Способ определения влажности материалов

 

Сущность изобретения: датчики температуры в виде термопреобразователей сопротивления помещают в исследуемый материал, устанавливают постоянные, но неравные между собой температуры датчиков и ведут стационарный нагрев. Измеряют разность мощностей нагрева датчиков температуры, по которой находят влажность материала.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению влажности материалов.

Известен способ определения влажности материалов, согласно которому датчик температуры, контактирующий с исследуемым материалом, подвергают сначала импульсному предварительному нагреву до температуры 40-90^оС, затем основному импульсному нагреву до температуры 90-140^оС, а содержание влаги в исследуемом материале определяют по времени основного нагрева датчика температуры [1] .

Недостатком известного способа является низкая точность измерений.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения влажности материалов, заключающийся в том, что датчики температуры размещают с двух сторон от исследуемого материала, по одну из сторон которого устанавливают также и нагреватель, приводят всю систему в равновесное состояние и сообщают исследуемому материалу определенную порцию тепла, причем измеряют температуру исследуемого материала с помощью датчика, установленного на противоположной стороне от нагревателя, в момент достижения определенной разности температур между датчиками, характеризующей градиент температуры в среде, и по полученному значению, пользуясь эмпирически установленной зависимостью, определяют исходный параметр [2] .

Недостатком этого способа является низкая точность измерения, обусловленная инерционностью датчика температуры, неучтенным влиянием изменения температуры исследуемого материала, так как величина электрической мощности, необходимой для поддержания постоянного уровня температуры нагревателя, помещенного в исследуемый материал, будет зависеть не только от влажности исследуемого материала, но и от температуры исследуемого материала.

Способ осуществляется следующим образом.

Датчики температуры, выполненные в виде термопреобразователей сопротивления, размещают в исследуемом материале, устанавливают постоянные температуры датчиков, при этом выбирают такие значения, которые не нарушают распределение влажности в исследуемом материале. К датчикам подводят электрический ток и затем измеряют разность мощностей, подводимых к этим датчикам, а влажность определяют по функциональной зависимости, связывающей влажность исследуемого материала с разностью мощностей нагрева, выделенных на обоих датчиках.

Электрические мощности нагрева P_Θ1 и P_Θ2, подводимые к первому и второму датчикам температуры, находят из выражений P_Θ1= αS( Θ₁-Θ_cp), P_Θ2 = αS( Θ₂-Θ_cp), где α - коэффициент теплоотдачи от поверхности нагревателя (в предложенном техническом решении датчик является нагревателем, выделяющим тепло за счет протекающего по нему тока); S - площадь поверхности нагревателя (датчика); Θ_cp- температура среды исследуемого материала; Θ₁, Θ₂- температуры первого и второго датчиков, величины которых поддерживают на заданном уровне.

При определении разности ΔР мощностей нагрева P_Θ1 и P_Θ2 температура среды Θ_cp сокращается. Отсюда и влажность W, определяемая по разности мощностей нагрева ΔР, не зависит от температуры измеряемой среды Θ_cp. Действительно, ΔP = αS(Θ₁-Θ₂), отсюда α= ΔP(Θ₁-Θ₂)/S= kΔP.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи прямо пропорционален разности мощностей нагрева , поскольку S - величина постоянная, а температуры Θ₁иΘ₂ поддерживают постоянными согласно предложенному способу.

Коэффициент теплообмена α связан с коэффициентом теплопроводности λ выражением λ= 2d α , где d - характерный размер, в данном случае - диаметр нагревателя (датчика). В то же время коэффициент теплопроводности λ связан с влажностью измеряемого вещества следующим выражением λ= λ_с(1+ W) где λ_c - к-т теплопроводности абсолютно сухого материала; δW - безразмерный прирост коэффициента теплопроводности исследуемого материала при изменении его влажности на 1% .

Учитывая, что α = kΔ P и λ= 2d α , находим связь между влажностью исследуемого материала и разностью мощностей, выделяемых на термопреобразователях сопротивления
W= (ΔP-A)/B где A= λ_с/K·2d= const₁; B= X_cδW/K·2d·100= const₂.

Таким образом, измеряемая влажность линейно связана с разностью мощностей нагрева, которая не зависит от температуры измеряемой среды. Следовательно, измеренное значение влажности также не зависит от температуры измеряемой среды. (56) 1. Заявка Франции N 2517060, кл. G 01 N 25/56, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР N 303579, кл. G 01 N 25/56, 1971.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что два датчика температуры размещают в исследуемом материале, нагревают исследуемый материал и по достижении состояния теплового равновесия по параметрам датчиков температуры рассчитывают влажность исследуемого материала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, систему датчики температуры - исследуемый материал приводят в состояние теплового равновесия при двух неравных между собой заданных температурах датчиков температуры, в качестве которых используют термопреобразователи сопротивления, через которые пропускают электрический ток, измеряют разность мощностей нагрева термопреобразователей сопротивления и по этой разности находят искомую величину.