RU2694464C1 - Способ экспрессного измерения влажности диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по трубопроводу - Google Patents
Способ экспрессного измерения влажности диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по трубопроводу Download PDFInfo
- Publication number
- RU2694464C1 RU2694464C1 RU2018136026A RU2018136026A RU2694464C1 RU 2694464 C1 RU2694464 C1 RU 2694464C1 RU 2018136026 A RU2018136026 A RU 2018136026A RU 2018136026 A RU2018136026 A RU 2018136026A RU 2694464 C1 RU2694464 C1 RU 2694464C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- time
- humidity
- moisture content
- measurement
- light wave
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000012925 reference material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 abstract description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000005697 Pockels effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Использование: для систем автоматического контроля и измерения влажности двухфазного потока сыпучих диэлектрических материалов, перемещаемых воздухом по трубопроводу. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения влажности двухфазного потока сыпучего диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по трубопроводу, включает пропускание потока через электрическое поле и преобразование измерительных сигналов в цифровую форму, электрическое поле направляют по потоку через обкладки измерительного конденсатора диэлектрической вставки в трубопроводе, амплитудно модулируют токами поляризации диэлектрического материала световую волну, проходящую через амплитудный оптический модулятор света, регистрируют ее интенсивность, после преобразования измеренных сигналов в цифровую форму, определяют влажность элементарной массы транспортируемого материала за заданный промежуток времени - цикл измерения по отношению к эталонному материалу, среднее значение влажности по отношению к эталонному материалу за время транспортирования и истинную влажность исследуемого материала. Технический результат - упрощение способа и повышение точности измерения. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и измерения влажности двухфазного потока сыпучих диэлектрических материалов, перемещаемых воздухом по трубопроводу.
В настоящее время во многих отраслях промышленности при переработке сыпучих материалов применяется их пневмотранспортирование по трубопроводам. При пневмотранспортировании в технологических процессах производства необходим оперативный контроль влажности сыпучих материалов. Разработка новых методов и технических средств, обеспечивающих необходимое быстродействие и точность измерения влажности является актуальной задачей, особенно в фармацевтической промышленности для контроля остаточной влажности препаратов, как в процессе их производства, так и готовой продукции.
Известен способ определения остаточной влажности биопрепаратов. (Патент РФ №2090875, кл. G01N 25/56 путем определения влагосодержания, опубл. 20.09.1997 г.). Способ включает измерение стандартными методами остаточной влажности и одной из физических характеристик образца биопрепарата, построение калибровочной зависимости этой физической характеристики биопрепарата от его остаточной влажности, измерение физической характеристики исследуемого образца этого биопрепарата и определение по калибровочной зависимости его остаточной влажности. В качестве физической характеристики образца биопрепарата при определении остаточной влажности используют температуру изменения формы образца при нагревании. Изменение формы образца при нагревании контролируют визуально. Недостаток способа заключается в том, что для каждого образца биопрепарата необходимо предварительно строить калибровочную зависимость изменения формы образца при нагревании от его остаточной влажности, что определяет значительную трудоемкость способа. Температура изменения формы образца при нагревании контролируется визуально, что вызывает дополнительную субъективную погрешность измерения. Указанный способ не может быть реализован в автоматических измерительных системах экспрессного определения влажности материалов.
Известен способ измерения влажности (патент на изобретение RU №2571301 С2, опубл. 20.12.2015 г.), при котором измеряют резонансную частоту гармонического зондирующего сигнала во входной цепи первичного преобразователя, выполненного в виде отрезка длинной линии передачи, зондирующий сигнал формируют генератором, который перестраивают в диапазоне частот, причем с выхода генератора зондирующий сигнал подают на вход первичного преобразователя через измерительную ячейку, содержащую резистор и амплитудный детектор, производят измерение напряжения зондирующего сигнала во входной цепи первичного преобразователя с помощью указанного амплитудного детектора, при перестройке генератора определяют резонансную частоту по достижении минимума напряжения, измеренного с помощью амплитудного детектора или по достижении минимума отношения указанного напряжения к напряжению, измеренному с помощью второго детектора амплитуды, подключенного параллельно к входу измерительной ячейки, по значению резонансной частоты определяют влажность материала. В известном способе при перестройке генератора находят резонансную частоту, характеризующуюся тем, что входное сопротивление первичного преобразователя на этой частоте достигает минимума. Резонансную частоту определяют по минимуму напряжения, измеренного на входе первичного преобразователя.
Недостаток способа заключается в том, что для определения резонансной частоты необходимо перестраивать генератор, что увеличивает время измерения, поэтому такой способ не может быть применен для динамических измерений параметров быстропротекающих процессов, в частности, для контроля влажности пневмотраспортируемых материалов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ и устройство для экспрессного определения влажности и теплопроводности неметаллических материалов. (Патент РФ №2431134, кл. G01N 27/22, G01N 25/18, опубл. 10.10.2011 г.). Данный способ заключается в измерении электрической емкости датчика, преобразовании ее в значения определяемых величин и регистрации этих значений в измерительно-вычислительном устройстве, измеряют емкость датчика при нахождении его в воздухе, преобразуют измеренную емкость в пачку импульсов, которые заносят в память устройства, вводят датчик в соприкосновение с исследуемым материалом, повторяют операции по измерению, преобразованию емкости датчика в пачку импульсов и занесению их в память устройства, вычисляют значение влажности по формуле W=а+b1*(N1-N2)+b2*(N1-N2)2, где W - влажность; a, b1, b2 - эмпирические константы, хранящиеся в памяти устройства; N1 и N2 - число импульсов, занесенных в память устройства при нахождении датчика в воздухе и в соприкосновении с материалом соответственно. Полученные значения влажности в единицах измерения выводят на индикатор устройства. Процесс измерения влажности на известном устройстве является безынерционным и занимает несколько секунд.
Недостатками способа являются:
1. Недостаточное быстродействие для измерения влажности материала в процессе пневмотранспортирования.
2. Большая трудоемкость связанная с предварительны определением эмпирических констант, входящих в формулу вычисления влажности для разных материалов.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением - создание нового бесконтактного способа измерения влажности сыпучего диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по трубопроводу, базирующегося на одном измеряемом параметре.
Технический результат - упрощение способа и повышение точности измерения.
Указанный результат достигается тем, что в способе измерения влажности диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по трубопроводу, включающем пропускание потока через электрическое поле и преобразование измерительных сигналов в цифровую форму, электрическое поле создают в измерительном конденсаторе диэлектрической вставки в трубопроводе, амплитудно модулируют токами поляризации потока диэлектрического материала световую волну, проходящую через амплитудный оптический модулятор света, регистрируют ее интенсивность, после преобразования измеренных сигналов в цифровую форму, определяют элементарную площадь под графиком зависимости интенсивности световой волны от времени - цикл измерения для первоначально пропускаемого эталонного материала с заданным содержанием влаги, заносят в память устройства, затем пропускают поток исследуемого материала, повторяют операции по измерению элементарной площади под графиком зависимости интенсивности световой волны от времени - цикл измерения для потока исследуемого материала и заносят в память устройства, вычисляют значение влажности по формуле:
где W - влажность элементарной массы транспортируемого материала за заданный промежуток времени - цикл измерения по отношению к эталонному материалу, ΔS1 - элементарная площадь под графиком зависимости световой волны от времени за цикл измерения для исследуемого материала, ΔS2 - элементарная площадь под графиком зависимости световой волны от времени за цикл измерения для данного эталонного материала с заданным содержанием влаги; определяют полную площадь под графиком зависимости интенсивности световой волны от времени транспортирования исследуемого материала сложением элементарных площадей по формуле:
где n - число циклов измерения за заданное время транспортирования;
определяют полную площадь под графиком интенсивности световой волны от времени транспортирования данного эталонного материала с заданным содержанием влаги путем циклического сложения элементарных площадей по формуле:
вычисляют среднее значение влажности по отношению к эталонному материалу по формуле:
вычисляют истинную влажность исследуемого материала по формуле:
Wcp.=Wcр.отн.*k,
где k - доля содержания влаги в эталонном материале с заданным содержанием влаги.
Способ осуществляется следующим образом.
Двухфазный поток сыпучего диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по трубопроводу, пропускают через электрическое поле, создаваемое конденсатором, расположенным в диэлектрической вставке в трубопроводе. Световую волну, проходящую через амплитудный оптический модулятор света, амплитудно модулируют токами поляризации диэлектрического материала и регистрируют ее интенсивность. Измеренные аналоговые сигналы напряжения преобразуют в цифровую форму в микроконтроллере, где они обрабатываются по заданному алгоритму, а именно: определяется элементарная площадь под графиком зависимости интенсивности световой волны от времени - цикл измерения для первоначально пропускаемого эталонного материала с заданным содержанием влаги и заносят в память устройства, затем пропускают поток исследуемого материала и повторяют операции по измерению элементарной площади под графиком зависимости световой волны от заданного времени - цикл измерения для потока исследуемого материала и заносят в память устройства, вычисляется влажность элементарной массы исследуемого транспортируемого материала за заданный промежуток времени - цикл измерения; затем определяется полная площадь под графиком интенсивности световой волны от времени транспортирования сложением циклических элементарных площадей для эталонного материала с заданным содержанием влаги и для соответственно для исследуемого материала; вычисляется среднее значение влажности исследуемого материала по отношению к эталонному материалу, затем вычисляется истинная влажность исследуемого материала.
Пример осуществления способа.
Способ может быть осуществлен с помощью устройства, изображенного на Фиг. 1. Устройство содержит встроенную в трубопровод 1 измерительную диэлектрическую вставку 2, высоковольтный источник питания 3, соединенный с последовательно включенными обкладками 4 измерительного конденсатора и обкладками регистрирующего конденсатора 5, между которыми располагается кристалл ниобата лития 6 - представляющие амплитудно оптический модулятор Поккельса, на вход которого через поляризирующую призму 7 поступает световая волна генерируемая лазерным диодом 8, которая на выходе из кристалла 6 отражается плоским зеркалом 9 в обратном направлении; промодулированная дважды - в прямом и обратном направлении световая волна через поляризующую призму 7 поступает на фотоприемник 10, соединенным с микроконтроллером 11, выход которого соединен с индикатором 12.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Двухфазный материаловоздушный поток, материальная составляющая которого представляет сыпучий диэлектрический материал, пропускают по трубопроводу 1 через измерительную вставку 2 с вмонтированными в нее обкладками 4 измерительного конденсатора, которые подключены последовательно к высоковольтному источнику питания 3 и к обкладкам 5 регистрирующего конденсатора. Высоковольтный источник питания создает электрическое поле на обкладках 4 измерительного конденсатора направленное по движению двухфазного материаловоздушного потока. Движение двухфазного материало-воздушного потока вызывает изменение емкости измерительного конденсатора 4 пропорционально изменению концентрации материала в двухфазном потоке в соответствии с диэлектрической проницаемостью транспортируемого материала, что приводит к изменению напряженности электрического поля в последовательно включенной ячейке Поккельса, состоящей из кристалла ниобата лития 6 с обкладками регистрирующего конденсатора 5. Изменение напряженности электрического поля вызывает амплитудную модуляцию светового потока, генерируемого лазерным излучателем 8, проходящего через поляризующую призму 7 и электрооптический элемент - кристалл ниобата лития 6. Промодулированный световой поток отражается в плоском зеркале 9 и проходит в обратном направлении через электрооптический элемент 6. Зеркало 9 позволяет удвоить длину оптического пути светового потока через электрооптический элемент и соответственно его модуляцию, повысить чувствительность измерителя. Интенсивность амплитудно-модулированной световой волны в зависимости от концентрации материала, проходящего через измерительную вставку, регистрируется фотоприемником 10, с выхода которого аналоговый электрический сигнал напряжения поступает в микроконтроллер 11, содержащий усилитель сигнала и АЦП - амплитудно-цифровой преобразователь, где, после преобразования измеренных аналоговых сигналов напряжения в цифровую форму, вычисляется в соответствии с заложенным алгоритмом влажность элементарной массы транспортируемого материала за заданный промежуток времени - цикл измерения по отношению к эталонному материалу, среднее значение влажности по отношению к эталонному материалу за время транспортирования и истинная влажность исследуемого материала. С выхода микроконтроллера 11 информацию направляют на индикатор 12. На индикаторе отображается образ представления результатов измерения влажности в виде цифр, графиков и гистограмм. Устройство изготавливают из покупных изделий.
Таким образом, предлагаемый способ измерения влажности является бесконтактным, обладает повышенным быстродействием и точностью измерений, поскольку базируется на эффекте Поккельса, просто технически реализуемым. Способ является универсальным для определения влажности сыпучих диэлектрических материалов в технологическом процессе их пневмотранспортирования.
Claims (12)
- Способ измерения влажности диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по трубопроводу, включающий пропускание потока через электрическое поле и преобразование измерительных сигналов в цифровую форму, отличающийся тем, что электрическое поле создают в измерительном конденсаторе диэлектрической вставки в трубопроводе, амплитудно модулируют токами поляризации потока диэлектрического материала световую волну, проходящую через амплитудный оптический модулятор света, регистрируют ее интенсивность, после преобразования измеренных сигналов в цифровую форму, определяют элементарную площадь под графиком зависимости интенсивности световой волны от времени - цикл измерения для первоначально пропускаемого эталонного материала с заданным содержанием влаги, заносят в память устройства, затем пропускают поток исследуемого материала, повторяют операции по измерению элементарной площади под графиком зависимости интенсивности световой волны от времени - цикл измерения для потока исследуемого материала и заносят в память устройства, вычисляют значение влажности по формуле
- где W - влажность элементарной массы транспортируемого материала за заданный промежуток времени - цикл измерения по отношению к эталонному материалу, ΔS1 - элементарная площадь под графиком зависимости световой волны от времени за цикл измерения для исследуемого материала, ΔS2 - элементарная площадь под графиком зависимости световой волны от времени за цикл измерения для данного эталонного материала с заданным содержанием влаги; определяют полную площадь под графиком зависимости интенсивности световой волны от времени транспортирования исследуемого материала сложением элементарных площадей по формуле
- где n - число циклов измерения за заданное время транспортирования;
- определяют полную площадь под графиком интенсивности световой волны от времени транспортирования данного эталонного материала с заданным содержанием влаги путем циклического сложения элементарных площадей по формуле
- вычисляют среднее значение влажности по отношению к эталонному материалу по формуле
- вычисляют истинную влажность исследуемого материала по формуле
- Wср.=Wср.отн*k,
- где k - доля содержания влаги в эталонном материале с заданным содержанием влаги.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018136026A RU2694464C1 (ru) | 2018-10-11 | 2018-10-11 | Способ экспрессного измерения влажности диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по трубопроводу |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018136026A RU2694464C1 (ru) | 2018-10-11 | 2018-10-11 | Способ экспрессного измерения влажности диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по трубопроводу |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2694464C1 true RU2694464C1 (ru) | 2019-07-15 |
Family
ID=67309079
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018136026A RU2694464C1 (ru) | 2018-10-11 | 2018-10-11 | Способ экспрессного измерения влажности диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по трубопроводу |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2694464C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2796213C1 (ru) * | 2023-02-22 | 2023-05-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости для диэлькометрических USB влагомеров зерна |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU930068A1 (ru) * | 1980-10-04 | 1982-05-23 | За витель | Устройство дл измерени влажности сыпучего материала |
SU1675676A1 (ru) * | 1989-05-26 | 1991-09-07 | Институт технической механики АН УССР | Расходомер |
RU2063615C1 (ru) * | 1993-09-15 | 1996-07-10 | Андрейчиков Борис Иванович | Способ измерения покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока и устройство для его осуществления |
WO2008020762A1 (en) * | 2006-08-17 | 2008-02-21 | Rolls-Royce Marine As | Method for real time measurement of mass flow rate of bulk solids |
RU2339914C2 (ru) * | 2006-11-20 | 2008-11-27 | Новосибирский государственный технический университет | Измеритель параметров двухфазного потока сыпучих веществ, перемещаемых воздухом по металлическому трубопроводу |
-
2018
- 2018-10-11 RU RU2018136026A patent/RU2694464C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU930068A1 (ru) * | 1980-10-04 | 1982-05-23 | За витель | Устройство дл измерени влажности сыпучего материала |
SU1675676A1 (ru) * | 1989-05-26 | 1991-09-07 | Институт технической механики АН УССР | Расходомер |
RU2063615C1 (ru) * | 1993-09-15 | 1996-07-10 | Андрейчиков Борис Иванович | Способ измерения покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока и устройство для его осуществления |
WO2008020762A1 (en) * | 2006-08-17 | 2008-02-21 | Rolls-Royce Marine As | Method for real time measurement of mass flow rate of bulk solids |
RU2339914C2 (ru) * | 2006-11-20 | 2008-11-27 | Новосибирский государственный технический университет | Измеритель параметров двухфазного потока сыпучих веществ, перемещаемых воздухом по металлическому трубопроводу |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2796213C1 (ru) * | 2023-02-22 | 2023-05-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости для диэлькометрических USB влагомеров зерна |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104458650A (zh) | 用于测量试样气体的气体成分浓度的气体分析仪和方法 | |
RU2694464C1 (ru) | Способ экспрессного измерения влажности диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по трубопроводу | |
US2648249A (en) | Frequency modulated photometer | |
US3045175A (en) | Second-harmonic moisture meter for continuous flow | |
RU2435141C1 (ru) | Измеритель расхода двухфазного потока сыпучих диэлектрических материалов, перемещаемых воздухом по металлическому трубопроводу | |
RU132548U1 (ru) | Фотометр пламенный | |
US3443220A (en) | Dielectric materials gauging system with input signal frequency automatically variable in response to a variation from a selected phase shift in the detected signal | |
WO2015064370A1 (ja) | 坪量及び水分量の測定方法と装置 | |
RU2601275C1 (ru) | Устройство для измерения концентрации сыпучего материала | |
RU2803823C1 (ru) | Дифракционный способ измерения линейного размера объекта | |
RU2565348C1 (ru) | Измеритель расхода двухфазного потока диэлектрических материалов, перемещаемых воздухом по металлическому трубопроводу | |
RU2715347C1 (ru) | Волоконно-оптический измеритель напряжения | |
RU2579868C1 (ru) | Способ измерения вебер-амперной характеристики электротехнического изделия и устройство для его реализации | |
RU2701783C2 (ru) | Информационно-измерительная система контроля толщины и массы диэлектрических плоских изделий | |
RU2518514C1 (ru) | Способ измерения расхода двухфазного потока сыпучего диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по металлическому трубопроводу | |
SU746320A1 (ru) | Устройство дл измерени коэффициента гармоник усилителей мощности | |
RU2569946C1 (ru) | Способ измерения влажности древесины с использованием инфракрасного излучения | |
SU1071973A1 (ru) | Устройство дл измерени диэлектрической проницаемости материалов,покрытых защитной диэлектрической пленкой | |
SU650022A1 (ru) | Устройство дл измерени нестабильности фазовых сдвигов свч-элементов | |
RU151743U1 (ru) | Устройство для измерения влажности | |
SU708267A1 (ru) | Устройство дл измерени параметров варикапа | |
SU381042A1 (ru) | Устройство для проверки фазометров | |
JP2022155003A (ja) | 測定装置及び測定方法 | |
RU2526795C1 (ru) | Фотометр пламенный | |
SU687341A1 (ru) | Способ определени поперечного размера движущегос издели и устройство дл его осуществлени |