Тема: Разработка измерительной схемы преобразователя влажности для твердых и сыпучих материалов (стр. 8 )

Разработка измерительного преобразователя для измерения влажности сыпучих материалов

Для расширения диапазона измерения влажности (от 5 до 15%), необходима как достаточно узкая полоса контура d¦, для высокой чувствительности к низкой влажности зерна, так и высокая добротность при высокой влажности.

Объектом сравнения, т. е. образцовым эталоном в разрабатываем приборе для определения влажности зерна является колебательный контур, именно индуктивность, что требует обеспечения минимального изменения его параметров, отсутствия шунтирования параллельными конденсаторами для его перестройки. Поэтому контур изготовлен с максимальной индуктивностью и в качестве конденсатора используется только измерительный плоскопарал­лельный датчик, параметры которого изменяются только от состояния материала.

Для удовлетворения этим требованиям разработан лабораторный макет измерителя влажности зерна: Макет измерителя влажности с оптимальным датчиком, где в качестве измерительных приборов использовались внешний генератор, вольтметр и частотомер, для снижения инструментальной погрешности при исследовании метода, которые возникали из-за низкой точности использованного стрелочного вольтметра, и определения метрологических характеристик метода.

АЧХ контура измеряется подачей от генератора - 1 напряжения с перестройкой на ±D¦ и измеряется ширина полосы пропускания частотомером – 4, методом "вилки", путем расстройки на уровень 0,707 относительно максимального резонансного напряжения на контуре UK в обе стороны и измеряются частоты ¦н и ¦В, что обеспечивает ее высокую точность определения по этим значениям как полосы пропускания, так и центральной: частоты контура и измерения напряжения в контуре.

Известно, что выходные сопротивления предыдущих цепей (у генератора достаточно низкое - 75 Ом) передаются в нагрузку и расширяют полосу пропускания, что требует оптимальной согласованности генератора с измерительным контуром, и минимального шунтирования и влияния подсоединенных цепей на ширину полосы пропускания и измерителя напряжения на параметры контура. Для обеспечения этого требования генератор подключается к индуктивности на уровне 1/5, емкость конденсатора связи с вольтметром равна 15 пФ.

2.3 Зарубежный опыт в области влагометрии

сельскохозяйственных материалов

Сушка - один из наиболее энергоемких и ответственных из всего цикла хранения и переработки сельхозпродукции. Это связано как с прямыми убытками, обусловленными потерей качеств образца и невозможности их хранения при несоответствующей влажности, так и с увеличением энергетических расходов на процесс высушивания.

В настоящее время, из-за недостатка автоматических средств контроля влажности, применяют отбор проб и проведение лабораторного анализа, что не может быть использовано для построения автоматических средств управления технологическим процессом. Возникает необходимость в неразрушающих экспрессных методах контроля, по точности близких к прямым методам определения влажности.

Совершенствование косвенных методов - одно из наиболее перспективных направлений производительности труда и качества продукции.

Для научных исследований по влагометрии в сельском хозяйстве в последнее время характерна методология системного подхода, то есть проблема влагометрии не ограничивается рамками создания лишь технических средств, но и требует выполнения большого объёма научных, организационных и технических задач. Успех конкретного технического решения в значительной степени зависит от того, насколько полно будут установлены и раскрыты определяющие факторы в процессе создания и внедрения новой техники. Научные исследования в области влагометрии различных видов сельскохозяйственной продукции были направлены на поиск признаков, в наибольшей степени связанных с влажностью, анализ методов и средств измерений, обоснование оптимальных вариантов влагометрических устройств, моделирование, разработку средств метрологического обеспечения приборов при их выпуске и эксплуатации.

При переработке и хранении сельскохозяйственной продукции применение традиционных методов измерения влажности становится малоэффективным из-за больших объемов поступающего сырья, поэтому в современных условиях необходимо совершенствование существующих pi внедрение новых методов влагометрии.

Анализ зарубежного опыта имеет важное значение для оценки технического уровня разрабатываемых приборов и обоснованного прогноза их развития.

Наиболее крупным производителями влагометрических средств в настоящее время являются фирмы США, Украина, Россия, Финляндия, ФРГ, Белоруссия. Приборы зарубежных фирм превосходит отечественные по техническому уровню энергопотреблению, эргономике, дизайну и надежности.

Зарубежный влагометрии сельскохозяйственных материалов составляет электрические методы. В процессе научных исследований проанализированы различные первоисточники, такие как каталоги технических средств автоматизации, продукция различных фирм производителей, рекламные прайс-листы, интернет. Были выявлены наиболее часто используемые методы измерений влажности сыпучих и твердых материалов при разработке влагометрических приборов: 60 % выпускаемых приборов используют диэлькометрический метод; 27 % - весовой метод; 6 % - электромагнитный метод; 5 % - СВЧ-метод; 2 % - кондуктометрический и прочие методы. Анализ наглядно показывает, что наиболее часто используемый метод при построении влагометрической системы является емкостной (диэлькометрический) метод.

В настоящее время практически все ведущие в области влагометрии фирмы производят приборы с использованием микропроцессоров с температурной коррекции, то позволяет повысить точность измерений и расширить их функциональные возможности и оперативности (время одного измерения не более 1 сек; время измерения с усреднением не более 10 сек). Интерфейс позволяет пользователю самостоятельно вносить в память влагомера калибровочные точки для любого материала, (имея несколько образцов с известной влажностью), при этом микропроцессор самостоятельно выстраивает градировочную кривую. По желанию калибровка прибора в рамках рекомендованных материалах расширяет сферы применения влагомера. Например, Украинский Электронный цифровой влагомер ВСП-100 [2], предназначен для оперативного измерения относительной влажности зерна, семян и прочих сельскохозяйственных культур, пищевых продуктов и материалов, как гранулированных, так и пудрообразных при помощи чувствительного датчика емкостного типа. Память влагомера может содержать 99 различных калибровочных характеристик.

Одно из ведущих мест в этом направлении принадлежит Финский фирме "Farmcompwile". Продукция Wile основана на емкостном методе измерения с использованием высокочастотной электрической цепи и сжатого образца. Фирма выпускает разные модификации влагомера Wile.

WILE-35 - это высокоточный переносной электронный прибор, где показания содержания влаги отображаются в процентах стрелкой на шкале. Прибор имеет 3 различные шкалы для показания влажности 3-х распространенных типов культур. Влажность других культур можно определить путем пересчета показаний снятых с имеющихся шкал по прилагаемой калибровочной таблице. Влагомер WILE-35 применяется для экспрессного измерения влажности хлопка: в полевых условиях, при послеуборочной обработке и сушке, при размещении в хранилищах. Диапазон измерения 6-55 %, точность рабочего диапазона (при индивидуальной градуировке) ±1%, Питание прибора осуществляется от батареи напряжением 9 V (В), масса прибора 1,1 kg (кг).

Другой модификация влагомера Wile, 3TO-«Wile Cotton». Влагомер Wile Cotton (назначение «Хлопок-сырец») предназначен для экспресс-измерения влажности рассыпного хлопка. Wile Cotton может быть использован в полевых условиях при уборке хлопка, а также на предприятиях, где необходим экспресс-анализ влажности рассыпного хлопка.

Влагомер Wile Cotton оснащен следующими функциями: семь шкал измерения рассыпного хлопка; автоматическая температурная компенсация;

возможность автоматического усреднения результатов измерений; возможность внесения поправки к шкале измерения с учетом результата, полученного стандартизованным методом (по ГОСТу). Метрологические и технические характеристики влагомера Wile Cotton: диапазон измерения влажности рассыпного хлопка 5,2 - 30%; точность измерений ± 2%; время единичного измерения не более 30 - секунд; электропитание (батарея) 9 В.

В табл. 2.2 приводятся характеристики диэлькометрических влагомеров заявленных производителями, которые представлены (предлагаются к продаже) на территории стран СНГ [3-5].

Таблица 2.2.

Основные технические характеристики диэлькометрических влагомеров, представленных на рынке стран СНГ

Название прибора	Страна производитель	Диапазон измерения %	Погрешность измерения/ сходимости %	Длительность измерения, мин. (с.)	Масса, kg (кг)/ потреб­ления мощ­ность, W (Вт)	Диапазон рабочих температур, °С
ЦВЗ-ЗА	Россия	8-35	±1...2,5	2	8/10
WILE-65	Финляндия	8-35	±1 – 1,5		0,8	0-60
Sinar АР 6060	Швеция	1-35	±0,3	(6)		0-55
"Капля"	Россия	8-24	±0,8	(0,5)	2,5/20
Grain Master	США	5-40	±0,25/0,25		0,6	0-40
ВСП-100	Украина	4-30	±0,5	1	0,3	5-35
ВСП - 99	Украина	4-24	±0,8	1	0,5	5-35
WILE-55	Финляндия	8-35	±0,5.-1,0		0,8
Wile 35	Финляндия	6-35	±1
Wile Cotton	Финляндия	5,2-30	±2	не более 30 сек	/9
Multi-Grain	США	6-45	±0,5		1,5
ФАУНА	Россия	6-30	±1,5			5-40
ФАУНА М	Россия	6-30	±1,0...2,0	(V)	0,33	5-40
Farmpoin t	Дания	5-45	±0,5		2,0
GAC500	США	5-45	±0,5/0,1		5,4	0-50
НЕ-50	Германия	8-35	±0,5		3,2
Superpoi nt	Дания	5-45	±0,5		0,75	0-45
ИВДМ-2	Россия	7-35	±1...1,5	не более 1 сек	0,59/8,4	5-40
ВИМС-2.21	Россия	4-30	±0,5...3	60 сек	0,74/1	5-40

С развитием техники и технологии появляются новые возможности и функции современных влагомеров. Например, интерфейс связи с компьютером, максимальное возможности количество калибровок в приборе, температурной коррекции.