Емкостный датчик влажности сыпучих материалов

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению влажности сыпучих материалов в динамике сушки. Устройство может быть использовано в сельском хозяйстве при послеуборочной обработке зерновой массы. Емкостный датчик влажности сыпучих материалов содержит корпус, в котором жестко закреплен штыревой электрод. Длина электрода, состоящего из двух обечаек большого диаметра, телескопически связанных между собой, изменяется под действием исполнительного механизма, расположенного внутри электрода в процессе калибровки датчика. Нижняя обечайка крепится к корпусу диэлектрическими трубами. Верхняя обечайка закрыта диэлектрическим конусом. Вращательное движение верхней обечайки относительно нижней предотвращает направляющая стойка, жестко закрепленная в верхней обечайке. В пазах корпуса в нижней его части смонтирована заслонка с приводным механизмом. Предлагаемая конструкция датчика влажности позволяет изменять площадь поверхности измерительного электрода с целью получения оптимальной чувствительности камеры на изменения влажности материалов с различной засоренностью, а также обеспечивать автоматическую загрузку, разгрузку датчика влажности, при этом значительно уменьшается погрешность измерения влажности и упрощается эксплуатация датчика, что позволяет увеличить производительность. Помимо перечисленных преимуществ предлагаемой конструкции датчика влажности следует отметить, что он может быть использован для измерения влажности материалов с различной плотностью, при этом обрабатываемый материал не повреждается. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению влажности сыпучих материалов в динамике сушки. Устройство может быть использовано в сельском хозяйстве при послеуборочной обработке зерновой массы.

Известен диэлькометр, содержащий емкостный первичный преобразователь, измерительный генератор, формирователь сигнала, блок арифметического преобразования, включающий управляющие ключи и реверсивный счетчик, а также блок распределения сигналов, делитель частоты, генератор тактовых импульсов, блок регистрации, причем последовательно соединенный первичный емкостной преобразователь, измерительный генератор, формирователь сигнала соединены с первым входом первого управляющего ключа, второй вход которого соединен с последовательно соединенным блоком распределения сигналов, делителем частоты, генератором тактовых импульсов, а выход через реверсивный счетчик и второй ключ - с блоком регистрации и блоком распределения импульсов, отличающийся тем, что с целью упрощения он дополнительно содержит кодовый задатчик, содержащий электрические выключатели по числу разрядов реверсивного счетчика, электрические согласователи по числу электрических выключателей, причем общая шина кодового задатчика соединена с источником питания, а его выходы - с выходами реверсивного счетчика и электрическими согласователями, при этом один из выходов распределителя соединен с входом "Параллельная запись" реверсивного счетчика (А.с. СССР G01N 27/22 №1822965 А1).

Основными недостатками указанного устройства являются:

1. Ограниченность возможности использования кодового задатчика.

2. Отсутствие автоматических подстроек.

3. Невозможность устройства обеспечить загрузку и разгрузку материалом.

Известно устройство измерения влажности сыпучих материалов, содержащее источник переменного напряжения, регулируемый резистор, электродный питатель и измерительный конденсатор с тарой, причем электродный питатель и измерительный конденсатор включены по схеме положительной обратной связи между ними, отличающееся тем, что, с целью сокращения длительности измерения измерительный конденсатор шунтирован ветвью, содержащей последовательно соединенные ключ и конденсатор, емкость которого превышает максимальную емкость измерительного конденсатора, а ключ механически связан с тарой и нормально закрыт при отсутствии последней (А.с. СССР G01N 27/22 №1824568 А1).

Основными недостатками указанного устройства являются:

1. Из-за питания датчика переменным током неудобно коммутировать датчик с прочими электронными схемами автоматики.

2. Отсутствие автоматических подстроек.

3. Ключ в потоке зерна не обеспечивает надежной и точной работы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится емкостной датчик влажности, содержащий корпус, поршень, штыревые электроды одним концом жестко закреплены в диэлектрическом дне корпуса датчика, отличающийся тем, что с целью повышения точности поршень выполнен с отверстиями по числу электродов, электроды обращены внутрь корпуса датчика и установлены в отверстиях поршня, причем диаметр электродов и отверстий в поршне равны (А.с. СССР G01N 27/22 №1822967 А1).

Несмотря на то, что на показания датчика не влияет собственная электрическая емкость диэлькометра, обеспечивается его продувка и очистка, датчик не лишен недостатков:

1. Необходимость в высокоточном измерении емкости системы.

2. Необходимость в математической обработке результатов измерения.

3. Отсутствие автоматических подстроек.

4. Низкая скорость измерений.

Задача изобретения - повышение точности измерения влажности материалов с различной засоренностью.

Емкостный датчик влажности сыпучих материалов, содержащий корпус, в котором жестко закреплен штыревой электрод, при этом длина электрода, состоящего из двух обечаек большого диаметра, телескопически связанных между собой, изменяется под действием исполнительного механизма, расположенного внутри электрода в процессе калибровки датчика; нижняя обечайка крепится к корпусу диэлектрическими трубами, верхняя обечайка закрыта диэлектрическим конусом; вращательное движение верхней обечайки относительно нижней предотвращает направляющая стойка, жестко закрепленная в верхней обечайке. В пазах корпуса в нижней его части смонтирована заслонка с приводным механизмом.

Новые существенные признаки:

1. Исполнительный механизм в электроде обеспечивает изменение площади поверхности электрода и позволяет настроить оптимальную чувствительность емкостного датчика в зависимости от имеющейся влажности и засоренности материала.

2. Исполнительным механизмом привода заслонки обеспечивается автоматическая загрузка и разгрузка камеры датчика влажности.

3. Предварительная калибровка датчика обеспечивает высокую точность измерения влажности материала.

4. Отсутствие дорогостоящих элементов в конструкции датчика.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными обеспечивают получение технического результата во всех случаях измерения влажности сыпучих материалов.

Получение технического результата обеспечивается при использовании емкостного датчика влажности, имеющего исполнительные механизмы приводов заслонки и электрода, что позволяет изменять площадь его поверхности с целью получения оптимальной чувствительности камеры на изменения влажности материалов с различной засоренностью, а также обеспечивать автоматическую загрузку, разгрузку камеры. При этом значительно уменьшается погрешность измерения влажности и упрощается эксплуатация датчика, что позволяет увеличить производительность. Помимо перечисленных преимуществ предлагаемой конструкции емкостного датчика следует отметить, что он может быть использован для измерения влажности материалов с различной плотностью, при этом обрабатываемый материал не повреждается.

Управление исполнительными механизмами может осуществляться как посредствам кнопочных органов пульта управления, так и автоматически от систем, имеющих соответствующие выходные сигналы управления.

Емкостный датчик влажности представлен на чертеже.

Внешняя стенка 2 и измерительный электрод, образованный обечайками 3, 4, электрически изолированы друг от друга диэлектрическими трубками 10. Обечайка 3 в нижней части герметично закрыта крышкой 6, в верхней части телескопически соединена с обечайкой 4. Обечайка 4 герметично закрыта в верхней части диэлектрическим конусом 5. В камере внутри обечайки 4 для относительного поступательного движения обечаек 3, 4 установлен исполнительный механизм 11-14. Исполнительный механизм 11-14 используется для обеспечения коррекции исходной электрической емкости датчика влажности в соответствии с имеющейся влажностью материала и состоит из реверсивного электродвигателя 11, редуктора 12, штока с ходовой резьбой 13, ходовой гайки 14. В крайних положениях этот исполнительный механизм отключается электронной схемой по сигналу от герконов 15, 16. Провода питания исполнительного механизма 11-14 и герконов 15, 16 могут быть проложены в трубках 10. Для предотвращения относительного вращательного движения обечаек 3, 4 используется направляющая стойка 7, жестко заделанная в обечайке 4, для предотвращения сжатия и расширения воздушного пространства внутри обечаек 3, 4 имеются декомпрессионные отверстия 8, 9, воздух из которых поступает во внешнюю среду через трубки 10. Внешняя стенка 2 и измерительный электрод 3-4 образуют еще одну камеру, в которой находится материал, влажность которого определяет электрическую емкость системы. Для периодической разгрузки камеры датчика используется заслонка 17, находящаяся в пазах металлического корпуса 1. Заслонка 17 приводится в действие от исполнительного механизма, состоящего из двигателя 18, редуктора 19, штока с ходовой резьбой 20, ходовой гайки 21. В крайних положениях этот исполнительный механизм отключается по сигналу от герконов 22, 23.

Устройство работает следующим образом: в камеру измерителя влажности загружается материал с известной величиной влажности, определенной в лабораторных условиях, показания преобразующего устройства (емкость-влажность) будут отличаться от истинного значения влажности вследствие погрешности измерения преобразующего устройства вносимой неправильной калибровкой датчика влажности для материала имеющейся засоренности. Для увеличения точности измерения влажности необходимо выполнить подстройку датчика влажности - корректировку площади поверхности измерительного электрода 3-4. Суть подстройки камеры измерителя влажности в выравнивании значений имеющейся (истинной) и измеренной преобразующим устройством величины влажности путем измерения площади поверхности измерительного электрода под действием исполнительного механизма.

Если имеющееся значение влажности больше измеренного - измеряемая частота генератора импульсов преобразующего устройства недостаточно высока, то электродвигатель 11 должен вращать редуктор 12 в сторону уменьшения площади электрода 3-4, уменьшая электрическую емкость камеры С:

,

увеличивая измеряемую частоту генератора импульсов преобразующего устройства ν:

Если имеющееся значение влажности меньше измеренного - измеряемая частота генератора импульсов преобразующего устройства слишком высока, то электродвигатель 11 должен вращать редуктор 12 в сторону увеличения площади электрода 3-4, увеличивая электрическую емкость камеры С, уменьшая измеряемую частоту генератора импульсов преобразующего устройства v.

Работа электродвигателя 11 должна осуществляться только в стадии преобразующего устройства, продолжаясь, пока значения заданной и измеренной величин влажности не будут совпадать или электродвигатель 11 не будет отключен по сигналу с одного из герконов 15, 16 в случае невозможного выравнивания указанных значений, при этом должен поступать соответствующий сигнал индикации.

Когда исполнительным механизмом 11-14 выполнена подстройка камеры измерителя влажности - значения имеющейся влажности и измеренной преобразующим устройством совпадают, результаты дальнейших измерений влажности в процессе сушки будут максимально точными.

Для измерения влажности следующей порции зерна используется исполнительный механизм 18-21, который открывает заслонку 17, при этом предыдущая порция материала просыпается, затем исполнительный механизм 18-21 закрывает заслонку 17 и в камере накапливается новая порция.

Подстройка датчика влажности не нужна для материала одинаковой засоренности в случаи его кольцевания в сушильном комплексе и желательна для правильности измерений влажности датчиком после смены материала. Применение такого датчика позволяет повысить качество продукции, снизить затраты энергии и время на сушку различных сыпучих материалов.

Перечень позиций на чертеже к заявке

1 - коробка;

2 - внешняя стенка;

3 - нижняя обечайка;

4 - верхняя обечайка;

5 - диэлектрический конус;

6 - крышка;

7 - направляющая стойка;

8, 9- декомпрессионные отверстия;

10 - диэлектрические трубки;

11, 18 - электродвигатели;

12, 19 - редукторы;

13, 20 - валы с ходовой резьбой;

14, 21 - ходовая гайка;

15, 16, 22, 23 - кнопки-герконы;

17 - заслонка.

Емкостный датчик влажности сыпучих материалов, содержащий корпус в котором жестко закреплен штыревой электрод, отличающийся тем, что длина электрода, состоящего из двух обечаек большого диаметра, телескопически связанных между собой, изменяется под действием исполнительного механизма, расположенного внутри электрода в процессе калибровки датчика; нижняя обечайка крепится к корпусу диэлектрическими трубами, верхняя обечайка закрыта диэлектрическим конусом; вращательное движение верхней обечайки относительно нижней предотвращает направляющая стойка, жестко закрепленная в верхней обечайке, в пазах корпуса в нижней его части смонтирована заслонка с приводным механизмом.