Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор и критический анализ существующих методов и средств измерения влажности. постановка цели и задач исследований 11
1.1. Абсолютные методы измерения влажности 11
1.2. Физические методы измерения влажности 19
1.3. Электрические методы измерения влажности 24
1.4. Существующие приборные средства для измерения влажности 26
1.5. Цели и задачи исследований 34
Глава 2. Дифференциальный способ электрических измерений влажности 36
2.1. Обоснование выбора направления исследований по совершенствованию измерительной схемы на примере мукомольного производства 36
2.2. Дифференциальный способ электрических измерений влажности и конструкция первичного измерительного преобразователя 39
2.3. Расчет электрической измерительной схемы 43
2.4. Описание электрической измерительной схемы 47
2.5. Схема регистрации 51
2.6. Деление сигнала по уровню 53
2.7. Схемы измерения температуры исследуемого продукта 55
2.8. Потребление энергии и комплектация 60
2.9. Методика измерений влажности 61
2.10. Теоретическое обоснование выбора электрической измерительной схемы 64
2.11. Выводы 73
Глава 3. Градуировка электрического прибора 75
3.1. Методика выполнения градуировки 75
3.2. Подготовка образцов и определение их фактической влажности 77
3.3. Учет влияния физико-временных факторов на точность измерения влажности 79
3.4. Градуировочные измерения и получение градуировочных графиков и таблиц 83
3.5. Выводы 89
Глава 4. Экспериментальные исследования 91
4.1. Дифференциальная электрическая схема первичного измерительного преобразователя 91
4.2. Количественные определения электрофизических свойств продуктов... 93
4.3. Безрежимное измерение влажности и плотности 101
4.4. Опытные измерения влажности продуктов с высокой активной прово димостью 109
4.5. Выбор материала и размера третьей секции первичного измерительного преобразователя 121
4.6. Выбор параметров измерительного моста 124
4.7. Заполнение первичного измерительного преобразователя продуктом и его влияние на результаты измерений 126
4.8. Введение поправки за температуру продукта в результат измерений 129
4.9. Автоматические измерения влажности с трехэлектродным первичным измерительным преобразователем 132
4.10. Выводы 134
Общие выводы по диссертации 135
Литература
- Электрические методы измерения влажности
- Дифференциальный способ электрических измерений влажности и конструкция первичного измерительного преобразователя
- Подготовка образцов и определение их фактической влажности
- Безрежимное измерение влажности и плотности
Введение к работе
Концепция развития сельского хозяйства предусматривает дальнейшее увеличение объемов производства зерна [1,2]. Одной из главных задач, решаемых в этих целях, является уменьшение потерь продукции при ее уборке, обработке, хранении и переработке [3,4]. Правильная организация перечисленных выше процессов предполагает контроль целого ряда параметров качества, основным из которых является влажность [5].
По значениям влажности определяется фаза и период спелости зерна. Такой метод наиболее оперативен и объективен и поэтому широко используется в практике. Наблюдение за созреванием ведется со значений влажности (50-40)%, что соответствует тестообразному состоянию зерна. Его влажность определяет сроки и способы уборки [2,6-9].
Травмирование зерна при обмолоте оказывает непосредственное влияние на его посевные качества. Причиной травмирования является несоответствие сроков уборки биологическим и физико-механическим свойствам зерна, которые так же отслеживаются по влажности. Обмолот производится при ее значениях в интервале (12...14-21...23)% [2,10,11].
Для обеспечения сохранности зерна после его уборки устанавливается систематический контроль над влажностью. Зерно пригодно для хранения длительное время при ее значениях меньше 14%. При большей влажности происходит влажное самосогревание зерна, что приводит к повышению температуры до (50-60)С, изменяется окраска зародыша, а частично и эндосперма, снижается всхожесть, ухудшаются мукомольные и хлебопекарные качества зерна [2,12-20].
В процессе сушки осуществляется постоянный контроль над влажностью поступающих и выходящих из сушилки продуктов. Это позволяет правильно организовать процесс, сделать его эффективным и экономичным. На
типовом зернопункте потребная частота контроля влажности зерна на входе в сушилку составляет в среднем 1 раз в 80 минут, а на выходе - 1 раз в 18 минут [10]. Без этой информации процесс ведут, как правило, со значительной пересушкой продуктов, что отражается на экономических показателях производства. Например, снижение экономического эффекта от пересушки одной тонны кукурузы на 1% от номинального значения составляет 260$ [16]. Особую значимость здесь приобретают вопросы автоматического контроля влажности [21-26].
В основу расчетов за зерно положена базисная норма влажности. Отклонения от нее меняет оплачиваемую массу доставленной партии зерна. Кроме того, еще взимается дополнительная плата для покрытия затрат на его сушку [11].
Для успешной переработки зерна необходима определенная влажность. Например, при помоле наиболее благоприятная влажность в пределах (15,5-16)%. При более высоких ее значениях производительность мукомольных заводов резко падает, зерно плющится и увеличивается расход энергии на помол [26,27].
Другой важный параметр качества зерна — это его плотность. Она является одним из показателей его класса. Влажность и плотность — взаимозависимые параметры. Результаты электрических измерений влажности зависят от информации о плотности, а величина плотности - от влажности [2].
Большое значение в сельском хозяйстве и мелиорации имеет влажность почвы. Достоверная информация о ней позволяет установить оптимальные сроки посева, выяснить необходимость полива растений [28-38].
К настоящему времени разработаны многие методы и приборные средства для контроля и измерения влажности [2,39-56]. Основными из них, широко применяемыми в зерновом производстве, являются: абсолютные ме-
тоды измерения влажности, в основном, термогравиметрический и химические методы; физические и электрические методы.
На протяжении почти вековой истории развития влагометрии в нашей стране свой вклад в ее становлении внесли многие ученые. Адамов Ю.И., Александров Б.П., Банделадзе А.Е., Баталии М.Ю., Беднов Н.И., Берлинер М.А., Бородин И.Ф., Брусиловский Л.П., Бурштейн Ю.П., Вайнберг А.Я., Величко Е.Б., Грицай В.И., Джемелла В.В., Дубров Н.С., Егоров Г.А., Звягин С.Д., Изаков Ф.Я., Кричевский Е.С., Лапшин А.А., Масловский В.В., Николаев С.А., Пикерсгиль А.А., Плакк П.М., Платонов П.И., Пузрин Г.Б., Пустынников В.Г., Рогов И.И., Ройфе B.C., Свинцов В.Я., Секанов Ю.П., Скрипко А.П., Солоденников Л.И., Степанов В.И., Суворов С.С., Филиппов Р.П., Цветков С.А. и др.
Особое внимание уделяется оперативным методам измерения влажности и достижению ими оптимальной точности. Среди этих методов первое место занимают электрические. Приборы, реализующие их, имеют малый вес, сравнительно невысокую цену, удобны и простоты в эксплуатации.
Отечественными разработчиками электрических средств измерения влажности являются ЦНИИ «Инфракон», ВИМ, Белорусский институт механизации, фирма «Микрорадар», Кировоградский институт сельскохозяйственного машиностроения, Саратовский СХИ, НИИ «ЭВЛАС», ПО «Дила», «Электрохимприбор», ГУПЦКБ «Фотон», «Лепта», «Дома», АО «Техно-центр», ЧИМЭСХ, ЦНИИМЭСХ, СБСБ «Проектприбор» и др. Из зарубежных изготовителей влагомеров наиболее крупные фирмы: DMC, «Dickey-John», «Moisture Register Со», «Gibmore-Tatge M.F.G. Co» (США); «Kett Electric Laboratory», «Kaneco», «Shimadzu» (Япония); «Protimeter», «Sinar Technology», «Infrared Engineering», «Legg», «Tecator», «RDS» (Великобритания); «A/S Foss Electric», «Kongskilde», «Ravnsbord» (Дания); «August Gronert», Sartorius» (ФРГ), а также фирмы Финляндии, Франции, Венгрии и др.
Эффективность, прежде всего, точность измерения влажности электрическими приборами зависит от параметров и распределения электрофизических свойств (ЭФС) продуктов технологической цепи производства зерна. Эти свойства различаются в широких пределах и их знание определяет эффективное применение электрических методов.
Зерновые культуры отличаются большим разбросом по плотности от 400г/л до 900г/л. Плотность культуры определяет величины диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь [2,57,58]. Кроме различия в плотности, имеется большой разброс в значениях влажности от единиц процентов до десятков. Например, переработка отходов зернового производства требует определения влажности при ее значениях до 70%. Это требуется при подготовке субстратов на основе соломы для взращивания грибов, переработке барды, отхода спиртового производства, на кормовые и удобряющие смеси [59].
На рынке электрических приборов имеется широкий их выбор. Здесь наблюдается жесткая конкуренция. В основном, рынок представлен импортными приборами диэлькометрического типа. Ни один из них в предлагаемом виде нельзя использовать одновременно для измерения влажности зерна, отходов его производства и почвы. Плотность определяется с помощью встроенных электромеханических устройств, усложняющих конструкцию приборов. Зерновое производство включает многие и многие продукты с широким спектром ЭФС, что затрудняет разработку недорогих отечественных приборов.
Среди недостатков и ограничений современной электрической измерительной техники для определения влажности продуктов технологической цепи производства зерна отметим следующие основные:
1. Нет метода электрических измерений и прибора, позволяющих в одном исполнении оперативно измерять влажность зерна на разных стадиях роста,
уборки, хранения и переработки, отходов зернового производства и почвы с достаточной точностью.
Нет способа и электрических приборов без встроенных электромеханических устройств, позволяющих одновременно измерять влажность и плотность зерна.
Современные отечественные средства измерения влажности зерна, как правило, включают импортные комплектующие, микроконтроллеры и процессоры для автоматического выбора режимов измерений для конкретных продуктов и диапазонов влажности, что делает их дорогостоящими, а производство, - зависимым от импорта.
ЭФС продуктов технологической цепи зернового производства недостаточно исследованы. Кроме того, известные исследования выполнены, в основном, без разделения влияния диэлектрических потерь и прямой проводимости.
Целью настоящей работы является решение актуальной научно-технической проблемы в области электрификации сельского хозяйства, а именно, совершенствование электрических средств измерения влажности и плотности в зерновом производстве.
Поставленная цель достигается теоретическими и экспериментальными исследованиями, выполненными в лабораториях Саратовского государственного технического университета, в зерновых и зерноперерабатываю-щих производствах Саратовской области.
Объектом исследования является измерительная электрическая схема для определения влажности сыпучих веществ [45], реализующая дифференциальный способ электрических измерений влажности.
Предмет исследования - повышение чувствительности электрических измерений влажности посредством включения в измерительную схему трех-
электродного и трехсекционного первичного измерительного преобразователя (ПИП) и исследование ЭФС продуктов.
Научная новизна состоит в том, что:
-предложены дифференциальный способ и усовершенствованная электрическая схема измерения влажности зерна, отходов и продуктов переработки зернового производства, почвы, позволяющие повысить чувствительность таких измерений;
-предложен дифференциально-параметрический прием одновременного измерения влажности и плотности без обязательного для электрических измерений выбора режима;
-предложена методика исследования ЭФС продуктов, с разделением влияния на формируемый электрический сигнал диэлектрической постоянной продукта, диэлектрических потерь и активной проводимости.
Практическая значимость проведенных в работе исследований заключается в том, что:
-предложенная электрическая схема позволяет измерять влажность зерна, отходов зернового производства и почвы в достаточных для зернового производства диапазонах и с принятой для этих целей точностью. Вместе с тем, ее отличает невысокая стоимость отечественной элементной базы, простота и оперативность измерений;
-результаты исследования ЭФС продуктов зернового производства и предложенная методика этих исследований с разделением влияния на электрический сигнал диэлектрической проницаемости, диэлектрических потерь и активной проводимости полезны и эффективны при разработке и совершенствовании электрических средств измерения влажности;
-результаты выполненных исследований, как теоретических, так и экспериментальных, применимы в других производствах - пищевом, химическом и строительном.
Работоспособность предложенной схемы, реализующей дифференциальный способ электрических измерений влажности, подтверждена при эксплуатации на сельскохозяйственных и зерноперерабатывающих предприятиях Саратовской области.
Результаты работы апробированы и доложены на двух научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников Саратовского государственного технического университета (1997, 2003 гг.) и на международной научно-практической конференции «Развитие народного хозяйства в Западном Казахстане: потенциал, проблемы и перспективы» при Западно-Казахстанском аграрно-техническом университете (2003 г.).
По теме диссертации опубликовано 8 работ (в том числе получено 3 патента на изобретения).
Автор выражает глубокую признательность коллективу кафедры ГГВ СГТУ, научному руководителю доктору технических наук, профессору Л.И.Высоцкому, а также доктору технических наук, профессору Л.П.Шичкову, оказавшим действенную помощь в постановке цели и задач исследований и в проведении настоящей работы.
Электрические методы измерения влажности
Электрические методы измерения влажности основаны на зависимости параметров электрического сигнала, электрической энергии от влагосодер-жания исследуемого вещества. Эти методы надежны в реализации, отвечают требованиям практических задач по мобильности и оперативности. Требования к точности измерения влажности определяют конструктивные особенности и сложность влагомеров.
Наиболее простым и менее точным является кондуктометрический метод, основанный на зависимости удельной, объемной проводимости от содержания влаги. Эта проводимость измеряется на постоянном токе. По результатам градуировки составляются таблицы распределения проводимости в зависимости от степени увлажненности. Результаты, полученные кондук-тометрическим методом, сравниваются с результатами, полученными термогравиметрическими установками или другими более точными приборами. Основными причинами, ограничивающими точность измерений этого простого и доступного метода, являются зависимости результата измерений от физической структуры вещества, содержания солей и металлов.
Метод диэлектрических потерь основан на зависимости поглощения энергии переменного электрического поля от структуры исследуемого продукта. Этот продукт является средой распространения переменного электрического сигнала.
В реальном диэлектрике общая величина диэлектрических потерь р (Вт) может быть представлена в виде [2] Р=(1а+ ске)Еэф (1-6) здесь /д -активная составляющая абсорбционного тока, А; іскв —ток сквозной электропроводности, А; Еэф—Амплитуда напряженности поля, В.
Величина активной составляющей абсорбционного тока, а значит и диэлектрических потерь, в заметной степени определяется влагосодержани-ем исследуемого продукта. При наличии влаги в продукте возникают дополнительные дипольные потери энергии. Эти потери зависят от количества воды и частоты приложенного электрического поля. Для воды максимальные диэлектрические потери достигаются при частотах более 109Гц. Эта зависимость позволяет определять влажность исследуемого продукта по измерениям энергии приложенного электрического поля, напряжения или тока отдельно. Достоверные результаты можно получить только при условии, что активная составляющая абсорбционного тока значительно больше сквозной проводимости. Это возможно при отсутствии солей и металлов.
Емкостный метод основан на зависимости диэлектрической проницаемости исследуемого продукта от степени увлажненности. Относительная диэлектрическая проницаемость сухих продуктов обычно находиться в пределах 2-5, в то время, как диэлектрическая проницаемость воды составляет 81. Мостовые и резонансные измерительные схемы основаны на этой зависимости.
Емкость конденсаторного датчика С (пФ) определяется уравнением [2]: С = 0,08842є-, (1.7) d здесь є — диэлектрическая проницаемость; S — площадь электрода, см2; d — расстояние между электродами, см. Точность емкостного метода зависит от физической структуры веще Щг ства, температуры, металлических и солевых примесей.
Все электрические методы измерения влажности не являются абсолютными. Здесь невозможно использование прямых математических зависимостей. Любой параметр используемого электрического сигнала является функцией химического состава, физической структуры, плотности, температуры, механических, солевых и других примесей.
В практике мобильных и оперативных измерений затруднительно, а в большинстве случаев невозможно, разделить влияние проводимости, диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости на результат измерений. Все дорогостоящие и осложняющие конструкцию приборов и процесс измерений технические решения не дают непогрешимых результатов. Эти обстоятельства требуют экспериментального вывода рабочих зависимостей, градуировки приборов на конкретные виды продуктов при различных температурах, уплотнениях, примесях, влажностях.
Дифференциальный способ электрических измерений влажности и конструкция первичного измерительного преобразователя
Для выполнения экспериментальных исследований с целью совершенствования технических средств измерения влажности, исследования физических и электрических свойств различных продуктов разработан дифференциальный способ электрических измерений влажности. Основные требования к его приборной реализации состояли в том, чтобы измерительная схема была удобна, собрана из отечественных комплектующих, параметры ее, частота генератора, напряжение, параметры моста, легко изменялись и заменя 40 лись. Замена прежних узлов и включение новых не должны быть трудоемкими и длительными. Измерительная схема должна быть мобильна, защищена от внутренних и внешних электрических помех.
Основными факторами, определяющими точность измерений, являются: физическая структура исследуемого вещества, условия измерений, возможности измерительной электрической схемы. Физическую структуру определяют число компонентов в продукте, их электрические и физические свойства, плотность, температура, степень увлажненности. Все эти факторы вносят свой вклад в результат измерений, а их вариации в одном и том же продукте могут быть многообразными и труднопредсказуемыми. 4 Вид сверху
Рис. 2.2. a - конструктивная схема ПИП, б - схема замещения ПИП с исследуемым продуктом. 1,2 - внешние электроды; 3 - общий электрод; 4 - корпус ПИП, выполненный из полистирола; 5,6,7 - первая, вторая и третья секции. Сп\ - емкость конденсатора, образованного электродами 1, 3 и диэлектрической стенкой корпуса ПИП в первой секции, пФ; Сп1 - емкость конденсатора, образованного электродами 2 и 3, третьей секцией и диэлектрической стенкой корпуса ПИП, пФ; Сх\ и Сх2 — емкости конденсаторов, образованных электродами ПИП и исследуемым продуктом в первой и второй секциях, пФ; Rxi и Rx2 - активные сопротивления продукта, кОм. Дифференциальный способ электрических измерений влажности за & ключается в особенности конструкции ПИП. Его корпус 4 (рис. 2.2), выпол ненный из диэлектрического материала, электродом 3 разделен на две равные части. Одна из них состоит из двух секций 6 и 7. Секция 7 заполнена диэлектрическим материалом с диэлектрической проницаемостью, равной диэлектрической проницаемости исследуемых сухих продуктов, т.е. 2-5. С внешней стороны корпуса находятся электроды 1 и 2. Средний электрод соединен с общим проводом электрической измерительной схемы.
Преобразователь такой конструкции представляет собой дифференци альный конденсатор. При наполнении ПИП сухим продуктом разностная электрическая емкость равна 0, т.к. диэлектрическая проницаемость продук та в первой 5 и второй 6 секциях равна диэлектрической проницаемости ма териала третьей секции 7. Если в продукте имеется влага, появляется раз ность в электрических емкостях из-за разных размеров первой и второй сек ций, т.е. разного количества влаги в первой секции и двух других. Емкостная разность характеризует степень увлажненности исследуемого продукта. На рис. 2.2 конденсаторы Сх\ и Сп\ образуются пробой исследуемого продукта в первой секции 5, изолирующей стенкой 4 и электродами 1 и 3. Активное сопротивление Rx\ замещает электролитическое свойство пробы продукта, помещенного в первую секцию. Вместе с постоянным сопротивлением R (рис. 2.3) замещающие элементы Сх\, Сп\ и Rx\ образуют первое плечо измерительного моста.
Идентичные элементы СХ2, СП2 и RX2 вместе с постоянным сопротивлением R образуют второе плечо измерительного моста.
Элементы Сп\ и С„2 идентичны, отличаются только емкостью из-за разной толщины изолирующих стенок. Сх\ и С& образуются пробами продукта также разной толщины и, следовательно, разной емкости. Rxi и Rx2 об-разуются пробой продукта разного продольного размера (толщины) с одина 42 ковым удельным сопротивлением и разной величиной активного сопротивления.
Расчет величин Сх\ и С-а, Сп\ и Cnz, Rx\ и Rx2 выполнен в 2.10 и 4.2. Влияние краевого эффекта зависит только от геометрических размеров, т.е. от площади электродов и расстояния между ними [68]. В нашем случае его влияние практически не сказывается, т.к. оно входит в измеряемую разность и компенсируется.
Расстояние между электродами в [2] предлагается равным (17,5-26)мм. Как показали результаты экспериментальных исследований, оптимальным расстоянием между боковыми и средним электродами является 26мм. Размер корпуса ПИП - 60x53x100 (мм).
Площадь электродов в нашем случае определяется только величиной полезного сигнала. Информационный сигнал, диагональное напряжение измерительного моста, при единичном усилении дифференциального усилителя с выходным переменным напряжением генератора ±7В, площадью электродов 45x45мм2 и возможными измеряемыми влажностями составляет (0-3)В. Такой величины сигнала достаточно для последующих преобразований. Расчеты величин полезных сигналов выполнены в параграфе 2.10, а измеряемые величины приведены в разделах экспериментальной главы.
Соотношение размеров электродов и секций ПИП позволяют отодвинуть электроды от боковых и нижней стенок на (6-8)мм. Такой прием ослабляет влияние неравномерного уплотнения продукта при свободной засыпке, т.к. оно максимально сказывается в около угловых пространствах.
Подготовка образцов и определение их фактической влажности
Подготовка образцов включает их отбор, предварительные определения влажности, принудительное увлажнение, если оно необходимо, подсушивание, тоже, если необходимо, и хранение. Хранение образцов исследуемых веществ, особенно, сельскохозяйственных продуктов предполагает соблюдение обязательных требований по температуре и закрытости. Образцы хранились в холодильной камере при температуре +(6-10)С в стеклянных герметичных емкостях с плотно закрываемой крышкой.
Влажность подготовленных образцов перекрывала весь возможный диапазон влажностей исследуемых веществ с шагом (2-3)%. Для строительных материалов таких, как цемент, песок, мел (0,5-15)%, для сельскохозяйственных продуктов, зерна, семян подсолнечника - (4-40)%. Для принудительного увлажнения использовалась дистиллированная вода с распылением и перемешиванием.
Количество добавляемой воды т (г) до получения нужной влажности определяется по формуле: здесь т\ — первоначальная масса образца, г; W\ — первоначальная влажность, %; WH — нужная влажность, %.
Таким образом получаем образцы с необходимой влажностью во всем диапазоне измерений. Взвешивание образцов до высушивания и после выполнялось на лабораторных весах ВЛР-200 с ценой деления 1мг. Образцы строительных материалов (песка, цемента, мела) устойчивы к температуре, поэтому они высушивались с повторением при температуре 160С.
С образцами сельскохозяйственных культур этот процесс был сложнее. Предварительно были выполнены исследования. В гостированной лаборатории определялись влажности этих образцов в соответствии с государственным стандартом [60,73,81], а потом уже на нашей установке, включающей минисушильный шкаф и весы ВЛР-200, измерялись влажности этих проверенных образцов.
Влажности образцов сельскохозяйственных культур определялись ступенчато. Влажность образцов до 18% определялась обычно: взвешивание — высушивание 5 минут — взвешивание и вычисление по формуле (1.1):
При влажности более 18% измерения выполнялись в два этапа. Применялось предварительное высушивание. Это требуется потому, что измельчение продукта, зерна со значительной влажностью, более 18%, невозможно на обычной лабораторной мельнице или кофемолке. После предварительного высушивания при щадящей температуре (60-80)С и вычисления предварительной влажности по формуле (1.1), взвешенный образец высушивался в течение 5 минут, опять взвешивался. Окончательная влажность определялась как W = Wl + W2, W\ — предварительно измеренная влажность, W2 - определенная влажность после второго высушивания.
Допустимые погрешности этих контрольных измерений определены в соответствии с поставленной нами целью. Вместе с упрощенностью процесса измерений и невысокой стоимостью наша технология измерения влажности, включающая электрический прибор, должна соответствовать государственным стандартам. Для строительных материалов, муки, качественного зерна эти погрешности не превышают ±0,5% имеющейся в конкретном продукте влаги. Эти требования известными методами и техническими средствами выполняются в лабораторных условиях. В производстве, строительном, сельскохозяйственном и др., требуемая точность оперативных измерений понижается до ± (1,0-1,5)%. В связи с этим, погрешность измерения влажности контрольных образцов не может превышать ±0,5%. Влияние объективных факторов на точность измерения влажности контрольных образцов, таких, как ошибки взвешивания и, особенно, физических и временных факторов, рассмотрены в следующем параграфе.
Безрежимное измерение влажности и плотности
Для оценки эффективности измерений влажности песчаной почвы и чернозема рассматриваемыми схемами ПИП были составлены графики чувствительности полезного сигнала от влажности для этих веществ, рис. 4.6 и рис. 4.7.
Анализ графиков на рис. 4.4 позволяет сделать следующие выводы. Кривая 1, полученная по результатам измерений с двухэлектродным ПИП с неизолированными электродами, показывает бесперспективность его использования для измерения влажности продуктов с высокими электролитическими свойствами. Практически, с влажностью исследуемых продуктов выше 9% чувствительность электрического прибора диэлькометрического типа с частотой генерации 1,8МГц исчезает.
Кривая 2 получена по результатам измерений с двухэлектродным ПИП, при этом, активный электрод изолирован полистиролом толщиной 1,8мм. Здесь измерения влажности до 8% выполнимы с приемлемой точностью для электрических приборов. Далее чувствительность снижается. Приращение в электрическом сигнале составляет всего 0,1В, т.е. 4% от фактической величины сигнала, при измерении влажности от 10% до 15% (кривая 2, рис. 4.4).
Кривая 3 представляет результаты измерений влажности с трехэлек-тродным ПИП, активные электроды изолированы полистирольной стенкой. Толщина этой стенки в первой секции 1,8мм, во второй секции на 6мм больше. Средний электрод замкнут с «О» питания электрической схемы.
Понижение чувствительности прибора наблюдается после 7% влажности, при этом, приращение электрического сигнала составляет 0,4В с изменением влажности от 10% до 15% (табл. 4.6). Чувствительность прибора в этом диапазоне влажности составляет 0,08В на один процент влажности.
Многократные измерения в этом диапазоне влажности песчаной почвы показали наибольшее отклонение от среднего значения ±0,14В при свободной засыпке. При наполнении ПИП через сетку с размером клетки 10x10мм этот разброс уменьшился и составил ±0,06В (2% от величины электрического сигнала в ЗВ и ±0,2% от абсолютного значения влажности 10%).
Эти выводы позволяют сказать, что измерение влажности песчаной почвы с точностью ±1% реально. Но это выполняется только при условии, что мы знаем безошибочно ЭФС продукта. Такое знание невозможно даже при тщательнейшем исследовании и серьезной подготовке к измерениям.
Анализ графиков на рис. 4.5 также показывает преимущества выбранной схемы ПИП при измерении влажности чернозема до 30%. Чувствительность такой схемы достигает 0,06В при влажности (25-30)% (кривая 3, рис. 4.7), тогда, как кривая 2 в этом диапазоне влажностей чернозема показывает чувствительность в 3 раза ниже (0,02В на 1% влажности). Измерения влажности чернозема с использованием первой схемы ПИП возможны только до 17% (кривая 1 нарис. 4.5).
Выполненные опыты с черноземом и песчаной почвой, веществами с высокими электролитическими свойствами, показывают фактические возможности трех электрических схем. Теоретические расчеты чувствительности сделаны в 2.10.
Результаты, полученные в 4.4, подтверждают расчеты, приведенные в 2.10. Для песчаной почвы расчетная чувствительность третьей измерительной схемы в диапазоне влажности (10-15)% составила 0,07В на 1% влажности, табл. 2.5. Чувствительность этой схемы, полученная экспериментально, составила 0,08В на 1% влажности, табл. 4.6.
Выполнены измерения со схемой, изображенной на рис. 4.1. Такие измерения позволяют выделить прямые диэлектрические потери переменного электрического сигнала на нагревание образца и взаимодействие с диполями молекул воды исследуемого продукта.
Результаты измерений величины диэлектрических потерь с песчаной почвой приведены в таблице 4.8. Боковой электрод первой секции ПИП закрывался пластмассовой пластиной толщиной 1,8мм, как на рис. 4.1. При втором измерении к ней добавлялась пластина в 6мм. Для сравнения было выполнено измерение с неизолированным электродом и образцом песчаной почвы с влажностью 4,56%.
