Датчики влажности зерна

 

1)Термины  и понятия

      Вла́жность — показатель содержания в физических телах воды.

Влажность зависит от природы вещества, а  в твёрдых телах, кроме того, от степени измельчённости или пористости. Содержание химически связанной, так называемой конституционной воды, например гидроокисей, выделяющейся только при химическом разложении, а также воды кристаллогидратной не входит в понятие влажности.

Влажность обычно характеризуется количеством  воды в веществе, выраженным в процентах  от первоначальной массы влажного вещества (массовая влажность) или её объёма (объёмная влажность).

Влажность можно характеризовать также  влагосодержанием, или абсолютной влажностью — количеством воды, отнесённым к единице массы сухой части материала. Эту величину практически невозможно точно измерить, т.к. невозможно удалить всю неконституционную воду и взвесить предмет до и после этой операции.

Установление  степени влажности многих продуктов, материалов и т. п. имеет важное значение. Только при определённой влажности многие тела (зерно, цемент и др.) являются пригодными для той цели, для которой они предназначены. Жизнедеятельность животных и растительных организмов возможна только при определённых границах влажности и относительной влажности воздуха. Влажность может вносить существенную погрешность в вес предмета. Килограммы сахара или зерна с влажностью 5% и 10% будет содержать разное количество сухого сахара или зерна.

Измерение влажности определяется высушиванием влаги и титрованием влаги по Карлу Фишеру. Эти способы являются первичными. Помимо них разработано множество других, которые калибруются по результатам измерений влажности первичными способами и по стандартным образцам влажности.

Влажность воздуха — содержание водяного пара в воздухе; одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата.

Влажность воздуха в земной атмосфере колеблется в широких пределах. Так, у земной поверхности содержание водяного пара в воздухе составляет в среднем от 0,2% по объёму в высоких широтах до 2,5% в тропиках. Упругость пара в полярных широтах зимой меньше 1 мб (иногда лишь сотые доли мб) и летом ниже 5 мб; в тропиках же она возрастает до 30 мб, а иногда и больше. В субтропических пустынях упругость пара понижена до 5-10 мб.

Относительная влажность очень высока в экваториальной зоне (среднегодовая до 85% и более), а также в полярных широтах и зимой внутри материков средних широт. Летом высокой относительной влажностью характеризуются муссонные районы. Низкие значения относительной влажности наблюдаются в субтропических и тропических пустынях и зимой в муссонных районах (до 50% и ниже).

С высотой влажность быстро убывает. На высоте 1,5-2 км упругость пара в среднем вдвое меньше, чем у земной поверхности. На тропосферу приходится 99% водяного пара атмосферы. В среднем над каждым квадратным метром земной поверхности в воздухе содержится около 28,5 кг водяного пара.Для обозначения содержащейся в воздухе влаги используются следующие величины:

абсолютная  влажность воздуха 

количество содержащегося в воздухе водяного пара, [г/м³ ]; в атмосфере колеблется от 0,1-1,0 г/м³ (зимой над материками) до 30 г/м³ и более (в экваториальной зоне);

максимальная  влажность воздуха (граница  насыщения) 

количество  водяного пара, который может содержаться в воздухе при определенной температуре (максимальное значение влажности воздуха при заданной температуре), [г/м³ ]. При повышении температуры увеличивается и поглощающая способность воздуха;

давление  пара 

давление, которое оказывает водяной пар, содержащийся в воздухе (давление водяного пара как часть атмосферного давления), [Па];

давление  насыщенного пара 

давление, которое может оказывать водяной  пар при определенной температуре (максимально возможное значение давления пара), [Па]. Давление насыщенного пара увеличивается с повышением температуры;

дефицит влажности 

разница между давлением насыщенного  пара и давлением пара [Па], то есть между максимальной и абсолютной влажностью воздуха [г/м³ ];

относительная влажность воздуха 

отношение давления пара к давлению насыщенного  пара, то есть абсолютной влажности воздуха к максимальной [% относительной влажности];

точка росы 

температура газа, при которой газ насыщается водяным паром °C. Относительная влажность газа при этом составляет 100 %. С дальнейшим притоком водяного пара или при охлаждении воздуха (газа) появляется конденсат. Таким образом, хотя роса и не выпадает при температуре −10 или −50°C, выпадает изморозь, иней, лёд или снег, точка росы в −10 или −50 °C существует и соответствует 2,361 и 0,063 г воды на 1м³ воздуха или другого газа под давлением одна атмосфера;

удельная  влажность 

вес водяного пара в граммах на килограмм  увлажненного воздуха [г/кг], то есть отношение  масс водяного пара и увлажненного воздуха;

температура мокрого термометра 

температура , при которой газ насыщается водяным  паром при постоянной энтальпии  воздуха. Относительная влажность  газа при этом составляет 100 %, влагосодержание увеличивается, а энтальпия равна начальной.

удельная  влажность 

вес водяного пара в граммах на килограмм  увлажненного воздуха [г/кг], то есть отношение  масс водяного пара и увлажненного воздуха;

соотношение компонентов смеси (содержание водяного пара) 

вес водяного пара в граммах на килограмм  сухого воздуха [г/кг], то есть соотношение масс водяного пара и сухого воздуха. 

2. Описание  физической величины

2.1) ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

      Техника конструирования и применения датчиков, или, как ее можно кратко назвать, сенсорика, за последние годы развилась в самостоятельную ветвь измерительной техники. С ростом автоматизации к датчикам физических параметров стали предъявляться все более высокие требования. При этом особое значение придается следующим показателям:

• миниатюрность (возможность встраивания)
• дешевизна (серийное производство) 
• механическая прочность

      По  структурному построению автоматизированные устройства напоминают такие биологические  системы, как, например, человек. Органам  чувств человека соответствуют в автоматах (или роботах) датчики, а функции активных органов выполняются исполнительными устройствами. Аналогом мозга как центрального устройства для обработки сигналов служит ЭВМ с ее системой памяти.

      Датчик... Что это такое?

      Понятием  «датчик» в общем случае обозначают дешевый, но надежный приемник и преобразователь измеряемой величины, обладающий умеренной точностью и пригодный для серийного изготовления. Общеупотребительные термины и определения для различных датчиков четко сформулированы в Инструкции 2600 Общества немецких инженеров и Общества немецких электриков ФРГ(VDI/VDE-Richtline 2600).

      Измерительный прибор осуществляет преобразование входного сигнала x(t) в выходной сигнал y(t):

y(t) = F[x(t)],   (1)

где x(t) и y(t) - векторные величины; F(x) - требуемая функция преобразования. На выражение (1) можно смотреть на информационную модель прибора, в которой осуществляется преобразование входной информации в выходную.

      В более общей формулировке прибор осуществляет операцию отображения  множества сигналов на входе xÎX в множество сигналов на выходе yÎY, при этом указанное отображение должно быть однозначным.

      В реальных приборах функция преобразования зависит не только от сигнала x(t), но также от возмущения x(t) на сигнал x(t), от помехи J(t), действующей на параметры прибора q(t), от несовершенства технологий изготовления прибора h(t) и от помехи n(t), возникающих в самом приборе (трения, паразитных ЭДС и др.), т. е.

y(t) = F[x,x,q(h,J),n)],   (2)

где x,q,h,J,n - векторы.

      На  рис 1 приведена функциональная схема, отображающая зависимость (2).

      Измеряемыми величинами, на основе которых формирует полезный сигнал х(t), являются параметры первичной информации, такие, как давление, температура, количество и расход жидкостей, линейные н угловые размеры, расстояния, скорости, ускорения, деформации, напряжения, вибрации, внутренние трещины, несплошности в материалах и др. К числу вредных возмущений от- носятся перегрузки, вибрации, электрические и магнитные поля, не- контролируемые вариации температуры, давления, влажности окружающей среды и т. д. Все эти возмущения вносят погрешности в  показания приборов.

Рис 1. Функциональная схема прибора.

      Прибор  должен воспроизводить измеряемые величины с допускаемыми погрешностями. При этом слово «воспроизведение», эквивалентное в данной трактовке слову «отображение», понимается в самом широком смысле: получение на выходе прибора величин, пропорциональных входным величинам; формирование заданных функций от входных величин (квадратичная и логарифмическая шкалы и др.); получение производных и интегралов от входных величин; формирование на выходе слуховых или зрительных образов, отображающих свойства входной информации; формирование управляющих сигналов, используемых для управления контроля; запоминание и регистрация выходных сигналов.

      Измерительный сигнал, получаемый от контролируемого объекта, передается в измерительный прибор в виде импульса какого- либо вида энергии. Можно говорить о сигналах: первичных - непосредственно характеризующих контролируемый процесс; воспринимаемых чувствительным элементом прибора; подаваемых в мерительную схему, и т.д. При передаче информации от контролируемого объекта к указателю прибора сигналы претерпевают ряд изменений по уровню и спектру и преобразуются из одного вида энергии в другой.

      Необходимость такого преобразования вызывается тем, что первичные сигналы не всегда удобны для передачи, переработки, дальнейшего преобразования и воспроизведения. Например, при измерении температуры прибором, чувствительный элемент которого помещается в контролируемую среду, воспринимаемый поток тепла трудно передать, а тем более воспроизвести на указателе прибора. Этой особенностью обладают почти все сигналы первичной информации. Поэтому воспринимаемые чувствительными элементами сигналы почти всегда преобразуются в электрические сигналы, являющиеся универсальными.