Измерение влажности зерна

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"