Пристрій для автоматичного керування процесом висушування діелектричних матеріалів

Пристрій для автоматичного керування процесом висушування діелектричних матеріалів, що містить джерело живлення, до якого підключені послідовно з'єднані генератор НВЧ коливань, автоматичний регулятор потужності, спрямований відгалужувач хвилі, що падає, вентиль і спрямований відгалужувач відбитої хвилі, до виходу основ Винахід відноситься до сушильної техніки, а саме до автоматизації процесів висушування діелектричних матеріалів в надвисокочастотному (НВЧ) електромагнітному полі Особливістю автоматизації висушування діелектричних матеріалів у НВЧ полі є необхідність регулювання потужності, яка підводиться до сушилки, в такій КІЛЬКОСТІ, щоб забезпечувався односторонній ПІДХІД до заданої вологості по аперіодичному закону без перерегул ювання При перерегулюванні (що в даному випадку виявляється як пересушування матеріалу) необхідно зволожування матеріалу з використанням додаткового обладнання, значних витрат енергії та часу Тому в приладах управління НВЧ сушилками використовується зворотний зв'язок по вологості, що дозволяє зменшувати потужність по мірі наближення до заданого значення остаточної вологості Як сигнал зворотного зв'язку найчастіше використовують відбиті від висушуваного матеріалу елек ного тракту якого підключена сушарка, джерело опорної напруги, диференціальний підсилювач, один вхід якого з'єднаний з виходом джерела опорної напруги, вихід з'єднаний з керуючим входом автоматичного регулятора потужності, послідовно з'єднані атенюатор, детектор і підсилювач, і реєструючий прилад, який відрізняється тим, що в нього введені два НВЧ-ключа, хвилевідний трійник, фільтр нижніх частот, фільтр верхніх частот, синхронний детектор і парафазний генератор низької частоти, виходи якого з'єднані з керуючими входами першого і другого НВЧ ключів і двома керуючими входами синхронного детектора, вихід якого з'єднаний з другим входом диференціального підсилювача, а вхід через фільтр верхніх частот з'єднаний з виходом підсилювача, до якого також через фільтр нижніх частот підключений реєструючий прилад, вторинний контакт якого з'єднаний з джерелом живлення, виходи вторинних трактів спрямованих відгалужувачів через НВЧ-ключі з'єднані з входами хвилевідного трійника, вихід якого з'єднаний з входом атенюатора тромагнітні хвилі, інтенсивність яких зменшується по мірі висушування матеріалу Відомий пристрій автоматичного управління процесом висушування діелектричних матеріалів (див А с СРСР №357429, кл F26B9/01, 1970 р), що містить вимірник вологості і послідовно з'єднані генератор НВЧ коливань, направлений відгалужувач відбитої хвилі, атенюатор, детектор, підсилювач і реєструючий прилад Недоліком відомого пристрою є те, що при зменшенні НВЧ потужності, що генерується, в процесі висушування відбувається зменшення інтенсивності відбитої хвилі Це не дозволяє однозначно оцінювати поточну вологість висушуваного матеріалу по рівню відбитої хвилі Відомий пристрій автоматичного управління процесом висушування діелектричних матеріалів (див А с СРСР №705223, кл F26B25/22, F26B3/34, 1978 р), що містить вимірник вологості і послідовно з'єднані генератор НВЧ коливань, на О (О (О 00 44866 правлений відгалужувач відбитої хвилі, атенюадодаткову похибку в вимірі коефіцієнта відбивання тор, детектор, підсилювач і реєструючий прилад, а висушуваного матеріалу Так, два НВЧ детектора, також другий генератор НВЧ коливань, включений навіть при цілком ідентичних конструкціях детекпаралельно першому, порівняльний елемент, торних секцій і однакових вольтамперних характез'єднаний одним входом з реєструючим приладом ристиках ДІОДІВ по постійному струму, в діапазоні і підключений на вхід другого генератора НВЧ коНВЧ можуть істотно відрізнятися по своєму повливань, вимірник вологості, оснащений задатчиному опору, а отже, по чутливості Тому похибки ком напруги, що з'єднаний з другим входом порівдвоканальних вимірників коефіцієнта відбивання няльного елементу не дозволяють з високою точністю контролювати вологість матеріалу Задатчиком встановлюється значення остаточної вологості матеріалу, а вихідна напруга порівВ основу винаходу покладена задача створенняльного елементу регулює потужність другого ня такого пристрою для автоматичного управління НВЧ генератора При цьому перший НВЧ генерапроцесом висушування діелектричних матеріалів, тор використовується як основне джерело енергії в якому введення нових елементів і зв'язків ДОЗВОвисушування Паралельна робота двох НВЧ генеЛИЛО б з високою точністю отримувати задані знараторів зменшує вплив зниження потужності дручення остаточної вологості без пересушування гого НВЧ генератора на рівень відбитого сигналу, матеріалу що підвищує точність виміру вологості висушуваПоставлена задача вирішується тим, що в ного матеріалу Однак, зміна потужності тільки пристрій для автоматичного управління процесом одного НВЧ генератора при постійному режимі висушування діелектричних матеріалів, що містить роботи другого, більш потужного, знижує ефективджерело живлення, до якого підключені послідовність регулювання НВЧ потужності, яка підводитьно з'єднані генератор НВЧ коливань, автоматичся до висушуваного матеріалу Зокрема, не виний регулятор потужності, направлений відгалужуключене перерегул ювання при ПІДХОДІ ДО вач хвилі, що падає, вентиль і направлений остаточної вологості, що задається задатчиком, відгалужувач відбитої хвилі, до виходу основного через продовження роботи основного НВЧ генератракту якого підключена сушарка, джерело опортора ної напруги, диференціальний підсилювач, один вхід якого з'єднаний з виходом джерела опорної Відомий також пристрій для автоматичного напруги, вихід з'єднаний з керуючим входом автоуправління процесом висушування діелектричних матичного регулятора потужності, послідовно з'єдматеріалів (див Абубакиров Б А, Гудков К Г, нані атенюатор, детектор і підсилювач, і реєструНечаев Е К Измерение параметров радиотехниючий прилад, згідно винаходу введені два НВЧ ческих цепей/ Под ред В Г Андрушенко, ключа, хвилеводний трійник, фільтр нижніх частот, Б П Фатеева- М Радио и связь, 1984, с 116-117), фільтр верхніх частот, синхронний детектор і пащо містить джерело живлення, до якого підключені рафазний генератор низької частоти, виходи якого послідовно з'єднані генератор НВЧ коливань, авз'єднані з керуючими входами першого і другого томатичний регулятор потужності, направлений НВЧ ключів і двома керуючими входами синхровідгалужувач хвилі, що падає, вентиль і направленного детектора, вихід якого з'єднаний з другим ний відгалужувач відбитої хвилі, до виходу основвходом диференціального підсилювача, а вхід ного тракту якого підключена сушарка, джерело через фільтр верхніх частот з'єднаний з виходом опорної напруги, диференціальний підсилювач, підсилювача, до якого також через фільтр нижніх один вхід якого з'єднаний з виходом джерела опочастот підключений реєструючий прилад, вторинрної напруги, вихід з'єднаний з керуючим входом ний контакт якого з'єднаний з джерелом живлення, автоматичного регулятора потужності, послідовно виходи вторинних трактів направлених відгалужуз'єднані атенюатор, детектор і підсилювач, і ревачів через НВЧ ключі з'єднані з входами хвилеєструючий прилад Крім того, відомий пристрій водного трійника, вихід якого з'єднаний з входом містить другі послідовно з'єднані атенюатор, детеатенюатора ктор і підсилювач, що з'єднаний з другим входом диференціального підсилювача, вхід другого атеСаме введення в схему пристрою генератора нюатора з'єднаний з виходом вторинного тракту низької частоти, хвилеводного трійника і двох НВЧ направленого відгалужувача хвилі, що падає Вхід ключів, що переключаються протифазними напрупершого атенюатора з'єднаний з виходом вторингами низької частоти, забезпечує почергове детекного тракту направленого відгалужувача відбитої тування НВЧ коливань, що падають, і відбитих хвилі, а до виходу першого підсилювача підключеколивань одним детектором, а введення фільтрів ний реєструючий прилад нижніх і верхніх частот дозволяє поділити змінну і постійну складові вихідної напруги детектора, з Автоматичний регулятор потужності (АРП) яких змінна складова напруги після випрямлення стабілізує потужність хвилі, що падає, на рівні, введеним синхронним детектором використовуякий задається напругою джерела опорної напрується для автоматичного регулювання потужності ги, що забезпечує пропорційність показань прилаНВЧ коливань, що подаються до сушарки, а поду, який вимірює потужність відбитої хвилі за постійна складова дає інформацію про коефіцієнт точною вологістю висушуваного матеріалу Однак, відбивання висушуваного матеріалу незалежно від таке стабілізуюче регулювання потужності хвилі, потужності НВЧ випромінювання, яке підводиться що падає, не забезпечує зменшення енергії, яка до сушарки, що дозволяє знижувати потужність підводиться до сушарки, по мірі висушування мавипромінювання по мірі висушування матеріалу і теріалу, що не виключає можливість його пересуконтролювати з високою точністю остаточну волошування Крім того, неминуча неідентичність харагість матеріалу, по якій при досягненні заданого ктеристик двох детекторів і підсилювачів викликає 5 44866 значення можна вчасно вимикати джерело НВЧ Р і - потужність генератора 2 НВЧ коливань енергії, не припускаючи пересушування матеріалу Відеоімпульси (1) і (2) почергово підсилюються На кресленні показана функціональна схема підсилювачем 13 і далі надходять на фільтри верпристрою для автоматичного управління процесом хніх 14 і нижніх 18 частот Фільтром 14 верхніх висушування діелектричних матеріалів частот з ПОСЛІДОВНОСТІ відеоімпульсів виділяється Пристрій містить джерело живлення 1, до якозмінна складова напруги низької частоти При рівго підключені послідовно з'єднані генератор 2 НВЧ ності коефіцієнтів передач направлених відгалуколивань, автоматичний регулятор потужності З, жувачів 8 і 9 (&2 = &з) амплітуда низькочастотної направлений відгалужувач 4 хвилі, що падає, веннапруги тиль 5, направлений відгалужувач 6 відбитої хвилі і сушарку 7 До виходів вторинних трактів направ[/ = kJz, —= —k*k*klkk,S(l — Г2)Р., (3) лених відгалужувачів через НВЧ ключі 8 і 9 підключені хвилеводний трійник 10, вихід якого з'єд2 2 наний з послідовно включеними атенюатором 11, 5 де - коефіцієнт підсилення підсилювача 13, детектором 12 і підсилювачем 13 До виходу підсилювача 13 підключені послідовно з'єднані б - коефіцієнт передачі фільтру 14 верхніх фільтр 14 верхніх частот і синхронний детектор 15, частот виходом з'єднаний з одним з входів диференціаНизькочастотна напруга (3) випрямляється льного підсилювача 16, другий вхід якого з'єднасинхронним детектором 15, що виконаний по двоний з джерелом 17 опорної напруги, а вихід дифенапівперюдній схемі і управляється протифазними ренціального підсилювача 16 з'єднаний з напругами генератора 20 низької частоти Випрякеруючим входом автоматичного регулятора помлена напруга впливає на один вхід диференціатужності До виходу підсилювача 13 підключені льного підсилювача 16, на інший вхід якого діє також послідовно з'єднані фільтр 18 нижніх частот і реєструючий прилад 19, вторинний контакт якого постійна напруга ° джерела 17 опорної напруги з'єднаний з джерелом живлення 1 Парафазні виНа керуючий вхід АРМ 3 вплине посилена різходи генератора 20 низької частоти з'єднані з кеницева напруга руючими входами НВЧ ключів 8 і 9 і керуючими входами синхронного детектора 15 (4) к Пристрій для автоматичного управління процесом висушування діелектричних матеріалів працює таким чином НВЧ коливання генератора 2, що живиться від джерела живлення 1, надходять на автоматичний регулятор потужності (АРП) 3, виконаний, наприклад, на р-і-п діодах ВИХІДНІ НВЧ коливання, потужність яких визначається значенням керуючого сигналу, минають через основні тракти розв'язаних вентилем 5 направлених відгалужувачів 4 і 6, на сушарку 7 НВЧ ключі 8 і 9 працюють в протифазі, тобто коли один ключ відкритий, інший закритий, що забезпечується впливом протифазних напруг низької частоти генератора 20 на керуючі входи ключів В результаті такої роботи ключів пакети НВЧ коливань з виходів вторинних трактів направлених відгалужувачів 4 і 6 через хвилеводный трійник 10 і погоджуючий атенюатор 11 впливають почергово на детектор 12 В результаті квадратичного детектування пакетів НВЧ коливань утворюються відеоімпульси з амплітудами (1) (2) де і - коефіцієнт передачі АРП З, к 2 ік з . коефіцієнти передачі направлених відгалужувачів 8 і 9, h 4 - коефіцієнт передачі атенюатора 11, ^ - чутливість детектора 12 НВЧ коливань, Г - коефіцієнт відбивання сушилки 7, U4 = к Де 7 - коефіцієнт підсилення диференціального підсилювача 16 Процес регулювання коефіцієнта передачі АРП продовжується доти, доки вхідна напруга диференціального підсилювача 3 не наблизиться до опорної напруги о \ з о/ Прирівнюючи ВХІДНІ напруги диференціального підсилювача, визначаємо значення квадрату коефіцієнта передачі АРП, що встановилося З урахуванням виразу (5) потужність НВЧ коливань на виході АРП визначається виразом 2Un —77 (6) При вологому матеріалі в НВЧ сушарці 7 коефіцієнт відбивання Г близький до 1 (Г « 1) В цьому випадку знаменник вираження (6) малий, і потужність на виході АРП максимальна По мірі висушування діелектричного матеріалу коефіцієнт відбивання зменшується (Г -> 0), і знаменник в виразі (6) зростає, що призводить до зниження потужності НВЧ коливань на виході АРП Таким чином, в процесі висушування матеріалу автоматично знижується потужність НВЧ коливань, які підводяться до сушарки, в залежності від поточного значення коефіцієнта відбивання Фільтром 18 нижніх частот з ПОСЛІДОВНОСТІ відеоімпульсів (1) і (2) виділяється постійна складова напруги 44866 (7) де частот 8 - коефіцієнт передачі фільтру 18 нижніх 5 Постійна напруга вимірюється і реєструється приладом 19 3 урахуванням значення коефіцієнта передачі (5) АРП 3 напруга, що вимірюється, має вигляд кЛІ-Г2) Якщо забезпечити рівність коефіцієнтів передачі фільтрів 14 і 18 (кб = ks), остаточно отримаємо (9) З виразу (9) видно, що показання реєструючого приладу 19 пропорційні коефіцієнту стоячої хвилі по потужності \*-~ * ), який однозначно зв'язаний з коефіцієнтом відбивання по потужності (Г2) При сухому матеріалі коефіцієнт стоячої хвилі близький до одиниці (Г2 и 0), а по мірі зволоження матеріалу цей коефіцієнт різко зростає аж до нескінченності (Г2 и 1) Тому коефіцієнт стоячої хвилі є більш чутливим параметром до вологості і більш зручний для контролю вологості через розтягнуту шкалу 3 виразу (9) також слідує, що результат виміру не залежить від рівня потужності Рі НВЧ коливань генератора 2, а також потужностей хвилі, що падає, і відбитої хвилі Завдяки цьому шкала реєструючого приладу 19 градуюється безпосередньо В ОДИНИЦЯХ ВОЛОГОСТІ При досягненні заданого значення остаточної вологості матеріалу, що висушується при постійному зниженні потужності опромінюючих НВЧ коливань, замикається вторинний контакт реєструючого приладу, і відбувається відключення блоку живлення 1 При такому управлінні процесом висушування не відбувається пересушування матеріалу, а отже, відпадає необхідність в його зволоженні або витязі для сорбції вологи з повітря В якості НВЧ ключів використовуються р-і-п діоди, що управляються напругою низької частоти В якості інших ланок пристрою використовуються стандартні НВЧ елементи і електронні вузли загальнотехнічного призначення Розглянутий пристрій може бути використаний не тільки для управління НВЧ сушарками, але і для систем розморожування і приготування їжі, стерилізації і структуроутворення, зварювання і текстурування шкіри, тобто для управління процесами волого-теплової обробки матеріалів і виробів, що не припускають пересушування ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90