RU2061232C1

RU2061232C1 - Device for measuring humidity of leather materials

Info

Publication number: RU2061232C1
Authority: RU
Inventors: Ю.И. Тебекин; М.Н. Ханин; Р.Н. Кандилян; М.М. Дорофеев
Original assignee: Советско-югославское совместное предприятие "Рассказово-Ннвест"
Priority date: 1991-10-29
Filing date: 1991-10-29
Publication date: 1996-05-27

Abstract

FIELD: leather manufacture. SUBSTANCE: device for measuring humidity of porous materials, for example, leather, has probe provided with detectors, conversion circuit, data processing unit and indication circuit. Conversion circuit and data processing unit have pulse generator, two time-to-pulse converters, closing switches, pulse integrator, coincidence circuits, pulse counters. Indication circuit has indicators. Probe with detectors is made in form of two groups of saw-shaped needle electrodes. Resistance may be averaged along several depths of needles deepening due to shapes of the electrodes said and structure of the device. EFFECT: improved precision of measurement. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к кожевенному производству и может быть использовано при измерении влажности кож. The invention relates to leather production and can be used to measure skin moisture.

Известно устройство для определения влажности изделий, основанное на зависимости проводимости от влажности и представляющее собой датчик сопротивления в виде диэлектрической пластины, на поверхности которой расположены два электрода, каждый из которых образован рядом параллельных проводящих полосок, соединенных между собой, причем выходы этих электродов подключены ко входу измерителя сопротивлений [1]
Недостатком этого устройства при измерении влажности кожи является низкая точность, обусловленная тем, что устройство реагирует на сопротивление поверхности кожи, которое в значительной степени зависит помимо влажности от качества кожи, технологических особенностей ее обработки и других причин.A device for determining the humidity of products is known, based on the dependence of conductivity on humidity and representing a resistance sensor in the form of a dielectric plate, on the surface of which there are two electrodes, each of which is formed by a series of parallel conductive strips interconnected, the outputs of these electrodes being connected to the input resistance meter [1]
The disadvantage of this device when measuring skin moisture is low accuracy, due to the fact that the device reacts to the resistance of the skin surface, which largely depends, in addition to moisture, on the quality of the skin, technological features of its processing and other reasons.

Известно также устройство для измерения влажности, состоящее из датчика, образованного двумя иглами, и измерителя сопротивления, подключенного к нему [2]
Это устройство имеет более высокую точность, так как измеряет сопротивление, определяемое не поверхностным, а объемным сопротивлением кожи, которое в меньшей степени, чем поверхностное, зависит от технологических режимов обработки и качества кожи.Also known is a device for measuring humidity, consisting of a sensor formed by two needles and a resistance meter connected to it [2]
This device has higher accuracy, as it measures the resistance, determined not by the surface, but by the volumetric resistance of the skin, which, to a lesser extent than the surface, depends on the processing conditions and the quality of the skin.

Однако и в этом случае остаются ошибки, вызванные неоднородностью характеристики кожи по ее толщине. Поэтому на двух образцах кожи с одинаковой влажностью сопротивление между иглами, погруженными в кожу на одинаковую глубину, будет различным. However, in this case, errors remain due to the heterogeneity of the characteristics of the skin by its thickness. Therefore, on two skin samples with the same humidity, the resistance between the needles immersed in the skin at the same depth will be different.

Кроме того, кожа не является однородным материалом и имеет некоторую внутреннюю макроструктуру, обусловленную, в частности, волосяными фолликулами, которые образуются после удаления волоса. Поэтому электрофизические свойства кожи зависят от ориентации точек, между которыми проводят измерение относительно границ этой макроструктуры. In addition, the skin is not a homogeneous material and has some internal macrostructure due, in particular, to the hair follicles that form after hair removal. Therefore, the electrophysical properties of the skin depend on the orientation of the points between which they measure relative to the boundaries of this macrostructure.

Таким образом, измерение сопротивления с помощью датчика из двух игл приводит к зависимости результатов от положения этих игл. Thus, the measurement of resistance using a sensor of two needles leads to a dependence of the results on the position of these needles.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для определения физических свойств, например влажности кожевенных изделий, содержащее находящийся в соприкосновении с кожевенным изделием зонд с датчиками, соединенный выходами через узел преобразования и обработки сигналов со входами схемы индикации [3]
Недостатками известного устройства являются невысокие технологические возможности, поскольку оно не позволяет получить объективные данные о результатах измерения.The closest in technical essence to this invention is a device for determining physical properties, for example, humidity of leather products, containing a probe in contact with the leather product with sensors connected by outputs through a signal conversion and processing unit to inputs of an indication circuit [3]
The disadvantages of the known device are low technological capabilities, since it does not allow to obtain objective data on the measurement results.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков. The aim of the invention is to remedy these disadvantages.

Поставленная цель достигается тем, что преобразовательная схема и узел обработки информации включают генератор импульсов, два времяимпульсных преобразователя, два замыкающих переключателя, интегратор импульсов, первую и вторую схемы совпадения, два датчика импульсов, схема индикации составлена из двух цифровых индикаторов, а зонд с датчиками выполнен в виде двух групп пилообразных игольчатых электродов, причем выход генератора импульсов соединен с первыми входами схем совпадения, выходами связанных через соответствующие счетчики импульсов со входами первого и второго цифровых индикаторов, выход зонда с датчиками связан через первый замыкающий преобразователь и первый преобразователь со вторым входом первой схемы совпадения, а через второй замыкающий переключатель, интегратор импульсов и второй преобразователь со вторым входом второй схемы совпадения. This goal is achieved by the fact that the conversion circuit and the information processing unit include a pulse generator, two time-pulse converters, two closing switches, a pulse integrator, the first and second matching circuits, two pulse sensors, the display circuit is composed of two digital indicators, and the probe with sensors is made in the form of two groups of sawtooth needle electrodes, and the output of the pulse generator is connected to the first inputs of the matching circuits, outputs connected through corresponding counters to them pulses with inputs of the first and second digital indicators, the output of the probe with sensors is connected through the first closure converter and the first converter to the second input of the first coincidence circuit, and through the second closure switch, the pulse integrator and the second converter with the second input of the second coincidence circuit.

На фиг. 1 представлена структурная блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2 изображена схема расположения игл на электродах зонда; на фиг. 3 развертка одного из электродов вдоль окружности, на которой он расположен; на фиг. 4 поперечное сечение зонда; на фиг. 5 представлена блок-схема электронной части данного устройства. In FIG. 1 presents a structural block diagram of the proposed device; in FIG. 2 shows a needle arrangement on the probe electrodes; in FIG. 3 is a scan of one of the electrodes along the circle on which it is located; in FIG. 4 cross section of the probe; in FIG. 5 shows a block diagram of the electronic part of this device.

Устройство для определения влажности пористых материалов содержит зонд 1 с датчиками, преобразовательную схему 2, узел 3 обработки информации и схему 4 индикации. A device for determining the moisture content of porous materials contains a probe 1 with sensors, a conversion circuit 2, an information processing unit 3, and an indication circuit 4.

Зонд 1 образован первым и вторым электродами 5 и 6, каждый из которых состоит из ряда игл 7, расположенных параллельно вдоль прямой линии, количество игл 7 и расстояние между ними одинаковы в обоих электродах 5 и 6. The probe 1 is formed by the first and second electrodes 5 and 6, each of which consists of a series of needles 7 located parallel along a straight line, the number of needles 7 and the distance between them are the same in both electrodes 5 and 6.

Иглы 7 пропущены перпендикулярно поверхности ограничителя 8, представляющего пластину из диэлектрика, и зафиксированы в нем. Длины игл 7 (расстояние между их концами и поверхностью ограничителя 8) изменяются так, что концы игл в каждом электроде расположены вдоль двух отрезков прямых, наклоненных по отношению к поверхности ограничителя 8, причем наклон соответствующего отрезка прямой на электроде 5 равен по величине и противоположен по знаку, аналогичному отрезку на электроде 6. Длины игл 7 в электроде 5 изменяются, например, по следующему закону:
h A

0,1+0,9

T а в электроде 6 по закону
h A

0,9-0,1

T где L длина иглы, Х расстояние иглы от середины электрода 5 или 6, А параметр, А 0,8+L, L ширина между электродами 5, 6, Т толщина кожи.Needles 7 are passed perpendicular to the surface of the stop 8, which is a dielectric plate, and fixed in it. The lengths of the needles 7 (the distance between their ends and the surface of the stop 8) are changed so that the ends of the needles in each electrode are located along two straight lines inclined with respect to the surface of the stop 8, and the slope of the corresponding straight line on the electrode 5 is equal in magnitude and opposite in sign similar to the segment on the electrode 6. The lengths of the needles 7 in the electrode 5 are changed, for example, according to the following law:
h A

0.1 + 0.9

T a in electrode 6 according to the law
h A

0.9-0.1

T where L is the length of the needle, X is the distance of the needle from the middle of the

electrode

5 or 6, A is the parameter, A is 0.8 + L, L is the width between the

electrodes

5, 6, T is the thickness of the skin.

Кроме этого, возможен еще один вариант конструкции зонда 1. Зонд 1 образован первым и вторым электродами 5 и 6, каждый из которых образован параллельными иглами 7, пропущенными через ограничитель 8 из диэлектрика перпендикулярно к нему, в каждом электроде 5 и 6 иглы расположены равномерно вдоль окружности, длины игл 7 (расстояние от их концов до ограничителя 8) изменяются линейно от минимального значения до максимального и обратно так, что они имеют пилообразную зависимость от центрального угла между отсчетным направлением и направлением на соответствующую иглу 7, на окружности укладывается три периода этой зависимости: окружности, на которых расположены иглы 7 электродов 5 и 6, соответственно являются концентрическими, соответствующие иглы 7 электродов 5 и 6 расположены на одном радиусе, причем максимум пилообразной зависимости в электроде 5 расположен напротив минимума в электроде 6. Иглы 7 закреплены в ограничителе 8 с возможностью предельного перемещения (узел фиксации игл 7 в ограничителе 8 представляет собой систему стопоров, является хорошо известным из других технических решений и на фиг. 2 не изображен). Иглы 7 при измерении погружаются до ограничителя 8 в исследуемый образец кожи. Расстояние между электродами 5 и 6 должно быть меньше, чем толщина испытуемого образца кожи. In addition, there is another possible design of the probe 1. The probe 1 is formed by the first and second electrodes 5 and 6, each of which is formed by parallel needles 7, passed through a limiter 8 of the dielectric perpendicular to it, in each electrode 5 and 6 the needles are evenly distributed along the circumference, the lengths of the needles 7 (the distance from their ends to the limiter 8) vary linearly from the minimum to the maximum and vice versa so that they have a sawtooth dependence on the central angle between the reference direction and the direction to the corresponding needle 7, three periods of this dependence are laid on the circle: the circles on which the needles 7 of the electrodes 5 and 6 are located are respectively concentric, the corresponding needles 7 of the electrodes 5 and 6 are located on the same radius, and the sawtooth maximum in electrode 5 is opposite the minimum in the electrode 6. The needles 7 are fixed in the stop 8 with the possibility of extreme movement (the node for fixing the needles 7 in the stop 8 is a stopper system, is well known from other technical and solutions of FIG. 2 not shown). The needles 7, when measured, are immersed up to the limiter 8 in the studied skin sample. The distance between the electrodes 5 and 6 should be less than the thickness of the test skin sample.

Устройство также содержит генератор 9 импульсов, время-импульсные преобразователи 10, 11, схемы 12, 13 совпадения, счетчики 14, 15 импульсов, интегратор 16 сигналов, цифровые индикаторы 17, 18 и замыкающие переключатели 19, 20. Интегратор 16 имеет перестраиваемое время интегрирования. The device also contains a pulse generator 9, pulse-time converters 10, 11, coincidence circuits 12, 13, pulse counters 14, 15, a signal integrator 16, digital indicators 17, 18 and closing switches 19, 20. The integrator 16 has a tunable integration time.

После включения устройство для определения влажности кожевенных изделий работает следующим образом. After turning on, the device for determining the moisture content of leather goods works as follows.

Зонд 1 вкладывают в исследуемый образец кожи и к электродам 5 и 6 подводят напряжение. Так как иглы 7 выполнены из металла, то можно считать поверхность игл в электродах 5 и 6 эквипотенциальной. Полученный сигнал преобразуется в узле 2 и после обработки в схеме 3 индицируется на индикаторах схемы 4 индикации. The probe 1 is inserted into the test sample of the skin and voltage is applied to the electrodes 5 and 6. Since the needles 7 are made of metal, the surface of the needles in the electrodes 5 and 6 can be considered equipotential. The received signal is converted in node 2 and after processing in circuit 3 is displayed on the indicators of circuit 4 of the display.

При исследовании авторами зависимости сопротивления между иглами 7 от влажности образцов кожи и от глубины погружения было установлено, что сопротивление между двумя иглами 7 одинаковой длины, погруженными одинаковым образом в образец кожи, зависит от глубины погружения, влажности кожи и технологических особенностей ее производства и качества, т.е. отражает влажность кожи с большой ошибкой. When the authors studied the dependence of the resistance between the needles 7 on the moisture of the skin samples and on the depth of immersion, it was found that the resistance between two needles 7 of the same length, immersed in the same way in a skin sample, depends on the immersion depth, skin moisture and technological features of its production and quality, those. reflects skin moisture with a big mistake.

При усреднении данных измерения сопротивления при различной глубине погружения игл 7 получается результат, который в основном зависит от влажности образца кожи, и существенно слабее, чем при измерении на одной глубине погружения. Другими словами, усреднение сопротивления по нескольким глубинам погружения игл 7 позволяет существенно увеличить точность измерения влажности. When averaging the resistance measurement data at various depths of immersion of the needles 7, a result is obtained that mainly depends on the moisture of the skin sample and is significantly weaker than when measuring at the same depth of immersion. In other words, averaging the resistance over several depths of immersion of the needles 7 can significantly increase the accuracy of measuring moisture.

При использовании в качестве электродов 5 и 6 игл 7 с различной длиной можно измерить усредненное по толщине образца кожи значение сопротивления, которое является усредненными по толщине и поверхности и связано, в основном, с влажностью образца кожи. When using 5 and 6 needles 7 with different lengths as electrodes, it is possible to measure the resistance value averaged over the thickness of the skin sample, which is averaged over the thickness and surface and is mainly related to the moisture content of the skin sample.

Таким образом, в образце кожи создается электрическое поле, под действием которого в нем протекают токи. Структура электрического поля такова, что оно имеет как составляющую, параллельную поверхности поля, так и составляющую, перпендикулярную к этой поверхности. Thus, an electric field is created in the skin sample, under the influence of which currents flow in it. The structure of the electric field is such that it has both a component parallel to the field surface and a component perpendicular to this surface.

Следовательно, протекающие токи также имеют обе эти составляющие. При этом происходит как бы зондирование образца кожи параллельно его поверхности и перпендикулярно к нему. Это дает возможность усреднить сопротивления на различных топографических участках испытуемой кожи. Consequently, the flowing currents also have both of these components. In this case, it is as if probing a skin sample parallel to its surface and perpendicular to it. This makes it possible to average the resistances at different topographic areas of the test skin.

Устройство работает следующим образом. Перед началом работы счетчики 14, 15 импульсов и цифровых индикаторов 17, 18 устанавливают в исходное состояние (обнуляют), после чего устройство готово к действию. Рассмотрим режим текущего измерения влажности кожевенного изделия. Пусть переключатель 19 замкнут. При этом на вход схемы от зонда 1 с датчиками поступает напряжение, которое с помощью времяимпульсного преобразователя 10 преобразуется в электрический импульс. Длительность этого импульса прямо пропорциональна входному напряжению. В период действия импульса открыта схема 12 совпадения, и на вход счетчика 14 импульсов поступают импульсы стабильной частоты от генератора 9 импульсов. Состояние каждого триггера счетчика 14 соответствует разряду двоичного числа. При поступлении на вход счетчика 14 определенного числа импульсов за определенное время триггеры счетчика принимают определенные состояния, характеризующие число, пропорциональное входному напряжению, поступающему на узел 10. Полученный сигнал с выхода счетчика 14 импульсов поступает на цифровой индикатор 17. Проградуированный в единицах влажности данный узел 17 дает текущие значения результатов измерения влажности свойств кожи. Полученные данные можно подвергнуть статистической обработке для выявления тех или иных закономерностей. The device operates as follows. Before starting work, the counters 14, 15 pulses and digital indicators 17, 18 are set to their initial state (zeroed), after which the device is ready for action. Consider the mode of the current moisture measurement of a leather product. Let switch 19 be closed. In this case, a voltage is supplied to the input of the circuit from the probe 1 with sensors, which is converted into an electrical pulse using a time-pulse converter 10. The duration of this pulse is directly proportional to the input voltage. During the period of the pulse, the coincidence circuit 12 is open, and stable frequency pulses from the pulse generator 9 are received at the input of the pulse counter 14. The state of each trigger of the counter 14 corresponds to the discharge of a binary number. When a certain number of pulses arrives at the input of the counter 14 for a certain time, the counter triggers take certain states that characterize a number proportional to the input voltage supplied to the node 10. The received signal from the output of the counter 14 pulses goes to the digital indicator 17. This node is calibrated in units of humidity 17 gives the current values of the moisture measurement results of skin properties. The obtained data can be subjected to statistical processing to identify certain patterns.

Для получения средних оценок проведенных измерений за определенное время может быть использован другой канал электронной схемы на фиг. 5. При этом используется узел 16 интегрирования сигналов, на котором выявляется время интегрирования. В этом случае переключатель 20 следует замкнуть. При этом на вход схемы от зонда 1 с датчиками поступает напряжение, которое поступает на интегратор 16. В этом узле происходит за определенный временной интервал интегрирование напряжения, которое соответствует измеряемым значениям влажности кожи. С помощью времяимпульсного преобразователя 11 выходное напряжение интегратора 16 преобразуется в электрический импульс. Его длительность прямо пропорциональна входному напряжению узла 11. В период действия этого импульса открыта схема 13 совпадения и на вход счетчика 15 импульсов поступают импульсы стабильной частоты от генератора 9 импульсов. Состояние каждого триггера счетчика 15 соответствует разряду двоичного числа. При поступлении на вход счетчика 15 определенного числа импульсов триггеры счетчика принимают состояния, характеризующие число, пропорциональное напряжению, поступающему на вход узла 11. Полученный сигнал с выхода счетчика 15 импульсов поступает на проградуированный в единицах влажности цифровой индикатор 18, который регистрирует среднее значение влажности за определенное время. To obtain average estimates of the measurements taken over a certain time, another channel of the electronic circuit in FIG. 5. In this case, the signal integration unit 16 is used, on which the integration time is detected. In this case, the switch 20 should be closed. In this case, a voltage is supplied to the circuit input from the probe 1 with sensors, which is supplied to the integrator 16. In this node, the voltage is integrated over a certain time interval, which corresponds to the measured skin moisture values. Using a time-pulse converter 11, the output voltage of the integrator 16 is converted into an electrical pulse. Its duration is directly proportional to the input voltage of node 11. During the action of this pulse, a coincidence circuit 13 is opened and stable frequency pulses from the pulse generator 9 are received at the input of the pulse counter 15. The state of each trigger of the counter 15 corresponds to the discharge of a binary number. Upon receipt of a certain number of pulses at the input of the counter 15, the counter triggers take states characterizing a number proportional to the voltage supplied to the input of the node 11. The received signal from the output of the counter 15 pulses is fed to a digital indicator 18 calibrated in units of humidity, which registers the average humidity value for a certain time.

Claims

1. A device for determining the moisture content of leather materials, containing a probe with sensors, a conversion circuit, an information processing unit and an indication circuit, characterized in that the conversion circuit and the information processing unit include a pulse generator, two time-pulse converters, two closing switches, a pulse integrator, the first and the second coincidence circuit, two pulse counters, the display circuit is composed of two digital indicators, and the probe with sensors is made in the form of two groups of needle electrodes , the length of which in each group varies according to a periodic sawtooth dependence, shifted relative to one another by half its period, and the output of the pulse generator is connected to the first inputs of the matching circuits, the outputs connected through the corresponding pulse counters with the inputs of the first and second digital indicators, the probe output with sensors connected through the first closing switch and the first converter with the second input of the first matching circuit, and through the second closing switch, the pulse integrator and second oh converter with the second input of the second matching circuit.

2. The device according to p. 1, characterized in that the groups of needle electrodes are placed at an equal distance from one another, respectively, on the outer and inner perimeters of the annular plate of dielectric.