Измерение влажности зерна


                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
                                    [pic]
      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
                                   [pic],
      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
                                    [pic]
      Количество  теплоты,  полученное  охлажденным  до  температуры   5-8°С
датчиком с мельницей при  теплообмене  в  процессе  размола  контролируемого
зерна, составит
                                    [pic]
      Очевидно Q2 = Q3.
                                   [pic],
      отсюда понижение температуры зерна в процессе  размола  в  охлажденном
датчике
                                   [pic],
      когда т1, С2, т2, Т0 выбраны соответствующим образом
                                   [pic],
      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.
                                    [pic]
                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"