RU2281486C2 - Device for measuring humidity and density - Google Patents
Device for measuring humidity and density Download PDFInfo
- Publication number
- RU2281486C2 RU2281486C2 RU2004109257/28A RU2004109257A RU2281486C2 RU 2281486 C2 RU2281486 C2 RU 2281486C2 RU 2004109257/28 A RU2004109257/28 A RU 2004109257/28A RU 2004109257 A RU2004109257 A RU 2004109257A RU 2281486 C2 RU2281486 C2 RU 2281486C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiver
- converter
- humidity
- electrodes
- density
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности и плотности сыпучих веществ, например продуктов зернового производства.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the moisture and density of bulk solids, for example, products of grain production.
Известно устройство для оперативных измерений влажности зерна - патент США №3794911, опубл. в "Изобретения за рубежом" №4, 1974 г. Устройство является емкостным влагомером и содержит корпус, приемник - емкостный преобразователь влажности в электрический сигнал, измерительную электрическую схему с процессором и регистрацией справочных данных и влажности образца зерна, встроенное электромеханическое устройство фиксации веса продукта, насыпанного в приемник, электрическую схему измерения веса и управления работой прибора, электрическую схему для введения поправки за отличие фактической температуры от справочной.A device for the operational measurement of moisture content of the grain - US patent No. 3794911, publ. in "Inventions Abroad" No. 4, 1974. The device is a capacitive moisture meter and contains a housing, a receiver - a capacitive converter of humidity into an electrical signal, a measuring circuit with a processor and registration of reference data and grain sample moisture, an integrated electromechanical device for fixing the product weight, poured into the receiver, an electrical circuit for measuring weight and controlling the operation of the device, an electrical circuit for introducing amendments for the difference between the actual temperature and the reference temperature.
Основными недостатками прибора являются обязательное предварительное определение электрофизических свойств продуктов и необходимость выбора режима для измерения влажности конкретного продукта.The main disadvantages of the device are the mandatory preliminary determination of the electrophysical properties of the products and the need to select a mode for measuring the moisture content of a particular product.
Известен влагомер зерна и семян с автоматической компенсацией объемной плотности и температуры АТПАЗ-01, Секанов Ю.П. Влагометрия сыпучих и волокнистых растительных материалов. - М.: ВИМ, 2001.A known hydrometer of grain and seeds with automatic compensation of bulk density and temperature ATPAZ-01, Secanov Yu.P. Moisture measurement of bulk and fibrous plant materials. - M .: VIM, 2001.
Устройство содержит емкостный датчик влажности, электромеханический датчик массы, датчик температуры, измерительные преобразователи: влажность - электрический сигнал, масса - электрический сигнал и температура - электрический сигнал, микропроцессорное устройство, устройство индикации и управления, источник питания. Измерительная схема позволяет регистрировать одновременно с влажностью плотность и температуру.The device contains a capacitive humidity sensor, an electromechanical mass sensor, a temperature sensor, measuring transducers: humidity - an electric signal, mass - an electric signal and temperature - an electric signal, a microprocessor device, an indication and control device, a power source. The measuring circuit allows the density and temperature to be recorded simultaneously with humidity.
Основными недостатками прибора являются обязательное предварительное определение электрофизических свойств продуктов и необходимость выбора режима для измерения влажности конкретного продукта, сложность конструкции и дорогостоимость устройства.The main disadvantages of the device are the mandatory preliminary determination of the electrophysical properties of the products and the need to select a mode for measuring the moisture content of a particular product, the complexity of the design and the cost of the device.
Для измерения влажности сыпучих веществ известно устройство - патент РФ №2130606, опубл. 20.05.99 г. в "Бюллетень изобретений и открытий", №14 (прототип). 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 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, близкой к диэлектрической проницаемости исследуемых на влажность веществ, кроме этого, общий электрод установлен ниже верха емкости, а внешние электроды выполнены меньших размеров, чем размеры стенок емкости, установлены на уровне общего электрода 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 и изменяемым смещением, к выходу которого подключен узел обработки сигнала по уровню, регистратор.To measure the moisture content of bulk solids, a device is known - RF patent No. 2130606, publ. 05/20/99, in the "Bulletin of inventions and discoveries", No. 14 (prototype). The device comprises a housing, a humidity receiver-converter, a sealant, a measuring electric circuit, and the humidity converter is made in the form of a rectangular container of dielectric material, bounded on two sides by external electrodes, divided by a common electrode in parallel with two others into two equal sections, one of them divided into two sections, the second and third, while the third section is filled with a material with a dielectric constant close to the dielectric constant of the investigated moisture substances, in addition, the common electrode is installed below the top of the container, and the external electrodes are made smaller than the dimensions of the walls of the container, installed at the level of the common electrode and are 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, when this measuring circuit includes a series-connected generator, a bridge circuit to which the electrodes of the humidity transducer are connected, a differential amplifier with rectification and change m offset to the output of which is connected signal processing unit according to a level recorder.
Основными недостатками данного устройства являются: обязательное выполнение предварительных тарировочных измерений с каждым исследуемым веществом для получения тарировочных таблиц, выбор режима при измерениях для конкретного вещества, зависимость результатов измерений от разностей фактических и тарировочных электрофизических свойств веществ, кроме этого, в известном устройстве не предусмотрены измерения плотности и компенсации влияния температуры исследуемого вещества.The main disadvantages of this device are: the mandatory preliminary calibration measurements with each test substance to obtain calibration tables, the choice of measurement mode for a particular substance, the dependence of the measurement results on the differences between the actual and calibration electrophysical properties of the substances, in addition, the known device does not provide density measurements and compensating for the effect of the temperature of the test substance.
Целью настоящего изобретения является повышение надежности электрических измерений влажности с возможностью совместного определения плотности.The aim of the present invention is to increase the reliability of electrical moisture measurements with the possibility of joint determination of density.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения влажности сыпучих веществ, содержащем корпус, приемник-преобразователь в форме прямоугольной емкости из диэлектрического материала, с двух сторон ограниченной внешними плоскими электродами, разделенный общим электродом параллельно двум другим на две равные секции, одна из которых разделена еще на две секции - вторую и третью, при этом третья секция заполнена материалом с диэлектрической проницаемостью, близкой диэлектрической проницаемости сухих исследуемых веществ, общий электрод установлен ниже верха емкости, а внешние электроды имеют меньшие размеры, чем размеры стенок емкости, установлены на уровне общего электрода и удалены от дна и боковых поверхностей емкости, уплотнитель, установленный над окном приемника с возможностью освобождения окна, электрическую измерительную схему с соединенными последовательно генератором, мостовой схемой, к которой подключены электроды преобразователя, дифференциальный усилитель с изменяемым смещением, узел обработки сигнала по уровню, регистратор и блок питания, над общим электродом установлена разделительная пластина из диэлектрического материала, генератор выполнен с возможностью изменения частоты генерации и переключения с одной частоты на другую, включены два пиковых детектора, входы которых соединены с выходами мостовой схемы, а выходы - с входами дифференциального усилителя, дифференциальный усилитель выполнен с возможностью переключения с линейного усиления на нелинейное и обратно, кроме этого, введен узел температурной компенсации, который содержит последовательно соединенные датчик температуры, встроенный в приемник, и усилитель, выход которого соединен с входом дифференциального усилителя.This goal is achieved by the fact that in the device for measuring the moisture content of bulk solids containing a housing, the receiver-transducer is 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, one of which divided into two sections - the second and third, while the third section is filled with a material with a dielectric constant close to the dielectric constant of dry test substances, o the main electrode is installed below the top of the capacitor, and the external electrodes are smaller than the dimensions of the walls of the capacitor, are installed at the level of the common electrode and are removed from the bottom and side surfaces of the capacitor, a sealant installed above the receiver window with the possibility of releasing the window, an electrical measuring circuit a generator, a bridge circuit to which the converter electrodes are connected, a variable bias differential amplifier, a level signal processing unit, a recorder and a power supply , a dividing plate of dielectric material is installed above the common electrode, the generator is configured to change the frequency of generation and switching from one frequency to another, two peak detectors are included, the inputs of which are connected to the outputs of the bridge circuit, and the outputs to the inputs of a differential amplifier, the differential amplifier is made with the ability to switch from linear gain to non-linear and vice versa, in addition, a temperature compensation unit has been introduced, which contains series-connected dates a temperature sensor integrated in the receiver, and an amplifier whose output is connected to the input of the differential amplifier.
Конструкция трехсекционного приемника позволяет использовать различия в физических зависимостях параметров электрических сигналов. Параметры электрических сигналов на выходах мостовой схемы зависят от степени увлажненности и плотности вещества в секциях приемника. При этом влияние влажности в первой секции более заметно, так как в данном случае влияние диэлектрических потерь сказывается больше из-за близости вещества к боковому электроду. Во второй секции более заметно влияние плотности, от которой зависит величина диэлектрической проницаемости. Влияние диэлектрических потерь в данной секции снижено, так как вещество удалено от бокового электрода на размер третьей секции.The design of the three-section receiver allows you to use the differences in the physical dependences of the parameters of the electrical signals. The parameters of the electrical signals at the outputs of the bridge circuit depend on the degree of moisture and density of the substance in the receiver sections. In this case, the influence of humidity in the first section is more noticeable, since in this case the effect of dielectric losses is affected more due to the proximity of the substance to the side electrode. In the second section, the influence of density is more noticeable, on which the dielectric constant depends. The effect of dielectric loss in this section is reduced, since the substance is removed from the side electrode by the size of the third section.
Логические заключения и результаты многочисленных опытов с продуктами зернового производства подтверждают правомерность формул при влажностях исследуемых веществ до 12%The logical conclusions and the results of numerous experiments with grain products confirm the validity of the formulas with humidity of the investigated substances up to 12%
где А и В, A0 и B0 - результаты измерения параметра (амплитуды) электрического сигнала на внешних электродах приемника, заполненного исследуемым веществом и базовым или эталонным образцом; k1 и k2 - тарировочные коэффициенты; n1 и n2 - степенные коэффициенты, определяются в тарировочных измерениях; W и ρ, ρ0 - влажность и плотность исследуемых веществ, плотность базового вещества.where A and B, A 0 and B 0 are the results of measuring the parameter (amplitude) of the electrical signal at the external electrodes of the receiver filled with the test substance and the base or reference sample; k 1 and k 2 are calibration coefficients; n 1 and n 2 - power coefficients are determined in calibration measurements; W and ρ, ρ 0 - humidity and density of the investigated substances, the density of the base substance.
Опыты показывают, что для продуктов зернового производства в диапазоне влажностей 10-20% имеет место линейная зависимость диэлектрической постоянной и величины диэлектрических потерь от плотности для зерновых культур. В этом диапазоне влажностей кривые графиков этих зависимостей не пересекаются, соблюдается линейная зависимость электрического сигнала от плотности на сравнительно высоких частотах 1,8 МГц и более. На низких частотах 0,5-0,8 МГц наблюдается резкая зависимость от влажности, при этом для плотных культур, рис и пшеница, эта зависимость меньше, для менее плотных, ячмень и овес, эта зависимость растет быстрее.Experiments show that for grain products in the humidity range of 10-20% there is a linear dependence of the dielectric constant and the value of dielectric loss on density for crops. In this humidity range, the graphs of these dependencies do not intersect, a linear dependence of the electric signal on the density is observed at relatively high frequencies of 1.8 MHz or more. At low frequencies of 0.5-0.8 MHz, a sharp dependence on humidity is observed, while for dense crops, rice and wheat, this dependence is less, for less dense, barley and oats, this dependence grows faster.
Эти зависимости для продуктов зернового производства позволяют распределить показания электрического устройства на высокой частоте по плотности и на низкой частоте по влажности в соответствии с экспериментальными формуламиThese dependences for grain products allow you to distribute the readings of the electrical device at a high frequency in density and at a low frequency in humidity in accordance with experimental formulas
где ΔVf и ΔVF - разности электрических сигналов, снятых с внешних электродов преобразователя при заполненном исследуемым продуктом приемнике на высокой и низкой частотах; Кρ и КW - тарировочные коэффициенты преобладающего влияния плотности и влажности; kρ и kW - тарировочные коэффициенты пониженного влияния плотности и влажности.where ΔV f and ΔV F are the differences of electrical signals taken from the external electrodes of the transducer when the receiver is filled with the test product at high and low frequencies; To ρ and To W - calibration coefficients of the prevailing influence of density and humidity; k ρ and k W are calibration coefficients of reduced influence of density and humidity.
Разделительная пластина из диэлектрического материала, установленная над общим электродом, позволяет заполнять сначала вторую секцию приемника и получить показание В, а затем первую секцию приемника и получить показание А-В для использования формул (1).A dividing plate of dielectric material mounted above the common electrode allows you to fill first the second section of the receiver and get a reading B, and then the first section of the receiver and get a reading AB to use formulas (1).
Генератор с возможностью изменения частоты генерации позволяет получить показания на высокой и низкой частотах, ΔVf и ΔVF, при заполненном исследуемым продуктом приемнике для использования формул (2).The generator with the ability to change the generation frequency allows you to get readings at high and low frequencies, ΔV f and ΔV F , when the receiver is filled with the test product to use formulas (2).
Включение в измерительную электрическую схему двух пиковых детекторов позволяет работать только с амплитудными значениями переменного электрического сигнала, что упрощает измерительную схему.The inclusion of two peak detectors in the measuring electric circuit only allows working with the amplitude values of the alternating electric signal, which simplifies the measuring circuit.
Использование нелинейного усиления электрического сигнала низкой частоты позволяет получить наиболее близкое к оптимальному распределение показаний по влажности. Нелинейное усиление можно получить включением в обратную связь дифференциального усилителя последовательно с сопротивлением двух диодов, соединенных параллельно и противоположно направленных. В этом случае сигналы с большей амплитудой усиливаются меньше и наоборот. Коэффициенты преобладающего влияния влажности в формуле (2) для плотных и легких культур выравниваются.The use of nonlinear amplification of an electrical signal of low frequency allows you to get the closest to the optimal distribution of readings for humidity. Non-linear amplification can be obtained by including in the feedback of the differential amplifier in series with the resistance of two diodes connected in parallel and oppositely directed. In this case, signals with a larger amplitude are amplified less and vice versa. The coefficients of the prevailing effect of moisture in the formula (2) for dense and light cultures are aligned.
Узел температурной компенсации позволяет автоматически компенсировать влияние температуры.The temperature compensation unit allows you to automatically compensate for the effect of temperature.
На фиг.1 показана схема устройства. 1 - приемник-преобразователь влажности. 2, 3 и 4 - первая, вторая и третья секции приемника. 5 - общий электрод. 6 - внешние электроды. 7 - разделительная пластина. 8 - уплотнитель. 9 - измерительная электрическая схема. 10 - генератор. 11 - мостовая схема. 12 - пиковые детекторы. 13 - дифференциальный усилитель. 14 - регистратор. 15 - датчик температуры с усилителем. 16 - блок питания.Figure 1 shows a diagram of a device. 1 - receiver-converter of humidity. 2, 3 and 4 - the first, second and third sections of the receiver. 5 - common electrode. 6 - external electrodes. 7 - dividing plate. 8 - a sealant. 9 - measuring electrical circuit. 10 - generator. 11 is a bridge circuit. 12 - peak detectors. 13 - differential amplifier. 14 - the registrar. 15 - temperature sensor with amplifier. 16 - power supply.
На фиг.2 показано распределение показаний устройства для разных культур зернового производства. В горизонтальном направлении расположены показания устройства при высокой частоте генератора, в вертикальном направлении - при низкой.Figure 2 shows the distribution of the readings of the device for different crops of grain production. In the horizontal direction are the readings of the device at a high frequency of the generator, in the vertical direction - at low.
Устройство выполнено в одном корпусе. Приемник может выполняться как отдельно от корпуса устройства, так и вместе с ним. Уплотнитель установлен над окном приемника с возможностью освобождения окна или отдельной комплектующей частью. Тарирование регистратора и определение коэффициентов в формулах (1) и (2) выполняют по образцам известной влажности и плотности или эталонным образцам с известными эквивалентами влажности и плотности.The device is made in one housing. The receiver can be run both separately from the device and with it. The sealant is installed above the receiver window with the possibility of releasing the window or a separate component part. Calibration of the recorder and determination of the coefficients in formulas (1) and (2) are performed on samples of known humidity and density or reference samples with known equivalents of humidity and density.
Измерения выполняют в следующем порядке. Показание установленного в рабочее положение прибора приводят к 0. Если примерное значение влажности неизвестно, влажность определяют с использованием режима для исследуемого продукта, как при измерениях с устройством пат. №2130606.Measurements are performed in the following order. The reading of the device installed in the operating position leads to 0. If the approximate value of humidity is not known, humidity is determined using the mode for the product under study, as in measurements with the device US Pat. No. 2130606.
Если существует необходимость более надежного определения влажности, а также определения плотности, измерения выполняют в соответствии с формулами (1) или с использованием тарировочных таблиц, полученных в соответствии с этими формулами при влажностях менее 12%.If there is a need for a more reliable determination of humidity, as well as determination of density, measurements are performed in accordance with formulas (1) or using calibration tables obtained in accordance with these formulas at humidity less than 12%.
Сначала наполняют вторую секцию приемника и снимают показание В, затем наполняют исследуемым продуктом первую секцию и снимают показание А-В. По формулам (1) или соответствующим тарировочным таблицам определяют влажность и плотность.First, the second section of the receiver is filled and the reading B is taken, then the first section is filled with the test product and the reading AB is taken. According to formulas (1) or the corresponding calibration tables, humidity and density are determined.
Если влажность более 10%, наполняют продуктом обе секции, снимают показание при высокой частоте генератора, переключают на низкую частоту и снимают соответствующее показание. По формулам (2) или по тарировочным таблицам определяют влажность и плотность.If the humidity is more than 10%, fill both sections with the product, take a reading at a high frequency of the generator, switch to a low frequency and take the corresponding reading. According to formulas (2) or according to calibration tables, humidity and density are determined.
При влажностях более 20% определение влажности выполняют с использованием режимов измерений на высокой частоте.At humidity more than 20%, the determination of humidity is carried out using measurement modes at high frequency.
При включении в измерительную схему Pic-контроллеров с встроенными аналого-цифровыми преобразователями, устройствами памяти, арифметико-логическими устройствами весь процесс измерений автоматизируется, за исключением наполнения приемника и первоначального включения.When Pic-controllers with integrated analog-to-digital converters, memory devices, arithmetic-logic devices are included in the measuring circuit, the entire measurement process is automated, except for filling the receiver and initial switching on.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004109257/28A RU2281486C2 (en) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | Device for measuring humidity and density |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004109257/28A RU2281486C2 (en) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | Device for measuring humidity and density |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004109257A RU2004109257A (en) | 2005-09-27 |
| RU2281486C2 true RU2281486C2 (en) | 2006-08-10 |
Family
ID=35849797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004109257/28A RU2281486C2 (en) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | Device for measuring humidity and density |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2281486C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2716865C1 (en) * | 2019-06-06 | 2020-03-17 | Владимир Федорович Калугин | Device for measuring moisture content of loose substance |
| RU2732477C1 (en) * | 2019-12-31 | 2020-09-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" | Method and device for measuring absolute moisture content of materials |
| RU207872U1 (en) * | 2021-08-27 | 2021-11-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет» | Measuring system for determining moisture content and impurities of agricultural products |
-
2004
- 2004-03-30 RU RU2004109257/28A patent/RU2281486C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2716865C1 (en) * | 2019-06-06 | 2020-03-17 | Владимир Федорович Калугин | Device for measuring moisture content of loose substance |
| RU2732477C1 (en) * | 2019-12-31 | 2020-09-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" | Method and device for measuring absolute moisture content of materials |
| RU207872U1 (en) * | 2021-08-27 | 2021-11-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет» | Measuring system for determining moisture content and impurities of agricultural products |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004109257A (en) | 2005-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| McIntosh et al. | Fringing field capacitance sensor for measuring the moisture content of agricultural commodities | |
| US5483172A (en) | Radio frequency measuring apparatus | |
| RU2281486C2 (en) | Device for measuring humidity and density | |
| Taghinezhad et al. | Development of a capacitive sensing device for prediction of water content in sugarcanes stalks | |
| RU2433393C1 (en) | Device for measuring soil moisture | |
| Wu et al. | A grain moisture model based on capacitive sensor | |
| RU2167413C1 (en) | Device measuring water content in loose substances | |
| RU2658539C1 (en) | Device for measuring electrophysical parameters of oil and its components | |
| RU2130606C1 (en) | Gear measuring moisture content of loose substances | |
| RU2174678C1 (en) | Process estimating moisture content and density | |
| RU73488U1 (en) | SENSOR OF MECHANICAL AND ELECTRIC LIQUID PARAMETERS | |
| RU151743U1 (en) | HUMIDITY MEASUREMENT DEVICE | |
| RU207872U1 (en) | Measuring system for determining moisture content and impurities of agricultural products | |
| RU2408876C1 (en) | Method of measuring concentration of substances in media | |
| KR100289335B1 (en) | Nondestructive measuring apparatus for moisture content using phase difference | |
| SU591754A1 (en) | Instrument for measuring humidity of substances | |
| RU2806153C1 (en) | Moisture measurement of soil sapropel | |
| KR200292528Y1 (en) | Precision moisture meter using combination of dual high frequency change | |
| RU2354980C2 (en) | Method of determining dielectric constant of dielectric product | |
| JP2009281801A (en) | Characteristics measuring instrument for measuring target article | |
| SU842544A1 (en) | Loose material moisture meter | |
| SU1728765A1 (en) | Method for measuring humidity of solid and loose materials | |
| RU2034288C1 (en) | Meter of grain moisture | |
| SU685972A1 (en) | Moisture-content meter | |
| RU2078335C1 (en) | Method of measurement of moisture content and device for its realization |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070331 |