ПАСПОРТ

ИННОВАЦИОННОЙ РАЗРАБОТКИ

№ 3-015

 

 

 

1. Название разработки:

Инфракрасный влагомер-плотномер (ИКВТ).

 

2. Аннотация:

Применение новых технологий и оборудования, внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами  торфяного производства, управление качеством готовой продукции немыслимы  без оперативного определения основных технологических и физико-технических показателей: содержание влаги в торфе, насыпной плотности, степени разложения и зольности. Одним из возможных способов контроля за влагосодержанием торфа является метод инфракрасной (ИК) влагометрии, и в частности разработанный авторами многоволновый метод измерения влагосодержания дисперсных и капиллярно-пористых материалов.

На основе этого метода в ТГТУ разработана теория и созданы приборы для определения содержания влаги и плотности торфа в лабораторных (ИКВТ-2) и полевых (ИКВТ-П) условиях. Работы вели согласно комплексной программе метрологического обеспечения измерений влажности твердых веществ на 1981-1985гг. с использованием прямого отсчета по влаге или обобщенного градуировочного графика зависимости тока I от относительного влагосодержания  исследуемого материала  (торф, кварцевый песок, ткани, бумага, почвы и др.) рис.1, - const материала. Для этого использовалась одна из схем по отражению ИК – излучения (рис. 2-е) в широком диапазоне длин  волн ().

 

3. Назначение, область применения, эффективность:

Предназначен для измерения содержания влаги , практически, от полного влагонасыщения до равновесного (при определенных условиях – до нулевого значения) с погрешностью менее (1,52,0)% полевых и лабораторных условиях различных органических (торф, сопропель, ткани, бумага, семена злаковых растений и т.д.), минеральных (грунты, глина, песок и др.) дисперсных природных и искусственных материалов с дискретным отсчетом в течении нескольких секунд (35с) (с подготовкой образца – до 30с) с возможным переводом в автоматический режим отсчета на основе обобщенной градуировочной кривой (рис.1). О плотности судят по отраженному ИК - излучению разделенному на два потока и прошедшего одного из них  через водяной фильтр (рис.2а), а влагу определяют по отношению потоков отраженного  от материала (например, торф) и прошедшего через тот же водяной фильтр (рис.2е). Такой подход значительно повышает производительность и снижает стоимость затрат по сравнению с термовесовым методом определения W и стандартным методом определения плотности с помощью литровой пурки с падающим грузом.

 

4. Основные особенности, преимущества по сравнению с отечественными и зарубежными аналогами:

Принципиальное отличие предлагаемого влагомера от рассматриваемых выше (рис.2) состоит в том, что в качестве эталона служит сам исследуемый на содержание влаги образец. Материал (торф, кварцевый песок, почва и т.д.) предварительно облучается интегральным потоком  инфракрасного излучения и фиксируется его отраженная составляющая. В этом случае поток ИК излучения взаимодействует с твердой и жидкой фазами торфа. Вторичное облучение производится с предварительной фильтрацией его через селективно пропускающий измерительный светофильтр. То есть образец вторично облучается  ИК потоком, который  практически не поглощается водой торфа. Его отраженная  интенсивность облучения, в основном, зависит от состояния твердой фазы образца (плотность, дисперсность и т.д.). По отношению интенсивности  предварительного J  и вторично отраженного J излучений по градуировочному графику  J= J/ J=f(W)  определяют влагосодержание. При данном способе измерения происходит как бы исключение свойств твердой фазы и их влияния на результаты измерения влагосодержания.  Компенсация плотности торфа происходит до тех пор, пока  не будет выдавливаться вода на поверхность частиц при засыпке торфа  в кювету и уплотнении его до заданного значения.

         Ограничение на фракционный состав накладывает максимальный размер частиц. Он не должен превышать 3мм, при котором отражение ИК-излучения стремится к минимуму.

         Другим отличием  от существующих одно-, двух- и трехволновых (для многокомпонентных  сред) оптических влагомеров в предлагаемом влагомере (ИКВТ) используют один измерительный селективно пропускающий в полосах прозрачности жидкой воды светофильтр в области спектра 0,76-3,3 мкм. Эта особенность позволяет увеличить чувствительность прибора в  широкой области влагосодержания (практически от нуля до полной влагоемкости).

         По сравнению, например, с финским влагомером Р.Т.-53 фирмы TURVERUUKRJ он отличается по массе, кг, против кг; по большему интервалу измерения влаги, , против ; постоянным источником питания (от аккумуляторов или от сети) достаточным на 6 ч непрерывной работы без подзарядки, против 3,5 ч ; многоволновым ИК- излучением, обеспечивающим измерение влаги разной энергии связи с твердой фазой, особенно при < 40%; широким интервалом температуры материала, от 0 до температуры закипания жидкости в пористом теле, против t=0; отсутствием эталона и др.

Предложенный нами подход регистрации ИК-излучения позволяет, при соответствующей подготовке образца, измерять степень разложения торфа (Патент 1672816, А1SU G01 №21/55, для служебного пользования) и без контактное определение капиллярного давления в капиллярно-пористых материалах (А.С. 1774198(СССР). Опубл. Б.И. №41).

         Стадия реализации: теоретическая и экспериментальная разработка опытного образца используемого в учебном процессе и промышленном производстве, и принятого Минтоппромом РСФСР (1986г.) для изготовления  опытно-промышленной партии (было выпущено силами кафедры ТКМ РТМ 5 приборов ИКВТ-2).

 

6.Патентная защищенность разработки: получены авторские свидетельства на изобретения (патенты):

6.1. А.С. 949430 (СССР). Многоволновой способ измерения влажности капиллярно-пористых и дисперсных материалов // А.Е. Афанасьев, Г.А. Архипов, Н.В. Чураев, Н.И. Гамаюнов. Опубл. в Б.И. 1982, № 29;

6.2. А.С. 1357805 (СССР). Способ экспресс - градуировки  инфракрасных влагомеров для капиллярно-пористых и дисперсных материалов // А.Е. Афанасьев, Г.А. Архипов, Ю.С. Пронькин, И.И. Цветков. Опубл.в Б.И. 1987, №45;

6.3. Патент 2009472 С1 RU G01 №21/85, Бюл. №5 от 15.03.94г. Способ одновременного определения влажности и насыпной плотности фрезерного торфа // А.Е. Афанасьев, В.А. Беляков.

 

7. Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., профессор А.Е. Афанасьев.

 

8. Кафедра:

ТКМ РТМ – исполнитель А.Е. Афанасьев, соисполнитель Г.А. Архипов.

 

9. Контактные данные:

тел/факс: (84822)44-93-79/ (84822)44-93-89; E-mail: peatpro@gmail.com

 

E:\doc\Ded\График.jpg

 

Рис.1 Обобщенная градуировочная кривая зависимости J от Wi/W0

 

E:\doc\Ded\Схемы оптических влагомеров.jpg

 

Рис.2 Схемы первичных преобразователей:

 

а-ж - при отражении излучения; з-м - при поглощении излучения;

1 – излучатель; 2 – модулятор; 3 – фото-приемник; 4– светофильтры; 5 – объект; 6 – зеркало; 7 – линзы; 8 – вогнутое зеркало; 9 – синхронный двигатель; 10 – материал; 11 – модулятор с водяным фильтром; 12 – жидкий фильтр; 13 – окно прозрачное; 14 – влагосорбирующее устройство; 15 – бипризма; 16 – кювета; 17 – призмы; 18 – коллектор.