RU2107904C1

RU2107904C1 - Gear for high-rate drying of wet articles

Info

Publication number: RU2107904C1
Application number: RU97106183A
Authority: RU
Inventors: Владимир Федорович Калугин; Павел Николаевич Терновой
Original assignee: Владимир Федорович Калугин; Павел Николаевич Терновой
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-03-27

Abstract

FIELD: measurement technology, timely drying of substances with any concentration of salts, metals and moisture. SUBSTANCE: gear includes plates 1 made from heat conductive material, upper one having convex internal surface and lower one having concave internal surface. Heating elements 22 are made from wire spiral put into ceramic insulators and mounted on outsides of plates. Thermal pickup 4 is thermocouple installed in one of plates. Circuit controlling heating and stabilization of temperature has instrument converter-amplifier 5, register 3, adder-amplifier 7 connected with second input to temperature control unit 6, differentiator-amplifier 8, first and second transistor keys 9, second input of first key is connected to secondary winding of supply transformer 23 inserted into gear. Elements are connected in series. Case of gear also houses transistor amplifier 10 connected with input divided by resistors to output of instrument converter-amplifier 5, optron 11, unit 12 controlling symmetric thyristor, symmetric thyristor 13 which load circuit incorporates heating elements 22. Unit registering moment of total removal of moisture has generator 14, bridge circuit 15 which one arm includes electrically insulated plates 1, differential amplifier 16, rectifier 17, low-pass filter 18, differentiator-amplifier 19, adder-amplifier 20 with adjustable bias signal which input is fed with summary signal of negative voltage of power supply unit and signal from transistor amplifier 10 and indicator 21, for instance, light emitting diode. All units are connected in series. EFFECT: improved functional efficiency and reliability of gear. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного высушивания веществ с любой концентрацией солей, металлов и влаги, как например, хлебные изделия и хлебные полуфабрикаты, кондитерские изделия и их полуфабрикаты, жидкие растворы, цементные шламы, всевозможные шихты и другин. The invention relates to measuring technique and can be used for quick drying of substances with any concentration of salts, metals and moisture, such as bread products and semi-finished products, confectionery and their semi-finished products, grouts, cement slurries, all kinds of charges and other.

Известно устройство для измерения влажности кожи. Устройство содержит преобразователь влажность - электрический сигнал и электрическую измерительную схему. Преобразователь представляет две металлические пластины, между которыми зажимается исследуемая кожа. Кожа складывается вдвое, непроводящей пленкой наружу. Пластины служат электродами конденсатора. В электрической схеме высокой частоты мерой содержания влаги является относительная диэлектрическая проницаемость кожи, выражаемая через частотную характеристику генератора [1]. A device for measuring skin moisture is known. The device contains a moisture converter - an electrical signal and an electrical measuring circuit. The transducer represents two metal plates between which the test skin is clamped. The skin folds in half, with a non-conductive film to the outside. The plates serve as electrodes of the capacitor. In a high-frequency circuitry, a measure of moisture content is the relative dielectric constant of the skin, expressed through the frequency response of the generator [1].

Основным недостатком устройства является невозможность точного измерения влажности при ее высоких значениях, более 25%. В хлебопекарной промышленности и цементной влажность образцов требуется определять с высокой точностью 0,2% при влажности 40-75% с содержанием электролитов и металлов. Активное сопротивление при измерении приведенным устройством составит примерно 50 Ом и менее, зависящее от многих параметров (сжатие пластинами, концентрация солей и металлов, влажность, температура и др.). Чтобы выделить относительную диэлектрическую проницаемость, нужно использовать частоту, близкую к 100 МГц и более. С такими условиями точные измерения этим устройством невозможны. The main disadvantage of the device is the inability to accurately measure humidity at its high values, more than 25%. In the baking industry and cement, the moisture content of samples must be determined with a high accuracy of 0.2% at a moisture content of 40-75% with the content of electrolytes and metals. The active resistance when measured by the above device will be approximately 50 Ohms or less, depending on many parameters (compression by plates, concentration of salts and metals, humidity, temperature, etc.). To highlight the relative permittivity, you need to use a frequency close to 100 MHz or more. Under such conditions, accurate measurements with this device are not possible.

Для точных измерений влажности в веществах с высокими концентрациями солей, металлов и влаги используют термовесовой способ, при котором исследуемый объект взвешивают до высушивания и после. For accurate measurements of moisture in substances with high concentrations of salts, metals and moisture, use the thermal weight method, in which the test object is weighed before drying and after.

Для интенсивного высушивания используют прибор ВНИИХП (конструкция Чижовой К.Н.) [2]
Устройство для интенсивного высушивания содержит две массивные плиты с высокими теплопроводностью и теплоемкостью, два электрических нагревательных элемента, два ртутных термометра, один из которых контактный блок с электрической схемой для автоматического слежения и поддержания заданной температуры высушивания. Верхняя и нижняя плиты сделаны с возможностью прижатия друг к другу верхней стороной нижней и нижней стороной верхней плиты. Нагревательные элементы монтируются с противоположных сторон этих плит. Чувствительные головки ртутных термометров вмонтированы в плиты. Тонкий слой исследуемого вещества (теста) весом 5 г в бумажном пакете между сжатыми плитами высушивается при заданной температуре 160^oC.For intensive drying use the device VNIIHP (design Chizhova K.N.) [2]
The device for intensive drying contains two massive stoves with high thermal conductivity and heat capacity, two electric heating elements, two mercury thermometers, one of which is a contact block with an electrical circuit for automatically tracking and maintaining the set drying temperature. The upper and lower plates are made to be pressed against each other by the upper side of the lower and lower sides of the upper plate. Heating elements are mounted on opposite sides of these plates. Sensitive heads of mercury thermometers are mounted in plates. A thin layer of the test substance (test) weighing 5 g in a paper bag between compressed plates is dried at a given temperature of 160 ^o C.

Электрическая схема с прямым питанием от сети включает последовательно соединенные контактный термометр, транзисторный усилитель, электромагнитное реле, соединенные последовательно электронагревательные элементы. Контактный термометр размыкает и замыкает базовую цепь транзисторного усилителя, в нагрузку которого включено электромагнитное реле, управляющее высоковольтной цепью электронагревательных элементов. An electric circuit with direct power supply from the network includes a series-connected contact thermometer, a transistor amplifier, an electromagnetic relay, and electric-heating elements connected in series. The contact thermometer opens and closes the base circuit of the transistor amplifier, the load of which includes an electromagnetic relay that controls the high-voltage circuit of the electric heating elements.

По результатам ранее выполненных исследований определено время полного высушивания образцов теста весом 5 г. При заданной температуре 160^oC оно составляет 5 мин. Влажность в процентах определяется делением разности весов образца после высушивания и до высушивания и умножением на 100%.According to the results of previous studies, the time of complete drying of test samples weighing 5 g was determined. At a given temperature of 160 ^o C, it is 5 minutes. Humidity in percent is determined by dividing the difference in the weight of the sample after drying and before drying and multiplying by 100%.

Основным недостатком известного устройства является то, что нет объективной фиксации момента полного удаления влаги в процессе высушивания. Определению влажности предшествуют специальные исследования для каждых веществ, что требует использования образцов со строго определенным весом. Это отрицательно сказывается на производительности. Конструкция не ориентирована на определение влажности в жидких растворах. Кроме того, конструкция с контактным ртутным термометром несовершенна и инертна. Такая конструкция требует последовательного соединения нагревательных элементов. Параллельное соединение из-за инертности конструкции приводит к значительным колебаниям температуры 150-200^oC вместо заданной 160^oC. Последовательное соединение уменьшает мощность на отдельном нагревателе и увеличивает время нагрева до заданной температуры до 40 мин. Это обстоятельство не позволяет оперативно выполнять измерения.The main disadvantage of the known device is that there is no objective fixation of the moment of complete removal of moisture during the drying process. The determination of moisture is preceded by special studies for each substance, which requires the use of samples with a strictly defined weight. This adversely affects performance. The design is not focused on the determination of moisture in liquid solutions. In addition, the design with a contact mercury thermometer is imperfect and inert. This design requires a series connection of the heating elements. Due to the structural inertness, parallel connection leads to significant temperature fluctuations of 150-200 ^o C instead of the specified 160 ^o C. The serial connection reduces the power on a separate heater and increases the heating time to a predetermined temperature up to 40 minutes. This fact does not allow to carry out measurements quickly.

Целью изобретения является повышение производительности высушивания веществ любой концентрации солей, металлов, влаги с автоматической фиксацией момента стопроцентного удаления влаги. The aim of the invention is to increase the drying performance of substances of any concentration of salts, metals, moisture with automatic fixation of the moment of absolute removal of moisture.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для интенсивного высушивания, содержащем две горизонтальные плиты с возможностью прижатия их друг к другу и с высокими теплопроводностью и теплоемкостью, снабженные нагревательными элементами, помещенную в корпус схему управления нагревом и стабилизации температуры, включающую термодатчик, вмонтированный в одну из плит, дополнительно введена схема регистрации полного удаления влаги, причем в схему управления нагревом и стабилизации температуры дополнительно введены последовательно соединенные измерительный преобразователь-усилитель, на выходе которого установлен регистратор, сумматор-усилитель, подключенный вторым входом к введенному в устройство задатчику температуры, дифференциатор-усилитель, первый и второй транзисторные ключи, при этом второй вход первого ключа соединен со вторичной обмоткой введенного в устройство трансформатора блока питания, транзисторный усилитель, который разделенным сопротивлениями входом подключен к выходу измерительного преобразователя-усилителя, оптрон, блок управления симметричным тиристором, симметричный тиристор, в нагрузку которого включены нагревательные элементы, при этом в схему регистрации момента полного удаления влаги введены последовательно соединенные генератор, мостовая схема, в одно из плеч которой подключены электрически изолированные плиты, дифференциальный усилитель переменного тока, выпрямитель, фильтр нижних частот, дифференциатор-усилитель, сумматор-усилитель с регулируемым сигналом смещения, на вход которого подан суммарный сигнал отрицательное напряжение блока питания и сигнал с транзисторного усилителя схемы управления нагревом и стабилизации температуры, и индикатор, при этом верхняя сторона нижней плиты выполнена вогнутой, нижняя сторона верхней плиты выпуклой. This goal is achieved by the fact that in the device for intensive drying, containing two horizontal plates with the possibility of pressing them against each other and with high thermal conductivity and heat capacity, equipped with heating elements, a heating control and temperature stabilization circuitry included in the housing, including a temperature sensor mounted in one of plates, an additional registration scheme for the complete removal of moisture was introduced, moreover, a follower was additionally introduced into the heating control and temperature stabilization circuit o connected measuring transducer-amplifier, at the output of which a recorder is installed, an adder-amplifier connected to the temperature input entered into the device by a second input, a differentiator-amplifier, first and second transistor switches, while the second input of the first switch is connected to the secondary winding of the device power supply transformer, transistor amplifier, which is connected by a resistance input to the output of the measuring transducer-amplifier, optocoupler, control unit sym a symmetric thyristor, a symmetric thyristor, into the load of which heating elements are included, while a series-connected generator, a bridge circuit, electrically isolated plates, an alternating current amplifier, a rectifier, a low-pass filter, are connected to one of the arms of the circuit to record the moment of complete moisture removal , a differentiator-amplifier, an adder-amplifier with an adjustable bias signal, to the input of which a total signal is supplied, a negative voltage of the power supply unit and a signal heating control transistor amplifier circuits, and stabilization temperature, and an indicator, wherein the upper side of the bottom plate is concave, convex upper side of the lower plate.

Повышение производительности высушивания веществ с любой концентрацией солей, металлов и влаги достигается согласованной работой электрических схем управления нагревом и стабилизации температуры и регистрации момента полного удаления влаги. An increase in the productivity of drying substances with any concentration of salts, metals, and moisture is achieved by the coordinated operation of electric heating control circuits and temperature stabilization and recording the moment of complete moisture removal.

Схема управления нагревом и стабилизации температуры с датчиком температуры, задатчиком температуры и симметричным тиристором обеспечивает быстрый нагрев до заданной оптимальной температуры. Введение дифференциатора-усилителя обеспечивает высокоточную стабилизацию температуры, т.к. он реагирует только на переменную часть сигнала и позволяет использовать большое усиление. Оптрон исключает влияние высокого переменного напряжения на низковольтные точные сигналы. Высокоточная стабилизация температуры нагревы плит сводит к минимуму помехи от высокого напряжения на точность регистрации момента полного удаления влаги. A heating control and temperature stabilization circuit with a temperature sensor, a temperature setpoint and a symmetric thyristor ensures fast heating to a predetermined optimal temperature. The introduction of a differentiator-amplifier provides high-precision temperature stabilization, as it only responds to the variable part of the signal and allows the use of high gain. The optocoupler eliminates the influence of high AC voltage on low-voltage accurate signals. High-precision stabilization of the temperature of the heating of the plates minimizes interference from high voltage on the accuracy of recording the moment of complete removal of moisture.

Плиты в роли электродов и слой исследуемого вещества образуют проводник с изменяющимся по мере высушивания сопротивления от малой величины до бесконечности и конденсатор с изменяющейся относительной диэлектрической проницаемостью от максимальной величины до минимальной. Величина относительно диэлектрической проницаемости зависит от количества влаги: для воды она равна 81, для сухого образца близка к 1-2. Это обстоятельство позволяет применить мостовые схемы CCRR в схеме регистрации момента полного удаления влаги. Эта схема автоматически с высокой точностью порядка ±0,1% сигнализирует момент полного удаления влаги при высушивании веществ с любой концентрацией солей, металлов и влаги без предварительного определения времени высушивания. Plates in the role of electrodes and a layer of the test substance form a conductor with resistance varying from a small value to infinity, and a capacitor with a varying relative permittivity from maximum to minimum. The value relative to the dielectric constant depends on the amount of moisture: for water it is 81, for a dry sample it is close to 1-2. This circumstance allows the use of CCRR bridge circuits in the registration scheme of the moment of complete moisture removal. This scheme automatically with high accuracy of the order of ± 0.1% signals the moment of complete removal of moisture during drying of substances with any concentration of salts, metals and moisture without first determining the drying time.

В процессе высушивания емкость образованного образцом и плитами конденсатора уменьшается, сигнал на входе дифференциатора-усилителя изменяется и на его выходе сигнал будет пропорциональным скорости этого изменения, на вход индикатора поступает запирающий сигнал, индикатор молчит (не горит). При полном удалении влаги на выходе сумматора-усилителя только сигнал смещения и индикатор срабатывает (загорается, если индикатор световой). During the drying process, the capacitance formed by the sample and the plates of the capacitor decreases, the signal at the input of the differentiator-amplifier changes and at its output the signal will be proportional to the rate of this change, a blocking signal is supplied to the indicator input, the indicator is silent (off). With complete removal of moisture at the output of the adder-amplifier, only the bias signal and the indicator works (lights up if the indicator is light).

При работе симистора потребление тока на трансформаторе блока питания резко возрастает и появляются помехи в схеме регистрации полного удаления влаги. Связь транзисторный усилитель - сумматор - усилитель схемы регистрации удаления влаги компенсирует эти помехи. Вогнутая сторона нижней плиты образует емкость для жидких растворов, а выпуклая сторона верхней плиты позволяет придать исследуемому образцу тонкий слой, что способствует убыстрению высушивания. When the triac operates, the current consumption at the transformer of the power supply increases sharply and interference appears in the registration scheme for complete moisture removal. Communication transistor amplifier - adder - amplifier circuit registration moisture removal compensates for this interference. The concave side of the bottom plate forms a container for liquid solutions, and the convex side of the top plate allows you to give a sample a thin layer, which contributes to faster drying.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг. 2 - принципиальная схема плиты 1 верхняя и нижняя, общая плата 2 для электронных элементов, регистратор 2, термодатчик 4, измерительный преобразователь-усилитель 5, задатчик температуры 6, сумматор-усилитель 7, дифференциатор-усилитель 8, первый и второй транзисторные ключи 9, транзисторный усилитель 10, оптрон 11, блок управления симметричным тиристором 12, симметричный тиристор 13, генератор 14, мостовая схема 15, дифференциальный усилитель 15 переменного тока, выпрямитель 17, фильтр нижних частот 18, дифференциатор-усилитель 19, сумматор-усилитель 20 с регулируемым сигналом смещения, индикатор 21, нагревательные элементы 22, блок питания 23. In FIG. 1 shows the proposed device; in FIG. 2 is a schematic diagram of a plate 1 upper and lower, a common board 2 for electronic elements, a recorder 2, a temperature sensor 4, a measuring transducer-amplifier 5, a temperature setter 6, an adder-amplifier 7, a differentiator-amplifier 8, the first and second transistor switches 9, transistor amplifier 10, optocoupler 11, symmetric thyristor control unit 12, symmetric thyristor 13, generator 14, bridge circuit 15, AC differential amplifier 15, rectifier 17, low-pass filter 18, differentiator-amplifier 19, adder-amplifier 20 with p adjustable bias signal, indicator 21, heating elements 22, power supply 23.

Оформленные в один блок плиты 1 с одного края соединены шарниром, верхняя плита выполнена с возможностью прижатия к нижней. Ручки и втулки в шарнире выполнены из электроизоляционного материала. Нагревательные элементы выполнены из проволочной спирали в керамических изоляторах и смонтированы с наружных сторон плит. Термодатчиком служит термопара 4, вмонтированная в одну из плит. Все электронные элементы смонтированы на общей плате 2. Симметричный тиристор 13 отделен от остальных элементов. Decorated in one block of the plate 1 from one edge connected by a hinge, the upper plate is made with the possibility of pressing to the bottom. The handles and bushings in the hinge are made of electrical insulating material. The heating elements are made of a wire spiral in ceramic insulators and mounted on the outside of the plates. The temperature sensor is a thermocouple 4, mounted in one of the plates. All electronic elements are mounted on a common board 2. The symmetric thyristor 13 is separated from the rest of the elements.

Высушивание образцов устройством выполняют следующим образом. Включают прибор в сеть. На выходе термодатчика низкий сигнал от температуры окружающей среды. На выходе сумматора-усилителя 7 только сигнал от задатчика температуры 6, отпирающий транзисторные ключи 9, сигнал которых закрывает транзисторный усилитель 10. На выходе блока управления 12 постоянный управляющий сигнал и симистор 13 пропускает оба периода высоковольтного переменного тока. Нагревательные элементы 22 интенсивно нагревают плиты 1. По мере увеличения сигнала термодатчика с увеличением температуры измерительный преобразователь-усилитель формирует открывающий усилитель 10 сигнал. В то же время на вход усилителя 10 действует переменный запирающий сигнал от ключей 9, сформированный переменным сигналом от вторичной обмотки трансформатора блока питания 23. Поэтому на выходе усилителя 10 формируется переменный сигнал и через симистор 13 проходит только полпериода высоковольтного тока. Элементы 22 нагревают плиты в щадящем режиме. С увеличением температуры на входе сумматора 7 сигналы от задатчика температуры и усилителя 5 выравниваются и на выходе сумматора сигнал меняет знак. Этот сигнал после большого усиления усилителем 8 запирает ключи 9 и на входе усилителя 10 только постоянный открывающий сигнал. Этот усиленный сигнал через оптрон 11 подавляет управляющий сигнал в блоке 12 и симистор 13 закрыт. Нагревательные элементы полностью обесточены. После незначительного остывания плит на выходе сумматора 7 появляется снова отпирающий ключи 9 сигнал и стабилизирующий температуру цикл повторяется. Плиты нагреваются в течение 3 мин. Drying the samples by the device is as follows. Connect the device to the network. The output of the temperature sensor is a low signal from the ambient temperature. At the output of the adder-amplifier 7, only the signal from the temperature setter 6 unlocks the transistor switches 9, the signal of which closes the transistor amplifier 10. At the output of the control unit 12, a constant control signal and a triac 13 pass both periods of high-voltage alternating current. The heating elements 22 intensely heat the plates 1. As the temperature sensor signal increases with temperature, the measuring transducer-amplifier generates a signal opening amplifier 10. At the same time, an alternating locking signal from the keys 9, formed by an alternating signal from the secondary winding of the transformer of the power supply 23, acts on the input of the amplifier 10. Therefore, an alternating signal is generated at the output of the amplifier 10 and only half a period of the high voltage current passes through the triac 13. Elements 22 heat the stoves in a gentle manner. With increasing temperature at the input of the adder 7, the signals from the temperature setpoint and amplifier 5 are aligned and the signal changes sign at the output of the adder. This signal after a large amplification by the amplifier 8 locks the keys 9 and at the input of the amplifier 10 only a constant opening signal. This amplified signal through the optocoupler 11 suppresses the control signal in block 12 and the triac 13 is closed. The heating elements are completely de-energized. After a slight cooling of the plates at the output of the adder 7, the unlocking keys 9 signal appears again and the temperature-stabilizing cycle is repeated. The plates heat up for 3 minutes.

Пакет с образцом укладывают на нижнюю плиту и прижимают верхней. Начинается интенсивное высушивание образца. Генератор 14 питает мостовую схему 15, с диагональных точек которой сигнал подан на усилитель 16. При высушивании емкость конденсатора, образованного плитами и образцом, уменьшается, равновесие мостовой схемы CCRR нарушается. На выходе выпрямителя 17 изменяющийся по амплитуде и по полярности запирающий индикатор 21 сигнал. Этот сигнал предварительно фильтруется фильтром 18 и усиливается усилителем 19. При полном удалении влаги на диагонале мостовой схемы формируется постоянный по амплитуде сигнал, после выпрямителя постоянный сигнал, на который не реагирует дифференциатор-усилитель 19. На выходе сумматора-усилителя 20 только сигнал смещения, открывающий индикатор 21, который сигнализирует о полном удалении влаги. Требуемая точность этого момента настраивается регулировкой смещения усилителя 20. The sample bag is placed on the bottom plate and pressed to the top. Intensive drying of the sample begins. The generator 14 feeds the bridge circuit 15, from the diagonal points of which the signal is applied to the amplifier 16. When dried, the capacitance of the capacitor formed by the plates and the sample decreases, the equilibrium of the CCRR bridge circuit is disturbed. The output of the rectifier 17 varies in amplitude and polarity, the locking indicator 21 signal. This signal is pre-filtered by a filter 18 and amplified by an amplifier 19. When the moisture is completely removed, a constant-amplitude signal is generated on the diagonal of the bridge circuit, a constant signal after the rectifier, which the differentiator-amplifier 19 does not respond to. At the output of the adder-amplifier 20, only the bias signal opens indicator 21, which signals the complete removal of moisture. The required accuracy of this moment is adjusted by adjusting the bias of the amplifier 20.

Claims

A device for intensive drying of moistened samples, containing two horizontal plates with the possibility of pressing them against each other and with high thermal conductivity and heat capacity, equipped with heating elements, a heating control and temperature stabilization circuitry included in the casing, including a temperature sensor mounted in one of the plates, characterized in that the device has additionally introduced a registration circuit for the moment of complete moisture removal, moreover, in the heating control and temperature stabilization circuit, an additional introduced in series are a measuring transducer-amplifier, an adder-amplifier connected by a second input to a temperature controller inserted into the device, a differentiator-amplifier, the first and second transistor switches, while the second input of the first switch is connected to the secondary winding of the transformer introduced into the device power supply, transistor an amplifier, which is connected by a resistance input to the output of the measuring transducer-amplifier, an optocoupler, a control unit of a symmetric thyristor, a symmetric thyristor, into the load of which heating elements are included, while a generator, a bridge circuit, one of the arms of which are electrically insulated plates, an alternating current amplifier, a rectifier, a low-pass filter, a differentiator are connected to the registration circuit of the moment of complete moisture removal an amplifier, an adder-amplifier with an adjustable bias signal, to the input of which a total signal is supplied - a negative voltage of the power supply unit and a signal from a transistor device divisor heating control circuit and stabilize the temperature and the indicator, in addition, at the output of the transmitter amplifier is set recorder, the upper side of the lower plate is concave and the bottom side of top plate - convex.