RU2174678C1 - Process estimating moisture content and density - Google Patents

Process estimating moisture content and density Download PDF

Info

Publication number
RU2174678C1
RU2174678C1 RU2000106304/28A RU2000106304A RU2174678C1 RU 2174678 C1 RU2174678 C1 RU 2174678C1 RU 2000106304/28 A RU2000106304/28 A RU 2000106304/28A RU 2000106304 A RU2000106304 A RU 2000106304A RU 2174678 C1 RU2174678 C1 RU 2174678C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
density
electrodes
substance
moisture content
humidity
Prior art date
Application number
RU2000106304/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
О.В. Вшивкова
В.Ф. Калугин
И.В. Калугин
Original Assignee
Калугин Владимир Федорович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Калугин Владимир Федорович filed Critical Калугин Владимир Федорович
Priority to RU2000106304/28A priority Critical patent/RU2174678C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2174678C1 publication Critical patent/RU2174678C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: invention refers to equipment determining moisture content and density of various substances, specifically, loose substances, agricultural crops, products of their processing and grounds. For realization of process there are used two converters of physical-chemical properties to electric signals with two pairs of electrodes. First electrodes are electrically common, second electrode of second converter on side of first electrode is covered by layer of dielectric matter. Examined substance is placed into converters. Temperature of medium and examined substance and electric signals across second electrodes are measured. Moisture content and density are computed by results of measurements with due account of calibration tests. Process can also be employed in wood working, chemical and construction industries. EFFECT: timely and simultaneous estimation of moisture content and density in field and under stationary conditions. 2 dwg, 1 tbl

Description

Способ относится к измерительной технике и может быть использован для определения влажности и плотности различных веществ: в том числе сыпучие вещества, как зерно, мука, грунты; твердые вещества, как дерево; жидкие и газообразные вещества. The method relates to measuring technique and can be used to determine the moisture and density of various substances: including bulk substances such as grain, flour, soil; solids like wood; liquid and gaseous substances.

Известен способ определения влажности зерна. ГОСТ 13586.5-93. Методы определения влажности зерна. Для определения влажности этим способом используют термогравиметрический комплект, включающий сушильный шкаф и весы. Для определения влажности вещество измельчают, взвешивают, высушивают, опять взвешивают, определяют разность весов до высушивания и после высушивания и по ней определяют абсолютную влажность. A known method for determining the moisture content of grain. GOST 13586.5-93. Methods for determining the moisture content of grain. To determine the humidity in this way, a thermogravimetric kit is used, including a drying cabinet and scales. To determine the moisture, the substance is ground, weighed, dried, again weighed, the difference in weights is determined before drying and after drying, and absolute humidity is determined from it.

Недостатками использования известного способа является то, что используют дорогостоящий комплект, необходимо значительное время для производства анализа до двух часов. Применяют только в стационарных условиях. The disadvantages of using the known method is that they use an expensive kit, considerable time is required for the analysis to take up to two hours. Apply only in stationary conditions.

Известен способ определения плотности веществ, в частности зерна ГОСТ 10840-64. Здесь зерно помещают в емкость с известным объемом и постоянным уплотнением, взвешивают и определяют плотность (натуру). A known method for determining the density of substances, in particular grains GOST 10840-64. Here, the grain is placed in a container with a known volume and constant compaction, weighed, and the density (nature) is determined.

Известные способы определения влажности и плотности не позволяют одновременно в одном процессе выполняемого анализа определить влажность и плотность, выполнять экспресс-анализы в переносных условиях. Known methods for determining humidity and density do not allow simultaneously in one process of the analysis to determine the humidity and density, to perform rapid analyzes in portable conditions.

Известно устройство для измерения влажности сыпучих веществ - патент РФ N 2130606, опубл. 20.05.99 в "Бюллетень изобретений и открытий", N 14. Устройство содержит корпус, приемник - преобразователь влажности, уплотнитель, измерительную электрическую схему, при этом преобразователь влажности выполнен в форме прямоугольной емкости из диэлектрического материала, с двух сторон ограничен внешними плоскими электродами, разделен общим электродом параллельно двум другим на две равные секции, причем одна из них разделена еще на две секции, вторую и третью, при этом третья секция заполнена материалом с диэлектрической проницаемостью, равной диэлектрической проницаемости исследуемых на влажность веществ, кроме этого общий электрод установлен ниже верха емкости, а внешние электроды меньших размеров, чем размеры стенок емкости, установлены на уровне его и удалены от дна и боковых поверхностей емкости, уплотнитель установлен над приемником с возможностью освобождения окна приемника, при этом измерительная электрическая схема включает последовательно соединенные генератор, мостовую схему, к которой подключены электроды преобразователя влажности, дифференциальный усилитель с выпрямлением, усилитель с изменяемым смещением, к выходу которого подключен узел обработки сигнала по уровню, регистратор. A device for measuring the moisture content of bulk substances is known - RF patent N 2130606, publ. 05/20/99 in the "Bulletin of inventions and discoveries", N 14. The device contains a housing, a receiver - a moisture converter, a sealant, a measuring circuit, and the humidity converter is made in the form of a rectangular container of dielectric material, bounded on two sides by external flat electrodes, divided by a common electrode in parallel with two others into two equal sections, and one of them is divided into two sections, the second and third, while the third section is filled with a material with dielectric constant the dielectric constant of the substances studied for humidity, in addition, the common electrode is installed below the top of the container, and the external electrodes are smaller than the dimensions of the walls of the container, installed at its level and removed from the bottom and side surfaces of the container, the sealant is installed above the receiver with the possibility of releasing the receiver window, wherein the measuring electric circuit includes a series-connected generator, a bridge circuit to which the electrodes of the humidity transducer are connected, differential amplification s with rectifying amplifier with variable displacement, which is connected to the output node of the signal processing level, the registrar.

Это устройство используют для оперативных измерений в переносных условиях. Используют только для определения влажности. Существенные отличия известного устройства, как разделение приемника на три секции, позволяют определить влажность и плотность одновременно. Измерение плотности не предусмотрено. This device is used for operational measurements in portable conditions. Use only for determination of humidity. Significant differences of the known device, such as the separation of the receiver into three sections, allow you to determine humidity and density at the same time. Density measurement is not provided.

Целью настоящего изобретения является одновременное оперативное определение влажности и плотности в переносных и стационарных условиях. The aim of the present invention is the simultaneous operational determination of humidity and density in portable and stationary conditions.

Поставленная цель достигается тем, что при использовании способа применяют два преобразователя физико-химические свойства вещества - электрический сигнал с двумя парами электродов, из которых первые электроды делают электрически общими, второй электрод второго преобразователя со стороны первого электрода закрывают слоем диэлектрического вещества, помещают исследуемое вещество между парами электродов, измеряют температуру среды и вещества, измеряют электрические сигналы на вторых электродах, вычисляют с учетом тарировочных измерений влажность и плотность вещества по следующим формулам:

Figure 00000002

и
Figure 00000003
(1)
где E - влажность исследуемого вещества;
K1 и K2 - тарировочные коэффициенты;
A и B, A0 и B0 - результаты измерения электрического сигнала с исследуемым веществом и базовым или эталонным образцом в первом и втором преобразователях;
ET - поправка за температуру;
P - плотность исследуемого вещества;
P0 - плотность базового вещества или эталонного образца;
PT,E - поправка за температуру и влажность.This goal is achieved by the fact that when using the method, two transducers are used for the physicochemical properties of the substance - an electrical signal with two pairs of electrodes, of which the first electrodes are electrically shared, the second electrode of the second transducer on the side of the first electrode is closed with a layer of dielectric substance, the test substance is placed between pairs of electrodes, measure the temperature of the medium and substances, measure the electrical signals at the second electrodes, calculate taking into account calibration measurements humidity and density of the substance according to the following formulas:
Figure 00000002

and
Figure 00000003
(1)
where E is the moisture content of the test substance;
K 1 and K 2 - calibration factors;
A and B, A 0 and B 0 are the results of measuring an electrical signal with the test substance and a base or reference sample in the first and second transducers;
E T - correction for temperature;
P is the density of the test substance;
P 0 is the density of the base substance or reference sample;
P T, E - correction for temperature and humidity.

Использование двух преобразователей позволяет использовать различия в физических зависимостях параметров электрических сигналов. Параметры электрических сигналов на вторых электродах зависят от степени увлажненности и плотности исследуемых веществ. При этом влияние влажности в первом преобразователе более заметно, т.к. здесь влияние диэлектрических потерь сказывается больше из-за близости вещества ко второму электроду. Во втором преобразователе более заметно влияние плотности исследуемого вещества. От плотности зависит величина диэлектрической проницаемости. Влияние диэлектрических потерь резко снижено, т.к. вещество отдалено от второго электрода. На электрически общем электроде диэлектрические потери в обоих преобразователях одинаковы. Using two converters allows you to use the differences in the physical dependencies of the parameters of the electrical signals. The parameters of the electrical signals at the second electrodes depend on the degree of moisture and density of the investigated substances. In this case, the effect of humidity in the first converter is more noticeable, because here, the influence of dielectric losses is affected more due to the proximity of the substance to the second electrode. In the second converter, the influence of the density of the test substance is more noticeable. The dielectric constant depends on the density. The effect of dielectric loss is sharply reduced, because the substance is distant from the second electrode. At the electrically common electrode, the dielectric losses in both converters are the same.

Логические заключения и результаты многочисленных опытов подтверждают правомерность приведенных формул. The logical conclusions and the results of numerous experiments confirm the validity of the above formulas.

На фиг. 1 изображены графики зависимости параметра электрического сигнала в относительных единицах от влажности и плотности исследуемых веществ. Сплошной линией показана эта зависимость в первом преобразователе, пунктиром показана зависимость электрического сигнала во втором преобразователе со слоем диэлектрического вещества. In FIG. 1 shows graphs of the dependence of the parameter of the electric signal in relative units on the moisture and density of the investigated substances. The solid line shows this dependence in the first converter, the dotted line shows the dependence of the electric signal in the second converter with a layer of dielectric substance.

На фиг. 2 изображена схема устройства для реализации способа. Устройство для реализации способа включает: 1 - первый преобразователь, 2 - второй преобразователь, 3 - общий электрод, 4 и 5 - вторые электроды в преобразователях, 6 - слой диэлектрического вещества, 7 - схема первичной обработки электрических сигналов, 8 - температурный датчик, 9 - трехканальная схема усиления, 10 - микроконтроллер, 11 - индикатор. In FIG. 2 shows a diagram of a device for implementing the method. A device for implementing the method includes: 1 - a first transducer, 2 - a second transducer, 3 - a common electrode, 4 and 5 - second electrodes in the transducers, 6 - a dielectric layer, 7 - a circuit for primary processing of electrical signals, 8 - temperature sensor, 9 - three-channel amplification circuit, 10 - microcontroller, 11 - indicator.

Устройство включает два преобразователя 1 и 2. Конструкция с общим электродом 3 позволяет одновременно наполнять оба преобразователя с одинаковым уплотнением. Слоем диэлектрического вещества 6 может служить любой диэлектрик от воздуха до тяжелого диэлектрика, как стекло, оптимальный выбор зависит от физико- химических свойств исследуемых веществ. В роли блока первичной обработки электрических сигналов 7 используют мостовую схему. Трехканальная схема усиления электрических сигналов 9 согласовывает выходные сопротивления мостовой схемы 7 и входные сопротивления микроконтроллера 10, усиливает электрические сигналы, снятые с электродов 4 и 5 и температурного датчика 8. Микроконтроллер 10 с встроенными аналого-цифровым преобразователем, арифметико-логическим устройством, памятью и с введенной программой решает приведенные выше алгоритмы (1), выполняет логические операции, управляет работой индикатора. Результаты определения влажности и плотности высвечиваются на экране индикатора 11. Эти результаты исправлены за отличие температур тарировочных измерений и фактических, результат определения плотности дополнительно исправлен за измеренную влажность. The device includes two transducers 1 and 2. The design with a common electrode 3 allows you to simultaneously fill both transducers with the same seal. The layer of dielectric substance 6 can be any dielectric from air to a heavy dielectric, like glass, the optimal choice depends on the physicochemical properties of the studied substances. In the role of the primary processing unit of the electrical signals 7 use a bridge circuit. The three-channel amplification circuit of the electrical signals 9 coordinates the output resistances of the bridge circuit 7 and the input resistances of the microcontroller 10, amplifies the electrical signals taken from the electrodes 4 and 5 and the temperature sensor 8. The microcontroller 10 with built-in analog-to-digital converter, arithmetic-logic device, memory and The program introduced solves the above algorithms (1), performs logical operations, and controls the operation of the indicator. The results of determining the humidity and density are displayed on the screen of the indicator 11. These results are corrected for the difference between the temperatures of the calibration measurements and the actual ones, the result of the determination of the density is additionally corrected for the measured humidity.

С изготовленным устройством выполнены тарировочные измерения. С помощью этих измерений определяют тарировочные коэффициенты K1 и K2. Для этого используют набор веществ с известными влажностью и плотностью, которые измерены известными способами.Calibration measurements were made with the manufactured device. Using these measurements, calibration coefficients K 1 and K 2 are determined. To do this, use a set of substances with known moisture and density, which are measured by known methods.

Порядок определения влажности и плотности выполняют следующим образом. Помещают исследуемое вещество в преобразователи 1 и 2. С электродов 4 и 5 электрические сигналы определенной частоты и амплитуды, выработанные генератором в электрической схеме, поступают в мостовую схему 7, далее каждый усиливается усилителем 9 и далее обрабатываются в микроконтроллере 10. Здесь решаются алгоритмы определения влажности и плотности (1) с учетом тарировочных коэффициентов K1 и K2, которые введены в память микроконтроллера. Эти результаты исправлены за отличие фактической и тарировочной температур, что позволяет выполнить температурный датчик 8 и связь датчик 8 - усилитель 9 - микроконтроллер 10, плотность дополнительно исправлена за полученную влажность.The procedure for determining humidity and density is as follows. The test substance is placed in converters 1 and 2. From the electrodes 4 and 5, the electric signals of a certain frequency and amplitude generated by the generator in the electric circuit are supplied to the bridge circuit 7, then each is amplified by an amplifier 9 and then processed in the microcontroller 10. Here the moisture determination algorithms are solved and density (1) taking into account calibration coefficients K 1 and K 2 , which are entered into the memory of the microcontroller. These results are corrected for the difference between the actual and calibration temperatures, which allows the temperature sensor 8 and communication sensor 8 - amplifier 9 - microcontroller 10 to be connected, the density is additionally corrected for the humidity obtained.

В таблице приведены результаты определений для сельскохозяйственных культур в сравнении с фактическими влажностью и плотностью, измеренными известными способами. Как показывают результаты, точность определения влажности не хуже 0,5%. Отклонения в плотностях несколько больше. Здесь в исследованиях и разработках накоплен меньший опыт. The table shows the results of the definitions for crops in comparison with the actual humidity and density, measured by known methods. As the results show, the accuracy of determining moisture is not worse than 0.5%. Deviations in densities are somewhat larger. Here in research and development less experience is gained.

Claims (1)

Способ определения влажности и плотности, отличающийся тем, что используют два преобразователя физико-химические свойства вещества - электрический сигнал с двумя парами электродов, из которых первые электроды делают электрически общими, второй электрод второго преобразователя со стороны первого электрода закрывают слоем диэлектрического вещества, помещают исследуемое вещество между парами электродов, измеряют температуру среды и вещества, измеряют электрические сигналы на вторых электродах, вычисляют с учетом тарировочных измерений влажность и плотность вещества по формулам
Figure 00000004

и
Figure 00000005

где Е - влажность исследуемого вещества;
K1 и K2 - тарировочные коэффициенты;
А и В, А0 и B0 - результаты измерения электрического сигнала с исследуемым веществом и базовым или эталонным образцом в первом и втором преобразователях;
EТ - поправка за температуру;
P - плотность исследуемого вещества;
Р0 - плотность базового вещества или эталонного образца;
PТ,Е - поправка за температуру и влажность.
A method for determining humidity and density, characterized in that two transducers use the physicochemical properties of the substance — an electrical signal with two pairs of electrodes, of which the first electrodes are electrically shared, the second electrode of the second transducer is closed on the side of the first electrode with a layer of dielectric substance, the test substance is placed between pairs of electrodes, measure the temperature of the medium and substances, measure the electrical signals at the second electrodes, calculate taking into account calibration measurements th humidity and density of the material according to the formulas
Figure 00000004

and
Figure 00000005

where E is the moisture content of the test substance;
K 1 and K 2 - calibration factors;
A and B, A 0 and B 0 are the results of the measurement of an electrical signal with the test substance and a base or reference sample in the first and second transducers;
E T - correction for temperature;
P is the density of the test substance;
P 0 is the density of the base substance or reference sample;
P T, E - correction for temperature and humidity.
RU2000106304/28A 2000-03-16 2000-03-16 Process estimating moisture content and density RU2174678C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000106304/28A RU2174678C1 (en) 2000-03-16 2000-03-16 Process estimating moisture content and density

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000106304/28A RU2174678C1 (en) 2000-03-16 2000-03-16 Process estimating moisture content and density

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2174678C1 true RU2174678C1 (en) 2001-10-10

Family

ID=20231834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000106304/28A RU2174678C1 (en) 2000-03-16 2000-03-16 Process estimating moisture content and density

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2174678C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102062746A (en) Method for measuring oiled paper insulated micro water content on basis of dielectric response
US4646000A (en) Method and apparatus for measuring soil salinity
Korkua et al. Low-cost capacitive sensor for detecting palm-wood moisture content in real-time
Taghinezhad et al. Development of a capacitive sensing device for prediction of water content in sugarcanes stalks
RU2174678C1 (en) Process estimating moisture content and density
Soltani et al. Use of dielectric properties in quality measurement of agricultural products
Casada et al. Wheat moisture measurement with a fringing field capacitive sensor
Wu et al. A grain moisture model based on capacitive sensor
EP2228640B1 (en) Method for determining the moisture content of wood
RU2281486C2 (en) Device for measuring humidity and density
RU2167413C1 (en) Device measuring water content in loose substances
JP2001124706A (en) Method and device for measuring water
Lage et al. Bench system for iron ore moisture measurement
RU2716865C1 (en) Device for measuring moisture content of loose substance
Pieris et al. Design and evaluation of a capacitive sensor for real time monitoring of gravimetric moisture content in soil
RU2130606C1 (en) Gear measuring moisture content of loose substances
Thakur et al. Development of multi-grain capacitive sensor for determination of moisture content in grains
SU725008A1 (en) Device for measuring physico-mechanical parameters
KR100289335B1 (en) Nondestructive measuring apparatus for moisture content using phase difference
SU1728765A1 (en) Method for measuring humidity of solid and loose materials
RU2270999C1 (en) Method for determining fat content in farinaceous confectionery product
RU2374633C1 (en) Method and device for determining moisture using current-voltage characteristics of materials
SU684422A1 (en) Automatic electronic moisture content meter
SU1718089A1 (en) Method of measuring moisture content
RU151743U1 (en) HUMIDITY MEASUREMENT DEVICE

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20030317