Смекни!
smekni.com

Датчик влажности

МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ


НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО


ДАТЧИКВЛАЖНОСТИ

Курсоваяработа по дисциплине«Датчики физическихвеличин»


а) Доцент кафедрыОЭФ


б) Студентгруппы 9012

_______ РуппельД.А.

«__»________2000


НовгородВеликий 2000


Содержание


Переченьусловных обозначений


5Основнаячасть


5.1 Описание физическойвеличины

Для характеристикисодержаниявлаги в материалахприменяются две величины:влагосодержаниеи влажность.Ранее эти величиныназывалисьсоответственноабсолютнойи относительнойвлажностью.

Под влагосодержаниеми понимаетсяотношение массывлаги М,содержащейсяв теле, к массеабсолютносухого телаM0:


U=M/M0 (1)


Под влажностьюW-понимаетсяотношение массывлаги M, содержащейсяв теле, к массевлажного ма­териалаМ1.


W=M/(M+M0) (2)


Иногдаэти величинывыражают черезвеса и в про­центах.В таком случаевыражения (1) и(2) прини­маютвид:


U%=((P-P0)/P0)*100%


W%=((P-P0)/P)*100%

где Р—весвлажного тела;

Р0весабсолютносухого тела.

Для указаниясодержаниявлаги в материалеможет бытьприменена любаяиз этих величин.Переход отод­ной величинык другой можетбыть осуществленпо со­отношениям:


W=U/(1+U) (3)


U=W/(1-W) (4)


Так, например,и=1соответствуетW=0,5.На рис. показаназависимостьмежду U иW,построеннаяпо соот­ношениям(1-4).

В определенныхотрасляхпромышленности для указа­ниясодержаниявлаги в материалеприменяютсявлагосодержаниеUили влажностьW в зависимостиот устано­вившихсятрадиций. Большейчастью в теоретическихисследованияхи расчетахсодержаниевлаги задаетсявлагосодержаниеми; впроизводственныхуслови­ях вэкспериментахдля той же целичаще приме­няютвлажностьW.

При измеренияхвлаж­ностинеобходимоучиты­ватьформы ее связис материалом,а также осо­бенности гигротермическогоравновесиямате­риалас окружающейвоз­душнойсредой.

Естественныеи про­мышленныевлагосодержащиематериалыотно­сятсяк коллоидным,ка­пиллярно-пористымили капиллярно-пористымко­ллоиднымтелам. К коллоиднымтелам принадлежатэластичныегели, студни,желатины, мучноетесто и т. д.Примеромкапиллярно-пористыхтел являютсяквар­цевыйпесок, слабообожженныекерамическиематериалы ит. д. Большинствовлажных материаловявляютсякол­лоидными,капиллярно-пористымителами. Коллоидныете­ла характеризуютсямалыми размерамикапилляров,близкими крадиусу действиямолекулярныхсил, и могутрассматриватьсяв общем случаетакже каккапиллярно-пористыетела. Способностьматериаловпоглощать иотда­вать влагуопределяется,с одной стороны,свойствам итвер­дого«скелета»материала, ас другой- формойсвязи с нимвлаги. На первуюгруппу свойствнаибольшеевлияние оказываютразмеры капилляров.Разли­чаеттри группыкапиллярно-пористыхтел: микрокапил­лярные,макрокапиллярныеи гетеропорозные.У первых радиускапилляровменьше10-5см, увторых - большеэтой величины,у третьих - капиллярыимеют разныеразмеры. Наперенос влагивнутри капиллярно-пористыхтел влияюттакже формакапилляров,их расположениеи соединение,а также механическиесвойства материалов.

Наиболееполная классификацияформ связивлаги с ма­териаломдана П. А. Ребиндером,исходя изинтенсивностиформ связи. Взависимостиот энергии,необходимойдля удалениявлаги из тела,связи делятсяна химические,фи­зико-химическиеи физико-механические.К первой группеотносятсянаиболее сильныесвязи: ионнаяи молекулярная.При этих формахсвязи вода кактаковая исчезаети ее мо­лекулывходят в составнового вещества(гидратнаявода). Химическисвязанная влагарезко отличаетсяпо своим свойствамот свободной;ее нельзя удалитьсушкой илиотжатием.

К физико-химическимсвязям относятсяадсорбционнаяи осмотическаясвязи. Перваяхарактернадля гидрофиль­ныхи гидрофобныхтел; удалениевлаги происходитиспа­рением,десорбциейу гидрофильныхтел или дезадсорбцией- у гидрофобных.Осмотическаясвязь имеетместо у растительныхклеток с концентрированнымраствором, вкоторые водапроникает изокружающейсреды, с менееконцентрированнымраствором.

При наиболееслабой связи- физико-механической- вода удерживаетсяв неопределенныхсоотношениях.Связь можетиметь структурныйхарактер, например,в студне образующихвеществах. Вмикрокапиллярахсвязь образуетсяпоглощениемводы из влажноговоздуха илинепосред­ственнымсоприкосновениемматериала сводой, вмакрокапиллярах—поглощениемводы прямымсоприкоснове­нием.В обоих случаяхвода механическиудерживаетсяадсорбционнымисилами у стенок.Основная массаводы, кромесвязаннойадсорбционно,сохраняет своисвойства. Условиемнарушения связиявляется действиедавления,превосходящегокапиллярное.Наконец, связьсмешиваниемобразуетсяв непористыхсмачиваемыхтелах прилипаниемводы при еесоприкосновениис поверхностьютела. Удалениевлаги, как ипри структурнойсвязи, производитсяиспарением.

Разграничениевлаги по формеее связи с сухиммате­риаломпредставляетсложную задачу,хотя для этогобыл предложенряд методов,основанныхна использованиииз­мененияфизических(в том числе иэлектрических)характеристик.


5.2 Описаниеи выбор методаизмерениявлажности


Методы измерения-влажностипринято делитьна пря­мые икосвенные. Впрямых методахпроизводитсянепо­средственноеразделениевлажного материалана сухое ве­ществои влагу. В косвенныхметодах измеряетсядругая величина,функциональносвязанная свлажностьюмате­риала.Косвенныеметоды требуютпредварительнойкалиб­ровкис целью установлениязависимостимежду влажно­стьюматериала иизмеряемойвеличиной.


5.2.1 Метод высушивания


Наиболеераспространеннымпрямым методомявляется методвысушивания,заключающийсяв воздушно-тепловойсушке образцаматериала додостиженияравно­весияс окружающейсредой; эторавновесиеусловно счи­таетсяравноценнымполному удалениювлаги. На практи­кеприменяетсявысушиваниедо постоянноговеса; чаще применяюттак называемыеускоренныеметоды сушки

В первомслучае сушкузаканчивают,если два последова­тельныхвзвешиванияисследуемого,образца даютодина­ковыеили весьмаблизкие результаты.Так как скоростьсушки постепенноуменьшается,предполагается,что при этомудаляется почтився влага,содержащаясяв образце.Длительностьопределенияэтим методомсоставляетобыч­но отнесколькихчасов до сутоки более. В ускоренныхметодах сушкаведется в течениеопределенного,значитель­ноболее короткогопромежуткавремени, приповышеннойтемпературе(например,стандартныйметод определениявлажности зернасушкой размолотойнавески при+130°С в течение40 мин).В последниегоды для ускореннойсушки рядаматериаловстали применятьинфракрасныелучи, а в отдельныхслучаях—диэлектрическийнагрев (токивысокой частоты).Определениювлажноститвердых материаловвысушиваниемприсущи следующиеметодическиепогрешности:

а) При высушиванииорганическихматериаловнаряду с потерейгигроскопическойвлаги происходитпотеря лету­чих;одновременнопри сушке ввоздухе имеет,место погло­щениекислородавследствиеокислениявещества.

б) Прекращениесушки соответствуетне полномууда­лению влаги,а равновесиюмежду давлениемводяных паровв материалеи давлениемводяных паровв воздухе.

в) Удалениесвязанной влагив коллоидныхматериалахневозможнобез разрушенияколлоиднойчастицы и недо­стигаетсяпри высушивании.

г)В некоторыхвеществах врезультатесушки обра­зуетсяводонепроницаемаякорка, препятствующаяудалению влаги.

Некоторыеиз указанныхпогрешностейможно умень­шитьсушкой в вакуумепри пониженнойтемпературеили в потокеинертного газа.Однако длявакуумной сушкитребуется болеегромоздкаяи сложная аппаратура,чем для воздушно-тепловой.

При наиболеераспространеннойсушке (в сушильныхшкафах) имеютсяпогрешности,зависящие отприменяемойаппаратурыи техникивысушивания.Так, например,результатыопределениявлажностизависят отдлительностисушки, от температурыи атмосферногодавления, прикото­рых протекаласушка. Температураимеет особенноболь­шое значениепри использованииускоренныхметодов, когдапонижениетемпературысильно влияетна количествоудаленнойвлаги. На результатывысушиваниявлияют такжеформа и размерыбюкс и сушильногошкафа, рас­пределениетемпературыв сушильномшкафу, скоростьдвижения воздухав нем, возможностьуноса пыли илимелких частицобразца и т. д.Для материалов,подвергаю­щихсяперед определениемвлажностиизмельчению,боль­шое значениеимеет убыльвлаги в образцев процессеизмельчения.Эта убыль особенновелика, еслипри размолеимеет местонагрев образца.С другой стороны,возможно поглощениевлаги из окружающейсреды в промежутках

времени междуокончаниемсушки и взвешиваниемобразца.

В итогевысушиваниепредставляетсобой чистоэмпири­ческийметод, которымопределяетсяне истиннаявеличина влажности,а некая условнаявеличина, болееили менее близкаяк ней. Определениявлажности,выполненныев неодинаковыхусловиях, даютплохо сопоставимыерезуль­таты.Более точныерезультатыдает вакуумнаясушка, выполняемаяобычно в камерепри пониженномдавлении (25 ммрт. ст. и ниже)до постоянноговеса.


5.2.2 Дистилляционныйметод


В дистилляционныхметодах исследуемыйоб­разец подогреваетсяв сосуде сопределеннымколичествомжидкости, несмешивающейсяс водой (бензол,толуол, ксилол,минеральноемасло и т. д.), дотемпературыкипе­ния этойжидкости. Пары,проходя черезхолодильник,кон­денсируютсяв измерительномсосуде, в которомизмеряет­сяобъем, или весводы. Дистилляционныеметоды в раз­личныхмодификацияхи с использованиемразных конструкцийаппаратурыбыли разработаныдля различныхматериалов,в том числе идля жидких.Однако дистилляционнымметодам такжесвойственнымногие недостатки.Капли воды,остающиесяна стенкаххолодильникаи тру­бок, вызываютпогрешностив определениях.Применяемыерастворители,как правило,огнеопасны,а аппаратурахрупка игромоздка.

Методы высушиванияи дистилляционныеприняты в качествестандартныхметодов определениявлажностибольшинстваматериалов.


5.2.3 Экстракционныеметоды


Экстракционныеметоды основанына (извле­чениивлаги из исследуемогообразца твердогоматериалаводопоглощающейжидкостью(диоксан, спирт)и определе­ниихарактеристикжидкого экстракта,зависящих отего влагосодержания:удельного веса,показателяпреломления,температурыкипения илизамерзанияи т.п. В электриче­скихэкстракционныхметодах измеряютсяэлектрическиесвойства (удельноесопротивление,диэлектрическаяпроницаемость)экстракта. Экстракционныеметоды даютнаилучшиерезультатыв применениик материалам,мелко измельченнымили обладающимпористой структурой,обеспечивающейпроникновениеэкстрагирующейжидкости в.капилляры.


5.2.4 Химическийметод


Основойхимических(методов являетсяобработкаобразца твердогоматериалареагентом,вступающимв химическуюреакцию толькос влагой, содержащейсяв образце. Количествоводы в образцеопределяетсяпо количествужидкого илигазообразногопродукта реакции.Наиболеераспространеннымихимическимиметодами являютсякарбидный(газометрический)метод и примененареактива Фишера.

В первомметоде измельченныйобразец влажногоматериалатщательносмешивают скарбидом кальцияв избыточномколичестве,причем имеетместо реакция:

СаС2+ 2Н20=Са(ОН)2-\-С2Н2

Количествовыделенногоацетиленовогогаза определяютизмерениемего объема илипо повышениюдавление вплотно закрытомсосуде. Обычноприбор градуируютэмпирически,так как практическине вся водаучаствует вреакции и количествовыделенногоацетилена несоответствуетуравнениюреакции.

Менеераспространенхимическийметод определениювлажности поповышениютемпературывследствиехимическойреакции реагентас влагой вещества;чаще всего вкачестве реагентаиспользуетсясерная кислота.Повышениетемпературысмеси карбидакальция с материаломможно использоватьтакже в карбидномметоде, так какреакция водыс СаС3протекает свыделениемтепла.

Иногда необходимораздельноеопределение«поверхностной»и «внутренней»влажностиматериала.Кроме способов,основанныхна удаленииповерхностнойвлаги силикагелем,фильтровальнойбумагой и т.п., можно применитьпредложенныйИ. К. Петровымметод, по которомупредварительновзвешеннуюнавеску материалаопускают в водуизмеряют ареометром,отградуированнымв грам­мах (дляданного материала),силу, действующуюна на­веску,н по разностивесов навескиопределяютвес поверх­ностнойвлаги.


5.2.5 Метод СВЧ-влагометрии

Из методовизмерениявлажности,применяемыхв промышленности,только высокочастотнаявлагометрияможет конкурироватьпо широ­теиспользованияс СВЧ-методом.ПреимуществамиСВЧ-влагометрииявляются: возможностьбесконтактногоизмерения,относительнаяпросто­та идешевизнааппаратуры,а в ряде случаеви хорошиеметрологическиехарактеристики.Метод основанна измеренииэлектрическихпараметровдатчика с материаломили амплитудыили (и) фазыпрошедшей илиотра­женнойволны в диапазонедо 30 ГГц. Различиевысокочастотныхи СВЧ-методоввызвано каксоизмеримостьюдлины волныс минимальнымихарактеристическимиразмерамиобъекта, таки особенностьюповедениясвязанной водыв гигагерцевомдиапазоне.

Одно из уникальныхсвойств воды- аномальновысокая диэлектри­ческаяпроницаемость,вызванная тем,что оси 0-Н вмолекуле водыимеют угол,близкий к 105°.Эта особенность,обусловленнаязаконами квантовоймеханики, приводитк тому, что дажев отсутствиевнешнегоэлектрическогополя молекулаводы обладаетсобственнымдипольныммоментом. Ориентацияполярной молекулыво внешнем полеотлична оториентациинеполярноймолекулы приэлектроннойили ионнойполя­ризации,когда деформируетсятолько электронноеоблако. Придипольнойполяризациимолекулаповорачиваетсякак единоецелое, поэтомуна процессполяризациивлияют энергиясвязи воды соскелетом итемпература.Вращение молекулыотстает отвращающегомомента, вызванногопеременнымэлектромагнитнымполем, за счетсил трения,уменьшающихтакже и амплитудурезультирующейполяризации.Это отставаниеудобно характеризоватьвременем релаксации,которое дляводы равно0,6*10-11 с (Т = 293 К) идля льда 10"5с (Т-9—10-7 с. Присовпадениичастоты внешнегополя с собственнойчастотой диполей(область диспер­сии)возрастаютпотери и диэлектрическаяпроницаемостьначинает зависетьот частоты.


5.2.6 Нейтронныйметод


Нейтронныйметод измерениявлажностиоснован назамедлениибыст­рых нейтроновпри упругомстолкновенииих с атомамивещества. Таккак массы ядраи нейтронасоизмеримы,то при упругомстолкновениипроисходитуменьшениеэнергии нейтрона,равное энергииотдачи ядра.При столкновениис легкими атомами,в частностис атомами водорода.потеря энергииможет бытьвесьма значительной.Анизотропныйпоток быстрыхнейтронов,сохраняющийпри прохождениичерез веществосвое первоначальноенаправление,превращаетсяв изотропныйпоток тепловыхнейтронов,которые можнорегистрироватьдетектором,расположеннымв непосредственнойблизости отисточникабыстрых нейтроновили в точке,удаленной нанекотороефиксированноерасстояние.

В реальныхсредах, содержащихне только легкие,но и средние(с заря­дом Z >35) ядра, быстрыенейтроны испытываюткак упругие,так и неупругиестолкновения,а затем, когдав результатестолкновенийнейт­рон потеряетбольшую частьэнергии, онначнет терятьэнергию толькона упругихстолкновениях.В среде с легкимиатомами рольнеупругихстолкновенийзначительнослабее.Так, замедляющаяспособностьводы вычисленас учетом кислорода.Несколькобольшая замедляющаяспо­собностьу парафина.Высокую замедляющуюспособностьуглеводоро­довобъясняетсильное влияниеорганическихпримесей наточность приизмерениивлажности почвнейтроннымметодом. Используясвойство разнойзамедленностинейтронов вматериалах,создаютсянейтронныевлагомеры.


5.2.7 Инфракрасныевлагомеры


Известно, чтов молекулесуществуютдва основныхвида колебаний— валентныеи деформационные.Колебания, вусловиях которыхатомы остаютсяна осях валентнойсвязи, а расстояниямежду атомамипериодическиизменяются,называют валентными.Под деформационнымипонимают колебания,в условияхкоторых атомыотходят от осивалентныхсвязей. Посколькуэнергия деформационныхколебанийзначительноменьше энергиивалентныхколебаний, тодеформационныеколебаниянаблюдаютсяпри большихдлинах волн.

Валентныеи деформационныеколебаниясоздают основные,обладаю­щиенаибольшейинтенсивностьюполосы поглощения,а также обертонныеполосы, имеющиечастоты, кратныеосновной.Интенсивностьобертонныхполос поглощенияменьше интенсивностиосновных.

Разграничениеспектров похарактерупоглощениясовпадает сэнерге­тическимделением инфракрасной(ИК) областиизлучений наближ­нюю область,соответствующуюобласти обертонов,и среднюю,соот­ветствующуюобласти основныхколебаний.

ГлавнойособенностьюИК-спектровявляется то,что поглощениеизлу­чениязависит нетолько от молекулыв целом, но иот отдельныхгрупп присутствующихв этой молекулеатомов. Этоположениеявляетсяосновополагающимдля ИК спектральногоанализа вещественногосостава и определенияколичеств техили иных группатомов, присутствующихв исследуемомматериале.

Получаюти исследуютИК-спектры спомощью специальныхприбо­ров —спектрометровили спектрофотометров,в которых излучениеис­точниканаправляетсяна исследуемыйобразец черезмонохроматор,вы­деляющийиз интегральногопучка излучениймонохроматическоеизлу­чениетой или инойдлины волны.

Излучение,прошедшее черезконтролируемыйматериал,улавливает­сяприемником,а сигнал, формируемыйприемником,усиливаетсяи об­рабатываетсяэлектроннымблоком. Обычнов видимой иближней ИК-областяхисточникамиизлученияслужат лампынакаливания,а приемника­ми— фоторезисторы,напримерPbS, GaS, InSb и т.п. Всредней и дальнейИК-областяхисточникамиизлучений могутбыть накапливаемыекерами­ческиестержни, априемниками- термопары,болометры ит.п.

Количественныйанализ содержанияв контролируемомматериале тогоили иного компонентадостаточнопрост, еслиимеется полосапогло­щенияданного компонента,не перекрывающаясяполосами поглощениядругих компонентов.Тогда глубинаполосы хорошокоррелируютс кон­центрациейисследуемогокомпонента.

Прибор обычнорегистрируетпрозрачностьхарактеризующуюотношениепотока, прошедшегочерез вещество,к потоку, падающемуна вещество:


5.2.8 Кондуктометрическиедатчики


Капиллярно-пористыевлажные материалыс точки зре­нияфизики диэлектриковотносятся кмакроскопическинеоднороднымдиэлектрикам.Их неоднородностьобуслов­ленав первую очередьналичием вкрапленийвлаги в основ­ной(сухой) материал.Кроме того,подавляющеебольшин­ствоестественныхи промышленныхматериаловнеодно­роднопо своему химическомусоставу, содержитпримеси, загрязненияи воздушныевключения.

Для таких материаловхарактернопревалирующеевлия­ние влажностина электрическиесвойства материала.Являясь в сухомвиде изоляторамис удельнымобъемнымсопротивлениемPv=1010—1015ом-сми выше, в результа­теувлажненияони становятсяпроводниками:величина Pyпонижаетсядо 10-2—10-3ом-см.Удельноесопротивлениеизменяется,следовательно,в зависимостиот влажностив чрезвычайношироком диапазоне,охватывающем12—18 порядков.Неоднородностьдиэлектрика,наличие в немвлаги сказываютсяне только навеличине удельнойпрово­димости,но и на качественныхособенностяхэлектропро­водности:на ее зависимостиот температурыи напряжен­ностиэлектрическогополя.


5.2.9 Выбор метода


Для моеготехническогозадания наиболееполно подходиткондуктометрическийметод измерениявлажности.

Метод высушиванияочень надежен,но имеет большуюпогрешностьи достаточноограниченнуюобласть применения.Конструкциясушильныхшкафов достаточносложна и дорогостояща.

Дистилляционныйметод, как ужеоговаривалось,имеет многонедостатков,таких как:огнеопасноеи хрупкоеоборудование,большая погрешность.

Экстракционныйметод слишкомсложн в своейпостановке.Используютсярасходныематериалы.

Химическийметод в отличиеот других методовучитываетсодержаниесвязанной водыв материале,достаточнопрост, но используетрасходныематериалы.

СВЧ-технологияизмерениявлажностинадежна, позволяетбесконтактноизмерять влажностьматериала, нопо сравнениюс кондуктометрическимметодом болеесложен в исполнении.

Нейтронныйметод измерениявлажности имееточень маленькую погрешность(0,3-1%), удобен дляизмерениявлажностипочвы, бетона. Но слишкомбольшой объемнавески (слой10-20см или сфераD=15-40см),влияние напоказанияорганическихпримесей, фоноваярадиоактивность,делает его неприменимымк текущемутехническомузаданию.

Инфракрасныйвлагомер сложен.Требует дополнительноедорогостоящееоборудование(спектрометр,монохроматор).

В отличие отвсех вышеперечисленныхметодов кондуктометрическиедатчики являютсяочень чувствительными(изменениеудельногосопротивленияна 10-12 порядков),конструктивнолегко выполнимы,не требуютдополнительнодорогостоящихприборов вбольшей степениотвечает моемутехническомузаданию, а главноедополнительномуусловию: измерениевлажностисыпучих материалов.


    1. Выбор и описаниедатчика

Основным требованием,предъявляемымк датчикамэлектрическихвлагомеров,является требованиевоспроизводимостифакторов, влияющихна результатыизмерения. Всвязи с этимв некоторыхдатчикахпредусматриваютсядополнительныеустройства,предназначенныедля созданияодинаковыхусловий подготовкиили введенияобразца ма­териалав междуэлектродноепространство.Кроме того, кконструкциидатчиковпредъявляютсяи другие требова­ния,как-то: небольшойвес (особеннов переносныхвлаго­мерах),высокое сопротивлениеизоляции, котороедолжно бытьв несколькораз выше максимальногосопротивленияматериала междуэлектродами.Последнеетребованиевле­чет за собойнеобходимостьтщательнойочистки и наблю­денияза состояниемизоляции впроцессеэксплуатации,особенно привозможностизагрязненияили увлажненияизоляции исследуемымматериалом.

Для кондуктометрическихвлагомеровбыло разработаномного конструкцийдатчиков; нижерассматриваютсянаи­болеехарактерныедатчики, нашедшиепрактическоепри­менение.


Попринципу действиядатчики длясыпучих материалових можно разделитьна две группы:

  1. датчикибез уплотнениясыпучего материала

  2. дат­чикис принудительнымуплотнениемматериала вмежду­электродномпространстве.

Основнымнедостаткомдатчиков первойгруппы явля­етсяразличнаястепень уплотненияматериала междуэлек­тродами,сильно влияющаяпа электрическиехарактеристи­киматериала.Скорость ивысота паденияматериала приего введениив датчик, случайныесотрясенияи удары по датчикуменяют уплотнение.Для получениявоспроизводи­мыхусловий измерениянеобходимыспециальныеприспо­собленияи соблюдениеопределеннойметодики введенияобразца, обеспечивающиепостоянствовысоты и скоростипадения материалав таких датчиках.Даже при соблюде­нииэтих условийэлектрическоесопротивлениематериала принизкой влажности(до 12—13%) весьмавелико, чтонесколькоусложняетизмерение. Ещеважнее тообстоя­тельство,что при измерениисопротивлениязернистых икусковых материаловрезультатизмерениязависит отсо­стоянияповерхностиотдельных зеренили кусков(напри­мер, отее шероховатости,запыленности).Также сильновлияет на результатыгранулометрическийсостав матери­ала.В этих датчикахтрудно получитьпостоянноесопротив­лениеконтакта материалас электродами.

По указаннымпричинам внастоящее времядатчики безуплотненияприменяютсятолько в автоматическихвла­гомерах,где постоянствоуплотненияматериалаобеспеченосамим измеряемымобъектом и гдеполностьюиспользу­ютсяпреимуществарассматриваемоготипа датчиков— простотаконструкциии удобствоустановки напотоке сы­пучихматериалов.

В датчикахнеавтоматическихкондуктометрическихвла­гомеровчаще всегоприменяютпринудительноеуплотнениеобразца сыпучегоматериала. Присжатии сыпучихматери­алових проводимостьувеличиваетсявначале достаточнорезко; с повышениемдавления ростпроводимостизамед­ляетсяи, начиная снекоторойвеличины давления,измене­ниядавления почтине влияют навеличинусопротивления.Для уменьшениявлияния колебанийстепени уплотненияна результатыизмерениинередко приходитсяприменятьдостаточновысокие давления.В этом заключаетсяос­новнойнедостатокдатчиков суплотнением:большие уси­лиядеформируютобразец и вряде случаев(например, приизмерениивлажностизерна) частичноего разрушают.Вместо материалав естественномего состоянииобъектом измерениястановитсяискусственноспрессованныйбрикет из этогоматериала.Электрическоесопротивлениетакого брикетазависит и отмеханическихсвойств материала,таких, как твердость,стекловидностьзерна и т. п. Припрессо­ванииобразцов высокойвлажностивозможен частичныйотжим влагис ее вы­делениемна электродах.Кроме того,большие усилияприводят кповышенномуизносу датчика.Деформацияили разрушениеобразца материалапри из­мерениивлажностиисключаютвозможностьповторногоизмерения, чтотакже являетсяэксплуатационнымнедостат­ком.


      1. Влагомер ВП-4


Г. Б. Пузринпредложил вконце 30-х годовконструкциюзерна, в которомпостояннаянавеска зер­наподвергаетсясжатию в постоянномобъеме с помощьюручного пресса.Эта конструкциябыла применена,во вла­гомереВП-4 Г. Б. Пузринадля зерна, нашедшемв последующемзначительноераспространениев хле­бозаготовительнойсистеме Нарис.1 приложения… показанакон­струкцияэлектродногоустройствавлагомера ВЭ-2,представляющегособой модификациюприбора ВП-4,разработаннуюв последниегоды. Навесказерна 1 (для пшеницы,ржи, ячменя —8 г, дляовса — 7 г) насыпаетсяв металли­ческийстакан 2.Одним из электродовслужит кольцо3. изолированноеот стакана спомощью прокладок4. Второй,центральный,электрод 5 соединенс корпусомдатчика.

Конструкцияэлектродоврассчитанана уменьшениевлияния сопротивленияторцовых частейбрикета зерна.Пуансон 6служит дляуплотненияобразца; давлениена пуан­сонсоздает ручнойвинтовой пресс,снабженныйвизирным устройством,указывающимпредел вращениязажимного винтапри каждомпрессованииобразца. Этоустройстводолжно обеспечитьпостоянстводавления наобразец приопределенияхвлажности.Стакан 2 заключенв футляр 7 издиэлектрика,который позамыслу авторовконструкциипри выполненииизмеренияпредохраняетдатчик от нагре­ванияруками лаборанта.У описанногодатчика необходимочасто (по инструкциик прибору ВЭ-2перед каждойсме­ной) проверятьправильностьустановкивизирногоустрой­ства.Проверка выполняетсяс помощьюконтрольногоци­линдра,вставляемогов датчик; в случаенеобходимостиположениевизирногоустройствакорректируется.


      1. Влагомер дляпорошкообразныхматериалов


Датчиквлагомераанглийскойфирмы Маркони(Приложение… рис.1)Для измельченныхпорошкообразныхматериаловсостоит из двухосновных частей:ручного винтовогопресса 1 иэлек­тродногоустройства2. Прессимеет металлическуюскобу с накладкой8 дляподдержаниядатчика рукой,а также опору4 дляустановки настоле. Винтчерез пружину,смонтированнуювнутри стакана5, воздействуетна толка­тель6, уплотняющийпосредствомпуансона 7 образецма­териалавнутри пологоцилиндра 8.Электродноеустройствоимеет дваметаллическихконцентрическихэлектрода: 9и 10, электрод9 имеетформу кольца,10—чашечкис круго­вымуглублением.Рабочие поверхностиэлектродовраспо­ложеныв одной плоскости;электродысмонтированыв кор­пусе,снабженномгнездом 11для подключенияк измерительнойцепи. В этомдатчике в кольцевомкруговом зазоре между электродами,разделеннымитвердым диэлектриком,измеряетсясопротивлениеспрессованной"лепешки" изисследуемогоматериалаВзвешиваниянавески дляопределениявлажности нетре­буется.Образец испытываетсяпри определенномдавлении (около0,7 кГ/см2),создаваемомпри вращениирычага пружинаимеет предварительноенатяжение.


      1. Датчик влажностидля формовочнойсмеси


Ограничениесилы сжатияматериалакалиброваннойпружиной примененов датчике дляформовочнойсмеси ли­тейногопроизводства(Приложение… рис1). Датчик-щупимеет электродыв виде наклонныхлатунных пластинок1, по­гружаемыхв формовочнуюсмесь. По мерепогруженияэлектродовсмесь уплотняетсяи ее механическоесопротив­лениевозрастает.Давление нарукоятку 2передаетсяэлек­тродампружиной 3через шток. Приопределенномусилии, соответствующемдавлению электродовна грунт, равному0,5 кГ/см2,кольцо 4замыкает выключатель5 и вводитэлектроды визмерительнуюцепь.


      1. Датчик влажностидля зерна


Датчик,применяемыйв распространенномв США вла­гомередля зерна типаTAG—Heppenstall, уплотняетсы­пучий материалв узком зазоремежду двумявращающи­мисяметаллическимивалками с рифленойцилиндрическойповерхностью.Общин вид датчикапоказан в Приложении… рис2. Однофазныйэлектродвигательмощностью 0,25л. с.враща­ет черезредуктор(электродвигательи редуктор непока­заны нарисунке) валик1 соскоростью 32об/мин;валик 1 электрическисоединен состаниной датчика.Второй ва­лик2 изолированот корпусастойками 3из электроизоля­ционногоматериала.Валик 2снабжен пружинящимтру­щимсяконтактом иручкой 4для поворачиваниявручную с цельюоблегченияпопадания зернав зазор иливыхода из него.Сцепление междуваликамиосуществляетсячерез слойматериала;последнийпоступает взазор междували­ками иззасыпногобункера 5,изготовленногоиз пластмас­сы.Валики 1и 2 выполютроль электродов;со­противлениеслоя сыпучегоматериалаизмеряетсяво время вращениявали­ков. Величины зазора междуваликамирегули­руютсяс помощью сменныхпрокладок 6в зави­симостиот того, какаязерновая культураиссле­дуется.Предельныевели­чины зазораравны 0,6ммдля льняногосемени и 3 ммдля кукурузы.Под валиками установленыдва скребка7 из пластмассы;скребки прижи­маютсяпружиной 8к поверхностиваликов и очи­щаютее при вращенииэлектродов.Весь датчиксмонтированна станине 9из чугунноголитья, имеющейдва винта 10для закрепленияна столе.

Датчикс валками отличаетсягромоздкостьюи боль­шим весоми неприменимдля мелкоизмельченныхмате­риалов,таких, как мука.В то же времяпри примененииэтого датчикарезультатыизмерения независят отвели­чинынавески; можноиспользоватьбольшие навески(100— 150г ибольше), значительнолучше отражающиесреднюю влажностьматериала, чеммалые навески,используемыев датчике сручным прессом.Здесь, так жекак и в дру­гихдатчиках спрессованиемматериала, нарезультатыизмерениявлияет износэлектродов,происходящийвслед­ствиебольших усилийпри прессовании.В датчике свал­ками вследствиеизноса изменяютсяострота нарезкиваликов.


      1. Автоматическаявлагоизмерительнаяустановкадискретногодействия АДВ


Автоматическаявлагоконтрольнаяустановкадискретногодей­ствия АДВпредназначенадля определениявлажности зернас целью соответствующегоего размещенияпо хранилищам.

Придиапазоневлажностипшеницы 10...50% шкалаприбора разделенана три части,характеризующиесостояниезерна: «Сухое»,«Влажное» и«Сырое». Установкаработает встационарныхусло­виях притемпературеокружающеговоздуха —5...+35°Си относи­тельнойвлажности до80%, питание отсети переменноготока на­пряжением220 В.

Всостав блок-схемывходит первичныйпреобра­зователь,который периодическизаполняетсяпробами зерна,отби­раемогоиз автомашинс помощьюпневмопробоотборщика.Преобра­зователемуправляеткомандныйприбор.

Показанияпо­тенциометрадублируютпоказанияизмерительногоприбора. Пита­ниеизмерительнойсхемы установкиот системыпитания состабилизированнымнапряжением.

Имеющеесяв составеавтоматическогопотенциометрапозицион­ноерегулирующееустройствоуправляетработой печатающегоме­ханизма,с помощью которогона приемныхдокументахфиксируетсякатегориявлажностизерна.

В


лияниетемпературызерна на электрическуюемкостьконден­сатора-преобразователяавтоматическиустраняетсяс помощьюнаходящегосявнутри неготермокомпенсатора.

Проба зерна,вынутая изавтомашиныпневматическимпробо­отборником,в определенномобъеме по­падаетв приемныйбункер 10,выполненныйиз изоляционногоматери­ала,и удерживаетсяв нем заслонкой/, которая устанавливаетсяв горизонталь­ноеположение спомощью электромаг­нита8.

По сигналу,полученномус команд­ногоприбора, отключаетсянапряжениепитания электромагнита5, а заслонка 1под действиемпружины 4и силы тяжестизерна мгновенноповорачиваетсявокруг своейоси- 2и устанавливаетсявдоль стенкибункера 10.Проба зернапри этом попадаетв измерительнуюячейку кондуктометрического-преобразователя,находящегосямежду электродами9. В ячейкезерно удерживаетсязаслонкой 8,которую поднимаети удерживаетв горизонтальномположенииэлектромаг­нит6.

По истеченииопределенноговреме­ни, необходимогодля измеренияи ра­боты печатающегомеханизма, сэлект­ромагнита6 снимаетсянапряжениепи­тания, заслонка8 под действиемпружи­ны 7 и силытяжести зернаповорачива­етсявокруг своейоси 5 и преобразова­тельосвобождаетсяот зерна. Черезне котороевремя по командеприбора наэлектромагниты3 и 6 поступаетнапряжениепитания и ониподнимаютзаслонки 1 и8. После этогопреобразовательготов к приемуновой порциизерна.


П


риложение

Рис1Датчик влажностидля зерна спрессованиемобразца.


П