Способ определения влажности древесины



Способ определения влажности древесины
Способ определения влажности древесины
Способ определения влажности древесины
Способ определения влажности древесины
Способ определения влажности древесины
Способ определения влажности древесины
Способ определения влажности древесины
Способ определения влажности древесины

 


Владельцы патента RU 2504759:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО ТГТУ) (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению влажности капиллярно-пористых материалов. Предложен способ определения влажности древесины, в котором осуществляют контакт с образцом с помощью двух электродов, расположенных вдоль линии, перпендикулярной волокнам образца, на фиксированном расстоянии друг от друга, прикладывают напряжение на измерительную ячейку, состоящую из последовательно включенных влажного материала и эталонного сопротивления, измеряют падение напряжения на эталонном сопротивлении и определяют влажность, при этом в фиксированный момент времени измеряют амплитуду напряжения, тока и крутизны соответствующих импульсных динамических характеристик, по которым регистрируют их комплекс информативных параметров: постоянную времени и предельное напряжение, начальный ток и его крутизну, которые служат для определения влажности по калибровочной характеристике, а калибровку проводят априори на границах адаптивного диапазона по образцу с известной влажностью и нормируемыми параметрами: постоянной времени и предельным напряжением, начальным током и крутизной при измерении в фиксированный момент времени амплитуд напряжения, тока и крутизны соответствующих нормированных импульсных динамических характеристик. Способ согласно изобретению обеспечивает повышение точности и расширение диапазона контроля при заданных метрологических характеристиках. 1 табл., 6 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению влажности капиллярно-пористых материалов.

Известен способ [см. кн. Глинкин Е.И. Схемотехника аналого-цифровых преобразователей. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. Ун-та, 2009. - С.62-64], заключающийся в измерении вольтограммы, регистрации скорости и ускорения за n измерений отклика, по которым определяют значения установившееся напряжения и постоянной времени.

Недостатками этого способа являются низкая метрологическая эффективность из-за малой воспроизводимости характеристик, влияние случайных возмущений от временного, температурного и параметрического дрейфа.

Известен способ [см. Патент №2240546 (РФ) G01N 27/04, 2004. Бюл. №32], заключающийся в том, что регистрируют время сравнения текущей амплитуды с пороговым значением и измеряют второе напряжение в кратный момент времени от первоначального времени, по двум напряжениям и моментам времени находят диффузионный (предельный) ток в образце, как отношение амплитуды установившегося потенциала к постоянной времени, по которым определяют влажность.

Недостатками этого способа являются низкая оперативность измерений в адаптивном диапазоне из-за косвенного определения предельного диффузионного тока образца, от которого зависит влажность, а также методическая погрешность, обусловленная линеаризацией токо-влажностной характеристики.

За прототип принят способ [см. Патент №2341788 (РФ) G01N 27/04, 2008. Бил. №35], заключающийся в том, что регистрируют текущую амплитуду тока в первый момент времени и измеряют второй ток в кратный момент времени от первоначального значения времени, по двум токам и моментам времени находят предельный ток в образце и действительную влажность по калибровочной характеристике.

Недостатком прототипа является сложность измерения амплитуды тока в наноамперах, соизмеримой с белым шумом.

Технической задачей способа являются повышение точности и расширение диапазона контроля при заданных метрологических характеристиках.

Поставленная техническая задача достигается тем, что:

в способе определения влажности древесины, заключающемся в том, что осуществляют контакт с образцом с помощью двух электродов, расположенных вдоль линии, перпендикулярной волокнам образца, на фиксированном расстоянии друг от друга, прикладывают напряжение на измерительную ячейку, состоящую из последовательно включенных влажного материала и эталонного сопротивления, измеряют напряжение на эталонном сопротивлении и определяют влажность, в отличие от прототипа, в фиксированный момент времени измеряют амплитуду напряжения, тока и крутизны соответствующих импульсных динамических характеристик, по которым регистрируют их комплекс информативных параметров: постоянную времени и предельное напряжение, начальный ток и его крутизну, которые служат для определения влажности по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори на границах адаптивного диапазона по образцу с известной влажностью и нормируемыми параметрами: постоянной времени и предельным напряжением, начальным током и крутизной при измерении в фиксированный момент времени амплитуд напряжения, тока и крутизны соответствующих нормированных импульсных динамических характеристик.

Сущность предлагаемого способа поясняется на фиг.1÷6. Предлагаемый способ включает 2 этапа:

- Измерение начального тока исследуемого образца;

- Калибровка на эталонных материалах для определения действительных значений влажности.

1. Влажность древесины определяется за счет измерения начального тока исследуемого образца. Для этого осуществляют контакт с образцом при помощи двух электродов, расположенных вдоль линии, перпендикулярной волокнам образца, на фиксированном расстоянии друг от друга. Прикладывают напряжение на измерительную ячейку, состоящую из последовательно включенных влажного материала и эталонного сопротивления R0 (фиг.1). Влажный материал представлен в виде схемы замещения, включающей предельное напряжение E, начальный ток I0 и ток сухого материала IS.

В один момент времени t измеряют амплитуду напряжения U, ток и крутизну вольтограммы U(t) (фиг.2). Алгоритмы определения информативных параметров находят по математическому уравнению, описывающему импульсную динамическую характеристику U=U(E, T, t) дифференциальным уравнением первого порядка:

где T - постоянная времени, E - предельное напряжение, U - приложенное напряжение на пробе материала, U′ - скорость вольтограммы U(t), соответствующей току измерительной ячейки.

Зависимость (1) связывает между собой измеряемое значение амплитуды U напряжения за время t исследования до предельного значения Е напряжения с постоянной времени T.

Параметры E и T однозначно определяют динамическую характеристику эксперимента по зависимости (1), поэтому их целесообразно принять за информативные параметры динамического процесса аналитического контроля.

Формула (1) позволяет определить лишь один из искомых параметров в зависимости от значения другого. Для независимых алгоритмов расчета информативных параметров находят из уравнения (1) второе соотношение после дифференцирования по времени в виде дифференциального уравнения второго порядка:

где U′′ - ускорение вольтограммы U(t), соответствующей крутизне тока .

Из выражения (2) получают алгоритм определения постоянной времени T:

как отношение скорости U′ (тока) к ускорению U′′ (крутизне) вольтограммы U(t).

Подставляя выражение (3) в уравнение (1), выявляют алгоритм определения предельного напряжения E:

На практике алгоритмы (3) и (4) реализуют в процессе измерения в один момент времени ti мгновенного значения напряжения U(t), ее тока и крутизны (см. фиг.2).

По полученным информативным параметрам E, T и по формуле (1) восстанавливают импульсные динамические характеристики напряжения U(t), тока U′(t) и крутизны U′′(t). Полученные кривые идентифицируют эксперименту для определения начального тока, начального потока и соответственно влажности образца.

2. В предлагаемом способе с помощью эквивалентов E и T по принципу аналогии (емкостной ток определяется как отношение ) находят для C=1 предельное значение начального тока влажного материала по калибровочной характеристике:

Связь влаги W исследуемого образца с начальным током I0 осуществляют по аналогии с ВАХ полупроводников [П.24, формула (2.75), Кн.1. Микроэлектроника. Физические основы функционирования. - М.: Высшая школа, 1987, С.81] по калибровочной характеристике:

где IS - ток структуры сухого материала;

W0 - максимальная влага насыщенного влагой W≤W0 материала.

Как и для динамической характеристики параметры IS и W0 однозначно определяют экспериментальную статическую характеристику, поэтому их также принимают за информативные параметры.

Из формулы (6) следует зависимость влаги W от начального тока I0:

Аппроксимация экспериментальной кривой W(I0) (фиг.3, кривая 1) по экспоненциальной зависимости (фиг.3, кривая 2) не превышает погрешности δ≤0.1%.

Калибровка на эталонах границ диапазона служит для расчета информативных параметров W0 и IS для оптимизации экспоненциальной статической характеристикой (6) экспериментальной влажностной зависимости.

При калибровке измеряют значения начального тока в нижней I01 и I02 в верхней границах нормируемого диапазона влажности на эталонных материалах с известной влажностью W01 и W02 (фиг.3). Алгоритм расчета информативных параметров находят из системы двух уравнений для первого и второго измерения:

Делят второе уравнение системы на первое и приводят его к виду:

,

где n=W02/W0l - коэффициент кратности влажности конечной и начальной точки диапазона.

Экспоненцируют логарифмическое уравнение и выражают параметр IS:

Составляют систему уравнений относительно тока IS:

Делят первое уравнение системы на второе и решают полученное уравнение относительно W0:

Полученные параметры IS и W0 однозначно определяют характеристику эксперимента по зависимости (6) поэтому их принимают за информативные параметры и строят калибровочную кривую (фиг.3, кривая 2).

Из фиг.5 видна качественная оценка адекватности предлагаемого способа физике процесса: экспериментальная кривая 1 и полученная по экспоненциальному закону кривая 2 практически совпадают.

Следовательно, определение влажности на границах адаптивного диапазона адекватно.

Докажем эффективность предлагаемого способа определения влажности в фиксированный момент времени по динамическим характеристикам напряжения, тока и крутизны (фиг.5÷6) и по калибровочной характеристике влажности на границах адаптивного диапазона (фиг.3÷4).

Для доказательства адекватности предлагаемого способа эксперименту сравним динамические характеристики тока U′(t)=Iэ(t) с динамической характеристикой по току прототипа Ii(t) (фиг.5). Из графика видна качественная оценка: кривые практически совпадают. Количественно относительное отклонение ε динамической характеристики по току Iэ от экспериментальной динамической характеристики по току Ii определяют по формуле:

где Ii - экспериментальное значение тока прототипа, измеряемого по экспоненциальной зависимости;

Iэ - значение тока импульсной динамической характеристики предлагаемого способа, регистрируемого по дифференциальной зависимости.

Для оперативности измерения с заданной точностью ε0 фиксированный момент времени t1 измерения выбирают меньше постоянной времени T<0,1. Из графика (фиг.6) видно, что на данном интервале погрешность постоянна и не превышает заданной величины ε0=0,015·10-13%.

Следовательно, предлагаемый способ регистрации напряжения, тока и крутизны в фиксированный момент времени адекватен с заданной погрешностью.

Для оценки эффективности предлагаемого способа определения влажности по калибровочной характеристике (фиг.3) влажности фиксируют погрешность δ (см. фиг.4) предлагаемого способа и принимают ее за эквивалентную меру δ0k0, где - число эталонов с известными влажностью W0k и током Iok:

Для каждой k-й погрешности δ0k находят диапазоны предлагаемого способа и прототипа. Погрешность предлагаемого способа стремится к нулю, например к 0,01, и постоянна на всем исследуемом диапазоне влажности D, поэтому диапазон влажности предлагаемого способа D1 равен всему исследуемого диапазону влажности D. Эффективность определяется по формуле (12) как отношение диапазона влажности предлагаемого метода D1 к диапазону влажности прототипа D2. Данные сведены в таблицу 1 и отражены на фиг.4.

Таблица 1
δ0k, % D1 D2 η
0,01 0,16 0,008 20
0,05 0,16 0,009 17,8
0,1 0,16 0,038 1,31

Из таблицы видно, что при уменьшении критерия оценки δ диапазон влажности прототипа D2 уменьшается. Например, при δ03=0,1% D2=0,122. При уменьшении погрешности δ сокращается диапазон D2, а эффективность η предлагаемого способа возрастает на порядок. Например, для погрешности δ01=0,01% диапазон D2=0,008, а эффективность η=20.

Следовательно, предлагаемый способ эффективен по расширению диапазона влажности при заданной погрешности измерения на порядок.

Аналогичные результаты очевидны для фиксированного диапазона, для которого эффективность по точности также выше на порядок.

Таким образом, определение в адаптивном диапазоне влажности по начальному току, регистрируемому в один фиксированный момент времени по динамическим характеристикам напряжения, тока и крутизны, в отличие от прототипа повышает на порядок точность и диапазон.

Способ определения влажности древесины, заключающийся в том, что осуществляют контакт с образцом с помощью двух электродов, расположенных вдоль линии, перпендикулярной волокнам образца, на фиксированном расстоянии друг от друга, прикладывают напряжение на измерительную ячейку, состоящую из последовательно включенных влажного материала и эталонного сопротивления, измеряют напряжение на эталонном сопротивлении и определяют влажность, отличающийся тем, что в фиксированный момент времени измеряют амплитуду напряжения, тока и крутизны соответствующих импульсных динамических характеристик, по которым регистрируют их комплекс информативных параметров: постоянную времени и предельное напряжение, начальный ток и его крутизну, которые служат для определения влажности по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори на границах адаптивного диапазона по образцу с известной влажностью и нормируемыми параметрами: постоянной времени и предельным напряжением, начальным током и крутизной при измерении в фиксированный момент времени амплитуд напряжения, тока и крутизны соответствующих нормированных импульсных динамических характеристик.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу нанесения покрытия из оксида алюминия на деталь, имеющую поверхность из карбида кремния (SiC) и используемую в высокотемпературных областях техники.

Изобретение относится к методам и средствам для измерения состава парогазовых сред и может быть использовано для контроля атмосферы в помещениях промышленных предприятий, в частности, для обеспечения водородной взрывобезопасности под защитной оболочкой атомных электрических станций.

Изобретение относится к устройствам для измерения электропроводности влажных дисперсных природных и искусственных материалов, а именно к конструкциям измерительных сосудов и электродов, и может найти применение для определения электропроводности влажных грунтов и почв, керамических масс, цементных паст, концентрированных суспензий и других влажных дисперсных материалов.

Изобретение относится к устройствам для измерения электропроводности влажных дисперсных природных и искусственных материалов, а именно к конструкциям измерительных сосудов и электродов и может найти применение для определения электропроводности влажных грунтов и почв, керамических масс, цементных паст, концентрированных суспензий и других влажных дисперсных материалов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к двойным технологиям, а именно контроля качества при создании волоконно-полимерного композиционного материала, получаемого в намоточном производстве, и контроля его структурного состояния при эксплуатации этого материала, за счет встроенного измерительного чувствительного элемента в структуру материала, и может быть использовано в системах жизнедеятельности, сосудах давления, обшивках планеров, для пожаротушения, антиобледенения, ракетно-космической, авиационной, машиностроительной техники и в др.

Изобретение относится к эксплуатации автотракторной техники, в частности к способам контроля качества топлива и подготовки топлива к сгоранию. .

Изобретение относится к области контроля качества железобетонных конструкций неразрушающими методами, а именно к измерению напряженно-деформируемого состояния арматуры покрытий и перекрытий вантовой системы и может найти применение для мониторинга зданий и сооружений.

(57) Изобретение относится к устройству для измерения электрических параметров твердых или жидких геологических образцов, таких как, например, горные породы, предпочтительно из нефтяных или газовых пластов-коллекторов, и насыщающие их текучие среды, содержащему полый корпус, выполненный из первой верхней половины и второй нижней половины, которые коаксиально скользят одна внутри другой, причем в указанном корпусе расположено гнездо для размещения по существу цилиндрического образца, при этом к указанному гнезду обращены две пары электродов, предназначенные для подвода тока в образец и для измерения напряжения на концах указанного образца, и отличающемуся тем, что указанные пары электродов являются парами копланарных электродов, каждая из которых расположена на одном конце указанного гнезда. Изобретение обеспечивает возможность создания устройства для измерения электрических параметров геологических образцов с использованием двух и четырех электродов с их быстрым чередованием и достаточной точностью. 14 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение может быть использовано при изготовлении летательных аппаратов. Способ определения электрической характеристики композитного материала для изготовления летательного аппарата, в котором, по меньшей мере, к одному образцу, выполненному из композитного материала, прижимают две накладки, осуществляя плотную подгонку, по меньшей мере, одной из накладок и отверстия этого или каждого образца, определяют значение электрического сопротивления сборки, образованной накладками и образцом, и выводят на основании полученного значения значение электрического сопротивления композитного материала. Изобретение обеспечивает упрощение определения электрической характеристики композитного материала. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 11 ил.

Предложены способ и система определения периода схватывания химически активного материала. Способ включает непрерывное измерение электрического свойства материала для получения временной зависимости удельного сопротивления или его представления. Временная зависимость используется для определения времени начала схватывания и времени окончания схватывания. Время начала схватывания определено как время наступления наиболее быстрого подъема удельного сопротивления и время окончания схватывания определено как время локального максимума удельного сопротивления. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 15 ил., 1 табл.

Способ может быть использован в сканирующей зондовой микроскопии для определения электрического напряжения, модуля упругости, твердости, вязкости, пластичности пьезоэлектрических материалов, компонентов микро- и наноэлектромеханических систем, а также биомикроэлектромеханических устройств. Наноиндентирование материала выполняют жестким индентором с постоянной скоростью. Регистрируют одновременно изменение электрического напряжения и контактной силы при вдавливании индентора в материал, например пьезоэлектрик. Измерения выполняют по крайней мере для двух температур материала. Технический результат - расширение функциональных возможностей определения свойств материала наноиндентированием, возможность определения значения нагрузки, которое приводит к фазовому переходу. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к измерению влажности капиллярно-пористых материалов. Способ определения влажности капиллярно-пористых материалов заключается в том, что осуществляют контакт с образцом с помощью двух электродов, расположенных вдоль линии, перпендикулярной волокнам образца, на фиксированном расстоянии друг от друга. Прикладывают напряжение на измерительную ячейку, регистрируют время сравнения текущей амплитуды с пороговым значением и определяют влажность. Причем определяют влажность по частоте калибровочных характеристик, длительность которой в каждом цикле определяется интервалом измерения, фронт которого формируют в момент сравнения порогового напряжения с линейным напряжением динамической характеристики измеренной ячейки, состоящей из последовательно включенных влажного материала и эталонной емкости. После чего организуют срез за счет изменения полярности порогового напряжения. Калибровочными характеристиками служат функция нормированной влажности и функция предельной частоты импульсов сухого материала, которые определяют в процессе измерения предельных частот, соответствующих нижней и верхней границам измеряемого диапазона, и по которым определяют нормированные меры: предельную частоту и нормированную влажность. Устройство для определения влажности капиллярно-пористых материалов по динамической характеристике состоит из измерительной ячейки, состоящей из последовательного соединения исследуемого материала и эталонной емкости. При этом организуют мультивибратор за счет включения измерительной ячейки в отрицательную обратную связь операционного усилителя, в положительную обратную связь которого включен эталонный делитель напряжения на резисторах, а выходным индикатором служит частотомер. Технической задачей способа являются повышение метрологической эффективности, а именно точности измерений, за счет устранения нелинейности. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и аналитическому приборостроению и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. Устройство для определения концентрации кислорода содержит первичный преобразователь, представляющий собой магнитную систему с рабочим и сравнительным чувствительными элементами, подключенными по мостовой схеме к двум сопротивлениям, соединенный входом с первым блоком питания и измеритель. Устройство дополнительно содержит второй блок питания, микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты и усилитель напряжения, причем выход первичного преобразователя через усилитель напряжения соединен с первым входом микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, второй вход которого подключен ко второму блоку питания, выход микроволнового генератора с варактоной перестройкой частоты соединен с входом измерителя. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения концентрации кислорода за счет повышения стабильности ее измерения. 1 ил.
Наверх