Устройство для определения влажности материалов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее массоизмеритель с грузоприемником, расположенным в сушильной камере, источник ИК-излучения с регулятором мощности, первый аналого-цифровой преобразователь, связанный с выходом массоизмерителя и подключенный запускающим входом к первому выходу блока управления, соединенного соответствующими выходами с входами обнуления трех регистров, блок измерения окончания испытания и блок цифрового отсчета, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия с одновремённьм сохранением высокой точности, устройство снабжено размещенным в сушильной камере датчиком дыма, интегратором, двумя коммутаторами , дополнительным регистром и вторым аналого.-цифровым преобразователем , вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с входом дополнительного регистра, вход обнуления которого связан с вторым выходом блока управления и запускающим входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен через первый коммутатор с входом прямого счета первого регистра и с основным входом второго регистра, управляющий вход которого подключен к выходу переполнения первого регистi ра, выход второго регистра через второй коммутатор связан с входамц об (Л ратного счета первого и третьего регистров , входы соответствующих разрядов которых подключены к выходу дополнительного регистра, а их разряд§ ные вьЕходы через блок измерения окончания испытания связаны с входом блока управления, при этом,; датчик дыма подключен к интегратору и к одному из входов регулятора мощности ИК-изф лучения, связанному другим входом с третьим выходом блока управления, СП О) другие соответствующие выходы которого соединены с управляющими входами коммутаторов и входом обнуления интегратора, а блок цифрового отсчета подключен к выходу третьего регистра .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСЛУБЛИН .

„„SU„„»16356

3(51) G 01 N 5/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

=«" и("/ pe. я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "" -:."..::. :"..,, «

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3598357/23 -26 (22) 24.05.83 (46) 30.09.84.Бюл. N 36 (72) В.Ю.Аргов, B..С.Зарицкий, В.Б.Светник, Б.Д.Василисин и В.П.Иванов (7 1) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени сельскохозяйственный институт (53) 551.508.7(088.8) (56) 1. Патент ФРГ «« 226 1823, кл. G 01 G 23/14, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 989436, кл. С 01 N 27/22, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее массоизмеритель с грузоприемником, расположенным в сушильной камере, источник ИК-излучения с регулятором мощности, первый аналого-цифровой преобразователь, связанный с выходом массоизмерителя и подключенный запускающим входом к первому выходу блока управления, соединенного соответствующими выходами с входами обнуления трех регистров, блок измерения окончания испытания и блок цифрового отсчета, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия с одновременным сохранением высокой точности, устройство снабжено размещенным в сушильной камере датчиком дыма, интегратором, двумя коммутаторами, дополнительным регистром и вторым аналого-цифровым преобразователем, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход — с входом дополнительного регистра, вход об нуле ния которого свя зан с вторым выходом блока управления и запускающим входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен через первый коммутатор с входом прямого счета первого регистра и с основным входом второго регистра, управляющий вход которого подключен к выходу переполнения первого регистра, выход второго регистра через второй коммутатор связан с входами обратного счета первого и третьего регистров, входы соответствующих разрядов которых подключены к выходу дополнительного регистра, а их разрядные выходы через блок измерения окончания испытания связаны с входом блока управления, при этом, датчик дыма подключен к интегратору и к одному иэ входов регулятора мощности HK-из" лучения, связанному другим входом с третьим выходом блока управления, другие соответствующие выходы которого соединены с управляющими входами коммутаторов и входом обнуления интегратора, а блок цифрового отсчета подключен к выходу третьего регистра.

1116

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения влажности материалов путем их высушивания и взвешивания, и может применяться

5 для, контроля влажности материалов .в химической и фармацевтической промышленности, биологических и геологических исследованиях.

Известны устройства для измерения влажности материалов, в которых сушильная камера объединена с весоизмерителем, а сушка производится

ИК-излучением (1 3.

В случае если высушиваемый матеУ.

15 риал отличается высокой неоднородностью по таким физическим свойствам, как плотность, гигроскопичность, теплопроводность, способность отражать и поглощать лучистую энергию и

20 т.д., то на определенном этапе высу— шивания оказывается, что часть материала высушена окончательно, часть еще влажная. Дальнейшая сушка с высокой интенсивностью может привести к необратимому разложению сухой части вещества, сопровождающемуся вьщелением дыма, контроль которого не предусмотрен. Следовательно, интенсивные режимы сушки снижают точность их показаний, в то время как умерен30 ные режимы уменьшают быстродействие данных измерителей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения влажности, З5 содержащее весоизмеритель с грузоприемником, расположенным в сушильной камере, генератор тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь, схему выделения чистого веса образца,40 три регистра, цифровое отсчетное устройство, блок управления, регистратор конца измерения и регулятор компенсирующей силы, подключенный к входу весоиэмерительного устройства, 45 при этом генератор тактовых импульсов связан с входами обратного счета второго и третьего регистров и первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого подключен к выходу весоизмерительного устройства, входы прямого счета первого и третьего регистров связаны через схему вьщеления чистого ве-. са образца с первым выходом аналого- 55 цифрового преобразователя, присоединенным также к первому входу цифрового отсчетного устройства, второй

356

2 вход которого соединен с входом регистратора конца измерений и выходом второго регистра, а выход первого регистра связан с входом прямого счета второго регистра, первый вход сушильной камеры соединен с выходом регистратора конца измерений, а второй ее вход и управляющие входы трех регистров схемы вьщеления чистого веса, регистратора конца измерения, аналого-цифрового преобразователя, цифрового отсчетного устройства соединены с соответствующими входами блока управления, один из входов которого соединен с выходом третьего регистра (2 3.

Недостатком известного устройства является значительная погрешность при интенсификации режима сушки пу— тем резкого повышения температуры в сушильной камере. В данном устройстве после каждого очередного вычисления значения (Н ) относительного уменьшения массы образца производится сопоставление величин М и N g

1 \ 1 и момент окончания высушивания (t ) определяют по равенству этих величин.

Содержание влаги (W ) высвечивается на цифровом отсче1йом устройстве.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства с одновременным сохранением высокой точности.

Укаэанная цель достигается тем, что устройство для определения влажности материалов, содержащее массоизмеритель с грузоприемником, расположенным в сушильной камере, источник

ИК-излучения с регулятором мощности, первый аналого-цифровой преобразователь, связанный с выходом массоизмерителя и подключенный запускающим входом к первому выходу блока управления, соединенного соответствующими выходами с входами обнуления регистров, блок измерения окончания испытания и блок цифрового отсчета, снабжено размещенным в сушильной камере датчиком дыма, интегратором, двумя коммутаторами, дополнительным регистром и вторым аналого-цифровым преобразователем, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход — с входом дополнительного регистра, вход обнуления которого связан с вторым выходом блока управления и запускающим входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход первого аналого-цифрового преобразователя

6356 4 (или почти полного) высыхания образца,после которого масса образца уже не снижается.

Так как сушку ведут при повышенной температуре, то дополнительно измеряют концентрацию выделившегося в процессе сушки дыма и в результат вычислений W(t,.) вводится поправка, определяемая общим количеством выделившегося дыма, а сами вычисления существенно упрощаются за счет нового выбора связей и элементов устройства. При этом в построении блок-схемы использовались следующие выкладки. !

Пусть В (t ), B(t, ) — результаты преобразования сигналов массоизмерителя в соответствующие количества импульсов в моменты времени

Представим числа В(Со), В(Т;) в виде:

В (t. ) =1QQ N+ с „, oÄ (100, d „c М "

1) 1 2 1 2

Далее, отбросив в силу малости остатки d"„, d, подставим в формулу вычисления Ю(,) значения В(„) и В(;), в результате чего получим

100 М- М R;

f00Z = (100 - R )Z

3 соединен через первый кбммутатор с входом прямого счета первого регистра и с основным входом второго регистра, управляющий вход которого подключен к выходу переполнения первого регистра, выход второго регистра через. второй коммутатор связан с входами обратного счета первого и третьего регистров, входы соот-. ветствующих разрядов которых подклюf0

° чены к выходу дополнительного регистра, а их разрядные выходы через блок измерения окончания испытания связаны с входом блока управления, при этом датчик дыма подключен к интегра— тору и к одному иэ входов регулятора мощности ИК-излучения, связанному другим входом с третьим выходом блока управления, другие соответствующие выходы которого соединены с управляющими входами коммутаторов и входом обнуления интегратора, а блок цифрового отсчета подключен к выходу третьего регистра.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит иэ сушильной камеры 1, в которой размещен нагреватель 2 (источник ИК-излучения) с регулятором 3 мощности, массоизмерителя 4 с грузоприемником, первого 5 и второго Ь аналогб-цифровых преобразователей (АЦП), двух коммутаторов

7 и 8, первого 9, второго 10, третьего 11 и четвертого 12 регистров, блока 13 измерения окончания испытания, выполненного в виде схемы совпадения кодов, блока 14 цифрового отсчета, блока 15 управления, усилителя 16, интегратора 17 и датчика 18 дыма.

Устрой ст во работа ет сл едующим образом.

Принцип действия устройства заключается в запоминании исходной массы образца материала B(t ) и последуюо щих периодических опросах массоизмерителя в процессе высушивания материала. После каждого очередного опроса вычисляется значение относительного уменьшения массы образца 50 ()- ь(+- }

° fooz, (o} где B(t,) — масса образца, определяемая в i-й момент времени.

Поскольку масса образца в момент 55 сушки убывает, то значение W(t) со

-временем увеличивается. Этот процесс продолжается до момента t полного

Таким образом, все вычисления сводятся к единственной операции вычитания.

При ускоренной сушке информация о выделившемся дыме накапливается и в результате вычислений влажности вносится коррекция .путем вычитания соответствующего числа (dr) из форму" лы значения W(; ) .

Ф(; }„= r(foo-d1)-R,3zt где R — количество импульсов аналого-цифрового преобразователя, соответствующее массе образца в определенный момент времени B(t ).

Путем установления соответствующего масштаба аналого-цифрового преобразования, т.е. выбора соответствующего числа И и замены 100 на

1000 и т.д., добиваются любой точности вычисления.

Для того, чтобы коррекция была наиболее точной, в устройство введен регулятор 3 мощности ИК-излучателя, который ограничивает интенсивность сушки, например, путем временного отключения ИК-излучателя при очередном появлении дыма и последующего снижения его мощности с тем, чтобы ограничить общее количество выделившегося дыма, поскольку при обильном

1116

5 ,дымообразовании контролировать потери .сухого вещества значительно сложнее.

Неред началом измерения блок 15 управления приводит устройство в исхочное состояние (интегратор 1?, регистры 10 и 12), переписывает содержимое (в данном случае "0") регистра

12 в регистры 11 и 9, устанавливает коммутаторы 7 и 8 в верхнее по блок- 10 схеме положение.

После загрузки оператором образца материала на грузоприемник массоизмерителя 4 блок i5 управления запускает АЦП 5. Импульсы АЦП 5 поступают 15 через коммутатор 7 на вход прямого счета регистра 9. Для определенности будем считать все регистры 9, 11 и 12, например, восьмиразрядными.

Поэтому регистр 9 является делителем частоты на 100 и каждый сотый импульс проходит через него на управляющий вход регистра 10.

Данная операция соответствует опе-. рации представления исходной массы образца В(Ф ) в виде (100. N + d"„), причем число М оказывается записанным в регистр 1Ю по управляющему входу и, следовательно, в дальнейшем устанавливает его коэффициент деления, равный N.

Затем блок 15 управления включает регулятор 3 мощности и после заранее установленной выдержки времени начинает первый цикл вычисления относительной убыли массы. Цикл начинается с опроса второго АЦП 6. Поскольку материал еще не успел нагреться до дымообразования, то к этому моменту сигнал на выходе интегратора 17 ос- 4< танется равным нулю и, следователь но, на выходе второго АЦП 6 не появится ни одного импульса. Далее блок 15 управления переводит коммутатор 7 в нижнее по схеме положение, переписывает со-4> держимое регистра 12 (по-прежнему

"0") в регистр 9, что соответствует записи числа "Сто", и вновь запускает первый АЦП 5. Теперь импульсы

АЦП 5, количество которых в соответствии с принятыми обозначениями равно В(1„), поступают на основной вход регистра 10, который является делителем частоты, с коэффициентом деле356 б ния М . Поэтому на вход обратного счета регистра 9 проходит Е(В(1 )/NJ импульсов, где Р(x) — целая часть чис-. ла х. Обозначив это количество импульсов через R„, поскучаем, что после окончания аналого-цифрового преобразования сигнала массоизмерителя в момент времени 1, в регистре 9 остается число (100- R„), что совгадает с результатом вычислений Ф(1; ) по формуле без коррекции.

Описанный цикл будет полностью повторяться через заданные интервалы времени, однако результат вычислений оказывается попеременно то в регистре 9, то в регистре 11, поскольку коммутатор 8 при каждом новом цикле переводится в новое положение.

При этом в результат вычислений при появлении дыма вносится поправка, получаемая следующим образом. Каждому опросу АЦП 5,предшествует опрос

АЦП 6, а следовательно, информация о дыме от датчика 18, накопленная интегратором 17, преобразуется в число импульсов d, и в предварительно обнуленном регистре 12 остается число

100- 0„, которое по команде блока 15 управления переписывается в тот из двух регистров (9 или 11), на который . в данном цикле переключен коммутатор 8. Поэтому после окончания опроса АЦП 5 в указанном регистре (9 или 11) окажется число 100-8;- Р,. совпадаюшее с выражением определения %f(t.;) .

Сушка прекращается тогда, когда схема 13 совпадения кодов зафиксирует равенство результатов двух (или нескольких) последовательных вычислений относительных уменьшений массы.

Результат вычислений индицируется на блоке t4 цифрового отсчета. ,Предлагаемое изобретение позволяет полностью автоматизировать процесс определения влажности, сократить время измерения за счет интенсификации сушки не снижая высокой точности измерений.

Ожидаемый годовой экономический эффект от использования изобретения в сельском хозяйстве для контроля влажности кормов составляет 810 тыс. руб.

1116356

Составитель Н.Романникова

Редактор М.Петрова Техред Ж.Кастепевич

Корректор М. Эрдейи

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Закаэ 6922/35 Тираж 822

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5