PL101070B1 - Urzadzenie do pomiaru wilgotnosci znormalizowanych probek masy formierskiej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest miernik wilgotnosci masy formierskiej przeznaczony do szybkiego i dokladne¬ go pomiaru wilgotnosci znormalizowanych próbek masy formierskiej lub rdzeniowej wykonywanych za pomoca typowego ubijaka laboratoryjnego Miernik, po odpowiednim wycechowaniu moze byc stosowany takze do pomiarów laboratoryjnych innych substancji sypkich posiadajacych cechy materialów dielektrycznych takichjak pasek, cement, maka itp.

Obecnie w odlewniach, wilgotnosc masy formierskiej lub rdzeniowej bada sie metoda grawimetryczna, to jest przez wazenie i suszenie próbek masy. Ten sposób pomiaru, mimo stosowania suszarek pospiesznych, jest pracochlonny, a czas oznaczania jednego pomiaru wynosi okolo 45 minut.

Znane sa urzadzenia do pomiaru wilgotnosci masy pracujace na zasadzie chemicznej lub elektrycznej, które jednakze z uwagi na zbyt mala dokladnosc pomiaru nie sa stosowane w pomiarach laboratoryjnych.

Znany ze stosowania przemyslowego aparat do oznaczania wilgotnosci, dzialajacy na zasadzie chemicznego pochlaniania wilgoci pozwala jedynie na uzyskanie dokladnosci rzedu ±0,5% wilgotnosci wzglednej, te sama dokladnosc zapewnia aparat pojemnosciowy znany z patentu PRL nr 66118. Inne urzadzenia elektryczne, izotpowe, itp. sluzace do poroiaru wilgotnosci masy formierskiej zezwalaja na uzyskanie pomiaru wilgotnosci wzglednej z dokladnoscia rzedu ±0,25 ¦=¦ 0,30%.

Dla badan laboratoryjnych pomiar wilgotnosci masy formierskiej winien byc wykonany bardzo szybko i z duza dokladnoscia. Wymagana dokladnosc, na przyklad w odniesieniu do mas formowanych pod wysokimi naciskami winna wynosic ±0,1 -0,15% wilgotnosci wzglednej Powyzsze wymagania zapewnia urzadzenie wedlug przedmiotowego wynalazku.

Istota urzadzenia wedlug wynalazku sa dwa przeciwsobne zespoly rezonansowe LRC, wielkiej czestotli¬ wosci, wbudowane pomiedzy elektroniczny zespól separatora a zespól pomiarowy z miernikiem wychylowym, wyskalowanym w procentach wilgotnosci. Za pomoca tych zespolów sa kompensowane w sposób róznicowy bledy pomiarowe powodowane obnizaniem sie dobroci obwodów rezonansowych do których przylaczony jest czujnik wilgotnosci.2 101 070 Szczególnie dotyczy to bardzo waznego dla badan wilgotnosci masy zakresu pomiedzy 2% a 5% wilgotnosci, przy którym w obwodzie czujnika pojemnosciowego nieproporcjonalnie rosna straty dielektryczne.

W ukladzie pomiarowym urzadzenia wykorzystano zmienne wlasciwosci dielektryczne masy formierskiej zawierajacej osnowe w postaci piasku kwarcowego, dodatków takich jak bentonit i pyl weglowy oraz nie zwiazana wode.

Urzadzenie wedlug wynalazku uwidocznione jest na rysunku, którego fig. 1 przedstawia schemat blokowy ukladu pomiarowego, a fig. 2 — czujnik pomiarowy wilgotnosci.

Uklad pomiarowy urzadzenia wedlug wynalazku sklada sie z dziewieciu zasadniczych zespolów;z zespolu samowzbudnego generatora kwarcowego 1 wytwarzajacego wysokostabilne drgania elektryczne wielkiej czestotli¬ wosci fj, separacyjnego wzmacniacza rezonansowego 2, zespolu rezonansowego wielkiej czestotliwosci 3 zestrojonego na czestotliwosc f2, czujnika wilgotnosci masy 4, zespolu detekcyjnego 5, zespolu rezonansowego wielkiej czestotliwosci 6 zestrojonego na czestotliwosc fg, zespolu detekcyjnego 7, zespolu pomiarowego 8 wyposazonego w miernik wychylowy 9 oraz z zespolu zasilacza 10 wyposazonego w stabilizator napiecia.

Zespoly od 1 do 7 pelnia funkcje elektronicznego przetwornika wilgotnosci masy. Natomiast zespoly 8 i 9 stanowia czlon pomiarowy.

Dzialanie urzadzenia wedlug wynalazku jest nastepujace: samowzbudny generator kwarcowy 1 wytwarza stabilne drgania wielldej czestotliwosci fj, które doprowadzane do separatora rezonansowego wielkiej czestotliwosci 2 sa odpowiednio wzmocnione. Na wyjsciu separatora 2 wbudowany jest uklad strojonych filtrów rezonansowych, umozliwiajacy uzyskanie dwu sygnalów, rózniacych sie zarówno faza jak i czestotliwoscia.

Czestotliwosc obydwu tych sygnalów jest nizsza od czestotliwosci podstawowej wytwarzanej przez generator kwarcowy 1. W ten sposób utworzone zostaja dwa tory sygnalowe: pierwszy o zespolach elektronicznych 3,4 i 5 i drugi o zespolach 6 i 7. Wtórze pierwszym, do zespolu rezonansowego 3, przylaczony jest czujnik pojemnosciowy 4, który wraz z cewka indukcyjna i kondensatorami zespolu 3 — tworzy obwód rezonansowy o czestotliwosci f2.

Wypadkowa amplituda sygnalu napieciowego na wyjsciu zespolu 3 uzalezniona jest od stopnia rozstrojenia obwodu rezonansowego od czestotliwosci podstawowej fj, wytwarzanej przez generator kwarcowy 1 - czyli od zmian pojemnosci elektrycznej czujnika 4 zawierajacego próbke badanej masy. Z kolei pojemnosc elektryczna czujnika uzalezniona jest od zmian wlasnosci dielektrycznych masy, a tym samym od jej wilgotnosci. Uzyskany z wyjscia zespolu 3 sygnal wielkiej czestotliwosci Uzm = f (w), doprowadzany jest do czlonu detekcyjnego 5 w którym przeksztalcony zostaje na sygnal stalopradowy o zaleznosci U i = f(w) — napiecia skladowej stalej sygnalu od wilgotnosci próbki masy formierskiej. Przy czym, w miare zwiekszania sie wilgotnosci badanej masy sygnaly napieciowe Uzm^ i Uj — maleja.

Wtórze drugim znajduje sie zespól elektioniczny 6 zbudowany w wiekszosci z elementów LRC, umozliwiajacy róznicowe skompensowanie wplywu zwiekszonej stratnosci dielektrycznej masy formierskiej na dokladnosc pomiarowa urzadzenia, zwlaszcza w zakresie od 3% do 6% mierzonej wilgotnosci wzglednej. Efekt uzyskano przez odpowiednie wykonanie cewek o ponadkrytycznym sprezeniu indukcyjnym i wbudowaniu ich do obwodów rezonansowych zespolów 3 i 6 oraz wlaczenia do obwodu rezonansowego zespolu 6 dodatkowego potencjometru nastawczego z warystorem dla dopasowania dobroci obwodu rezonansowego zespolu 6 do spadku dobroci obwodu rezonansowego zespolu 3 (przy wilgotnosci od 3 do 6%). Amplituda sygnalu napieciowego na wyjsciu zespolu 6 w zakresie wilgotnosci od 0,5% do 3% jest prawie stala, natomiast w zakresie wilgotnosci od 3% do 6% jest w niewielkim stopniu zalezna od stratnosci dielektrycznej badanej masy. Na koncu toru drugiego, zawierajacego czlon detekcyjny 7 — sygnal Uzm2 zostaje przetworzony na sygnal stalonapieciowy — U2 o nieznacznych wahaniach uwarunkowanych zmiana stratnosci dielektrycznej masy.

Napiecie Uj oraz napiecie róznicowe o znaku przeciwstawnym -U2 sa doprowadzone do zespolu pomiarowego 8, gdzie podlegaja algebraicznemu zsumowaniu: Uj — U2- Na wejsciu zespolu 8 znajduja sie potencjometry umozliwiajace zerowanie ukladu pomiarowego, w czasie gdy czujnik 4 nie jest napelniony masa.

Z chwila napelnienia tulei czujnikowej masa i jej ubicia za pomoca typowego ubijaka laboratoryjnego, nastepuje natychmiastowy pomiar wilgotnosci ubitej próbki masy, przy którym wartosc sygnalu wyjsciowego bedzie funkcja wilgotnosci masy: Uw = U^ - U2=?N) oraz U = f(w).

Na wyjsciu zespolu pomiarowego 8 wlaczony jest miernik elektromagnetyczny: mikroamperomierz lub czuly woltomierz pradu stalego wyskalowany wedlug krzywych kalibracji stosowanej masy formierskiej.

Dla uzyskania wiekszej dokladnosci caly zakres mierzonych wilgotnosci masy podzielony zostal na dwa podzakresy - przykladowo: I zakres dla pomiaru wilgotnosci od 0,5 do 3% H20, II zakres dla wilgotnosci od 3% do 6% H2O, wzglednie dla mas formowanych pod wysokimi naciskami: I zakres od 0,5% do 2% H2O, II zakres od l,5do4%H20.101070 3 Zdjecie krzywych kalibracji miernika dokonuje sie przez zastosowanie grawimetrycznych pomiarów wilgotnosci masy. Uklad pomiarowy urzadzenia wedlug wynalazku zasilany jest ze specjalnego zasilacza stabilizowanego wbudowanego w aparat pomiarowy.

Konstrukcje czujnika pomiarowego wilgotnosci masy stanowiacego przystawke do typowego laboratoryjne-., go ubijaka przedstawiono na rysunku — fig. 2.

Czujnik sklada sie z nastepujacych elementów: tulei ubijaka 11 sluzacego do wykonywania ksztaltek walcowych, obejmy kontaktowej 12 do przylaczenia przewodu uziemiajacego, zlacza koncentrycznego 13 do przylaczania kabla wielkiej czestotliwosci, podstawy izolacyjnej przystawki czujnikowej 14 z gniazdem kontaktowym czujnika pojemnosciowego 15 z tak zwana „goraca" okladzina, podstawki czujnika pojemnosciowego 16 z czopem centrujaco-kontaktowym oraz korpusu ubijaka laboratoryjnego 17.

Pod wzgledem elektrycznym czujnik stanowi kondensator, w którym okladzinami przewodzacymi sa: uziemiona tuleja 11 wykonana ze stali, bedaca czescia skladowa ubijaka laboratoryjnego oraz wkladka czujnikowa 15 odizolowana od korpusu ubijaka 17 i tulei stalowej 11. Wkladka czujnikowa 15 wykonana w postaci krazka stalowego pokrytego cienka warstwa termoutwardzalnej emalii, zamocowana jest w podstawie izolacyjnej 16. Dielektrykiem umieszczonym miedzy tuleja 11 a wkladka czujnikowa 15 jest badana masa formierska 18, której przenikalnosc i stratnosc dielektryczna zalezna jest od zawartosci wilgoci w masie, co z kolei podporzadkowuje zaleznosc pojemnosci czujnika od wilgotnosci masy formierskiej Cx = f(w)- Urzadzenie wedlug wynalazku sluzace do pomiaru wilgotnosci znormalizowanych próbek masy formier¬ skiej charakteryzuje sie nastepujacymi danymi technicznymi: — zasilanie elektryczne z sieci pradu przemiennego 220V, 50 Hz; — pobierana moc elektryczna okolo 15 W; — posiada dwa zakresy pomiarowe: I zakres od 0,5% do 3% H^O, II zakres od 3 do 6% I^O,natomiast dla mas formowanych pod wysokimi naciskami, I zakres od 0,5% do 2% f^O i II zakres od 1,5 do 4% H2O — dokladnosc pomiarowa od ± 0,1 do ± 0,15% wilgotnosci wzglednej.

Urzadzenie wedlug wynalazku charakteryzuje sie prosta obsluga, wysoka dokladnoscia pomiarowa, którego konstrukcja umozliwia wspólprace miernika z typowym ubijakiem laboratoryjnym do formowania znormalizowanych ksztaltek masy stosowanych przy badaniach wlasnosci technologicznych masy formierskiej lub rdzeniowej. Ponadto urzadzenie wedlug wynalazku umozliwia wykonanie pomiaru wilgotnosci masy bez uszkodzenia czy zniszczenia badanych próbek. i Uff (w) Aa H h cVUf T -U|Const PRZETWORNIK WILGOTNOSCI J« CZLON POMIAROWY..^ FIG.1. ;5 16 23 /8 N£ 17 £^ // /2 ® 13 U Fig. 2, Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Urzadzenie do pomiaru wilgotnosci znormalizowanych próbek masy formierskiej i rdzeniowej zawierajace czujnik do pomiarów dielektrycznych w postaci przystawki do laboratoryjnego ubijaka formujacego znormalizo¬ wane ksztaltki próbek masy oraz aparat pomiarowy skladajacy sie z siedmiu zespolów elektronicznych stanowiacych przetwornik wilgotnosci oraz czlonu pomiarowego, znamienne tym.ze pomiedzy zespól elektroniczny separatora (2), a zespól pomiarowy (8) z miernikiem wychylowym (9) wbudowano przeciwsobny uklad obwodów rezonansowych o zespolach (3) i (6) oraz zespoly detekcyjne (5) i (7) tworzace dwa przeciwsobne tory napieciowe.101 070 G ^ 5 T i , ^r U-KC,,) h M ~T" i 10 ZASILACZ ^TT Cx-f(e) -f f2fi *