11703

СВЧ - Влагомер тест -100

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторная работа № 4 СВЧ Влагомер тест 100 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить принцип работы СВЧ влагомера ТЕСТ100. Измерить влажность калибровочных растворов. Построить график зависимости затухания СВЧ волн от концентрации воды в пробе. Измерить затухание в про

Русский

2013-04-10

97.5 KB

29 чел.

Лабораторная работа № 4

СВЧ - Влагомер тест -100

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

  1.  Изучить принцип работы СВЧ - влагомера ТЕСТ-100.

Измерить влажность калибровочных растворов. Построить график зависимости затухания СВЧ - волн от концентрации воды в пробе.

Измерить затухание в пробе с произвольным влагосодержанием (р-р № 1, № 2, № 3, № 4). По градировочной характеристике определить влагосодержание исследуемой пробы.

2. АППАРАТУРА И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ;

  1.  Лабораторный СВЧ - влагомер неводных жидкостей ТЕСТ-100.
  2.  Медицинский шприц.
  3.  Резиновый баллон.
  4.  Этиловый спирт.
  5.  Дистиллированная вода.
  6.  Калибровочные смеси (вода + этанол).

3.  КРАТКОЕ  ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ  ВВЕДЕНИЕ:

Влажность - это содержание воды в газах, жидкостях и твердых телах.

Для характеристики содержания влаги чаще всего применяют следующие величины.

Абсолютная влажность а, равная массе m воды, содержащейся в единице объема V смеси (в г/м3 или в кг/м3):

а = m/V

Влагосодержание - это отношение массы воды к массе сухой части материала в том же объеме. Величина безразмерная.

Относительная влажность это отношение массы воды к массе влажного вещества. Выражается в процентах.

Весьма перспективными методами для непрерывного определения влажности являются радиоволновые методы и средства неразрушающего контроля, влагомеры, основанные на использовании радиоволн сантиметрового и миллиметрового (область длин волн СВЧ от I до 1000 мм) диапазона.

В качестве источников энергии СВЧ обычно применяют приборы с использованием электронных потоков в вакууме (магнетроны, клистроны, лампы обратной волны и т. п.) и приборы, использующие эффект твердого тела и газа (твердотельные генераторы - лавинопролетные диоды, диоды Ганна и т. п.). Для передачи энергии от источника используются волноводы - металлические трубы прямоугольного и круглого сечений.

Среди радиоволновых методов наиболее распространенными являются:

метод "на прохождение", при котором внутреннее состояние образца определяют по воздействию на проходящий через него сигнал;

метод "на отражение", при котором для контроля использует сигнал, отраженный от поверхности или внутренних сдоев образца, частным случаем этого метода является метод "рассеяния".

Наиболее широко применяют фазовые, поляризационные, амплитудно-фазовые схемы.

Амплитудные схемы фиксируют наличие неоднородности только по изменению амплитуды электромагнитной волны после её взаимодействия с неоднородностью. В поляризационных схемах использовано явление вращения плоскости поляризации электромагнитной волны при её взаимодействии с различными неоднородностями в объектах контроля. Амплитудно-фазовые схемы фиксируют изменение амплитуды и фазы волны при её взаимодействии с неоднородностью. Амплитудно-фазовые схемы обладает наибольшей чувствительностью, и используются для контроля неметаллических изделий. Они позволяют обнаружить как неоднородности в материалах, когда изменяется только фаза электромагнитной волны, так и неоднородности, изменяющие только интенсивность волны.

4. НАЗНАЧЕНИЕ

СВЧ - влагомер неводных жидкостей предназначен для определения влажности различных жидкостей, образующих с водой растворы в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Влагомер является лабораторным средством измерения. Для определения влагосодержания неводной жидкости производится предварительная градуировка влагомера по искусственным пробам, составленным на основе неводной жидкости.

5. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СВЧ - ВЛАГОМЕРА ТЕСТ -100

Измерительное устройство, схема которого реализует метод сравнения, называется устройством уравновешивающего или компенсационного преобразования. По режиму работы во времени метод уравновешивания делится на два вида: следящий и развертывающий.

СВЧ - влагомер ТЕСТ-100 является прибором следящего уравновешивания. В приборах следящего уравновешивания обычно уравновешивающая или компенсирующая и выходная величины непрерывно следуют за изменениями измеряемой величины, превышающими порог чувствительности прибора.

Работа прибора основана на оценке затухания электромагнитных волн СВЧ диапазона, проходящих через измерительную ячейку, при введении в нее исследуемой пробы, методом их компенсации построечным аттенюатором.

Основное затухание электромагнитной волны вносится водой вследствие аномальной дисперсии ее в СВЧ диапазоне электромагнитных волн.

Большинство неводных жидкостей по сравнению с водой ослабляют энергию СВЧ волны примерно в 4 -5 раз.

Физический принцип работы влагомера реализуется следующим образом (рис. 1): электромагнитные волны СВЧ с генератора 1 проходят через поляризационный аттенюатор 2 и ферритовый вентиль 3 в измерительную ячейку 4, в которую введена исследуемая проба. Ослабленная пробой электромагнитная волна СВЧ через второй ферритовый вентиль и подстроенный аттенюатор 5 попадает в детекторную секцию 6. Ток детектора регистрируется индикатором 7.

Величину вносимого пробой затухания определяют по шкале поляризационного аттенюатора 2 методом замещения. Величина затухания прямо пропорциональна влагосодержанию.

По графику "Затухание - влагосодержание" определяют влагосодержание неводной жидкости.

Рис. 1. Физический принцип работы влагомера.

  1.  - генератор СВЧ
  2.  - поляризационный аттенюатор
  3.  - ферритовый вентиль
  4.  - измерительная ячейка
  5.  - построечный аттенюатор
  6.  - детекторная секция
  7.  - индикатор

6 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Диапазон измерения влажности неводных жидкостей от 0 до 100% об.

Абсолютная погрешность измерения 4 %.

Рабочая частота СВЧ - генератора влагомера 9,6 ГГц в режиме непрерывной генерации.

Объем вводимой в измерительную ячейку пробы - не более 1,5 мл.

Время выполнения одного измерения не более 3 мин.

Влагомер обеспечивает свои технические характеристики после времени установления рабочего режима, равного 80 мин.

Мощность, потребляемая прибором от сети при номинальном напряжении, не превышает 30 Вт.

Прибор сохраняет свои рабочие характеристики в течение 8 ч. непрерывной работы; Повторное включение влагомера, после непрерывной работы в течение 8ч., допускается через 3 ч.

Примечание: Время непрерывной работы не включает в себя время установления рабочего режима прибора.

Нормативные условия эксплуатации:

температура окружающей среды - (293±5) К;

относительная влажность воздуха - (65±15)%;

атмосферное давление - (100±4) кПа;

Наработка на отказ прибора - не менее 15000 ч. Средний срок службы прибора - не менее 10 лет.

7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

7.1. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

заземлите прибор с помощью зажима защитного заземления; становите кнопку «СЕТЬ» и «СВЧ ВКЛ» в отжатое положение;

включите шнур питания в сеть;

нажмите кнопку «СЕТЬ»;

установите по шкале поляризационного аттенюатора затухание 25 дБ; нажмите кнопку «СВЧ ВКЛ».

7.2.          ГРАДУИРОВКА ВЛАГОМЕРА ТЕСТ-100

Включите прибор согласно разделу 7.1 и прогрейте его в течение   30 мин.

Подставьте под выходной конец капилляра измерительной ячейки узла ввода и вывода пробы колбу для сбора отработанных проб.

Шкалу поляризационного аттенюатора установите на значение величины затухания 15 дБ. Стрелка индикатора при этом должна установиться на значении 50 мкА. Положение стрелки индикатора при необходимости скорректируйте построечным аттенюатором.

Для градуировки влагомера подготовлены искусственные пробы (калибровочной смеси) раствор этилового спирта и воды с влагосодержанием 0, 20, 40, 60, 80, 100% объёма (в качестве пробы 100% влагосодержания взять воду, а в качестве пробы 0%   - этиловый спирт).

Медицинским шприцом набрать пробу с концентрацией жидкости 100% вес. в объеме 2...5 мл. Удалите воздух из пробы в шприце. Шприц вставьте в верхний ввод узла ввода пробы и плавно введите пробу. Пробу вводите до тех пор, пока она не начнет появляться из нижнего конца капилляра. Показания индикатора при этом уменьшатся.

\

Вращая ручку поляризационного аттенюатора в сторону уменьшения величины затухания, установите стрелку индикатора в первоначальное положение - 50 мкА. Запишите полученное значение величины затухания по шкале аттенюатора А. Значение А снимайте с точностью до пяти сотых

долей дБ. Сотые доли определяются приближенно.

Определите величину затухания A(i) электромагнитных волн СВЧ, вносимую пробой,

по формуле:

А(i) = (15-Аср)дБ.

Шкалу поляризационного аттенюатора установите в первоначальное положение- 15 дБ.

Вытащите шприц из иглы ввода пробы.

Резиновым баллоном выдуйте пробу из капилляра ячейки. Продувку ячейки проводите тщательно, не менее 8... 10 сжатий баллона. Стрелка индикатора должна установиться в крайнее правое положение шкалы - 50 мкА.

Ввести в ячейку пробу с 0 % вес. влагосодержанием и измерить величину А(1) для этой пробы.

Последовательно проведите аналогичные измерения для остальных калибровочных смесей. Для получения достаточной точности, измерения величины затухания каждой пробы, проведите 3 раза. Результаты градуировки сведите в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты градуировки.

№ п/п

Влагосодержание %

Опыт

№1

А1

Опыт

№2

А2

Опыт

№3

A3

Среднее

арифметическое

Величина

затухания

A(i), дБ

A(i)=15-Acp.

1

0       (спирт этиловый)

2

20     (р-р этанола 80%)

3

40     (р-р этанола 60%)

4

60     (р-р этанола 40%)

5

80     (р-р этанола 20%)

6

100   

(вода дистиллированная)

По полученным данным постройте градировочную кривую зависимости «Затухание – влагосодержание». По оси ординат отложите величины затухания в дБ, а по оси абсцисс - влагосодержание пробы в процентах.

 

ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ ПРОБЫ

Получить от преподавателя (лаборанта) 4 пробы с разным влагосодержанием. Провести по 3 измерения затухания, вносимые каждой пробой и взять среднее значение. По величине затухания по графику «Затухание - влагосодержание» определить влагосодержание проб по градировочной кривой. Результаты свести в таблицу 2

Таблица 2. Результаты измерения влажности.

№ смеси

(раствор этанола)

Опыт №1

А1

Опыт №2

А2

Опыт №3

А3

Среднее

арифметическое

Величина

затухания  

A(i) дБ,

A(i)=15-Acp.

Влагосодержание  %

1

2

3

4

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Что называется влагосодержанием?

2.  Назовите наиболее распространенные радиоволновые методы определения влажности?

3. Какой метод измерения реализует СВЧ - влагомер ТЕСТ- 100?

4. В чем заключается метод следящего уравновешивания?

5.  Опишите физический принцип работы влагомера?

6. Как измеряется влагосодержание пробы?

ЛИТЕРАТУРА

  1.  Стариков В. Д. Методы измерения на СВЧ с применением измерительных линий. - М.: Сов. радио, 1972.
  2.  Викторов В. А. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: Энергоиздат, 1989.
  3.  Скрипов Ф. И. Курс лекций по радиоспектроскопии. - Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1964. - 212 с.
  4.  Викторов В. А., Лункин Б. В., Совлуков А. С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. - М.: Наука, 1978. - 280 с.
  5.  Кричевский Е. С, Бендарь В. К. и др. Теория и практика контроля влажности твердых и жидких материалов / Под общ. ред. Е. С. Кричевского. - М.: Энергия, 1980. - 240 с.
  6.  Митчелл Дж., Смит Д. Акваметрия. Пер. с англ. - М.: Химия, 1980. -600 с.
  7.  Клюев В.В. Справочник. Неразрушающий контроль и диагностика. М. Издательство «Машиностроение» 2003 год.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67736. Расчет затрачиваемой работы при вырубке (пробивке) и гибке изделий из латуни Л63 397.5 KB
  Процесс выдавливания осуществляют на специальных токарно-давильных станках. Оправка, изготовляемая из металла, вращается с заданной скоростью. Заготовка с помощью прижима удерживается на оправке и благодаря силам трения вращается вместе с ней. Передача деформирующих усилий осуществляется с помощью...
67737. Расчет затрачиваемой работы при вырубке (пробивке) и гибке изделий из стали – 40 347 KB
  Для значительных пластических деформаций, что имеет место при гибке заготовок с относительным радиусом закругления изгиб сопровождается уменьшением толщины материала и смещением нейтрального слоя в сторону сжатых волокон. В этих случаях радиус кривизны нейтрального слоя деформации следует определять по формуле...
67738. ВИКОРИСТАННЯ ЛОГІЧНИХ ФУНКЦІЙ В EXCEL 2010 1.14 MB
  Результатом виконання формули є деяке нове значення що міститься у комірці де знаходиться формула. Якщо формула містить посилання на комірка що містить значення помилки то замість цієї формули також буде виводитися повідомлення про помилку. Кожна з цих функцій має різне призначення і свої особливості...
67740. Функциональные и принципиальные схемы электронной игры “Tetris” 321.5 KB
  Электронная игра – это устройство, предназначенное для развлечения пользователя. Система представляет собой классическую игру “Тетрис”. Данное устройство является переносным, т.е. имеет независимое питание и небольшие размеры. Поэтому чаще всего оно будет полезно при длительном ожидании.
67742. Функциональные и принципиальные схемы проектируемого устройства управления бытовым холодильником 378.5 KB
  Схема управления бытовым холодильником разработанная в данном курсовом проекте содержит встроенный микроконтроллер, который выполняет регулировку температуры, управление освещением, осуществляет подачу сигнала при критически высокой температуре в камере.
67743. Проектирование промышленных зданий (гараж-стоянка для грузовых и других автомобилей) 586.5 KB
  Гараж-стоянка для грузовых и других автомобилей предназначен для строительства на действующих автотранспортных предприятиях удельная площадь стоянки на одно место хранения в гараже для грузовых автомобилей составляет 33 м2 в здании предусмотрена только стоянка для автомобилей.