ВЛАГОМЕР ТЕРМОГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ

Техническое решение относится к влагомерам, основанным на определении изменения массы продукта при высушивании.
Принцип работы влагомеров термогравиметрического типа основан на определении влажности твердого исследуемого материала путем высушивания.
Аналогами заявляемому влагомеру термогравиметрическому являются влагомеры фирмы «Sartorius» (Германия), влагомеры MX/MF разработанные компанией A&D и отечественный влагомер «Эвлас-2М». Все эти влагомеры в своем составе имеют: взвешивающее устройство с площадкой для размещения пробы исследуемого материала, сушильную камеру с нагревательным элементом, электронное устройство обработки и отображения информации. Во всех конструкциях влагомеров в качестве взвешивающего устройства используются электронные лабораторные весы. Недостатком такого конструкторского решения является то, что весы вынуждены работать в несвойственных им условиях повышенной температуры, находясь в непосредственной близости с сушильной камерой, что влияет на точность измерения. Мероприятия по термозащите усложняют и удорожают конструкцию влагомера, увеличивают его габариты. Использование в составе влагомера лабораторных весов предопределяет его конструкцию, компоновку, мощность нагревательного элемента сушильной камеры, габариты и вес влагомера. Это создает трудности при попытке создать малогабаритный влагомер термогравиметрического типа.
Задачей полезной модели является создание влагомера термогравиметрического с устранением недостатков аналогов.
Техническим результатом является создание влагомера точного, небольшого по габаритным размерам, недорогого и простого в изготовлении
и при применении во влагомере взвешивающего устройства, в котором механизм весов, датчик усилия и электронная схема вынесены из зоны повышенной температуры.
Отпадает потребность в мероприятиях по термозащите, в наличие специальных термокомпенсированых датчиков, преобразующих усилие в механизме взвешивающего устройства в электрический сигнал.
Технический результат достигается тем, что площадка для размещения пробы измеряемого продукта и датчик усилия находятся на противоположных концах рычага достаточно большой длины и пространственно разнесены. Все элементы взвешивающего устройства и электронная схема устройства обработки и отображения информации располагаются на значительном расстоянии от сушильной камеры, от зоны повышенной температуры.
Площадка для пробы находится на подвижном конце рычага и располагается внутри сушильной камеры, противоположный конец рычага соединен с датчиком усилия.
Разработанное малогабаритное взвешивающее устройство позволяет уменьшить величину измеряемой пробы, а в связи с этим уменьшить электрическую мощность нагревателя сушильной камеры, габариты и вес влагомера.
На рис.1 изображена упрощенная схема взвешивающего устройства, состоящая из рычага 5 с площадкой для измеряемой пробы 2 на одном конце, другой конец которого связан с датчиком усилия 3.
На рис.2 представлена функциональная схема заявляемого влагомера, где: 1 - сушильная камера, 2 - площадка с исследуемым продуктом, 3 - датчик усилия, 4 - электронное устройство обработки и отображения информации. Основное отличие его от прототипа состоит в том, что между площадкой для исследуемой пробы и датчиком усилия расположен рычаг 5.
Принципы построения весов сводятся к измерению силы, возникающей при нагрузке весов. Приложенная сила воздействует на датчик, преобразующий деформацию датчика в электрический сигнал. Конструкция любых весов, предназначенных для измерения абсолютной величины массы, устроена так, чтобы их показания не зависели от места приложения центра массы измеряемого груза. Это достигается с помощью специальной конструкции весов, зачастую достаточно сложной.
В заявляемом влагомере было применено взвешивающее устройство, построенное по простейшей однорычажной схеме. Конструкция, непригодная для измерения величины абсолютной массы, оказалась применима для определения относительного изменения массы исследуемого продукта при высушивании. Площадка для размещения пробы закреплена на подвижном конце рычага, второй конец рычага соединен с датчиком усилия.
Устройство работает следующим образом.
В сушильную камеру 1 на площадку 2 помещают исследуемый продукт. Площадка 2 в сушильной камере 1 жестко закреплена на одном конце рычага 5, другим его концом соединена с датчиком усилия 3. Включают датчик усилия 3, электронное устройство обработки и отображения информации 4 и сушильную камеру 1. По мере испарения влаги рычаг 5 поднимается вверх и его перемещение фиксируется датчиком усилия 3, после чего сигнал обрабатывается и отображается в электронном устройстве обработки и отображения информации 4.
Основное отличие его от прототипа состоит в том, что между площадкой для исследуемой пробы и датчиком усилия расположен рычаг 5.
Покажем, что положение центра приложения массы исследуемого продукта не влияет на результат определения относительного изменения массы пробы, при высушивании.
1
Величину массы продукта характеризует момент силы M, создаваемый в точке соединения рычага с датчиком усилия (рис.1)
1
где m - начальная масса образца,
1
r - длина рычага приложения центра массы образца,
g - ускорение свободного падения.,
После высушивания продукта масса пробы уменьшится на величину испарившейся влаги и момент силы станет равным
2
2
где m - масса образца после высушивания, r - длина рычага приложения центра массы образца после высушивания.
Относительную влажность определяем по формуле:
1
2
1
А,%=(m-m)/m*100%.
Считаем, что после высушивания центр массы пробы (а точнее проекция центра массы на площадку) не меняет своего положения. Это справедливо, если влага в объеме исходного продукта распределена равномерно и после высушивания испаряется полностью, что допустимо в виду небольших объемов образца.
Таким образом, справедливо:
Из (1)-(3) получаем:
1
2
1
А,%=(M-М)/M*100%.(4)
Т.е. для измерения влажности достаточно определение относительного изменения момента силы, создаваемого исследуемой пробой.
В окончательной формуле отсутствует г - длина рычага приложения центра массы. Таким образом, длина рычага приложения центра массы может быть произвольной, но неизменной в пределах одного измерения.
При измерении влажности вычисляется относительное изменение моментов сил, создаваемое исследуемым продуктом до и после высушивания (4).
Меньшее количество продукта, необходимое для исследования, допускает применение менее мощного нагревательного элемента сушильной камеры, что снижает габариты и вес устройства при незначительном увеличении погрешности измерения.
Сравнительные параметры заявляемого прибора и прототипа представлены в таблице.
Наименование параметра
Влагомер «Эвлас-2М»
Заявляемый влагомер
1.
Диапазон измерения влажности
0.1-100%
0.1-60%
2.
Абсолютная погрешность измерения влажности
+/-0,2%
+/-0,3%
3.
Масса исследуемого продукта
2500-7000 мг
1000 мг
4.
Потребляемая мощность
370 Вт
35 Вт
5.
Габариты
180×230×320 мм
65×100×250 мм
6.
Масса
6.3 кг
0.5 кг