым сечением по высоте, устаповлена между нриемной и передающей аптеннами на сигнализатор веса так, что поперечное сечение ее расположено нормально к направлению распространения электромагнитных волн. Сигнализатор веса соединен с системой наполнения кюветы материалом, а волноводная часть содержит направленный элемент, например направленный ответвитель, соединенный с детекторной секцией, нагруженной па сумматор.

На чертеже изображена функциональная схема установки для автоматического измерения влажности сыпучих материалов.

Генератор СВЧ 1, например клистронный, через певзапмный элемент, например ферритовый вентиль 2, соединен с двухканальной волноводпой системой, которая в местах разветвления и схождения снабжена синхронными и синфазными волноводньпш переключателями 3 и 4, например ферритовыми. Один из каналов волноводной системы содержит направленный элемент, например направленный ответвитель 5, передающий 6 и приемный 7 рупоры, между которыми помещена измерительная кговета 8 с исследуемым материалом, и невзаимный элемент, например ферритовый вентиль 9.

Другой канал волноводной системы содержит плавно управляемый аттенюатор 10, например поляризационный.

Измерительная кювета установлена на сигнализатор веса 11, например тепзометрический, который соединен с затвором 12, например шиберным, и управляет ключом 13. Оканчивается волповодная система детекторной секцией 14, связанной с управляемым ключом. Ключ связан с усилителем 15, к

другому входу которого подсоединен блок питания 16, соединенный с волноводными переключателями 3 и 4. Выход усилителя 15 соединен с аттенюатором 10 и через потенциометр 17 - с сумматором 18. Второй вход

сумматора связан с детекторной секцией 19,

подключенной к направленному ответвителю 5. Выход сумматора 18 нагружен на индикатор 20. Вся установка подключена к общему источнику питания 21.

Для пояснения принципа работы устройства необходимо рассмотреть поведение плоскопараллельного слоя влажного сыпучего диэлектрического материала в поле нормально падающей сверхвысокочастотной электромагнитной волны.

Энергия падающей электромагнитной волны распределяется следующим образом:

РО - Р, + я, + РЗ + ,

где Pi, PZ, РЗ и Р/. - соответственно мощность отраженной, рассеянной, поглощенной и. прощедшей волн.

Процесс отражения электромагнитного излучения от материала характеризуется его влажностью и плотностью ос, т. е.

P,f,(W,.).

Потеря энергии на рассеяние Р2 0 при выполнении критерия Рэлея

где а - размер гранул контролируемого материала;К- -длина волны.

На свер.хвысоких частотах этот критерий выполним для больщинства порошковых сыпучих материалов.

Поглощение электромагнитной энергии материалом, связанное, как известно, с разогревом частиц воды, определяется количеством влаги на пути распространения волны:

Яз /3 (QB),

где QB-вес воды в образце.

QB при постоянном объеме зависит от W и а. Таким образом

P,P,PW,a.),

что ведет к существенному влиянию плотности материала на точность измерения его влажности методом СВЧ.

W - ,

QM

где QM - вес влажного материала.

Если вес влажного материала QM принять постоянным, то W можно определить, зная Qn из РЗ РО-PI-Pi- При постоянной QB, а стало быть и РЗ, PI-Р4 также неизменно.

Таким образом, измеряя PI и Pi при постоянном QM, можно контролировать влажность сыпучего материала независимо от его плотности.

При этом плотность материала на любом горизонтальном сечении кюветы должна быть постоянной. Достичь этого можно, например, с помощью вибратора. Устройство работает следующи.м образом.

Вся сверхвысокочастотная энергия, вырабатываемая генератором 1, через невзаимный элемент 2 с помощью волноводного переключателя 3 подается поочередно в оба канала

двухканальной волноводной системы со звуковой частотой, нанример, 500 гц. В измерительной ветви электромагнитная энергия СВЧ, пройдя направленный ответвитель 5, излучается передающим рупором 6 и проходит измерительную кювету 8 с материалом постоянного веса. Часть энергии поглощается соответственно влажности в кювете с веществом, часть отражается, оставшаяся часть попадает в приемный рупор 7 и дальше на детекторную

секцию 14. Сюда же ноступает сигнал через переменный аттенюатор 10 из онорной ветви нри соответствующем положении переключателей 3. Паведенное на детекторной секции нанряжение через реле сигнализатора веса

И, которое замыкает измерительную ветвь при наполнении кюветы до определенного веса, подается на вход фазочувствительного усилителя 15. На другой вход усилителя подается опорное напряжение от блока питаПИЯ 16 переключателей.

Сигнал, полученный на выходе усилителя от сравнивания двух входных сигналов, подается через потенциометр 17 на измерительный аттенюатор, который изменяет затухание

до тех пор, пока СВЧ - сиг)1алы измерительной и опорной ветвей не уравняются.

Сигнал СВЧ, отраженный от поверхности образца, поступает через направленный ответвитель на сумматор. Сюда же поступает с

выхода усилителя сигнал, соответствующий весу воды в материале. В сумматоре выделяется сигнал, соответствующий истинной влажности. Этот сигнал подается на индикатор 20, отградуированный в единицах влажности.

Предмет изобретения

Устройство для измерения влажности сынучих лЧатериалов, содержащее генератор СВЧ, волноводный тракт, передающую и приемпую антенны с расположенной между ними кюветой и индикатор с фазочувствительным усилителем, ототичающееся тем, что, с целью автоматизации измерения и повыщения точности, кювета установлена на сигнализатор веса, соединенный с системой наполнения кюветы.