Способ измерения влажности

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1770863 я)5 6 01 й 22/ И ЕН ВТ а Ф/+ 00, (1) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР НИЕ ИЗОБР ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Рязанский радиотехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1065154, кл. 6 01 В 25/06, 1981.Авторское свидетельство СССР.М 1075127, кл. б 01 й 22/04, 1981,(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ(57) Использование: изобретение относитсяк измерительной технике и может использоваться для определения влажности материИзобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерению влажности материалов, преимущественно текстильного сырья (шерсти, хлопка, льна и др.).Известен способ сверхвысокочастотной (СВЧ) елагометрии (1,2), основанный на пропускании через образец материала электромагнитных СВЧ волн и измерении их ослабления и фазового сдвига, Эти информативные параметры проходящей волны связаны сложными нелинейными зависимостями (1,2) с влажностью материала и рядом других величин - прежде всего, с температурой и плотностью, Введение поправок на изменение мешающих величин в широком диапазоне значений влажности 9 Ч практически трудно осуществимо, Противоречие между шириной диапазона и точностью измерения является серьезным недостатком сверхеысокочастотных елагомущественно текстильного ость изобретения: в одном споавиметрического и СВЧ-метоения елажности образца.влажности методом СВЧ прореднем" - ограниченном с трчки сти замеров диапазоне значети, При значении влажности, а пределы данного диапазона, олнительно сушат, Если начальть больше верхней границы диобраэец подсушивают до этого начения влажности, а при нажности, меньшей установленраницы, осуществляют полную алов, преи сырья. Сущн сое термогр дов иэмер Регистрация водится в "с зрения точно ний влажнос выходящем з образец доп ная влажнос апазона, то ГраничноГо э чальной вла ной нижней г сушку образ меров, препятствующим их широкому внедрению (2,3).Отмеченный недостаток СВЧ-влагометрии отсутствует при термогравиметрическом способе измерения влажности, заключающемся в высушивании образцов, их взвешивании до и после сушки и расчете влажности. Однако термогравиметрическому способу присуще низкое быстродействие из-за медленной убыли влаги в процессе сушки,Уменьшение времени определения влажности ЧЧ может быть достигнуто при переходе к неполному подсушиванию образца материала. В известном способе (4) измерения В/ с неполным удалением влаги искомую величину рассчитывают по форму- ле100 где гл - масса образца до подсушивания; ек - масса образца после подсушивания; М/ - влажность образца после подсушивания, %Данный способ, как указывается в его описании (4), предусматривает пассивную сушку при комнатной температуре до влажности 25 - 30. Этим, во-первых, ограничивается возможность увеличения скорости высушивания, Во-вторых. недостатком известно(о способа являртеФ заложенное в нем противоречие междускоростью измерения и шириной диапазона Определяемой влажности: чем ниже установлена граница В/, тем продолжительнее подсушивание прибольшой начальной влажности Ян.Первый недостаток устраняется в рамках рассматриваемого способа переходом к активной сушке: скорость ее в этом случае ограничивается энергозатратами, Второй недостаток может быть уменьшен путем сужения диапазона сушки без иэменения диапазона измерения, Так известно устройство (5), где способ, аналогичный (4), реализуется активной сушкой образца. определением посредством взвешивания в процессе сушки начальной (пт) и конечной (т) масс (образца) и диэлькометрическим измерением остаточной влажности Ио с последующим расчетом искомой начальной влажности по приведенной в описании (5) формуле щу= " 100 +Ко (2)глВ этом устройстве противоречие между скоростью измерения и шириной его диапазона частично разрешается исключением из диапазона сушки интервала малых влажностей, соответствующего наличию в материале связанной воды. Дальнейшее сужение диапазона сушки за счет поднятия границы Ло диэлькометрического измерения невозможно из-за, во-первых. большого разброса влажностей образцов даже одной партии (например, От 15 до 50 фД). во-вторых, плохой работы диэлькометрических влагомеров с электродными чувствительными элементами в области высоких влагосодержаний (1), Отмеченные существенные недостатки известного устройства (5), принимаемого в качестве прототипа, препятствуют сокращению времени измерений в произвольно широком диапазоне значений влажности.Цель изобретения состоит в сокращении времени измерений.Поставленная цель достигается тем, что реализуемый в устройстве-прототипе (5) способ, включающий сушку образца, определение посредством взвешивания в проБ 10 15 20 25 30 35 40 48 50 55 цессе сушки начальной и конечной масс (образца) и диэлькометрическое измерение остаточной влажности, дополняют следующими операциями: предварительным пропусканием через образец электромагнитных СВЧ волн, определением значения влажности 9/ по величине и фазовому сдвигу прошедшего сигнала, сравнением величины Я с заранее выбраннь 1 ми значениями Ю 1 и Я 2, При этОИ, если Ю 1ЧЧЧЧ 2, то измеренное значение влажности принимают за истинное; если ЧЧЧЧ 2, сушку образца ведут до получения значения влажности Юк = ЧЧ 2, КОТОРОЕ ОПРЕДЕЛЯЮТ ПО ВЕЛИЧИНЕ И фазовому сдвигу СВЧ сигнала; если ЧЧВ/1, сушку образца ведут до значения влажности %, равного остаточной влажности, а истинное значение влажности Юн в обоих случаях определяют по Формуле (1), то есть глкВ основе заявляемого способа лежит, таким образом, известная идея комплексирования термогравиметрического и нетермогравиметрического методов измерения. Вместе с тем заявляемое решение отличается от известного установлением нового интервала (Ю 1, Я 21 нетермогравиметрического измерения в средней части диапазона измеряемых влажностей, а также пезеходом к СВЧ-диапазону 310 - 3 10 Гц; последнее позволяет снять присущее диэлькометрическим влагомерам ограничение верхнего предела измерений (1). Отличие От прототипа сОстОит и В том, что сушку проводят при значениях влажности, выходящих из установленного для нетермогравиметрического измерения материала как сверху, так и снизу; достигаемая в результате сушки конечная влажность в том и другом случаях различна, Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна",Сравнение предлагаемого способа с другими известными техническими решениями показывает, что все применяемые здесь операции сами по себе известны. Однако - каждая в отдельности и в известных комбинациях - они не позволяют достичь того эффекта, который обнаруживается в их но,вой взаимосвязи, а именно: сокращение времени измерения влажности в произвольно широком диапазоне ее значений. Именно предлагаемые условия и порядок проведения известных операций - СВЧ измерения, сушки и взвешивания, диэлькрметрического измерения - приводят к появлению новых полезных свойств и можно говорить о соответствии заявляемогого 25 30 35 40 45 00,ЧЧн глкответственнбразцэ. льнэя где в и гпк - с конечная массы способа критерию "существенные отличия". Следует иметь в виду, что достигаемое уменьшение времени измерений означает не только повышение производительности установки, но и снижение энергозатрат.Предложенный способ поясняется структурной схемой (фиг.1) реализующего его устройства. которое осуществляет следующие операции по измерению влажности материала:а) от зэдатчика границ 8 вводятся в вычислитель 6 значения влажностей В/, В/2, В/о (например, для партии шерсти с ориентировочным разбросом значений влажности образцов ЧЧ = 10-50%, В/1 - 20, В/2 = = г 5%, В/. = з%),б) от генератора - излучателя 1 на образец в камере 2 направляются Свч волны;в) прошедшие через образец волны воспринимаются антекной 10; изменение их амплитуды и фазовый сдвиг преобразуются блоком 11 в величину влажности В/;г) значение ЧЧ, измеренное СВЧ способом, вводится через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7 в вычислитель 6, где сравнивается с граничными ранее установленными значениями В/ и ЧЧ 2; если В/В/УУ 2, то измеренное СВЧ способом значение В/ принимают эа истинное;д) если ЧЧЧЧ 2, то СВЧ генератор 1 переключается в режим сушки образца; в предшествующий этому момент вычислитель 6 запоминает поступающее, через АЦП 7 значение начальной массы и образца; периодически вычислитель формирует команды на переключение СВЧ генератора с излучателем в режим измерения, в процессе которого от преобразователя 11 в вычислитель б поступает информация о текущей влажности ЧЧ образца; кэк только значение ЧЧ попадает в интервал ЧЧ, ЧЧЯ, процесс сушки уже не возобновляется, а данное значение В/фиксируется как конецкое(В/=В/к); в вычислителе б запоминается в этот мо. мент информация о конечной массе ик образца (после сушки), полученная с электронных весов 5; на основе значений т, гпк, ЧЧх в вычислителе определяется начальная - искомая влажность по формуле (1); е) если В/В/1, то получаемая с электронных весов информация о массе и образца кодируется и запоминается в соответствующем блоке вычислителя 6; далее по программе вычислитель вырабатывает команду включения сушки и передает ее на генератор 1, причем мощность генератора регулируется в соответствии с температурой материала, которая измеряется датчиком 4 и поддерживается постоянной; в процессе сушки диэлькометрический преобразователь 3 вырабатывает и передает в вычислитель 6 сигнал, пропорциональный влажности материала; при достижении заданной остаточкой влажности В/ вычислитель 6 выключает генератор 1 и прекращает сушку, одновременно запоминая информацию о конечной массе гпк образца; на основе значений в, ак, В/о в вычислителе 6 определяется начальная влажность по формуле (1) с учетом, что В/к = 9/о.Формула изобретения Способ измерения влажности, включающий сушку образца, определение посредством взвешивания в процессе сушки начальной и окечной масс (образца), диэлкометрическое измерение остаточной влажности. о т л и ч а ю щ и й с я тем. что, с целью сокращения времени измерений, предварительно через образец пропускают электромагнитную СВЧ-волну, и по величине и фаэовому сдвигу прошедшего сигнала определяют значение влажности ЧЧ, которое сравнивают с заранее выбранными значениямии В/1 и В/2, при этОм если ЧЧВ/ 5 В/2, то измеренное значение влажности принимает за истинное, если В/ЧЧ 2, сушку образца ведут до получения значения Влажности В/к = В/2, которое определяют по величине и фэзовому сдвигу СВЧ-сигнала, если ЧЧ ( В/, сушку образца ведут до значения влажности В/, равного остаточной влажности. а истинное значение влажности В/н в обоих случаях определяют по формуле:1770863 Составитель В,ФедоровТехред М.Моргентал рректор Э,Лончако Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул.Гагарина, 10 аказ 3738 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5