Технічні науки / 6. Електротехніка і радіоелектроніка

К.т.н. Куцевол О. М., к.т.н. Куцевол М. О.

Вінницький національний аграрний університет, Україна

Діелектрометричний метод контролю вологості зерна і зернопродуктів

Поставлена задача вирішується тим, що використовуються додаткові інформативні параметри: напруги постійного струму на зразковому опорі і ємнісному чутливому елементі [1. На рис.1 показана еквівалентна схема кола, що складається із зразкового опору і ємнісного чутливого елемента, з’єднаних послідовно. Ємнісний чутливий елемент поданий у вигляді паралельно з’єднаних опору втрат і дійсної ємності матеріалу , на вході кола діє джерело напруги змінного струму , на рис.2 – та ж схема, яка знаходиться під дією джерела напруги постійного струму , а на рис.3 – векторна діаграма матеріалу, що знаходиться в ємнісному чутливому елементі під дією змінного струму.

Комплексна провідність матеріалу, який знаходиться в ємнісному чутливому елементіё

, (1)

де – опір втрат матеріалу;

– дійсна ємність матеріалу;

– модуль комплексної провідності матеріалу;

– фазовий зсув між напругою на ємнісному перетворювачі та сумарним струмом ємнісного чутливого елемента.

З виразу (1) очевидно:

. (2)

Рис.1. Еквівалентна схема вимірювального Рис.2. Еквівалентна схема

перетворювача під дією джерела вимірювального перетворювача

змінного струму дією джерела постійного струму

Модуль комплексної провідності матеріалу експериментально знаходиться з використанням сумарного струму ємнісного перетворювача та напруги на ньому:

, (3)

де – сумарний струм ємнісного перетворювача;

– зразковий опір.

З виразу (2):

. (4)

Для визначення опору втрат необхідно скористатись схемою рис.1. При дії на вході джерела напруги постійного струму матимемо:

, (5)

де – струм через опір втрат при дії на вході джерела напруги постійного струму;

– струм через зразковий елемент при дії на вході джерела напруги постійного струму.

Опір втрат:

. (6)

З врахуванням виразу (6) дійсна ємність знаходиться наступним чином:

. (7)

Дійсна ємність не залежить від нестабільних втрат і пропорційна вологості:

, (8)

де – коефіцієнт пропорційності.

Аналізуючи вираз для визначення вологості за допомогою еквівалентних схем рис.1 та рис.2 на змінному та постійному струмі і векторної діаграми вологого матеріалу (рис.3) можна зробити висновок, що точність вимірювання вологості залежить від точності зразкового резистора (прецезійного активного опору) R_з та точності вимірювання напруг на елементах перетворювача і його вході.

Рис.3. Векторна діаграма вимірювального перетворювача

Враховуючи стан сучасної прецезійної елементної бази, забезпечення необхідної точності опору R_з не є складним завданням, адже існують прецезійні резистори, точність яких складає 0,01% і вище. З такою ж точністю можна вимірювати і напругу.

На основі виразу (8) було побудовано дослідний зразок вологоміра зерна та досліджено похибку вимірювань. Дослідження проведено згідно із вимогами ГОСТ 13586.5-93. Результати випробувань наведені у табл.1.

Таблиця 1

Результати дослідження засобу контролю вологості

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	17,2	17,2	17,8	17,2	17,2	17,8	17,1	18,3	17,4	17,1
	17,27	17,14	17,87	17,21	17,18	17,73	17,17	18,35	17,46	17,05

Продовження табл.1

	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
	17,4	16,8	16,9	16,8	18,0	18,0	17,4	17,3	16,9	17,4
	17,34	16,86	16,92	16,74	18,05	18,01	17,43	17,35	16,87	17,36

Продовження таблиці 1

	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
	17,4	17,6	18,2	17,4	18,4	17,9	16,7	18,4	17,5	17,5
	17,38	17,55	18,22	17,41	18,47	17,94	16,76	18,38	17,55	17,48

Середньоквадратична похибка вимірювання вологості:

, (9)

де – значення вологості зерна, виміряне засобом контролю вологості.

В результаті опрацювання даних табл.1 отримуємо: .

Отже, в результаті контрольних випробувань встановлено, що середньоквадратичне відхилення результатів вимірювання складає 0,049% вологості.

Визначимо довірчий інтервал результатів вимірювань при ; [3]

.

Таким чином абсолютна похибка вимірювання не перевищує 0,182% вологості.

При цьому приведена похибка

.

Висновок

В результаті проведених досліджень отримано аналітичний вираз, що пов’язує дійсну ємність матеріалу із його вологістю. Побудований на базі виразу (8) дослідний зразок вологоміра зерна показав достатньо високі метрологічні характеристики, отримані без додаткової компенсації нестабільних діелектричних втрат, пористості та гарнулометричного складу.

Література:

1. Пат. 75700 Україна, МПК G 01 N 27/22. Спосіб вимірювання вологості / Поджаренко В. О., Куцевол М. О., Куцевол О. М. ; заявник патентовласник Вінницьк. націон. техн. унів. – №2004032000 ; заявл. 18.03.04; опубл. 15.05.06, Бюл. № 5. – 2 с.

2. Зерно. Метод определения влажности : ГОСТ 13586.5-93 [Действителен от 1993–10–21]. – М. : Межгосударственній стандарт, 1993. – 9 с.

3. Рего К. Г. Метрологическая обработка результатов технических измерений : справочное пособие / К. Г. Рего. – К. : Техніка, 1987. – 128 с.