ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ДАТЧИКОВ

Конструкция датчика определяется главным образом свойствами материала, для которого датчик предназна­чен: агрегатным состоянием, внешним строением, а так­же условиями работы (ручная или автоматическая за­грузка. и выгрузка материала, проточные или погружные датчики).

1. Датчики для жидкостей имеют наиболее простую конструкцию, так как в них без дополнительных приспособлений обеспечивается однородное заполнение междуэлектродного пространства. На практике нашли применение датчики цилиндрические, плоские и с внеш­ним полем (только в диэлькометрических влагомерах): Цилиндрические датчики, состоящие из металлического корпуса, который служит наружным электродом, и коак­сиального внутреннего цилиндрического электрода, отли­чаются простотой конструкции и удобством сопряжения с трубопроводом.

Оценка погрешностей цилиндрических датчиков, вы­званных изменениями размеров или взаимного располо­жения электродов, показывает возможность построения серии датчиков с малым разбросом электрических пара­метров при относительно невысокой точности изготовле­ния [Л. 3-6].

Плоские многопластинчатые датчики имеют несколь­ко металлических параллельных пластин, скрепленных с помощью изоляторов. Увеличивая число и площадь пластин и уменьшая зазор между ними, можно увели­чить рабочую емкость и чувствительность датчика, на­пример, для измерения низких влагосодержаний. Однако величина минимального зазора ограничена (это относит­ся и к цилиндрическим датчикам) градиентом электриче­ского поля, а также размерами дисперсных частиц; ши­рина зазора должна превышать эти размеры не менее чем на два порядка. Кроме того, в плоских датчиках сложнее осуществить защитные покрытия электродов; в них возрастают утечки тока по поверхности изоляцион­ных деталей, а при высокой влажности контролируемой жидкости возможно накопление воды в зазорах между электродами. Последнее обстоятельство препятствует применению многопластинчатых датчиков для измерения высоких влагосодержаний. Их можно применить для не­которых вязких и пастообразных материалов; в этом случае число пластин обычно сокращают, а зазор между ними увеличивают. В автоматическом влагомере для сли­вочного масла JJI. 3-7] емкостный проточный датчик со­стоит -из трех плоских алюминиевых пластин; две наруж­ные заземлены, а средняя омывается потоком масла.

Датчики с внешними электродами выполняются чаще всего в виде сосуда (в проточных датчиках — отрезка трубы) .из твердого диэлектрика, на внешней поверхно­сти которого имеются электроды, большей частью коль­цевые.

К недостаткам этих датчиков относится невозмож­ность получения равномерного поля в пространстве меж­ду электродами. Выбором геометрических размеров дат­чика можно получить желаемое (оптимальное с точки зрения чувствительности) соотношение между его выходными параметрами — высокочастотной проводимо­стью и эквивалентной емкостью; методика такого расче­та приведена в [JI. 3-8].

2. Датчики для-сыпучих материалов. К ним относятся многочисленные дисперсные насыпные мате­риалы; в зависимости от максимального размера (круп­ности) частиц их можно разделить на порошкообразные, зернистые и кусковые.

Для этих материалов разработано много конструкций датчиков:

А) с произвольной засыпкой сыпучего материала;

Б) с самоуплотнением материала;

В) с принудительным уплотнением материала в меж­дуэлектродном пространстве.

Основным недостатком датчиков первой группы явля­ется различная степень уплотнения материала между электродами, сильно влияющая на электрические харак­теристики -материала. Скорость - и высота падения мате­риала при его введении в датчик, случайные сотрясения и удары по датчику меняют уплотнение. Электрическое сопротивление материала при низкой влажности (до 12— 13%) весьма велико, что несколько усложняет измерение кондуктометрическим методом. Еще важнее то .обстоя­тельство, что при измерении сопротивления зернистых и кусковых материалов результат измерения зависит от состояния поверхности отдельных зерен или кусков (на­пример, от ее шероховатости, запыленности). Также сильно влияет на результаты измерения гранулометриче­ский состав материала. В таких датчиках трудно полу - ч. ить постоянное сопротивление контакта материала с - электродами.

Перечисленные факторы вызывают большие погреш­ности измерения, и датчики без уплотнения материала находят применение лишь в автоматических влагомерах, где постоянство уплотнения создается самим потоком ма­териала. Для получения постоянного заполнения датчика его выходное сечение делают меньше входного; 'иногда для регулирования расхода материала через датчик пе­ред его выходным отверстием предусматривают выход­ную заслонку. Такой принцип используется в датчиках различной конструкции — с плоскими пластинчатыми и цилиндрическими коаксиальными электродами. Эти дат­чики отличаются простотой конструкции; однако в них не обеспечено одинаковое уплотнение материала в меж­дуэлектродном пространстве и не устранена возможность забивания материалом.

Воспроизводимость датчиков со свободной засыпкой можно улучшить надлежащим выбором геометрических размеров, их согласованием с размерами частиц мате­риала. В [Л. 3-9] на основании экспериментального ис­следования рекомендуются следующие соотношения раз­меров цилиндрического коаксиального проточного датчи­ка для сыпучих материалов:

D>5a; 0,5(£>—D) >10о; Н^Ш,

Где D и d — диаметры электродов— внутренний наруж­ного и внешний внутреннего; Н — высота электродов; а— максимальный размер частиц материала.

Выпускное отверстие рекомендуется делать круглого сечения с диаметром, равным 10с; угол выходного конуса должен быть на 15—20° больше угла естественного отко­са исследуемого материала.

Датчики с самоуплотнением нашли применение в ди - элькометрических влагомерах для зернистых материалов. В таких датчиках междуэлектродное пространство за­полняется образцом материала, падающим с определен­ной высоты под влиянием собственного веса.

Конструкция датчика этого типа показана на рис. 3-6,я, где 1 — бункер - прямоугольного сечения для исследуемого образца; 2— пло­ские прямоугольные металлические пластины конденсатора, перехо­дящие в пластины 3 из изоляционного материала; 4 — поворотная заслонка, имеющая механизм с защелкой, который обеспечивает ее мгновенное открытие и падение образца в конденсатор с постоянной

73

Высоты И. Датчик рассчитан на по­стоянную навеску материала, запол­няющую его на высоту, меньшую, чем высота пластин 2, что обеспечивает постоянство краевой емкости.

Необходимость во взвеши­вании образца отпадает при его дозировке по объему. При этом конденсатор следует за­полнять на высоту, превышаю­щую размер H пластии. Целе­сообразно использовать пред­ложенную автором конструк­цию цилиндрического конден­сатора (рис. 3-6,6) с одинако­вым кольцевым зазором по всей высоте датчика. При бы­стром открытии обеих полови­нок заслонки 1 с защелкой об­разец материала заполняет внутреннюю полость датчика на высоту, - превышающую на 2б% высоту обкладок 2 И 3. Для опорожнения датчика в выдвижной ящик 4 вы­двигают задвижку 5. В рассмотренных конструкциях за­слонки должны открываться мгновенно, что обеспечивает некоторый автоматизм заполнения конденсатора.

Экспериментальные исследования автора и последую­щий статистический анализ показали, что для зерна хлеб­ных злаков датчики по рис. 3-6,с и б обеспечивают луч­шую воспроизводимость показаний, чем датчик с произ­вольной засыпкой или принудительным уплотнением об­разца. При прочих равных условиях большая точность измерения влажности достигается при весовой дозировке образца (постоянство навески); объемная дозировка не­сколько увеличивает погрешность измерения.

Рассмотрим теперь наиболее характерные конструк­ции кондуктометрических датчиков с уплотнением.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ДАТЧИКОВ

У///Л МёпШлические детали Е&888 ЙзоляЩібнньїе детали

Рис. 3-6. Емкостные датчи­ки с падением образца с по­стоянной высоты.

Г. Б. Пузрин еще в начале 30-х годов предложил кон­струкцию датчика для зерна, в котором постоянная на­веска зерна подвергается сжатию в постоянном объеме с помощью ручного пресса. Этот принцип нашел ряд конструктивных воплощений; в частности, он был использован во влагомерах ВП-4 и ВЭ-2 (рис. 3-7), широко распространенных в хлебозаготовительной си­стеме.

Навеска зерна / (для пшеницы, ржи, ячменя — 8 г, 'для овса — 7 г) насыпается в металлический стакан 2. Одним из электродов служит кольцо 3, изолированное от стакана с помощью прокладок 4. Второй, центральный электрод 5 соединен с корпусом датчика; кон­струкция электродов рассчитана на уменьшение влияния сопротивле­ния торцовых частей брикета зерна. Пуансон Є служит для уплотне­ния образца; давление на пуансон создает ручної"; винтовой пресс, снабженный визирным устройством, указы­вающим іпредел вращения зажимного. винта ■прц каждом прессовании образца. Это устройство должно обеспечить постоянство давления на - образец аїри определениях влажности. Стакан 2 заключен в - футля-р 7 из диэлектрика. У этого датчика необходи­мо часто проверять правильность установки визя-рного устройства с помощью контроль­ного цилиндра, вставляемого в датчик; в случае необходимости положение визир­ного* устройства корректируется.

■В других датчиках (кондуктоме - трические влагомеры английской фирмы «Маркони» для измельчен­ных порошкообразных материалов и др.) электродное устройство име­ет два металлических концентриче­ских электрода в іформе мелкой ча­шечки и охватывающего ее кольца. Рабочие поверхности электродов расположены в одной плоскости. Благодаря этому взвешивания про­бы материала не требуется; достаточно, чтобы объем об­разца был не меньше определенной величины. Образец испытывает^ся ' при постоянном давлении (около 0,7 кгс/см2), создаваемом ручным винтовым прессом.

Значительно реже, напр-имер в диэлькометрическом влагомере для торфа, для уплотнения образца материа­ла используется гидравлический пресс.

Перейдем к рассмотрению конструкций с размолом образца зерна непосредственно в датчике.

Датчик, применяемый в распространенном в США вла­гомере TAG для зерна, уплотняет сыпучий материал в узком зазоре между двумя вращающимися металличе­скими валиками с рифленой цилиндрической поверхно­стью. Общий вид датчика показан на рис. 3-8.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ДАТЧИКОВ

Рис. 3-7. Датчик для зерна с прессованием образца.

Электродвигатель вращает через редуктор (электродвигатель и редуктор не показаны на рисунке) со скоростью 32 о б/мин валик 1, который электрически соединен со станиной датчика. Второй валик 2 Изолирован от корпуса стойками 3 из электроизоляционого материа­
ла. Валик 2 снабжен пружииящим трущимся контактом и ручкой 4 Для поворачивания вручную. Сцепление между валиками осуществ­ляется через сл-ой материала; последний поступает в зазор между валиками нз засыпного бункера 5. Валики 1 и 2 выполняют роль электродов; сопротивление слоя сыпучего материала измеряется во время вращеиия валиков. Длина валиков 105 мм- величины зазора между ними регулируются с помощью сменных прокладок 6 в зави­симости от того, какая зерновая культура иссле­дуется. Цри равенстве скоростей обоих валиков измеряется сопротивле­ние слоя зерна, уплотнен­ного в зазоре іпо обра­зующей обоих цилинд­ров. Под валиками уста­новлены ива окребка. 7 из пластмассы; скребки прижимаются пружиной 8 к поверхности валиков и очищают ее при вра­щении электродов. Весь датчик смонтирован на станине 9 из чугунного литья, имеющей два вин­та для закрепления на столе.

Датчик с вали­ками отличается гро­моздкостью и боль­шой массой; ой не­применим для тонко измельченных мате­риалов, таких как мука. При измерении зерна с повы­шенной влажностью оно налипает на поверхность вали­ка 2 и измерение становится невозможным. В то же время при. 'применении этого датчика результаты изме­рения не зависят от величины навески; можно исполь­зовать большие навески (100—150 г и больше), значи­тельно лучше отражающие среднюю влажность материа­ла, чем мальїе навески, используемые в датчике с ручным прессом. Здесь, так же как и в других датчиках с прес­сованием - материала,-на результаты измерения влияет износ электродов, происходящий вследствие больших усилий при прессовании.

J

КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ДАТЧИКОВ

Рис. 3-8. Датчик с вращающимися вали­ками.

Предварительный размол зёрна и его уплотнение осу­ществляются иногда с помощью миниатюрных ручных

В диэлькометрических влагомерах, как уже указыва­лось, сыпучие материалы уплотняются в меньшей степе­ни, чем в кондуктометричеоких. Для порошкообразных материалов, например для муки и других измельченных продуктов переработки зерна, лучшим по воспроизводи­мости результатов измерения является датчик с принуди­тельным уплотнением постоянной навески в постоянном объеме. Различные конструкции таких емкостных датчи­ков показаны на рис. 3-9. В датчике рис. 3-9,с образец уплотняется внутри плоских параллельных пластин 1 с помощью вкладыша 2 из твердого диэлектрика; при из­мерении вкладыш закрепляется на крышке датчика с по­мощью подпружиненных фиксаторов.

В датчике на рис. 3-9,6 образец материала 1 вводится в цилиндр 2 из изоляционного материала. Электродами служат дно цилиндра 3 и поршень 4, нагруженный кали­брованной пружиной 5, которая упирается в крышку 6, Закрепляемую на цилиндре затвором 7.

Датчик, применявшийся для измерения влажности пылевидного угольного топлива (угольной пыли рис.3-9,в), {Л. 3-11], имеет коаксиальные латунные элек­троды 1 и основание 2 из органического стекла. Верхняя крышка 3 закрывает датчик при помощи байонетного за­твора 4 їй уплотняет постоянную навеску материала.

Уплотнение постоянной массы материала в постоян­ном объеме затруднительно, если изменениям влажности образца сопутствует значительное изменение плотности материала. Поэтому находит применение уплотнение так­же - с помощью грузов постоянной величины и специаль­ных вибрационных устройств. Первый способ применял-

КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ДАТЧИКОВ

Рис. 3-9. Емкостные датчики с принудительным уплотнением с помощью вкладыша (а), поршня (б) и крышки (в).

Ся, например, в датчике кондуктометрического влагомера для древесной стружки, конструкция которого аналогич­на показанной на рис. S-9,6; в нем уплотняющее усилие создает груз, воздействующий на поршень [Л. 3-12].

Датчик с вибрационным уплотнением, предложенный С. Д. Звягиным (рис. 3-10), состоит из цилиндрического стакана 1, являющегося внешним электродом, и внутрен­него цилиндрического электрода 2, закрепленного в стакане с помощью шпилек 3 с изоляционными втулка­ми 4.

В нижней части датчика находится электромагнитный вибратор, электромагнит которого (сердечник 5 с катуш­кой 6) имеет якорь 7, соединенный через тягу 8 с мем­браной 9 (толшииой 0,1—0,2 мм). Мембрана является дном верхней части датчика, в которую засыпается ис­следуемый образец. .При вклю­чении катушки электромагнита в сеть переменного тока часто­той 50 гц мембрана вибрирует и ее колебания - передаются ма­териалу в междуэлектродном пространстве.

В цилиндрическом датчике для литейных формовочных ■смесей [Л. 3-13] применен маг- нитострикционный вибратор, стержень которого одновре­менно служит внутренним электродом; в другой модифи­кации трубка вибратора ис­пользуется в качестве внешне­го электрода.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ДАТЧИКОВ

Рис. 3-10. Датчик с вибра­ционным устройством.

В некоторых из рассмо­тренных конструкций датчиков можно отказаться от взвешивания образца. Это возмож­но в описанных датчиках с электродами в одной плоско­сти, а также с коаксиальными цилиндрическими электро­дами, у которых высота внутреннего электрода меньше высоты наружного электрода, а. полость между ними пол­ностью заполняется материалом. В нижней, активной части датчика материал имеет примерно одинаковое уплотнение даже при некоторых колебаниях объема об­разца. Такой способ применим при различных методах уплотнения (прессом, грузом и т. .д.), но обеспечивает
ббсііроизводймость, Несколько худіїіую, чём при постоян­стве навески.

В датчиках автоматических электровлагомеров, кон­тролирующих поток сыпучих материалов, используются некоторые из рассмотренных способов уплотнения, а так­же питатели непрерывного или дискретного действия раз­личных типов. Задачей питателей является не только уплотнение, но и загрузка и опорожнение датчика.

Простейшее решение заключается в использовании односторонних датчиков с внешним полем., установлен­ных в стенке лотка, по которому перемещается сыпучий материал, под лентой транспортера или вы­полненных в виде «лыж» (оди­нарных или пар), скользящих по ■поверхности перемещаемого ма­териала. Толщина слоя сыпучего может изменяться в широких пре­делах (начиная с определенного минимального значения), если при этом не изменяется плотность материала. Перед датчиком на конвейере обычно устанавливают ограничитель, стабилизирующий толщину слоя сыпучего и частич­но его плотность. Недостатком рассматриваемых датчиков при любом способе установки являет­ся контроль ■влажности только в слое, прилегающем к поверхно­сти датчика. При установке дат­чика под лентой конвейера устра­няется возможность налипания материала на рабочей поверхности

Датчика, но появляются дополнительные источники по­грешностей— колебание толщины ленты и изменение ее электрических свойств.

Шнековые и тарельчатые питатели, используемые для различных материалов, в том числе тонко измельченных и порошкообразных, могут быть установлены перед дат­чиком и после него по ходу материала. В первом случае питатель стабилизирует расход материала через датчик.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ДАТЧИКОВ

Рис. 3-11. Датчик для сыпучих материалов со шнековым. питателем, установленным перед датчиком и после дат­чика.

Датчик для угольной шихты состоит из шнека 1 (рис. 3-11,о) и направляющей трубы 2 из винипласта,
имеющей диаметр., нееколькб больший, чем корпус шне­ка, и конусность около 1 % ДЛЯ свободного прохождения шихты. Металлические электроды 3 установлены на внешней поверхности трубы и не соприкасаются с ших­той. Приемная воронка 4 имеет. непрерывно движущееся устройство с ножом для рыхления шихты и стержнями, устраняющими ее зависание в воронке.

Для предотвращения забивания датчика материалом более рациональна установка питателя после датчика (рис. 3-11,6). Сыпучий 'материал проходит из бункера 1 по вертикальной трубе через проточный конденсатор с внешними электродами 2, опорожняемый непрерывно работающим шнеком 3. Производительность шнекового питателя устанавливается из такого расчета, чтобы кон­денсатор был всегда заполнен с некоторым избытком. Илишнее количество материала возвращается в общую транспортную систему через байпасную трубу 4. В этом случае уплотнение материала в конденсаторе обуслов­лено давлением столба материала высотой Н. Для устра­нения накопления-сыпучего при выходе из конденсатора шнек выполняется с плавно увеличивающимся - сечением в направлении транспортирования. Известно также при­менение вибраторов в сочетании с проточными цилиндри­ческими датчиками для порошкообразных материалов. Вибратор выполняет двоякую функцию: а) при закры­той выходной заслонке уплотняет материал; б) после открытия заслонки опорожняет датчик.

Последнюю категорию образуют датчики-зонды, предназначенные для введения в массу материала (зер­но, грунт) и проведения разовых измерений или непре­рывного контроля его влажности без отбора образца. Датчики' этого типа имеют форму (ножевидную, копье­видную, с конусным наконечником и т. п.), облегчающую введение в материал. Датчики-зонды можно разделить на: а) датчики без уплотнения материала; б) датчики с приспособлениями для уплотнения материала.

Датчики первой группы вводят в сыпучий материал в тех местах, где масса материала, расположенная выше, создает постоянное (или близкое к постоянному) уплот­нение. Наиболее простую конструкцию имеют датчики с одиночным электродом; часто применяют зонды и с дву­мя электродами.

Для песчаных грунтов в естественных условиях зале­гания Г. Я. Черняк (Л. Зт14] предложил датчик
(рис. 3-12,а), в котором электродами служат два полых металлических цилиндра 1 и 2, расположенных на одной оси. на некотором расстоянии друг от друга. Верхний электрод 2 заземляется, электрод 1 посредством прово­да 3 подключается к измерительному устройству - Элек­троды соединены механически с помощью изоляционной втулки 4. Линии электрического поля в основном парал­лельны оси датчика и охватывают некоторое пространст­во вокруг него, которое в первом приближении имеет форму цилиндра, коаксиального с зондом.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ДАТЧИКОВ

<

КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ДАТЧИКОВ

Рис. 3-12. Емкостные датчики-зонды.

Другая конструкция конденсаторного датчика-щупа («вилка») для сыпучих материалов показана на рис. 3-12,6. Обкладками являются два заостренных^ но­

Жевых электрода 1, смонтированных в рукоятке 2 из изоляционного материала и снабженных ребрами жест­кости 3. Через центральное отверстие рукоятки проходит гибкий коаксиальный кабель 4 для присоединения дат­чика к измерительному прибору.

В датчиках второй группы, предназначенных для из­мерения влажности материалов в мешках, тюках, насыпи и т. п., для уплотнения - чаще всего используется калибро­ванная пружина. Специфической разновидностью зондов, применимой не только для сыпучих материалов, но и в строительных конструкциях, сооружениях различного рода и т. п., являются так называемые «закладные» дат­чики, вводимые в массу "материала для длительного из­мерения влагоеодержания. Датчики этого типа служат
для локальных Измерений в определенном объеме Мате­риала; при условии миниатюризации они могут измерять поля влажности. Примером могут служить датчики, вы­полненные фотохимическим способом на фольгированном стеклотекстолите в виде плоского одностороннего конден­сатора с электродами различной формы, например в виде спиралей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга [Л. 3-15].

Погружные датчики-зонды применяются также в авто­матических влагомерах для сыпучих материалов (а так­же жидкостей) в неподвижном состоянии или в потоке.

3. Да'тчики для мягких волокнистых ма­териалов. К этой категории можно отнести легко де­формирующиеся (прессующиеся) рыхлые материалы с малой плотностью. Большинство таких материалов имеет волокнистую структуру, как, например, хлопок - сырец, хлопковое волокно, льняное волокно, вата гигро­скопическая, минеральная и стеклянная и т. пГ Для мате­риалов данной группы применимы датчики сыпучих ма­териалов с принудительным уплотнением, а также датчи­ки-зонды, описанные выше.

Во влагомерах для волокнистых материалов расти­тельного происхождения, состоящих из отдельных' тонких волокон, стеблей и листьев (колосья хлебных злаков, трава, сено, клевер и т. п.), применяют «цанговые» дат­чики в виде щипцов, на верхнем и нижнем концах кото­рых укреплены изолированные от них электроды. Элек­троды выполняются плоскими или с выступами. Пучок волокон сжимают вручную между электродами до полу­чения постоянного показания влагомера (обычно кондук­тометр ического) .

При необходимости измерения влажности легко де­формируемых материалов в потоке, например в виде хлопьев, чешуек или сплошной массы, можно получать однородный уплотненный слой материала с помощью вращающихся металлических валков. При перемещении на ленте конвейера достаточно одного валка; при свобод­ном падении материала он уплотняется в зазоре между двумя валками, которые (могут одновременно служить электродами кондуктометрического датчика.

'4. Датч-икидлятвердыхсвязных материа­лов. Органические и неорганические влагосодержащие монолитные (сплошной массы) материалы могут иметь правильную геометрическую форму (блоки, бруски, пли­
ты) или форму тел, ограниченных нерегулярными по­верхностями, Листовые материалы, имеющие форму сло­ев малой толщины, являются одной из разновидностей этой категории материалов.

Для рассматриваемой группы материалов применяют­ся датчики с электродами:

КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ДАТЧИКОВ

Рис. 3-13. Односторонний датчик с перемещаемыми электродами.

Б) вводимыми в тол - ^

А) односторонними, контактирующими с одной по­верхностью материала, а также изолированными от нее воздушным зазором или слоем тонкого диэлектрика; в последнем случае они

Применяются только в ди- J IУ////////////^ З

Элькометрических влаго­мерах;

Щу материала.

Форма поля односто­роннего датчика и, следо­вательно, контролируемая им зона материала опре-' деляются формой и раз­мерами электродов, в пер­вую очередь расстояиия-

Ми между электродами,' а при измерениях на по­вышенной частоте также расстоянием между электрода­ми и поверхностью материала. Поэтому представляет интерес конструкция датчика (рис. 3-13) (Л. 3-16], по­зволяющая изменять указанные расстояния. Централь­ный потенциальный электрод 1 можно перемещать пер­пендикулярно плоскости поверхности объекта измере­ния 2; крайние заземленные электроды 3 можно сдвигать в плоскости, параллельной поверхности объекта. Переме­щение всех электродов выполняется с помощью регули­ровочных' винтов 4. Трубки 5 имеют радиальные отвер­стия для очистки сжатым воздухом зазоров между элек­тродами и изолирующих деталей датчика, что особенно полезно для автоматических влагомеров.

Металлические электроды односторонних датчиков могут иметь разную форму.

Весьма распространены датчики с металлическими электродами в виде параллельных прямоугольников с рабочими поверхностями, расположенными в одной плоскости. Электроды соединены электрически через один. Недостатком является влияние близости края об­разца на результат измерения.

Датчик для мягких кож коидуктометрического влаго­мера ЭВК {Л. 3-17] имеет электроды в виде металличе­ских зубчатых гребенок, закрепленных на общем осно­вании из твердого диэлектрика. Центральная призма с двумя гребенками представляет собой один электрод; две параллельные ей внешние гребенки образуют второй электрод. Надежный контакт с кожей обеспечивается ве­сом датчика (около 5,5 кг). Автор применял также дат­чик аналогичной конструкции с зубчатыми гребенками, расположенными по двум концентрическим окружностям.

Для материалов высокой твердости электроды изго­товляются из электропроводящей резины. Такие электро­ды применялись, например, в датчиках коидуктометриче­ского влагомера, предназначенного для измерения влаж­ности стен и других строительных ограждений -и конст­рукций. Для этой же цели применялись проволочные щет­ки или густые металлические сетки, закрепленные на губчатой резине.

Автор предложил конструкцию [Л. 3-18], в которой электроды с рабочими поверхностями в одной плоскости выполнены в виде двух или нескольких концентрических металлических колец, находящихся под знакопеременны­ми потенциалами. Внешнее кольцо заземляется, и поле распределяется только внутри участка материала, огра­ниченного внешним кольцом; такой датчик не реагирует на близость края материала. Односторонние электроды могут быть разделены друг от друга воздушными про­межутками или же утоплены в изолирующем основании, поверхность которого совпадает с их рабочей поверхно­стью. В последнем случае увеличивается начальная ем­кость датчика, но. в то же время устраняются погрешно­сти, связанные с загрязнением воздушных промежутков между электродами. Для воспроизводимости результатов измерений необходим хороший контакт всей рабочей по­верхности электродов с материалом. Это особенно важно для кондуктомстрических влагомеров и представляет со­бой достаточно сложную задачу при. неровной поверхно­сти -материала. Необходимо уменьшить рабочую поверх­ность отдельных электродов и создать постоянное давле­ние на датчик; эти меры достаточны для получения хоро­шего контакта, если материал мягок. Рабочие и защит­ные (заземленные) электроды могут иметь и более слож­ную форму, например параллельных меандров. Односто­ронние датчики описанных форм удобно изготовлять тех­никой печатных схем. Затруднения, обусловленные воз­душными прослойками между электродами и объектом измерения, отпадают, если электроды выполнены в виде металлических слоев, нанесенных непосредственно на по­верхность материала (влагомер для строительных конст­рукций и материалов JJI. 3-19]). Хорошие результаты были получены автором при измерениях влажности бе­тона и бетонных изделий с помощью поверхностных электродов, изготовленных вжиганием серебряной пасты. Применение электродов в виде металлических слоев це­лесообразно только в тех случаях, когда требуется дли­тельный контроль влажности 'материала в месте их установки.

Из электродов, вводимых в толщу материала, наиболь­шее распространение получили так называемые «иголь­чатые» электроды в виде заостренных металлических стержней.

При работе с материалами невысокой твердости и надлежащем выборе диаметра игл и угла конуса введе­ние электродов в материал не требует значительных уси­лий. В некоторых конструкциях датчиков каждый из электродов состоит из двух и больше игл, например из четырех игл, расположенных в вершинах прямоугольни­ка. При работе с твердыми и сухими материалами иглы трудно вводить вручную.

Игольчатые электроды нашли практическое примене­ние во влагомерах для ряда материалов и в пер­вую очередь для древесины. Датчик электровлагомера ЦНИИМОД имел три стальные иглы, закрепленные в ос­новании по прямой линии. Уменьшение изгиба контактов при их введении в древесину и извлечении из нее обес­печивается конструкцией датчика.

Недостатком игольчатых датчиков является то, что для их введения в твердые сухие материалы требуются большие усилия, расшатывающие иглы после некоторого числа измерений.

Игольчатые датчики обеспечивают хорошую воспро­изводимость показаний влагомера. Игольчатые датчики - щупы с иглами значительной длины применялись для определения влажности хлопка-сырца, табака в кипах, зерна в мешках и других материалов без выемки пробы. Кроме того, игольчатые датчики применялись для - мяг­ких и пластичных материалов, таких как сливочное мас­ло, рыба, некоторые кондитерские изделия и т. д. В. рас­
смотренных конструкциях игольчатых электродов ток между электродами протекает не только через толщу материала, но и по его поверхности или в поверхностном слое. Введение игл не на полную их длину является воз­можным источником погрешности измерения.

Эти недостатки устранены в конструкции датчика, предложенной автором для измерения влажности естест­венных и искусственных смол, битумов, асфальтов и дру­гих материалов с низкой температурой плавления [Л. 0-1]. Игольчатые электроды снабжены изоляционны­ми втулками, покрывающими верхнюю часть электродов, ■начиная с основания, благодаря чему при измерениях исключается проводимость поверхностного слоя мате­риала. Второй отличительной особенностью датчика явля­ется устройство для нагрева электродов.

5. Датчики для листовых материалов. У простого датчика с двусторонним контактом, приме­няемого в неавтоматических диэлькометрических влаго­мерах для кож, электродами являются параллельные круглые металлические диски. Нижний неподвижный электрод заземлен, верхний электрод может перемещать­ся с помощью микрометрического винта, позволяющего одновременно определять толщину материала и вносить •соответствующую поправку в показания влагомера. Для улучшения "контакта между обкладками и материалом в датчиках рассмотренного типа иногда применяют про­кладки из фольги или наносят слой графита на рабочие поверхности обкладок.

"где Dx — толщина образца материала; DB — уменьшение зазора между электродами при втором измерении. 86

Другой метод измерения заключается в сохранении воздушного зазора между одной поверхностью листового материала и верхней пластиной конденсатора. Этот же датчик можно использовать для измерения методом «двух толщин»; производят измерение с исследуемым образ­цом листового материала между обкладками, а затем образец удаляют и верхний электрод приближают к ниж­нему до получения результата измерения емкости, рав­ного первоначальному. Легко подсчитать, что диэлектри­ческая проницаемость материала определяется соотноше­нием (без учета краевого эффекта)

КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ДАТЧИКОВ

Таким образом, измерение е сводится к (двум линей­ным измерениям величин Dx и DB; отпадает необходи­мость в контакте одного из электродов с материалом и в поддержании постоянства давления этого электрода, что является большим преимуществом, особенно при ра­боте с мягкими материалами. То же самое можно ска­зать и о способе измерения с воздушным зазором. В обо­их случаях точность измерения определяется главным образом точностью измерения толщины материала, а в методе двух толщин — и перемещения верхнего элек­трода. Если поверхности образца или электродов не строго параллельны, это вызывает погрешность измере­ния.

Для контроля влажности непрерывно движущегося полотна тонких листовых материалов (бумага, текстиль­ные ткани, листы фанеры, пленочные материалы и т. п.), а. также нитей применяют датчики нескольких типов.

В кондуктометрических влагомерах, предназначенных для текстильных тканей, нашли наибольшее применение датчики в виде металлических роликов, непрерывно кон­тактирующих с движущейся тканью. Контактный ролик лежит на ткани, огибающей направляющий ролик, и сжимает ее своим весом; измеряется сопротивление по­перек полотна. Для тканей, влажность которых высока, а сопротивление весьма мало, контактные ролики рас­полагают по одну сторону ткани на значительном рас­стоянии друг от друга и измеряют сопротивление ткани вдоль ее длины.

Обычно распределение влаги по поверхности ткани неравномерно, и при применении роликовых датчиков возникает задача измерения средней влажности контро­лируемого участка ткани. В литературе описаны различ­ные решения этой задачи. В одном из влагомеров при­меняются три контактных ролика, закрепленных на шар­нирных подвесах и расположенных по ширине ткани сле­дующим образом: один ролик посередине и два — по краям. Ролики электрически соединены параллельно; вто­рым электродом является корпус машины. Контактный ролик датчика другого влагомера имеет на своей по­верхности две спиральные ленточки; при вращении роли­ка они соприкасаются с тканью на различных участках, ее поверхности.

В диэлькометрических влагомерах для листовых ма­териалов предпочтение отдается конденсаторным датчи­кам, в которых контролируемый материал. не соприка­сается с электродами — плоскопараллельным с воздуш­ным зазором между материалом и обкладками или, ча­ще всего, односторонним с «внешним полем».

ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПСИХРОМЕТРЫ

Психрометрический метод является одним из старей­ших и распространенных в 'промышленности, метеороло­гии и научных исследованиях методов измерения влаж­ности воздуха при положительных температурах. Он основан на зависимости между влажностью воздуха и разностью …

Методы измерения влажности

М. А. БЕРЛИНЕР Методы измерения влажности твердых материалов, жидкостей и газов, основанные на преобразовании влаж­ности в другую физическую величину с использованием современной измерительной техники, насчитывают всего несколько десятилетий; некоторые из …

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ВЛАЖНОСТИ

Задачи метрологического обслуживания измерений влажности возникли сравнительно недавно, после того как эти измерения заня­ли место одной из отраслей аналитической техники. Как и в других отраслях измерительной техники, основной метрологической' зада­чей …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.