Сензор за влажност на зърното в потока, Измервателни уреди и оборудване - OOO - Akvar-avtomatika
Сензори за влага за автоматизиране на влажността на зърното.
Овлажняването на зърното преди смилане в мелници за брашно е един от
най-важните условия за подобряване на качеството на продуктите. При подходяща влажност се подобряват качествата на смилане на зърното, намалява се натоварването на машините за смилане на брашно, намалява пепелното съдържание на брашното поради по-пълно отстраняване на черупките, в резултат на което се увеличава белотата и добива на брашно от по-висок клас;
Но следните фактори влияят върху точността на измерване на съществуващите сензори:
- В мелниците за получаване на висококачествено сортово брашно се обработват различни видове зърно, по-специално различни смеси от зърна.
- Зърното е натурален продукт, а не изкуствен, калибриран.
Зърнената маса е разнородна по състав, което се дължи на особеностите на узряването на отделните растения и всяко зърно. Например, теглото на едно зърно пшеница е в диапазона от 30 до 50 mg.
- Фактори, влияещи върху съдържанието на влага в единична зърнена проба, като: структура на зърното, форма на порите, техните размери, характер на разпределение на влагата, наличие на повърхностна влага върху измереното зърно, замърсяване и др.
Ето защо една от най-важните задачи при смилането е да се осигури автоматизирано измерване на влажността на зърното, независимо от свойствата както на дадена партида за смилане, така и от промяната в състава на зърното.
Основни физични принципи за измерване на влажността и възможността за тяхното приложение за измерване на влажността на зърното.
Измервателната база за електронни сензори за влажност на зърнотовинагиефункционална връзка на електрическите свойства (капацитет, съпротивление и т.н.) на зърното от влага, което прави възможно получаването на електрически изходен сигнал на изхода, тъй като е по-подходящ за измерване, усилване, предаване, обработка с помощта на съвременна електроника и микропроцесорна технология.
И така, в кондуктометричните измервателни уреди се използва функционалната зависимост на електрическата проводимост на материала от влажността. Зърното, тъй като е сух диелектрик, става проводящо в резултат на влага. Специфичната устойчивост на мокро зърно варира в зависимост от съдържанието на влага в доста широк диапазон. Доста проблематично е да се използват кондуктометрични сензори за точно измерване на съдържанието на влага в зърното. Особено трудно е да се контролира ниската влажност с кондуктометрични измервателни уреди, когато електрическото съпротивление е все още много високо и смущаващите фактори въвеждат голяма грешка. В най-важния контролен диапазон от 5-17%, дори едно зърно има съпротивление от десетки MΩ. За зърнена проба редът на стойностите на съпротивление ще бъде още по-висок. Технически е трудно да се измери съпротивлението в стотици MΩ с малка грешка и съответно е трудно да се получи точна стойност на влажността. Кондуктометричният метод за измерване е доста подходящ за материали с ниско първоначално съпротивление, но е трудно приложим за вградени сензори за зърно.
Въз основа на зависимостта на диелектричната константа от влажността се изработват диелкометрични сензори за влажност на зърното. Една от разновидностите на диелкометричните влагомери са капацитивните сензори за влажност на зърното. Капацитивните сензори позволяват да се контролира влажността чрез стойността на електрическия капацитет на кондензатора, между плочите на който има зърно. Измерен капацитете функция на диелектричната константа и, съответно, съдържанието на влага в контролирания материал.
Като цяло диелектричната проницаемост на всяка среда всъщност характеризира реакцията й на електрическо поле. Колкото по-голяма е диелектричната константа, толкова по-бавно се разпространява радиосигналът. Чрез измерване на времето на преминаване на радиовълните през материала и знаейки дебелината на материала, е възможно да се изчисли неговата диелектрична константа - съответно влажност.
Въз основа на измерването на диелектричните свойства на даден материал в електромагнитно високочестотно поле работят микровълновите влагомери. Микровълновите влагомери използват зависимостта на вълновите параметри (амплитуда, фаза, честота) от влажността на зърното.
Диелектричните сензори (капацитивни) и еднопараметричните микровълнови влагомери се оказват силно зависими от свойствата на зърното, тъй като е невъзможно да се вземат предвид всички свойства на зърното и потока само чрез диелектрична константа или чрез промяна, например, на амплитудата на вълната.
За да се получат точни стойности на влажност с такива сензори при условия на измерване в линия, е необходимо да се осигури възпроизводимост на факторите, влияещи върху резултатите от измерването. По правило е необходимо да се стабилизира плътността на потока в измервателното пространство на чувствителния елемент, за да се осигури стабилност на измервателната клетка, особено в случай на възможност за замърсяване, промяна на твърдостта на водата - това в производствени условия налага използването на допълнителни устройства или въвеждането на корекции за хардуерна грешка. Поне след всяка промяна от един вид зърно към друг или след промяна в състава на партидата за смилане е необходимо да се калибрира отново сензора за влага, за да се постигне необходимата точност на измерване. Това води до необходимостта да се извърши доста трудоемколабораторни измервания. Въпреки това,
това означава определени ограничения за съществуващите инструменти за измерване на влага въз основа на диелкометричните свойства на зърното.
В крайна сметка трябва да определим съдържанието на влага в продукта, а не да вземем предвид и преизчислим различни свойства на зърното в корекции за измереното съдържание на влага, което в много случаи не може да бъде взето под внимание.
Влиянието на физичните свойства на зърното може да бъде елиминирано математически съгласно принципа: има две неизвестни променливи (влага и свойства на зърното), за еднозначно решение са необходими поне две уравнения. Което означава: при изграждането на сензор за влага, който не зависи от свойствата на зърното, е необходимо да се организира измерването на влагата в няколко параметъра, които са функция на съдържанието на влага.
Едно от устройствата, които прилагат този метод за измерване на влажността, е многопараметърен микровълнов сензор за влажност.
Принципът на работа на сензора за влажност е илюстриран на фиг.1.
При липса на зърно в тръбата, измервателният резонатор има собствена честота F0u и амплитуда A0u. След напълване на тръбата със зърно със съдържание на влага от, например, около 10%, честотата и амплитудата намаляват до стойностите F1u и A1u, а с увеличаване на съдържанието на влага в зърното до 17% настъпва още по-голяма промяна в честотата и амплитудата (F2u и A2u).
Този метод за измерване на влажност има най-високата точност, постижима днес. Сензорът е безконтактен, лесно се интегрира в потока, не изисква допълнителноустройства, устройства за подготовка на проби, които допринасят за запушване на измервателния канал, безкрайни калибрации, има минимум ръчни настройки и се оказа най-адаптираният и лесен за поддръжка за автоматизиране на процеса на овлажняване на зърното.