Министерство Образования Российской Федерации
Дальневосточная Государственная Академия
Экономики и Управления
Кафедра технологического оборудования и инженерных коммуникаций
РЕФЕРАТ по дисциплине "Методы и средства измерений и контроля"
Измерение влажности зерна
Работал: Принял: студент 431-С ст. преподаватель
Лаврова Ю.А. Слесаренко И.Б.
Владивосток
2002
При измерении влажности сыпучих материалов емкостным методом наилучшие
результаты в смысле точности измерения достигаются при полном устранении
влияния переменной объемной массы, т.е. при уплотнении постоянной массы
контролируемого материала между электродами емкостного датчика до
постоянного объема, т.е. при обеспечении постоянной плотности.
В случае измерения влажности зерновых (пшеницы, ржи, ячменя, овса, проса и др.) использовать непосредственно этот способ не удается по той причине, что зерновые при низкой влажности не сжимаются и уплотнению не поддаются.
Поэтому для повышения точности измерения влажности зерновых предложен способ, включающий помещение контролируемого зерна в емкостный датчик, совмещенный с мельницей, размол зерна до определенного дисперсного состояния, уплотнение размолотой массы (трота) между электродами датчика до постоянного объема, измерение емкости датчика и определение влажности по заранее составленным градуировочным характеристикам.
Однако этот способ имеет существенный недостаток, который ограничивает использование способа - размол зерновых в емкостном датчике возможен с помощью мельницы с электроприводом с высокой скоростью оборотов. Поэтому в процессе размола повышается температура размалываемого зерна и датчика с мельницей, что вызывает неконтролируемые потери влаги, т.е. резкое повышение погрешности измерения влажности.
Например, эксперименты, проведенные при температуре окружающего воздуха и зерна пшеницы 17-21(С показали, что температура размолотого зерна и датчика с мельницей в процессе размола первого образца пшеницы повысилась до 30(С, второго - (с температурой 27-28(С) до 34-35(С, а третьего образца в том же датчике (с температурой 30-32(С) до 40-42(С.
Устранение этого недостатка в предложенном способе достигается тем, что образец зерна с постоянной массой помещается в емкостной датчик с мельницей, предварительно охлажденный до температуры 5-8(С, при этом масса навески пробы контролируемого зерна и датчика с мельницей и материал датчика с мельницей выбраны при условии выполнения неравенства
где Т0 - температура датчика с мельницей до помещения в него контролируемого зерна;
Т1 - температура контролируемого зерна до размола;
Т2 - температура контролируемого зерна после размола в случае неохлажденного датчика с мельницей;
Т3 - конечная температура контролируемого зерна после размола и датчика с мельницей;
(Т1 = Т2 - Т1 - повышение температуры зерна в результате размола;
(Т2 = Т2 - Т3 - понижение температуры зерна в процессе размола в предварительно охлажденном датчике с мельницей;
С1, С2 - удельная теплоемкость контролируемого зерна и материала датчика с мельницей; m1, m2 - масса пробы зерна и датчика с мельницей соответственно.
Предварительное охлаждение датчика с мельницей до температуры Т0 - 5-
8°С, соответствующий подбор масс пробы контролируемого сыпучего материала
m1, датчика т2 и материала датчика с удельной теплоемкостью С2 обеспечивает
то, что в процессе размола температура материала Т3 получается ниже, чем
первоначальная температура пробы контролируемого материала Т1, Т3 < Т1. Это
означает, что в процессе размола проба зерна не нагревается, а наоборот, ее
температура понижается, что предотвращает потери влаги в процессе размола и
устраняет один из существенных составляющих погрешности измерения
влажности. В действительности в процессе размола внутренняя энергия пробы
контролируемого зерна увеличивается за счет кинетической энергии
размалывающего ножа. Температура пробы контролируемого зерна повышается.
Количество теплоты, полученное зерном при размоле, составит
, где (Т1 = Т2 - Т1
В процессе размола в охлажденном датчике происходит теплообмен между пробой зерна и охлажденным датчиком, при этом внутренняя энергия, выделенная при охлаждении пробы зерна, расходуется на нагревание датчика с мельницей.
Количество теплоты, отданное зерном при размоле, будет
Количество теплоты, полученное охлажденным до температуры 5-8°С датчиком с мельницей при теплообмене в процессе размола контролируемого зерна, составит
Очевидно Q2 = Q3.
, отсюда понижение температуры зерна в процессе размола в охлажденном датчике
, когда т1, С2, т2, Т0 выбраны соответствующим образом
, т.е. Т3 < Т1 и в процессе размола температура зерна понижается.
Способ осуществляется с помощью влагомера зерна повышенной точности
ВЗПТ-1. Масса пробы зерна т1 = 0,025 кг.
Масса датчика М = 1,5 кг, материал - сталь-3 (С2 = 460 Дж/кг.К; С1 -
удельная теплоемкость пробы зерна, точное измерение затруднительно).
Поэтому величина температуры Т0 = 5-8°С = 278-281°К охлаждения датчика
выбрана экспериментальным путем с таким расчетом, что в пределах
практически возможной температуры контролируемого зерна от 5 до 35(С
удовлетворилось вышеприведенное неравенство.
На рисунке показан емкостный датчик, реализующий способ. Он состоит из
корпуса измерительной камеры, дно которой представляет собой электрод 1
нулевого потенциала конденсатора - емкостного датчика, электрода высокого
потенциала (потенциальный электрод) 2, крышки 3 изоляционного
(фторопластового) цилиндра 4, на котором крепится потенциальный электрод 2,
ножа 5 и термодиода 6. Между электродами 1 и 2 помещен контролируемый
материал - шрот зерна 7; корпус датчика 8; направляющий зерна 9; подшипник
10.
Емкостной датчик с размалывающим устройством
Способ осуществляется следующим образом: за час до начала измерения два вышеуказанных датчика помещаются в холодильник типа "Морозко", в котором установлена температура 5-8(С.
Из контролируемого зерна берется проба массой 25 г и помещается в
вынутый из холодильника первый емкостный датчик; измельчающий механизм
(нож) 5 датчика присоединяется к электроприводу, который включается в
течение 20 с и контролируемая проба зерна размалывается. После этого крышка
3 спускается усилием специального пресса до упора, при этом размолотый
контролируемый материал (трот зерна) 7 уплотняется между электродами 1 и 2
до постоянного объема. Одновременно в размолотую массу погружается датчик
температуры (термодиод) 6, который прикреплен на изоляционном цилиндре 4.
Емкостный датчик отсоединяется от электропривода и электрически
подключается к измерителю электрической емкости и температуры, измеряется
емкость датчика и температура размолотого зерна, определяется по
калибровочным характеристикам значение влажности. После этого первый
емкостный датчик, температура которого повышалась до Т3°С, освобождают от
размолотого зерна и помещают в холодильник "Морозко" с предварительно
установленной температурой 5-8°С. Для измерения влажности второй пробы
зерна из холодильника достают второй емкостный датчик и измеряют влажность.
Затем в холодильник ставят второй датчик.
Для измерения влажности третьего образца зерна из холодильника достают первый датчик, который успел охладиться до 5-8(С; влажность четвертого образца измеряют с помощью второго датчика и т.д.
Способ был осуществлен с помощью указанного устройства при температуре окружающего воздуха 17-21(С. Пробы зерна брались с температурой 17, 21, 25 и 30°С.
Контроль температуры размолотого зерна и датчика с мельницей показал,
что в процессе размола температура зерна понижается соответственно до 10,
15, 18 и 23(С.
Предложенный способ дал возможность практически полностью устранить составляющую погрешность, вызванную потерями влаги в процессе размола зерна, в результате чего удалось повысить точность измерения его влажности влагомером ВЗПТ-1 (довести погрешность измерения до ±0,6% против 1-1,5% в существующих емкостных влагомерах).
Литература:
Хурцилова А. и др. "Новый способ измерения влажности зерна"