УДК 681.542.4:621.3.089.6
ПОВЕРКА ЕМКОСТНОГО ВЛАГОМЕРА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
А. К. Хурцилава, Т. Д. Джапаридзе (Грузия)
Описана методика поверки одного типа влагомера сыпучих материалов, не требующая сушки испытуемых образцов.
Основной метрологической задачей поверки является, как известно, сохранение и поддержание точности и единства измерений [1].
Градуировка и поверка влагомеров сыпучих материалов представляют собой комплексную задачу, а их метрологическое обеспечение еще недостаточно развито, поэтому при разработке влагомеров приходится также разрабатывать и средства для их поверки [2].
Влагомеры твердых веществ необходимо поверять как средства измерения физической величины, связанной с влажностью анализируемого вещества (например, электрической емкости), и как приборы для измерения собственно влажности [3].
В работах [1, 3] рекомендуются поверочные схемы влагомеров зерна с высушиванием образцов веществ. Это обстоятельство существенно усложняет поверку, так как для большинства наиболее точных методов сушки требуется 3—4 ч на одно измерение. Поэтому при производстве влагомеров большими партиями традиционные методы поверки с высушиванием практически неприемлемы [3].
В СКБ Проектприбор Грузии и Кутаисском Государственном Техническом Университете разработаны способы и средства наладки и метрологической поверки нормированной градуировоч-ной характеристики влагомера ЦВЗ-3 для массового анализа влажности зерна и зернопродуктов без применения продукта (зерна), для измерения влажности которого предназначен прибор.
Влагомер ЦВЗ-3 используется для массового анализа влажности зерна и зернопродуктов (муки, крупы, отрубей) в пределах 8—35 % с основной абсолютной погрешностью ±1,0 % до значения влажности 17 % и ±1,5 % при влажности свыше 17 %.
Функциональная схема влагомера (см. рисунок) состоит из первичного измерительного преобразователя (конденсатора-датчика), промежуточного преобразователя и измерительного устройства. Емкостный датчик обеспечивает преобразование приращения А Ж влажности зерна в приращение емкости АС конденсатора-датчика.
Промежуточный преобразователь преобразует приращение АС в приращение разности частот А/ двух (опорного и измерительного) высокочастотных (~1,5 МГц) электронных генераторов. В этом же блоке смонтированы схема автоматической
подстройки частоты измерительного генератора для компенсации изменения активных потерь конденсатора-датчика с влажным зерном и схема автоматической компенсации изменения температуры контролируемого зерна, а также схема автоматической подстройки нуля измерительной схемы. При этом датчик-конденсатор Сх входит в состав колебательного LC контура измерительного генератора.
Измерительное устройство преобразует разность частот А/ в цифровые показания влагомера в процентах влажности. Здесь содержится также схема памяти, микропроцессор с программным переключателем, счетное устройство с цифровым индикатором и стабилизированный источник питания.
Каждый из этих блоков при серийном изготовлении влагомера должен обладать взаимозаменяемостью, иметь органы наладки и подрегулировки основных характеристик преобразования. Самым сложным является наладка и поверка основной характеристики конденсатора-датчика — преобразования приращения влажности А Ж зерна в приращение электрической емкости АС конденсатора-датчика.
Датчик представляет собой двухсекционный плоский конденсатор, внутренний вертикальный высокопотенциальный электрод которого делит его на два равных объема. Плоскости двух внешних электродов нулевого потенциала наклонены по отношению к центральному электроду на угол 1°30' и расположены по двум его сторонам на равных расстояниях.
В датчик от приемного бункера поступает дозированная навеска (400 г) контролируемого зерна с постоянными высотой, скоростью и направлением падения.
Функциональная схема влагомера ЦВЗ-3100:
1 — емкостный датчик; 2 — промежуточный преобразователь; 3 — измерительное устройство
54 _ Sensors & Systems • № 5.2007
Конструкция датчика-конденсатора такова, что поэлементная наладка и поверка не гарантируют обеспечения взаимозаменяемости датчиков по рабочей емкости [3], поэтому в его конструкцию был введен орган регулирования рабочей емкости — четыре эластичных прокладки толщиной ~1,0 мм, помещенные между электродами нулевого потенциала и изоляционными стержнями.
Наличие резиновых прокладок между электродами и изоляционными стержнями позволяет плавно регулировать расстояние между электродами датчика с малым шагом (до единиц микрометра) и, таким образом, плавно регулировать величину рабочей емкости датчика. Наладка и поверка рабочей емкости производится с помощью стандартных отраслевых образцов (СОО) влажного зерна, специально разработанных для данной цели.
Эти работы можно выполнить и на стандартных образцах (СО) зерна, разработанных Свердловским филиалом ВНИИМ и допущенных к применению Госреестром № 713-75, № 714-75 и № 715-75. Однако указанные СО имеют ряд недостатков. Изыскания подходящего сыпучего материала с повышенным и воспроизводимым значением диэлектрической проницаемости привели к тому, что в качестве СОО влажного зерна были приняты: белый электрокорунд марки 2АЭП-10 зернистостью 250 (СОО-1) по ТУ 2-036-986—87 и черный карбид кремния марки 53с зернистостью 160 (СОО-2 и СОО-3) по ГОСТ 26327—84. Абразивные (шлифовальные) материалы как СОО (имитаторы) влажного зерна имеют следующие преимущества перед СО, разработанными ранее: полная взаимозаменяемость розничных партий материала, стабильность физических и диэлектрических характеристик во времени, доступность, дешевизна и др. Поэтому был разработан отраслевой стандарт по применению упомянутых абразивных материалов в качестве СОО влажного зерна для наладки и поверки влагомера ЦВЗ-3.
Наладка датчика-конденсатора влагомера ЦВЗ-3 включает регулировку датчика с применением упомянутых СОО посредством точного (до микрометров) подрегулирования расстояния между электродами конденсатора датчика, а также угла наклона электродов датчика друг относительно друга подкручиванием гаек на винт на каждую из двух сторон площади электродов по высоте.
Поверка рабочей емкости и угла наклона электродов датчика-конденсатора производится по следующей методике. От первого из двух тщательно отрегулированных, отлаженных и проверенных образцовых влагомеров ЦВЗ-3 отсоединяют образцовый датчик и на его место подключают поверяемый датчик, снабженный образцовым промежуточным преобразователем от первого образцового влагомера. Второй образцовый и полученный влагомер готовят к работе согласно инструкции по эксплуатации.
Подготавливают навеску 200 г карбида кремния, имитирующую диэлектрические свойства влажного зерна в качестве СОО-2 и СОО-3; производят измерение подготовленных навесок имитатора влажного зерна на втором образцовом и содержащем поверяемый датчик влагомерах по три раза на каждом и сравнивают показания. Разность не должна превышать ±0,1 % влажности.
Аналогично поступают, используя навески карбида кремния 500 г (СОО-2) и 800 г (СОО-3); каждый раз разность между показаниями влагомеров не должна превышать ±0,1 % влажности.
Три различные навески 200, 500 и 800 г карбида кремния требуются для поверки рабочей емкости на трех уровнях по высоте рабочей части конденсатора датчика. Поверка величины приращения емкости при трех различных заполнениях датчика по высоте равносильна поверке угла наклона электродов высокого и нулевого потенциалов друг относительно друга.
Поверку характеристики промежуточного преобразователя производят с помощью образцового воздушного конденсатора переменной емкости типа Р534 при значениях приращения емкости 10 и 210 пФ. Для этого в подготовленном к работе влагомере ЦВЗ-3 присоединяющий измерительное устройство кабель заменяют специальным кабелем, позволяющим на выходе промежуточного преобразователя подключить частотомер. Подключают частотомер Ч3-35А также специальным соединительным кабелем, параллельно датчику подключается конденсатор Р534. Задавая приращения емкости 10 и 210 пФ, фиксируют показания частотомера. Коэффициент преобразования Кдол-жен равняться: К = (0,228 - 0,00004ДС) ± 0,0015.
Для поверки диапазона измерения приращения частоты измерительным устройством в подготовленном к работе влагомере описанным выше способом присоединяют частотомер Ч3-35А. Параллельно датчику подключают конденсатор Р534. Приращения емкости конденсатора Р534 выбирают так, чтобы показания частотомера уменьшились на величины 2 ± 0,01 и 47 ± 0,001 кГц, затем фиксируют показания цифрового индикатора измерительного устройства, которые должны быть соответственно 19 ± 1 и 306 ± 1.
Поверку основной абсолютной погрешности влагомера и ее систематической составляющей производят на стандартных образцах следующим образом.
Влагомер подготавливают к работе, из каждого образца СОО зерна берут навески массой: для СОО-1 (электрокорунд) — 200 г; для СОО-2 (карбид кремния) — 500 г; для СОО-3 (карбид кремния) — 800 г. Для каждой навески СОО производят измерение влажности. На цифровом индикаторе измерительного устройства появляются соответствующие показания в % влажности. С каждым СОО производят по 10 измерений, основную аб-
Датчики и Системы • № 5.2007 _ 55
солютную погрешность влагомера по СОО определяют по формуле Асоо i = WCoo — W', где W — показание единичного измерения влагомером; i = 1, 2, 3, ...,10 — номер измерения; WCoo — аттестованное значение влажности СОО.
Для влагомера ЦВЗ-3 WCOO-1 = 9,85 ± 0,28 %, WCOO-2 = 22,99 ± 0,28 %, WCOO-3 = 32,18 ± 0,28 %.
Для каждого типа СОО при каждом из 10 измерений основная погрешность не должна превышать ±0,5 % влажности.
Систематическую составляющую основной абсолютной погрешности влагомера по СОО определяют по формуле 8 = Wcoo — W,
X W W + W2 + ... + W10
где W = —— = —1-2-— .
n 10
Систематическая составляющая основной абсолютной погрешности влагомера по СОО не должна превышать ±0,3 % влажности.
Среднее квадратическое отклонение случайной составляющей основной погрешности определяется по формуле:
X (W - W)
5( А0) =
= Ii = 1
n - 1
Здесь 8( А0) по СОО не должно прев
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.