При измерении влажности сыпучих материалов емкостным методом наилучшие результаты в смысле точности измерения достигаются при полном устранении влияния переменной объемной массы, т.е. при уплотнении постоянной массы контролируемого материала между электродами емкостного датчика до постоянного объема, т.е. при обеспечении постоянной плотности.

В случае измерения влажности зерновых (пшеницы, ржи, ячменя, овса, проса и др.) использовать непосредственно этот способ не удается по той причине, что зерновые при низкой влажности не сжимаются и уплотнению не поддаются.

Поэтому для повышения точности измерения влажности зерновых предложен способ, включающий помещение контролируемого зерна в емкостный датчик, совмещенный с мельницей, размол зерна до определенного дисперсного состояния, уплотнение размолотой массы (трота) между электродами датчика до постоянного объема, измерение емкости датчика и определение влажности по заранее составленным градуировочным характеристикам.

Однако этот способ имеет существенный недостаток, который ограничивает использование способа - размол зерновых в емкостном датчике возможен с помощью мельницы с электроприводом с высокой скоростью оборотов. Поэтому в процессе размола повышается температура размалываемого зерна и датчика с мельницей, что вызывает неконтролируемые потери влаги, т.е. резкое повышение погрешности измерения влажности.

Например, эксперименты, проведенные при температуре окружающего воздуха и зерна пшеницы 17-21°С показали, что температура размолотого зерна и датчика с мельницей в процессе размола первого образца пшеницы повысилась до 30°С, второго - (с температурой 27-28°С) до 34-35°С, а третьего образца в том же датчике (с температурой 30-32°С) до 40-42°С.

Устранение этого недостатка в предложенном способе достигается тем, что образец зерна с постоянной массой помещается в емкостной датчик с мельницей, предварительно охлажденный до температуры 5-8°С, при этом масса навески пробы контролируемого зерна и датчика с мельницей и материал датчика с мельницей выбраны при условии выполнения неравенства

где    Т₀ - температура датчика с мельницей до помещения в него контролируемого зерна;

Т₁ - температура контролируемого зерна до размола;

Т₂ - температура контролируемого зерна после размола в случае неохлажденного датчика с мельницей;

Т₃ - конечная температура контролируемого зерна после размола и датчика с мельницей;

DТ₁ = Т₂ - Т₁ - повышение температуры зерна в результате размола;

DТ₂ = Т₂ - Т₃ - понижение температуры зерна в процессе размола в предварительно охлажденном датчике с мельницей;

С₁, С₂ - удельная теплоемкость контролируемого зерна и материала датчика с мельницей;

m₁, m₂ - масса пробы зерна и датчика с мельницей соответственно.

Предварительное охлаждение датчика с мельницей до температуры Т₀ - 5-8°С, соответствующий подбор масс пробы контролируемого сыпучего материала m₁, датчика т₂ и материала датчика с удельной теплоемкостью С₂ обеспечивает то, что в процессе размола температура материала Т₃ получается ниже, чем первоначальная температура пробы контролируемого материала Т₁, Т₃ < Т₁. Это означает, что в процессе размола проба зерна не нагревается, а наоборот, ее температура понижается, что предотвращает потери влаги в процессе размола и устраняет один из существенных составляющих погрешности измерения влажности. В действительности в процессе размола внутренняя энергия пробы контролируемого зерна увеличивается за счет кинетической энергии размалывающего ножа. Температура пробы контролируемого зерна повышается. Количество теплоты, полученное зерном при размоле, составит

где    DТ₁ = Т₂ - Т₁

В процессе размола в охлажденном датчике происходит теплообмен между пробой зерна и охлажденным датчиком, при этом внутренняя энергия, выделенная при охлаждении пробы зерна, расходуется на нагревание датчика с мельницей.

Количество теплоты, отданное зерном при размоле, будет

Количество теплоты, полученное охлажденным до температуры 5-8°С датчиком с мельницей при теплообмене в процессе размола контролируемого зерна, составит

Очевидно Q₂ = Q₃.

отсюда понижение температуры зерна в процессе размола в охлажденном датчике

,

когда т₁, С₂, т₂, Т₀ выбраны соответствующим образом

т.е. Т₃ < Т₁ и в процессе размола температура зерна понижается.

Способ осуществляется с помощью влагомера зерна повышенной точности ВЗПТ-1. Масса пробы зерна т₁ = 0,025 кг.

Масса датчика М = 1,5 кг, материал - сталь-3 (С₂ = 460 Дж/кг.К; С₁ - удельная теплоемкость пробы зерна, точное измерение затруднительно). Поэтому величина температуры Т₀ = 5-8°С = 278-281°К охлаждения датчика выбрана экспериментальным путем с таким расчетом, что в пределах практически возможной температуры контролируемого зерна от 5 до 35°С удовлетворилось вышеприведенное неравенство.

На рисунке показан емкостный датчик, реализующий способ. Он состоит из корпуса измерительной камеры, дно которой представляет собой электрод 1 нулевого потенциала конденсатора - емкостного датчика, электрода высокого потенциала (потенциальный электрод) 2, крышки 3 изоляционного (фторопластового) цилиндра 4, на котором крепится потенциальный электрод 2, ножа 5 и термодиода 6. Между электродами 1 и 2 помещен контролируемый материал - шрот зерна 7; корпус датчика 8; направляющий зерна 9; подшипник 10.

Емкостной датчик с размалывающим устройством

Способ осуществляется следующим образом: за час до начала измерения два вышеуказанных датчика помещаются в холодильник типа "Морозко", в котором установлена температура 5-8°С.

Из контролируемого зерна берется проба массой 25 г и помещается в вынутый из холодильника первый емкостный датчик; измельчающий механизм (нож) 5 датчика присоединяется к электроприводу, который включается в течение 20 с и контролируемая проба зерна размалывается. После этого крышка 3 спускается усилием специального пресса до упора, при этом размолотый контролируемый материал (трот зерна) 7 уплотняется между электродами 1 и 2 до постоянного объема. Одновременно в размолотую массу погружается датчик температуры (термодиод) 6, который прикреплен на изоляционном цилиндре 4.

Емкостный датчик отсоединяется от электропривода и электрически подключается к измерителю электрической емкости и температуры, измеряется емкость датчика и температура размолотого зерна, определяется по калибровочным характеристикам значение влажности. После этого первый емкостный датчик, температура которого повышалась до Т₃°С, освобождают от размолотого зерна и помещают в холодильник "Морозко" с предварительно установленной температурой 5-8°С. Для измерения влажности второй пробы зерна из холодильника достают второй емкостный датчик и измеряют влажность. Затем в холодильник ставят второй датчик.

Для измерения влажности третьего образца зерна из холодильника достают первый датчик, который успел охладиться до 5-8°С; влажность четвертого образца измеряют с помощью второго датчика и т.д.

Способ был осуществлен с помощью указанного устройства при температуре окружающего воздуха 17-21°С. Пробы зерна брались с температурой 17, 21, 25 и 30°С.

Контроль температуры размолотого зерна и датчика с мельницей показал, что в процессе размола температура зерна понижается соответственно до 10, 15, 18 и 23°С.

Предложенный способ дал возможность практически полностью устранить составляющую погрешность, вызванную потерями влаги в процессе размола зерна, в результате чего удалось повысить точность измерения его влажности влагомером ВЗПТ-1 (довести погрешность измерения до ±0,6% против 1-1,5% в существующих емкостных влагомерах).