Измерители влажности зерна

В зависимости  от плотности укладки материала, измеренные электропроводности могут отличаться друг от друга.

2.2.2.2 Диэлькометрический метод

Этот метод  часто называют емкостным, потому что  при своем возникновении он основывался на измерении емкости датчика-конденсатора, в котором контролируемый материал играл роль диэлектрика, определяющего эту емкость в зависимости от диэлектрической проницаемости.

В диэлькометрическом методе чаще всего используется средневолновой и коротковолновой диапазоны частот или сверхвысокие частоты.

Диэлектрическая проницаемость материала зависит  от его влажности. Замерив этот параметр, можно узнать, какова абсолютная влажность материала.

Изменение диэлектрической  проницаемости вследствие изменения влажности материала определяют по изменению емкости конденсатора, между обкладками которого помещается анализируемый материал. Преобразователь емкостного влагомера выполняют в виде двух плоских пластин или двух концентрических цилиндров, пространство между которыми заполняется анализируемым материалом с помощью засыпки при падении материала с определенной высоты.

Поведение диэлектрика  в синусоидальном электромагнитном поле характеризуется величинами комплексной диэлектрической и магнитной проницаемостей. При измерении влажности используются следующие пары величин:

а) вещественная и мнимая составляющие комплексной  диэлектрической проницаемости;

б) диэлектрическая  проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь;

в) диэлектрическая  проницаемость и удельная проводимость (ее активная составляющая).

Зависимость диэлектрической  проницаемости  и тангенса угла потерь от влажности W:

 

 

 

 

Зная одну из указанных пар параметров, можно, следовательно, вычислить любую другую пару.

Диэлькометрические  датчики для сыпучих материалов менее чувствительны к уплотнению материала в междуэлектродном пространстве, чем кондуктометрические.

Диэлькометрические  датчики изготавливают с самоуплотнением или с принудительным уплотнение материала. В первом случае уплотнение материала в междуэлектродном пространстве обеспечивается тем, что проба (обычно зернистого материала) падает с определенной высоты и тем самым уплотняется. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Емкостной датчик с размалывающим устройством

 

При измерении  влажности сыпучих материалов емкостным  методом наилучшие результаты в смысле точности измерения достигаются при полном устранении влияния переменной объемной массы, т.е. при уплотнении постоянной массы контролируемого материала между электродами емкостного датчика до постоянного объема, т.е. при обеспечении постоянной плотности.

При измерении влажности зерновых (пшеницы, ржи, ячменя, овса, проса и др.) использовать непосредственно этот способ не удается по той причине, что зерновые при низкой влажности не сжимаются и уплотнению не поддаются.

Поэтому для  повышения точности измерения влажности зерновых существует способ, включающий помещение контролируемого зерна в емкостный датчик, совмещенный с мельницей, размол зерна до определенного дисперсного состояния, уплотнение размолотой массы (трота) между электродами датчика до постоянного объема, измерение емкости датчика и определение влажности по заранее составленным градуировочным характеристикам.

Однако этот способ имеет существенный недостаток, который ограничивает использование  способа - размол зерновых в емкостном  датчике возможен с помощью мельницы с электроприводом с высокой скоростью оборотов. Поэтому в процессе размола повышается температура размалываемого зерна и датчика с мельницей, что вызывает неконтролируемые потери влаги, т.е. резкое повышение погрешности измерения влажности.

Например, эксперименты, проведенные при температуре  окружающего воздуха и зерна пшеницы 17-21°С показали, что температура размолотого зерна и датчика с мельницей в процессе размола первого образца пшеницы повысилась до 30°С, второго - (с температурой 27-28°С) до 34-35°С, а третьего образца в том же датчике (с температурой 30-32°С) до 40-42°С.

Устранение  этого недостатка достигается тем, что образец зерна с постоянной массой помещается в емкостной датчик с мельницей, предварительно охлажденный до температуры 5-8°С, при этом масса навески пробы контролируемого зерна и датчика с мельницей и материал датчика с мельницей выбраны при условии выполнения неравенства:

 

 

где температура датчика с мельницей до помещения в него контролируемого зерна;

 температура контролируемого зерна до размола;

 температура контролируемого зерна после размола в случае неохлажденного датчика с мельницей;

 конечная температура контролируемого зерна после размола и датчика с мельницей;

 повышение температуры зерна в результате размола;

 понижение температуры зерна в процессе размола в предварительно охлажденном датчике с мельницей;

 удельная теплоемкость контролируемого зерна и материала датчика с мельницей;

 масса пробы зерна и датчика с мельницей соответственно.

Предварительное охлаждение датчика с мельницей до температуры 5-8°С, соответствующий подбор масс пробы контролируемого сыпучего материала , датчика и материала датчика с удельной теплоемкостью обеспечивает то, что в процессе размола температура материала получается ниже, чем первоначальная температура пробы контролируемого материала , < . Это означает, что в процессе размола проба зерна не нагревается, а наоборот, ее температура понижается, что предотвращает потери влаги в процессе размола и устраняет один из существенных составляющих погрешности измерения влажности. В действительности в процессе размола внутренняя энергия пробы контролируемого зерна увеличивается за счет кинетической энергии размалывающего ножа. Температура пробы контролируемого зерна повышается. Количество теплоты, полученное зерном при размоле, составит:

 

 

где .

В процессе размола в охлажденном датчике происходит теплообмен между пробой зерна и охлажденным датчиком, при этом внутренняя энергия, выделенная при охлаждении пробы зерна, расходуется на нагревание датчика с мельницей.

Количество  теплоты, отданное зерном при размоле:

 

 

где .

Количество  теплоты, полученное охлажденным до температуры 5-8°С датчиком с мельницей при теплообмене в процессе размола контролируемого зерна, составит:

 

 

Очевидно .

Тогда:

 

 

Отсюда понижение температуры зерна в процессе размола в охлажденном датчике составляет:

 

 

Когда выбраны соответствующим образом, тогда:

 

>

Т.е. < и в процессе размола температура зерна понижается.

Способ осуществляется с помощью влагомера зерна  повышенной точности ВЗПТ-1. Масса пробы зерна = 0,025 кг.

Масса датчика М = 1,5 кг, материал - сталь-3 ( = 460 Дж/кг*К; - удельная теплоемкость пробы зерна, точное измерение затруднительно). Поэтому величина температуры = 5-8°С = 278-281°К охлаждения датчика выбрана экспериментальным путем с таким расчетом, что в пределах практически возможной температуры контролируемого зерна от 5 до 35°С удовлетворилось вышеприведенное неравенство.

На рисунке 3.1 представлен  емкостной датчик с размалывающим  устройством.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.1. Емкостной датчик с размалывающим устройством

Датчик состоит из корпуса измерительной камеры, дно которой представляет собой электрод 1 нулевого потенциала конденсатора - емкостного датчика, электрода высокого потенциала (потенциальный электрод) 2, крышки 3 изоляционного (фторопластового) цилиндра 4, на котором крепится потенциальный электрод 2, ножа 5 и термодиода 6. Между электродами 1 и 2 помещен контролируемый материал - шрот зерна 7; корпус датчика 8; направляющий зерна 9; подшипник 10.

Способ осуществляется следующим образом: за час до начала измерения два вышеуказанных  датчика помещаются в холодильник  типа "Морозко", в котором установлена  температура 5-8°С.

Из контролируемого  зерна берется проба массой 25 г и помещается в вынутый из холодильника первый емкостный датчик; измельчающий механизм (нож) 5 датчика присоединяется к электроприводу, который включается в течение 20 с и контролируемая проба зерна размалывается. После этого крышка 3 спускается усилием специального пресса до упора, при этом размолотый контролируемый материал (шрот зерна) 7 уплотняется между электродами 1 и 2 до постоянного объема. Одновременно в размолотую массу погружается датчик температуры (термодиод) 6, который прикреплен на изоляционном цилиндре 4.

Емкостный датчик отсоединяется от электропривода и  электрически подключается к измерителю электрической емкости и температуры, измеряется емкость датчика и температура размолотого зерна, определяется по калибровочным характеристикам значение влажности. После этого первый емкостный датчик, температура которого повышалась до °С, освобождают от размолотого зерна и помещают в холодильник "Морозко" с предварительно установленной температурой 5-8°С. Для измерения влажности второй пробы зерна из холодильника достают второй емкостный датчик и измеряют влажность. Затем в холодильник ставят второй датчик.

Для измерения  влажности третьего образца зерна  из холодильника достают первый датчик, который успел охладиться до 5-8°С, влажность четвертого образца измеряют с помощью второго датчика и т.д.

Контроль температуры  размолотого зерна и датчика  с мельницей показал, что в  процессе размола температура зерна  понижается соответственно до 10, 15, 18 и 23°С.

Предложенный  способ дал возможность практически полностью устранить составляющую погрешность, вызванную потерями влаги в процессе размола зерна, в результате чего удалось повысить точность измерения его влажности влагомером ВЗПТ-1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Датчик влажности с вращающимися валками

 

Датчик, применяемый в распространенном в США влагомере для зерна типа TAG, уплотняет сыпучий материал в узком зазоре между двумя вращающимися металлическими валками с рифленой цилиндрической поверхностью.

На рисунке 4.1 представлен датчик влажности с вращающимися валками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.1. Датчик влажности с вращающимися валками

 

Электродвигатель вращает через редуктор (электродвигатель и редуктор не показаны на рисунке) валик 1 со скоростью 32 об/мин; валик 1 электрически соединен со станиной датчика. Второй валик 2 изолирован от корпуса стойками 3 из электроизоляционного материала. Валик 2 снабжен пружинящим трущимся контактом и ручкой 4 для поворачивания вручную с целью облегчения попадания зерна в зазор или выхода из него. Сцепление между валиками осуществляется через слой материала; последний поступает в зазор между валиками из засыпного бункера 5, изготовленного из пластмассы. Валики 1 и 2 выполют роль электродов; сопротивление слоя сыпучего материала измеряется во время вращения валиков. Величины зазора между валиками регулируются с помощью сменных прокладок 6 в зависимости от того, какая зерновая культура исследуется. Предельные величины зазора равны 0,6мм для льняного семени и 3 мм для кукурузы. Под валиками установлены два скребка 7 из пластмассы; скребки прижимаются пружиной 8 к поверхности валиков и очищают ее при вращении электродов. Весь датчик смонтирован на станине 9 из чугунного литья, имеющей два винта 10 для закрепления на столе.

Датчик с  валками отличается громоздкостью и большим весом и неприменим для мелко измельченных материалов, таких, как мука. В то же время при применении этого датчика результаты измерения не зависят от величины навески; можно использовать большие навески (100— 150 г и больше), значительно лучше отражающие среднюю влажность материала, чем малые навески, используемые в датчике с ручным прессом. Здесь, так же как и в других датчиках с прессованием материала, на результаты измерения влияет износ электродов, происходящий вследствие больших усилий при прессовании. В датчике с валками вследствие износа изменяются острота нарезки валиков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Автоматическая влагоизмерительная установка дискретного действия

 

Автоматическая  влагоконтрольная установка дискретного действия предназначена для определения влажности зерна с целью соответствующего его размещения по хранилищам.