ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
CAPACITANCE SENSOR FOR MOISTURE OF GRANULAR MATERIALS

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению влажности сыпучих материалов в динамике сушки. Устройство может быть использовано в сельском хозяйстве при послеуборочной обработке зерновой массы.
Известен диэлькометр, содержащий емкостный первичный преобразователь, измерительный генератор, формирователь сигнала, блок арифметического преобразования, включающий управляющие ключи и реверсивный счетчик, а также блок распределения сигналов, делитель частоты, генератор тактовых импульсов, блок регистрации, причем последовательно соединенный первичный емкостной преобразователь, измерительный генератор, формирователь сигнала соединены с первым входом первого управляющего ключа, второй вход которого соединен с последовательно соединенным блоком распределения сигналов, делителем частоты, генератором тактовых импульсов, а выход через реверсивный счетчик и второй ключ - с блоком регистрации и блоком распределения импульсов, отличающийся тем, что с целью упрощения он дополнительно содержит кодовый задатчик, содержащий электрические выключатели по числу разрядов реверсивного счетчика, электрические согласователи по числу электрических выключателей, причем общая шина кодового задатчика соединена с источником питания, а его выходы - с выходами реверсивного счетчика и электрическими согласователями, при этом один из выходов распределителя соединен с входом "Параллельная запись" реверсивного счетчика (А.с. СССР G01N 27/22 №1822965 А1).
Основными недостатками указанного устройства являются:
1. Ограниченность возможности использования кодового задатчика.
2. Отсутствие автоматических подстроек.
3. Невозможность устройства обеспечить загрузку и разгрузку материалом.
Известно устройство измерения влажности сыпучих материалов, содержащее источник переменного напряжения, регулируемый резистор, электродный питатель и измерительный конденсатор с тарой, причем электродный питатель и измерительный конденсатор включены по схеме положительной обратной связи между ними, отличающееся тем, что, с целью сокращения длительности измерения измерительный конденсатор шунтирован ветвью, содержащей последовательно соединенные ключ и конденсатор, емкость которого превышает максимальную емкость измерительного конденсатора, а ключ механически связан с тарой и нормально закрыт при отсутствии последней (А.с. СССР G01N 27/22 №1824568 А1).
Основными недостатками указанного устройства являются:
1. Из-за питания датчика переменным током неудобно коммутировать датчик с прочими электронными схемами автоматики.
2. Отсутствие автоматических подстроек.
3. Ключ в потоке зерна не обеспечивает надежной и точной работы.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится емкостной датчик влажности, содержащий корпус, поршень, штыревые электроды одним концом жестко закреплены в диэлектрическом дне корпуса датчика, отличающийся тем, что с целью повышения точности поршень выполнен с отверстиями по числу электродов, электроды обращены внутрь корпуса датчика и установлены в отверстиях поршня, причем диаметр электродов и отверстий в поршне равны (А.с. СССР G01N 27/22 №1822967 А1).
Несмотря на то, что на показания датчика не влияет собственная электрическая емкость диэлькометра, обеспечивается его продувка и очистка, датчик не лишен недостатков:
1. Необходимость в высокоточном измерении емкости системы.
2. Необходимость в математической обработке результатов измерения.
3. Отсутствие автоматических подстроек.
4. Низкая скорость измерений.
Задача изобретения - повышение точности измерения влажности материалов с различной засоренностью.
Емкостный датчик влажности сыпучих материалов, содержащий корпус, в котором жестко закреплен штыревой электрод, при этом длина электрода, состоящего из двух обечаек большого диаметра, телескопически связанных между собой, изменяется под действием исполнительного механизма, расположенного внутри электрода в процессе калибровки датчика; нижняя обечайка крепится к корпусу диэлектрическими трубами, верхняя обечайка закрыта диэлектрическим конусом; вращательное движение верхней обечайки относительно нижней предотвращает направляющая стойка, жестко закрепленная в верхней обечайке. В пазах корпуса в нижней его части смонтирована заслонка с приводным механизмом.
Новые существенные признаки:
1. Исполнительный механизм в электроде обеспечивает изменение площади поверхности электрода и позволяет настроить оптимальную чувствительность емкостного датчика в зависимости от имеющейся влажности и засоренности материала.
2. Исполнительным механизмом привода заслонки обеспечивается автоматическая загрузка и разгрузка камеры датчика влажности.
3. Предварительная калибровка датчика обеспечивает высокую точность измерения влажности материала.
4. Отсутствие дорогостоящих элементов в конструкции датчика.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными обеспечивают получение технического результата во всех случаях измерения влажности сыпучих материалов.
Получение технического результата обеспечивается при использовании емкостного датчика влажности, имеющего исполнительные механизмы приводов заслонки и электрода, что позволяет изменять площадь его поверхности с целью получения оптимальной чувствительности камеры на изменения влажности материалов с различной засоренностью, а также обеспечивать автоматическую загрузку, разгрузку камеры. При этом значительно уменьшается погрешность измерения влажности и упрощается эксплуатация датчика, что позволяет увеличить производительность. Помимо перечисленных преимуществ предлагаемой конструкции емкостного датчика следует отметить, что он может быть использован для измерения влажности материалов с различной плотностью, при этом обрабатываемый материал не повреждается.
Управление исполнительными механизмами может осуществляться как посредствам кнопочных органов пульта управления, так и автоматически от систем, имеющих соответствующие выходные сигналы управления.
Емкостный датчик влажности представлен на чертеже.
Внешняя стенка 2 и измерительный электрод, образованный обечайками 3, 4, электрически изолированы друг от друга диэлектрическими трубками 10. Обечайка 3 в нижней части герметично закрыта крышкой 6, в верхней части телескопически соединена с обечайкой 4. Обечайка 4 герметично закрыта в верхней части диэлектрическим конусом 5. В камере внутри обечайки 4 для относительного поступательного движения обечаек 3, 4 установлен исполнительный механизм 11-14. Исполнительный механизм 11-14 используется для обеспечения коррекции исходной электрической емкости датчика влажности в соответствии с имеющейся влажностью материала и состоит из реверсивного электродвигателя 11, редуктора 12, штока с ходовой резьбой 13, ходовой гайки 14. В крайних положениях этот исполнительный механизм отключается электронной схемой по сигналу от герконов 15, 16. Провода питания исполнительного механизма 11-14 и герконов 15, 16 могут быть проложены в трубках 10. Для предотвращения относительного вращательного движения обечаек 3, 4 используется направляющая стойка 7, жестко заделанная в обечайке 4, для предотвращения сжатия и расширения воздушного пространства внутри обечаек 3, 4 имеются декомпрессионные отверстия 8, 9, воздух из которых поступает во внешнюю среду через трубки 10. Внешняя стенка 2 и измерительный электрод 3-4 образуют еще одну камеру, в которой находится материал, влажность которого определяет электрическую емкость системы. Для периодической разгрузки камеры датчика используется заслонка 17, находящаяся в пазах металлического корпуса 1. Заслонка 17 приводится в действие от исполнительного механизма, состоящего из двигателя 18, редуктора 19, штока с ходовой резьбой 20, ходовой гайки 21. В крайних положениях этот исполнительный механизм отключается по сигналу от герконов 22, 23.
Устройство работает следующим образом: в камеру измерителя влажности загружается материал с известной величиной влажности, определенной в лабораторных условиях, показания преобразующего устройства (емкость-влажность) будут отличаться от истинного значения влажности вследствие погрешности измерения преобразующего устройства вносимой неправильной калибровкой датчика влажности для материала имеющейся засоренности. Для увеличения точности измерения влажности необходимо выполнить подстройку датчика влажности - корректировку площади поверхности измерительного электрода 3-4. Суть подстройки камеры измерителя влажности в выравнивании значений имеющейся (истинной) и измеренной преобразующим устройством величины влажности путем измерения площади поверхности измерительного электрода под действием исполнительного механизма.
Если имеющееся значение влажности больше измеренного - измеряемая частота генератора импульсов преобразующего устройства недостаточно высока, то электродвигатель 11 должен вращать редуктор 12 в сторону уменьшения площади электрода 3-4, уменьшая электрическую емкость камеры С:
,
увеличивая измеряемую частоту генератора импульсов преобразующего устройства ν:
Если имеющееся значение влажности меньше измеренного - измеряемая частота генератора импульсов преобразующего устройства слишком высока, то электродвигатель 11 должен вращать редуктор 12 в сторону увеличения площади электрода 3-4, увеличивая электрическую емкость камеры С, уменьшая измеряемую частоту генератора импульсов преобразующего устройства v.
Работа электродвигателя 11 должна осуществляться только в стадии преобразующего устройства, продолжаясь, пока значения заданной и измеренной величин влажности не будут совпадать или электродвигатель 11 не будет отключен по сигналу с одного из герконов 15, 16 в случае невозможного выравнивания указанных значений, при этом должен поступать соответствующий сигнал индикации.
Когда исполнительным механизмом 11-14 выполнена подстройка камеры измерителя влажности - значения имеющейся влажности и измеренной преобразующим устройством совпадают, результаты дальнейших измерений влажности в процессе сушки будут максимально точными.
Для измерения влажности следующей порции зерна используется исполнительный механизм 18-21, который открывает заслонку 17, при этом предыдущая порция материала просыпается, затем исполнительный механизм 18-21 закрывает заслонку 17 и в камере накапливается новая порция.
Подстройка датчика влажности не нужна для материала одинаковой засоренности в случаи его кольцевания в сушильном комплексе и желательна для правильности измерений влажности датчиком после смены материала. Применение такого датчика позволяет повысить качество продукции, снизить затраты энергии и время на сушку различных сыпучих материалов.
Перечень позиций на чертеже к заявке
1 - коробка;
2 - внешняя стенка;
3 - нижняя обечайка;
4 - верхняя обечайка;
5 - диэлектрический конус;
6 - крышка;
7 - направляющая стойка;
8, 9- декомпрессионные отверстия;
10 - диэлектрические трубки;
11, 18 - электродвигатели;
12, 19 - редукторы;
13, 20 - валы с ходовой резьбой;
14, 21 - ходовая гайка;
15, 16, 22, 23 - кнопки-герконы;
17 - заслонка.