Способ измерения влажности материалов

Изобретение относится к области электрических измерений неэлектрических величин и может быть использовано для контроля влажности материалов. Техническим результатом изобретения является расширение ассортимента контролируемых материалов. Согласно изобретению способ измерения влажности материалов заключается в многократных измерениях амплитуды прошедшего через материал СВЧ-сигнала с последующим определением среднего значения измеряемой величины, при этом контролируемый материал облучается независимыми источниками СВЧ-энергии в "n" направлениях, амплитуда прошедшего через материал СВЧ-сигнала в каждом направлении многократно измеряется с последующим определением среднеарифметического измеренных по всем направлениям значений амплитуды.

 

Изобретение относится к области электрических измерений неэлектрических величин и может быть использовано для контроля влажности материалов.

Известен способ измерения влажности материалов неоднородных по электрическим свойствам, основанный на измерении ослабления электромагнитной энергии СВЧ при прохождении через материал в направлении распространения падающей волны, при этом измеряют интенсивность энергии, рассеянной под определенным углом, например в 30°, к направлению распространения падающей воны, и о влажности материала судят по сумме значений ослабления энергии, прошедшей через материал, и отношению интенсивности энергии, рассеянной под определенным углом, к интенсивности энергии, прошедшей через материал в направлении распространения падающей волны [авторское свидетельство №271104, кл. G01N 23/24, опубл. Бюл. №17, 12.05.1970 г.].

Известен также способ измерения влажности материалов, заключающийся в облучении электромагнитной волной кюветы с исследуемым образцом и измерении прошедшего через него сигнала, по которому определяют влажность исследуемого материала, при этом кювету вращают вокруг оси, не совпадающей с направлением распространения электромагнитной энергии, а влажность определяют по среднему результату многократных измерений прошедшего сигнала, приведенных за полный оборот кюветы [авторское свидетельство №1146588, кл. G01N 22/04, опубл. Бюл. №4, 30.01.87 г.].

Недостатком этого способа является возможность измерения влажности только для сыпучих материалов.

Наиболее близким к заявляемому является способ измерения влажности, заключающийся в многократных измерениях амплитуды прошедшего через материал СВЧ-сигнала при постоянном перемешивании материала под действием собственного веса во вращающейся цилиндрической кювете с последующим определением среднего значения измеряемой величины. При этом для обеспечения надежного перемешивания кювета заполняется не полностью. Степень заполнения кюветы выбирается в зависимости от свойств материала (угол откоса, гранулометрический состав) [авторское свидетельство №1419302, 22.04.1988 г.].

Основным недостатком известного способа является возможность повышения точности измерения влажности только для сыпучих материалов, т.к. только сыпучие материалы при вращении в кювете, перемешиваясь, обеспечивают взаимонезависимость результатов измерения за счет случайного распределения неоднородностей материала, что не обеспечивается в случае твердых, жидких, пастообразных и дисперсных материалов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение ассортимента контролируемых материалов не только для сыпучих, но и твердых, жидких, пастообразных и дисперсных материалов.

Данный технический результат достигается тем, что в способе измерения влажности методом СВЧ, заключающемся в многократных измерениях амплитуды прошедшего через материал СВЧ-сигнала с последующим определением среднего значения измеряемой величины, контролируемый материал облучается независимыми источниками СВЧ-энергии в "n" направлениях, амплитуда прошедшего через материал СВЧ-сигнала в каждом направлении многократно измеряется с последующим определением среднеарифметического измеренных по всем направлениям значений амплитуды.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Исследуемый образец сыпучих, твердых, жидких, пастообразных и дисперсных материалов облучают независимыми источниками СВЧ-энергии в "n" направлениях. Для этого используют «n» пар «СВЧ-генератор - детектор», произвольно расположенных вокруг исследуемого материала. Амплитуда прошедшего через материал СВЧ-сигнала в каждом направлении многократно измеряется с последующим определением среднеарифметического значения измеренных по всем направлениям значений амплитуды, т.е.

где - среднеарифметическое значение измеренных по всем направлениям значений амплитуды, n - число направлений (число пар СВЧ-генератор - детектор), m - число измерений в каждом направлении.

При многократных измерениях с последующим усреднением измеряемой величины доверительный интервал случайной составляющей погрешности на уровне 0,95 определяется из выражения

где xi - измеряемая случайная величина, t0.95 - коэффициент Стьюдента, N=m×n - число наблюдений, S(xi) - оценка среднеквадратического отклонения случайной величины.

Действительно из (2) следует, что при N→∞ доверительный интервал Δ→0. При этом среднее значение измеряемой величины (х) стремится к его истинному значению, т.к.

Однако это справедливо только для взаимонезависимых случайных величин, распределенных по нормальному закону и при равноточных измерениях.

При большом числе измерений гипотеза о нормальном распределении результатов наблюдений выполняется. Равноточность измерений при использовании одинаковых излучателей СВЧ-энергии и приемников (детекторов) во всех "n" направлениях также выполняется.

Независимость результатов наблюдений обеспечивается не за счет вращения (перемешивания) образца, а за счет использования "n" пар «СВЧ-генератор - детектор».

В силу линейности уравнений Максвелла электромагнитные поля "n" пар «СВЧ-генератор - детектор» подчиняются принципу суперпозиции, т.е. в каждой точке объема контролируемого поля и в каждый момент времени результирующее СВЧ-поле определяется как суперпозиция "n" независимых полей. При этом вектор напряженности суммарного поля определяется как векторная сумма составляющих:

Например, при n=2

являются взаимонезависимыми, т.к. создаются независимыми «n» парами «СВЧ-генератор - детектор». Кроме того, распределенные случайным образом неоднородности в материале, а также случайные помехи, воздействующие на СВЧ-генератор, обусловливают случайный характер векторов .

Т.к. суперпозиция взаимонезависимых случайных величин является независимой случайной величиной, то в соответствии с выражением (2) для доверительного интервала случайной погрешности справедливо

При этом снижение случайной погрешности осуществляется без вращения образца материала, т.е. предлагаемый способ измерения влажности на СВЧ применимо не только к сыпучим, но и твердым, жидким, пастообразным и дисперсным материалам.

Предлагаемый способ измерения влажности материалов применим в промышленности.

Способ измерения влажности материалов, заключающийся в многократных измерениях амплитуды прошедшего через материал СВЧ-сигнала с последующим определением среднего значения измеряемой величины, отличающийся тем, что контролируемый материал облучается независимыми источниками СВЧ-энергии в n направлениях, амплитуда прошедшего через материал СВЧ-сигнала в каждом направлении многократно измеряется с последующим определением среднеарифметического измеренных по всем направлениям значений амплитуды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике измерения на СВЧ и позволяет повысить точность и диапазон измерения влагосодержания различных жидких сред, в частности нефтепродуктов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения содержания воды в водонефтяных смесях, в том числе смесях нефтепродуктов и воды, в трубопроводах и резервуарах, а также для определения воды в смеси с другими диэлектрическими жидкостями.

Изобретение относится к системе выявления наличия воды в конструкции типа "сэндвич" для летательного аппарата, содержащей генератор микроволн, по меньшей мере два передатчика/приемника микроволн, установленных в данной конструкции, детектор микроволн, выполненный с возможностью выявления микроволн после их распространения в конструкции, и блок обработки данных, связанный с библиотекой, содержащей по меньшей мере одну модель данной конструкции в пустом состоянии.

Изобретение относится к способам определения влажности твердых и жидких преимущественно органических образцов и может найти применение в промышленности и лабораторной практике.

Изобретение относится к способам измерений на СВЧ и может быть использовано в сельском хозяйстве для определения влагозапаса почв в осенне-зимний период и в климатологии для оценки потоков тепла и влаги между поверхностью суши и атмосферой.

Изобретение относится к способам измерения диэлектрической проницаемости и удельной проводимости жидких дисперсных систем и может быть использовано для контроля и регулирования величин диэлектрической проницаемости и удельной проводимости пожаро-взрывоопасных и агрессивных жидких сред в процессе их производства в химической и других областях промышленности.

Изобретение относится к способам измерений и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве при анализе свойств почв. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано на продуктивных газоконденсатных скважинах, на установках подготовки газа к транспорту, установках первичной переработки газа для определения расхода газа, расхода жидкости, доли воды и доли конденсата в жидкости без разделения продукта добычи на газообразную и жидкую фазы

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами, в частности для измерения размеров капель воды в сырой нефти

Изобретение относится к системе выявления и локализации воды в структуре сэндвич (1) для летательного аппарата, имеющей в своем составе средство для нагревания воды, присутствующей в промежуточном слое структуры сэндвич, и средство для создания по меньшей мере одного изображения поверхности структуры сэндвич, причем упомянутое изображение демонстрирует отличительные зоны упомянутой поверхности, соответствующие наличию воды в промежуточном слое, в которой средство для нагревания воды содержит устройство (2, 3, 6) для излучения внутри структуры сэндвич микроволн на частоте, по существу равной резонансной частоте молекул воды

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения объемной доли жидкости в потоке газожидкостной смеси (ГЖС) в рабочих условиях

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения объемного содержания нефти (или нефтепродуктов) и воды в потоке водонефтяных эмульсий в трубопроводе, в диапазоне от 0 до 100% по каждой компоненте при любой степени минерализации воды, а также для индикации границ раздела газонефтеводяной смеси в резервуарах

Изобретение относится к способам измерений и может быть использовано в сельском хозяйстве, мелиорации при составлении земельного кадастра и т.п

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами

Изобретение относится к исследованию и анализу материалов, а именно к способам определения влажности зерна зерновых сельскохозяйственных культур, в том числе подсолнечника, кукурузы и рапса
Наверх