Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Для забезпечення населення якісними продуктами харчування, необхідно забезпечити належні умови зберігання сільськогосподарської продукції. Цих умов можна досягти за допомогою вдосконалення систем управління технологічними процесами, що стосуються підвищення якості продукції, збільшення термінів зберігання і зменшення втрат. В сучасних умовах необхідні універсальні пристрої для контролю вологості різних сільськогосподарських матеріалів без додаткової перебудови з великою точністю вимірювання.

Вимірювання вологості зерна потрібно проводити на різних стадіях його обробки, оскільки вологість є найважливішим показником якості зерна. Вода впливає на життєдіяльність всіх живих організмів, перш за все самого зерна і мікроорганізмів, які можуть перебувати на його поверхні. Значення вологості характеризує і відображає кількість поживних речовин в зерні, а також його готовність до зберігання і подальшої обробки. Вологе зерно містить меншу кількість поживних речовин, а при тривалому зберіганні може змінюватися і псуватися. Наявність вологи активізує фізичні і фізіологічні процеси, негативно впливає на зберігання і переробку.

1. Актуальність теми

Тема актуальна буде ще довгий час так як населення планети займається заготівлею зерна. Для того що б отримати більше сировини воно повинно відповідати нормам. З чого можемо зробити висновок, що підприємствам потрібні потокові вологоміри зерна. А так як в даній темі магістерської дисертації ми покращуємо, спрощуємо і робимо економічніше прилад, припускаю, що це питання буде саме на часі в рішенні підприємців про поліпшення якості виробництва та сировини.

2. Огляд і вибір методів для створення приладу.

Методи вимірювання вологості прийнято ділити на дві групи:
- методи массопереносні, засновані на попередньому перенесення вологи в допоміжну середовище;
- методи, засновані на вимірі одного або декількох властивостей вологого матеріалу без попереднього розділення води і досліджуваного зразка (немассопереносні). У методах другої групи вимірюється величина, функціонально пов'язана з вологістю матеріалу. Дані методи вимагають попередньої калібрування з метою встановлення залежності між вологістю матеріалу і вимірюваною величиною[1].

Массопереносні методи

Найбільш поширеним методом є метод висушування (термогідравлічних), що полягає в повітряно-теплової сушінні зразка матеріалу до досягнення рівноваги з навколишнім середовищем; це рівновага умовно вважається рівнозначним повного видалення вологи. На практиці застосовується висушування до постійної ваги; найчастіше застосовують так звані прискорені методи сушіння. У першому методі сушіння закінчують, якщо два послідовних зважування досліджуваного зразка дають однакові або дуже близькі результати. Так як швидкість сушіння поступово зменшується, передбачається, що при цьому віддаляється майже вся волога, що міститься в зразку. Тривалість визначення цим методом становить зазвичай від кількох годин до доби і більше. У прискорених методах сушіння ведеться протягом певного, значно більш короткого проміжку часу при підвищеній температурі (наприклад, стандартний метод визначення вологості зерна сушінням розмеленої навішування при +130 градусах протягом 40 хвилин).

Визначенню вологості твердих матеріалів висушуванням притаманні такі методичні похибки:
- при висушуванні органічних матеріалів поряд з втратами гігроскопічної вологи відбувається втрата летючих; одночасно при сушінні в повітрі має місце поглинання кисню внаслідок окислення речовини, а іноді і термічний розклад проби;
- припинення сушки відповідає не повного видалення вологи, а рівноваги між тиском водяної пари в матеріалі і тиском водяної пари в повітрі;
- видалення зв'язаної вологи в колоїдних матеріалах неможливо без руйнування колоїдальних частки і не досягається при висушуванні;
- в деяких речовинах в ході сушіння утворюється водонепроникна кірка, що перешкоджає подальшому видаленню вологи.

Деякі із зазначених похибок можна зменшити сушінням у вакуумі при низькій температурі або в потоці інертного газу. Однак для вакуумної сушки потрібно більш громіздка і складна апаратура, ніж для повітряно-теплової.

При найбільш поширеному методі сушіння (в сушильних шафах) є похибки, які залежать від апаратури і техніки висушування. Так, наприклад, результати визначення вологості залежать від тривалості сушіння, від температури і атмосферного тиску, при яких протікала сушка. Температура має особливо велике значення при використанні прискорених методів, коли зниження температури сильно впливає на кількість вилученої вологи. На результати висушування впливають також форма і розміри бюкс і сушильного шафи, розподіл температури в сушильній шафі, швидкість руху повітря в ньому, можливість віднесення пилу або дрібних частинок зразка і т. Д. Для матеріалів, що піддаються перед визначенням вологості подрібнення, велике значення має спад вологи в зразку в процесі подрібнення. Це зменшення особливо велика, якщо при розуміли має місце нагрів зразка.

В результаті висушування є суто емпіричний метод, яким визначається не справжня величина вологості, а якась умовна величина, більш-менш близька до неї. Визначення вологості, виконані в неоднакових умовах, дають погано зіставні результати. Значно більш точні результати дає вакуумне сушіння, виконувана зазвичай в камері при тиску 25 мм рт. ст. і нижче до постійної ваги.

У дистиляційних методах зразок підігрівається в посудині з певною кількістю рідини, не змішується з водою. Випари води разом з парами рідини піддаються отгонке і, проходячи через холодильник, конденсуються в вимірювальному посудині, в якому вимірюється обсяг або маса води. Однак Дистиляційна методам також властиві багато недоліків і джерела похибок, в тому числі і систематичних.

Екстракційні методи засновані на добуванні вологи з досліджуваного зразка водовбирною рідиною і визначенні характеристик рідкого екстракту, що залежать від його вмісту вологи – щільності, показника заломлення, температури кипіння або замерзання і т. д.

Основою хімічних методів є обробка зразка реагентом, що вступає в хімічну реакцію тільки з вологою, що міститься в зразку. Кількість води в зразку визначається за кількістю рідкого або газоподібного продукту реакції. Так для зерна можна використовувати тітрірованіе К. Фішера. В основу методу покладена відома в аналітичній хімії реакція:

формула

Метод відрізняється універсальністю, високою чутливістю і точністю, можна застосувати в широкому діапазоні вмісту вологи (може використовуватися в якості зразкового). Зазвичай кінець титрування визначають візуально або електрометричним способом.

Визначення вологості массопереноснимі методами триває від багатьох годин (висушування до постійної ваги) до 1 год (прискорені методи сушки) або в кращому випадку до десятків хвилин, що перешкоджає їх застосуванню в якості експрес-методів.

"Немассопереносні" методи

У цих методах оцінка вологості проводиться по зміні різних його властивостей.

Механічні методи засновані на вимірі змінюються з вологістю механічних характеристик твердих матеріалів (опір розчавляню зерна). Цим методам, що відрізняється своєю простотою, властива низька точність.

З "немассопереносних" методів найважливішими і отримали найбільшого поширення є ті фізичні методи, які представлені на малюнку 1.1.

малюнок

<

Малюнок 1 - Схема класифікації фізичних методів вимірювання вологості

Методи, засновані на вимірі неелектричних властивостей матеріалів.

Радіометоди, розвинені в останні десятиліття, базуються в основному на сучасні способи дослідження складу, структури і властивостей речовини, що використовують взаємодію різних видів електромагнітних коливань і ядерних випромінювань з досліджуваним речовиною. Спільними достоїнствами даної групи методів є неконтактна спосіб вимірювання та відсутність порушення різних полів (температурних, вологісних, механічних деформацій і так далі) в об'єкті вимірювання. У той же час для їх застосування необхідна складна апаратура.

В основі методу ядерного магнітного резонансу (ЯМР) лежить резонансне поглинання радіочастотної енергії ядрами атомів водню (протонами) води при приміщенні вологого матеріалу в постійне магнітне поле. Основними недоліками методу ЯМР в порівнянні з іншими методами вимірювання вологості залишаються складність і громіздкість апаратури і її більш висока вартість.

Оптичні методи засновані на залежності оптичних властивостей матеріалів від їх вмісту вологи. Для твердих матеріалів використовується інфрачервона і видима області спектра. Перевагою даних методів є простота конструкції. У той же час вони не застосовні при високих вологовміст, а зміна гранулометричного складу і наявність домішок, що відрізняються своїми оптичними характеристиками, можуть викликати великі похибки.

Теплофізичні методи засновані на залежності від вологості матеріалу його теплофізичних властивостей - коефіцієнта теплопровідності λ, питомої теплоємності с і коефіцієнта температуропровідності а = λ/сρ (ρ - щільність матеріалу). Ця залежність спостерігається у всіх капілярно пористих матеріалів. До недоліків теплофізичні методу слід віднести сильний вплив щільності матеріалу, його гранулометричного контакту; наявність поверхневої вологи в зоні контакту може викликати великі похибки. Отже, від цього методу можна очікувати високої точності.

Ультразвукові методи засновані на залежності характеристик ультразвукових коливань від властивостей і складу середовища, в якій поширюється ультразвук. У них зазвичай використовується залежність швидкості поширення ультразвукових коливань від вологості досліджуваного матеріалу. Недоліком даних методів є низька точність[2].

Електричні методи вимірювання вологості.

Основою електричних методів вимірювання вологості є залежність від вологості параметрів, що характеризують поведінку вологих матеріалів в електричних полях.

кондуктoметричні методи засновані на вимірі електричної провідності матеріалу на постійному струмі і змінному струмі промислової або звуковий частоти.

Вологомістких матеріали, будучи в сухому вигляді діелектриками з питомим об'ємним опором ρv=1010-1015 ом*см і вище, в результаті зволоження стають напівпровідниками; величина ρv знижується до 10-2-10-3 ом*см. Питомий опір змінюється, отже, в залежності від вологості в надзвичайно широкому діапазоні, що охоплює 12-18 порядків

При вимірах в області дециметрових, сантиметрових і міліметрових хвиль доводиться розглядати системи з розподіленими параметрами.

Розглянемо методи вимірювання вологості на надвисоких частотах. Дані методи класифікують на:
- методи, засновані на вимірі характеристик поля стоячих хвиль;
- методи, засновані на вимірі характеристик поля хвиль, що пройшли через вологий матеріал (оптичні методи)[3].

До першої групи методів належать:

а) метод, заснований на вимірюванні поля стоячої хвилі в зразку досліджуваного діелектрика. Ґрунтується на обчисленні діелектричної проникності вологого матеріалу, яка є функцією вмісту вологи, за результатами вимірювання величини фазової частини постійної поширення. Практично вимірювання зводяться до визначення довжин хвиль в системі без діелектрика і з діелектриком, за якими визначається:

λ0 і λд - відповідно довжина хвилі у вільному просторі і вологому матеріалі.

Елементами, в яких реєструється розподіл поля (або датчиками в разі вимірювання вологості) можуть бути: одна-і двухпроводная лінії, коаксіальна лінія або хвилеводи. Недоліками є необхідність використання зразків великого обсягу і зниження точності вимірювань в разі зразків з великими втратами (великий вологості);

б) метод, заснований на вивченні поля стоячих хвиль, що виникають при відображенні електромагнітної енергії від зразка досліджуваного матеріалу. Суть методу полягає у визначенні постійної поширення в зразку вимірюваного матеріалу шляхом вивчення картини розподілу стоячій хвилі на ділянці лінії, не заповнена діелектриком (при відомих навантаженнях, включених за зразком в кінці лінії). Можуть бути різні варіанти розташування зразка в вимірювальному елементі і кінцевої навантаження: повне заповнення перетину, застосування зразків різної товщини, створення режиму короткого замикання і холостого ходу, варіація товщини зразка (тонкий і нескінченний шар) і ін. У всіх випадках процес вимірювання діелектричної проникності матеріалу зводиться до вимірювання коефіцієнта стоячої хвилі і зміщення першого мінімуму [4].

Розрахункові формули виходять досить складними, виходить неоднозначність у визначенні діелектричної проникності, і, як правило, доводиться вирішувати систему трансцендентних рівнянь;

в) метод, заснований на використанні хвиль, відбитих від поверхні вимірюваного зразка. У цьому випадку для визначення діелектричної проникності використовують параметри хвилі, що виникла в результаті взаємодії падаючої і відбитої хвиль;

г) резонансний метод заснований на вимірюванні параметрів резонатора при внесенні до нього досліджуваного матеріалу. Вимірюючи частоти резонатора, визначають діелектричну проникність, а вимірюючи її добротність, визначають коефіцієнт втрат.

У діелькометричному (місткості) методі найчастіше використовується середневолновій і короткохвильового діапазони частот або надвисокі частоти. У першому випадку геометричні розміри датчика та інших елементів вимірювальних ланцюгів значно менше довжини хвилі і їх можна розглядати як системи з зосередженими параметрами.

В даному методі використовують середньохвильовий і короткохвильовий діапазон частот (f = 0,1 - 30 МГц).

У цих умовах геометричні розміри датчиків значно менше довжини хвилі і їх можна розглядати як системи з зосередженими параметрами.

Використання даного методу пов'язано з аномально високою діелектричної проникністю води; в діапазоні частот від 100 кГц до 100 МГц при кімнатній температурі її можна вважати близькою до 81, при значенні діелектричної проникності капілярно-пористих матеріалів не більше 5 - 10.

Тому електричні параметри капілярно-пористих матеріалів сильно залежать від їх вологості, тобто ємність ЕПП є функція вологості. Однак, ємнісний метод вимірювання вологості може бути, застосований лише тільки в тому випадку, якщо велика частина молекул води в речовині знаходиться в вільному стані і речовина має більш-менш постійний фізико-хімічний склад.

Як ЕПП найчастіше використовують датчики на основі плоско-паралельного і коаксіального конденсаторів.

При внесенні контрольованого речовини в ЕПП, його електрична ємність збільшиться на величину середньої діелектричної проникності матеріалу між електродами датчика. Зміна ємності спричинить за собою зміну реактивного опору датчика, і як наслідок збільшення струму, що протікає через ЕПП влагоміра, реєстрованого вимірювальної схемою.

Залежність ємності ЕПП від вологості матеріалу знаходять експериментальним шляхом.

Діелектрична проникність матеріалів ε в змінних електромагнітних полях, які використовуються в технологічному контролі, є комплексною величиною:

в якій дійсний компонент ε' визначає здатність матеріалу поляризуватися в електричному полі, а уявний компонент ε" (коефіцієнт втрат) характеризує поглинання енергії речовиною при поляризації. Компоненти комплексної діелектричної проникності (КДП)ε', ε" пов'язані з тангенсом кута діелектричних втрат tg δ і електропровідністю σ матеріалу співвідношеннями:

де ω - кругова частота електромагнітного поля, ε0 = 8,854 10-12 Ф / м - електрична постійна.

Для вимірювання компонентів ε', ε" використовуються зазвичай двополюсні ємнісні датчики з внутрішнім електромагнітним полем (вимірювальні осередки) або з зовнішнім полем (зонди). Значення ε', ε" визначаються за складовими вхідного імпедансу датчика, пов'язаних функціональними залежностями з ε', ε".

[6]

Вплив на точність вимірювання роблять наступні фактори: зміна щільності досліджуваного матеріалу, зміна температури і провідності речовини, зміни хімічного складу. Всі перераховані фактори вносять похибка в вимірювальний процес. Для того щоб ці похибки звести до мінімуму, приймаються спеціальні заходи. Наприклад, вводиться автоматично або враховується поправка на зміну температури і провідності. Вживаються заходи до забезпечення сталості щільності вимірюваного речовини в датчику.

Перевагами методу є простота і невисока вартість вимірювальної схеми і первинного перетворювача, що дозволяє визначати вологість матеріалу без порушення його структури і без відбору проб; метод може бути використаний в потоковому режимі; висока швидкість вимірювання.

Недоліки: невисока точність вимірювання, вплив різних чинників (температура, щільність і ін.) На результат вимірювання.

У розробляється пристрої буде застосований ємнісний метод - вимір вологості зі зміни ємності конденсатора.

Даний спосіб вимірювання вологості обраний тому, що його характерною особливістю є чутливість вимірювань, можливість потокової оцінки вологості в великих обсягах (велика інформаційна ємність методу). Останнє є важливою перевагою, так як в реальних виробничих умовах завжди спостерігається нерівномірний розподіл вологи в обсязі.

3.Прототип

Поточний вологомір Фауна-П призначений для вимірювання вологості в потоці зернових і олійних культур і продуктів їх переробки в процесі сушіння в сушарках шахтного, карусельного і інших типів, на обладнанні підприємств харчової промисловості.

КВологомір випускається в модифікаціях: Фауна-П – для роботи з одним датчиком (див. Рис.1), Фауна-ПМД2 – з двома датчиками, Фауна-ПМД3 – з трьома датчиками, Фауна-ПМД4 – з чотирма датчиками. Вологомір має уніфікований вихід 0 – 1,0 В, що дозволяє використовувати його в системах регулювання і управління технологічними процесами [7].

Малюнок 1 - Поточний вологомір Фауна-П

Поточний вологомір працює в безперервному режимі з автоматичною корекцією вимірювань в залежності від температури та інших факторів, що впливають.

Технічні характеристики приладу Фауна-П представлені в таблиці 1.

Технічні характеристики приладу Фауна-П

Будова і принцип дії

Вологомір реалізує діелькометричний (ємнісний) метод вимірювання вологості і являє собою мікропроцесорний прилад, що забезпечує виведення на дисплей значень вологості, температури і назв контрольованих зернових або олійних культур, вихід аналогового сигналу, пропорційного значенням вологості, для побудови систем автоматичного регулювання процесу сушіння, введення ручної корекції результатів вимірювань вологості для компенсації впливу зовнішніх факторів, вибір контрольованих культур. Конструктивно вологомір виконаний з двох частин – датчика і блоку індикаторного, з'єднаних кабелем.

Датчик являє собою дві паралельні металеві смуги і утворюють конденсатор. Зміна електричної ємності конденсатора функціонально пов'язано зі змінами величини вологості контрольованої культури. Вимірювальний блок, встановлений між паралельними металевими смугами, перетворює значення ємності конденсатора в сигнал вимірювальної інформації, який по сполучному кабелю передається в індикаторний блок.

Індикаторний блок містить мікропроцесор і елементи вимірювального перетворювача. На передній панелі знаходиться дисплей, кнопка вибору контрольованих культур Вибір і дві кнопки Корекція + і - для введення корекції показань вологості. На правій стінці блоку знаходиться тумблер електроживлення. На нижній стінці – роз'єми з'єднувального кабелю і кабелю передачі сигналу, введення кабелю живлення і утримувач запобіжника. Конструктивно вологомір Фауна-П складається з датчика і блоку індикаторного, з'єднаних кабелем довжиною 10 м, але за заявкою замовника довжина кабелю може бути збільшена до 50 м.

Датчик поточного влагоміра Фауна–П встановлюється в місцях, де найкращим чином забезпечується сталість щільності потоку і відсутні застійні зони зерна, наприклад, в місцях вивантаження. Температура в цих місцях може досягати 80 ° С. Значення температури зерна в районі установки датчика постійно вимірюється і відображається на дисплеї індикаторного блоку. Зміни показань вологості, пов'язані зі зміною температури автоматично компенсуються (коригуються) за індивідуальними залежностям для кожної культури. Значним резервом підвищення точності вимірювань влагомером Фауна-П є зниження методичних похибок градуювання, що виникають при установці датчика в робочій зоні технологічного агрегату (сушарки) конкретного типу. Це так звані помилки Стикування, які обумовлені своєї первісної (електричної) ємністю агрегату.

Датчик вологоміра Фауна-П забезпечений компенсатором початкової ємності, за допомогою якого показання вологоміра приводяться до заводської градировки. Процедура стикування датчика з даними агрегатом проводиться один раз після завершення монтажу. Блок індикаторний, як правило, встановлюється на пульті управління агрегатом в легко доступному для оператора місці і експлуатується при температурі від 5 до 40 ° С. Після монтажу блок індикаторний в налаштуванні не потребує.

4. Висновок.

Магістерська дисертація присвячена розробці приладу вимірювання вологості зерна на мукомельному підприємстві. В ході виконання роботи були визначені оптимальні значення похибки і вологості зерна.

Як прототип виступає потоковий вологомір Фауна-П який демонструє нам всі якості методу.

На момент створення сайту магістерська робота не завершена. Якщо є запитання просимо звертатися до автора.

Перелік посилань

  1. Берлинер М.А., Измерения влажности / Берлинер М.А. — М.: Энергия, 1973. — 400 с.
  2. Бензарь В.К., Техника СВЧ-влагометрии / Бензарь В.К. – Минск: Высшая школа, 1974. – 349 с.
  3. Бесекерский В.А., Теория систем автоматического регулирования / Бесекерский В.А., Попов Е.П. – М: Наука, 1972. – 768 с.
  4. Брандт А.А., Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах – М.: Физматгиз, 1963. – 403 с.
  5. Бугров А.В., Высокочастотные емкостные преобразователи и приборы контроля качества / Бугров А.В.. – М.: Машиностроение, 1982. – 94 с.
  6. Будницкая Е.А., Точные измерения комплексных сопротивлений емкостного характера / Будницкая Е.А., Карпенко В.П. // Измерительная техника. – 1967. – №8. – С. 44-47
  7. Интернет ресурс,Официальный сайт компании ОООЛепта по разработке, производству и поставки влагомеров для зерна, семян и других сыпучих материалов Режим доступа: http://www.agrolepta.ru/Fauna-P.htm. http://www.agrolepta.ru....