Технічні науки / 6. Електротехніка і радіоелектроніка

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

Вінницький національний аграрний університет, Україна

Метод визначення діелектричних параметрів

вологого зерна

Існуючі нині прилади контролю вологості та вологометричні системи, що базуються на електричних методах вимірювання вологості, відповідають задекларованим похибкам при контролі матеріалів, що мають стабільні пористість і діелектричні втрати. Зерно має нестабільні пористість і хімічний склад [1,2]. Ці збурювальні параметри зерна залежать від кліматичних особливостей під час вегетації, від кількості та складу добрив і засобів захисту, від складу ґрунту та інших факторів. Особливий вклад в сумарну похибку діелектрометричних вологомірів вносять діелектричні втрати і втрати за рахунок прямої провідності, які значною мірою залежать від хімічного складу.

Основними діелектричними параметрами зерна є відносна діелектрична проникність та тангенс кута діелектричних втрат.

Відносна діелектрична проникність показує у скільки разів збільшується ємність чутливого елемента при заповненні його досліджуваним матеріалом:

(1)

де С_у – ємність чутливого елемента із досліджуваним матеріалом (уявна ємність);

С – ємність незаповненого чутливого елемента.

Результати досліджень

Відомо [3], що відносна діелектрична проникність – величина

комплексна, значення якої залежить від діелектричних втрат та втрат прямої провідності:

(2)

де – дійсна частина комплексної відносної діелектричної проникності;

– уявна частина комплексної відносної діелектричної проникності.

Під дією гармонічної напруги в досліджуваному зразку зерна виникає струм:

(3)

де – комплексний опір заповненого чутливого елемента;

w – кутова частота гармонічної напруги.

Таким чином, у виразі (3) дійсна складова комплексної амплітуди струму:

–

є струмом втрат активної (прямої) провідності, уявна складова комплексної амплітуди струму:

–

є струмом діелектричних втрат, викликаних наявністю поляризаційних ефектів у вологому зерні пшениці.

Складові комплексної відносної діелектричної провідності і тангенс кута діелектричних втрат пов’язані наступною залежністю [4]:

. (4)

Модуль комплексної відносної діелектричної проникності:

(5)

Для знаходження , і зерна можна скористатись методами, описаними в [4].

Еквівалентна електрична схема первинного перетворювача при дослідженні зерна показана на рис.1, а суміщена векторна діаграма струмів і напруг – на рис.2.

З рис.2. очевидно, що кут j може знаходитись в межах

Із трикутника, утвореного напругами U₁, U₂, U₃, знаходимо кут b:

(6)

та кут j

(7)

Модуль струму перетворювача

(8)

де R_з – зразковий резистор перетворювача.

За відомих значень j та І легко знаходиться дійсна і уявна складові комплексного сумарного струму:

(9)

(10)

Використовуючи вирази (9) і (10), знаходимо тангенс кута діелектричних втрат

(11)

Уявна ємність чутливого елемента із досліджуваним зерном на будь-якій частоті:

(12)

Враховуючи вирази (1), (4) і (5), знаходимо дійсну і уявну складові комплексної відносної діелектричної проникності

(13)

(14)

Висновок

Таким чином, вимірюючи U₁, U₂, U₃, можна знайти j, І, І_С, І_R та С_у, а через них , e, і , тобто всі діелектричні параметри досліджуваного зерна на будь-якій частоті f.

Література:

1. Патент 75699 UA, МКІ G01N 27/22. Спосіб вимірювання вологості / Поджаренко В. О., Куцевол М. О., Куцевол О. М. - №2004031999; Заявл. 18.03.2004; Опубл. 15.05.2006. Бюл. №5. – 3 с.

2. Патент 75700 UA, МКІ G01N 27/22. Спосіб вимірювання вологості / Поджаренко В. О., Куцевол М. О., Куцевол О. М. - №2004032000; Заявл. 18.03.2004; Опубл. 15.05.2006. Бюл. №5. – 2 с.

3. Кричевский Е. С., Волченко А. Г., Галушкин С. С. Контроль влажности твердых и сыпучих материалов. –М: Энергоатомиздат, 1987. –136 с.

4. Куцевол Н. А. Методы и средства измерения влажности хлебобулочных изделий. Дис. … канд. техн. наук. –Винница, 1991.–168 с.