Пристрій для вимірювання вологості зразка матеріалу

Пристрій для вимірювання вологості зразка матеріалу, що вміщує мікрохвильову піч (П), в камері якої розміщений зразок вологого матеріалу, вхід П з'єднано з виходом цифро-аналогового перетворювача (ЦАП), вхід якого з'єднано з загальною шиною (ЗШ) електронно-обчислювальної машини (ЕОМ), П встановлена на від'юстовану в 36253 матеріалу, заноситься в оперативну пам'ять (ОП) ЕОМ. ЕОМ також керує включенням/виключенням НВЧ енергії через цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП), який своїм входом з'єднаний зі ЗШ, а виходом - з виконуючим пристроєм мікрохвильової печі. Після висушування (стабілізації показника Nc) маси вологи зразка матеріалу, результат розрахунку вимірюваної величини вологості - масової вологості W%, здійснюється в ОП ЕОМ по прийнятому в гравіметричному методі способі N - Nc m - mс W% = в ×100% = в ×100% Nв mв Незначний час висушування, під постійним контролем масовимірювання дозволяє дещо зменшити мультиплікативну похибку, обумовлену не стабільністю чутливості кожного із трьох каналів масовимірювальної платформи. Однак у відомому пристрої не вирішені задачі автоматичного встановлення нуля вихідної величини масовимірювального каналу і повної корекції його мультиплікативної похибки. Крім того, неминуча неоднаковість та нестабільність параметрів трьох силосприймаючих елементів, трьох силовимірювальних елементів, масштабних перетворювачів у відомому пристрої не усуваються, що обумовлює значну похибку вимірювання. В результаті невисокої точності вимірювання W% вірогідність вірного визначення вологовмісту в зразку матеріалу залишається низькою. В основу винаходу покладено задачу розробки такого пристрою для вимірювання вологості зразка матеріалу, який з введенням нових елементів та зв'язків дозволить незалежно від ступеня нестабільності та неідентичності параметрів вимірювальної схеми підвищити точність вимірювання вологості. Поставлена задача досягається тим, що в пристрій для вимірювання вологості зразка матеріалу, що вміщує мікрохвильову піч (П), в камері якої розміщений зразок вологого матеріалу, вхід П з'єднано з виходом цифро-аналогового перетворювача (ЦАП), вхід якого з'єднано з загальною шиною (ЗШ) електронно-обчислювальної машини (ЕОМ), П встановлена на від'юстовану в горизонтальному напрямку масовимірювальну платформу, яка спирається на три силосприймаючі елементів що встановлені симетрично центру маси упомянутої масовимірювальної платформи і з'єднані з входами трьох масовимірювальних каналів, кожний із яких складається із послідовно з'єднаних силовимірювального елементу, масштабного перетворювача, аналого-цифрового перетворювача (АЦП), ви хід якого з'єднано через ЗШ з ЕОМ, новим є те, що в кожний із трьох масовимірювальних каналів введені регульований масштабний перетворювач (РМП), вхід і вихід якого відповідно підключено до виходу масштабного перетворювача та входу АЦП, др угий ЦАП, вхід і вихід якого відповідно підключено через ЗШ до ЕОМ та керованого входу РМП. Введення в схему пристрою вказаних додаткових елементів та зв'язків забезпечує підвищення чутливості, автоматичне встановлення нуля вихідної величини масовимірювального каналу, повної корекції його мультиплікативної похибки, дозволяє забезпечити достовірність вимірювання вологовмісту зразка матеріалу. Суть запропонованого винаходу пояснює графічний матеріал, на якому зображена функціональна схема пристрою для вимірювання вологості зразка матеріалу (фіг.). Пристрій для вимірювання вологості зразка матеріалу містить мікрохвильову піч 1, в камері якої розміщено зразок вологого матеріалу 2, який нагрівають та висушують до постійної маси. Вхід печі 1 з'єднано з виходом цифро-аналогового перетворювача 3, вхід якого загальною шиною 4 з'єднано з електронно-обчислювальною машиною 5. Піч 1 встановлена на від'юстовану в горизонтальному напрямку масовимірювальну платформу 6, яка спирається на силосприймаючі елементи 7.17.3, що встановлені симетрично центру маси масовимірювальної платформи 6 і з'єднані з входами трьох масовимірювальних каналів, що містять послідовно з'єднані силовимірювальні елементи 8.1-8.3, масштабні перетворювачі 9.1-9.3, регульовані масштабні перетворювачі 10.1-10.3, аналогоцифрові перетворювачі 11.1-11.3, виходи яких з'єднані з електронно-обчислювальною машиною 5 через загальну шину 4; другі цифро-аналогові перетворювачі 12.1-12.3, входи і виходи яких відповідно підключено через загальну шину 4 до електронно-обчислювальної машини 5 та керованих входів регульованих масштабних перетворювачів 10.1-10.3. Пристрій для вимірювання вологості зразка працює таким чином. До моменту закладення в мікрохвильову піч 1 виміряного повірковим вологоміром зразка матеріалу 2, в ЕОМ 5 вносяться наступні значення кодів АЦП 11.1-11.3 n1 (t1 ) = S1 × (1 + a1) × m01 × g + Dn1 (1) n2 (t1 ) = S 2 × (1 + a2 ) × m02 × g + Dn2 (2) n3 (t 1 ) = S3 × (1 + a3 )× m 03 × g + D n3 (3) де S1, S2, S 3, a1 , a2, a3 - загальні коефіцієнти перетворення масовимірювальних каналів та їх відносні мультиплікативні похибки; m 01, m 02, m 03 - складові загальної маси мікрохвильової печі; g - константа земного тяжіння; Dn1, Dn2 , Dn 3 - абсолютні адитивні похибки кожного із трьох каналів. Далі другі ЦАП 12.1-12.3 кожного із масовимірювальних каналів встановлюють відповідно до значень К1, К2, К 3 коефіцієнти передачі регульованих масштабних перетворювачів 10.1-10.3 і тоді в ЕОМ 5 заносяться нові значення кодів АЦП 11.1-11.3 n1(t 2 ) = K1 × S1 × (1 + a1 )× m01 × g + Dn1 (4) n2 (t1 ) = K 2 × S 2 × (1 + a 2 )× m 02 × g + Dn 2 (5) n3 (t 1) = K 3 × S3 × (1 + a3 )× m 03 × g + Dn3 (6) Після закладення в камеру печі 1 вологого зразка матеріалу 2, одержимо в ЕОМ 5 систему нових значень кодів АЦП 11.1-11.3 n1 (t 3 ) = K1 × S1 × (1 + a1 )× g × (m 01 + mв1) + Dn1 (7) n2 (t 3 ) = K 2 × S 2 × (1 + a 2 )× g × (m02 + mв 2 ) + Dn2 (8) n3 (t 3= K 3 × S3 × (1 + a3 )× g× (m03 + mв3 ) + Dn3 ) (9) Встановивши другим ЦАП 12.1-12.3 попереднє значення коефіцієнтів передачі регульованих ма 2 36253 сштабних перетворювачів 10.1-10.3, одержимо значення кодів АЦП 11.1-11.3 у вигляді n1 (t 4 ) = K1 × S1 × (1 + a1 )× g × (m01 + mв1 ) + Dn1 (10) n2 (t 4 ) = K 2 × S2 × (1 + a2 )× g × (m 02 + mв2 ) + D n2 (11) в моменти часу, розраховує величини N1(ti), N2(ti), N3(ti) доки не досягаються наступні рівності, що вказують на момент закінчення висушування зразка матеріалу 2 N1 (t i ) = N1(t i+1 ) , n3 (t 4 ) = K 3 × S3 × (1 + a3 ) × g × (m 03 + mв3 ) + D n3 (12) Рівняння (1), (4), (7) та (10) утворюють систему n1 (t1 ) = S1 × (1 + a1) × m01 × g + Dn1 N2 (t i ) = N2 (t i +1) , N3 (t i ) = N3(t i+1 ) . Далі можливо записати співвідношення для складових маси сухого зразка матеріалу 2 кожного із масовимірювальних каналів mc1 = N1(t i+ 1) × m01 , mc 2 = N2 (t i +1) × m02 , n1(t 2 ) = K1 × S1 × (1 + a1 )× m01 × g + Dn1 (13) n1 (t 3 ) = K1 × S1 × (1 + a1 )× g × (m 01 + mв1) + Dn1 n1 (t 4 ) = S1 × (1 + a1 ) × g × (m01 + mв1 ) + Dn1 Аналогічні дві системи утворюють рівняння (2), (5), (8), (11) і (3), (6), (9), (12) інших масовимірювальних каналів. Система (13) відносно маси вологого зразка в ЕОМ 5 має рішення [n (t ) - n1(t 3 )] - [n1(t1 ) - n1 (t 2 )] mв1 = m 01 1 4 (14) n1 (t 1) - n1(t 2 ) Таким чином, в (14) різницею в чисельнику виключаються мультиплікативні a1, a2, a3 похибки масовимірювальних каналів та адитивні похибки Dn1, Dn 2, Dn3, які обумовлюють похибку встановлення нуля, а при діленні виключаються параметри S1, S2, S 3, К 1, К 2, К 3 нестабільності параметрів кожного із каналів. Позначивши в (14) результат розрахунку дробу як Nв1, одержимо mв1 = Nв1 × m01 . Аналогічно запишемо складові маси вологого зразка m в2 і m в3 двох інши х вимірювальних каналів mв2 = Nв 2 × m 02 , mc3 = N3 (t i +1 )× m 03 . Величина вологості зразка матеріалу 2 визначається по даним любого із масовимірювальних каналів, при цьому відміни шуканої величини, найденої по цим даним, полягають лише в незначній похибці розрахунків, яку також можливо зменшити, знайшовши середнє значення вологості зразка матеріалу mв1 - mс1 W ¢(% ) = ×100%, mв1 W ¢ ( %) = mв 2 - mс 2 ×100%, mв 2 W ¢¢(% ) = mв 3 - mс 3 mв 3 × 100%, W (% ) = [W ¢(% ) + W ¢ (%) + W ¢¢ (% )] / 3. Таким чином, вимірювання вологовмісту в зразках сипучих матеріалів показали, що пристрій для вимірювання вологості зразка матеріалу дозволяє забезпечити похибку вимірювання менше 0,1%, що свідчить про підвищення точності не менше чим на один порядок. mв3 = Nв3 × m 03 . Одержавши результати розрахунку N1, N2 , N3, ЕОМ 5 включає через ЦАП З мікрохвильову піч 1 і починає процес сушки, протягом якого періодично, 3 36253 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4