种子湿度测定计

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大家知道,当传热媒质的温度提高时,种子干燥器的经济性就较大。但是为了保持种子的生物化学性能,种子的加热温度应在35℃至85℃之间。加热温度与种子湿度有密切关系。因此,在干燥过程中必须不断测定种子流的温度和湿度,并根据种子的湿度来调节温度。

由于各种子间有空气隙,所以测量种子流中的种子湿度有很多困难。此外,很难满足对湿度计所提出的下列要求:它的作用要没有惯性,它的读数应与种子流的大小无关等等。

根据种子电导特性设计的湿度计,电路结构虽然最简单,但传感器的机械结构极为复杂。

用测量种子介电常数的方法来测量湿度,具有很多重要的优点。这种湿度计的读数误差,与种子内或种子间的湿度不均匀分布的关系较小,受种子相互间接触情况的影响也较小。这些优点只有当正确地选择湿度计的工作频率时才能显现。湿度计的工作频率,一般来说,能在很宽的范围内选取。工作频率f\(_{p}\)在1~100千赫内的湿度计属于低频湿度计,而工作频率fp高于100千赫的则属于高频湿度计。

实验证明,为了使测量湿度的范围宽,湿度计的工作频率应该选高些。工作频率提高后,可以减小因种子在传感器中堆放的不均匀性所引起的误差。如果采用低频湿度计,那么,当湿度小时,由于用普通的电桥电路很难测量出电容微量变化,它的灵敏度便很低;而当湿度大时,由于种子的电阻变化了,也会引起很大的误差。

但是,当湿度计的工作频率提高时,振荡回路谐振曲线的形状会变坏,使读数不准。此外,如果采用普通结构的传感器,提高工作频率后,就会因传感器和湿度计间的连接电缆的电感和电容而造成额外的误差。因此,在大多数工业生产的高频湿度计中,工作频率选得不够高,在1.4~2兆赫范围内。这样就不能充分发挥高频湿度计的优点。

这里介绍的一种高频电子湿度计,则没有这些缺点。在这种高频湿度计中,湿度是在很高的工作频率上测定的,此后将工作频率变换成低频。振荡回路在低频时的谐振曲线很尖锐,因此能保证读数的精确度很高。湿度计的电路示于图1。

图1
图1 🔍原图 (1297×976)

湿度计的结构,包括一个同轴式传感器(其中装有高度稳定的高频振荡器)、变频级、狭带滤波器、检波器和指示器。湿度计的技术数据如下:测量范围为10%到30%;在整个工作范围内的误差不超过1%,消耗功率不超过25瓦。这个湿度计电路能与电子式电位计或伺服机构配合,自动控制温度。与伺服系机配合工作的湿度计的输出级电路,示于图2。

图2
图2 🔍原图 (696×588)

高频振荡器用6Ж5П型电子管Л\(_{1}\)装成。振荡频率fp仅取决于传感器的电容C\(_{Д}\)的大小(fp≈10兆赫),因为其它元件的电参量保持不变。而传感器的电容又决定于种子的介电常数,当湿度增加时,介电常数便增加。

谐振变压器的L2与C5并联作为高频振荡器的负载,它的次级线圈用高频电缆与变频器(Л\(_{2}\)6И1П)的控制栅极相接。高频振荡器与变频级的这种耦合电路,几乎完全消除了因电缆和电路的其它元件的参量变化所造成的误差。在变频管的输出回路内接有一个狭带滤波器(即中频变压器)。调节本机振荡回路内的可变电容器C13,变频后便可得到中频f\(_{np}\)。中频变压器的输出,经过检波后加到调谐指示管Л36E5C的栅极。根据调谐指示管扇形阴影的闭合情况,可初步判断是否已经调谐。为了得到精确调整,还将调谐指示管的输出接到用Л\(_{4}\)(6H15П)组成的直流放大器,在这个直流放大器的阴极回路中接一个指针式电表。在准确调谐时,电表给出一个最大读数。湿度刻度盘与C13的旋轴装在一起,调整C\(_{13}\)时即可指出相应的湿度。

为了补偿种子的温度对种子介电常数的影响,以及提高高频振荡器的频率稳定性,电容器C\(_{K}\)、C1、C\(_{14}\)和C2应采用具有热补偿性能的。

中频选为465千赫标准频率。选用更低的中频虽然可以增加滤波器的调谐锐度,但是会产生镜频现象,测量范围不能太宽。例如选择f\(_{np}\)=230千赫,在10%—30%的湿度范围内,就可观察到镜像调谐,这自然是不允许的。

结构和零件

湿度计做成两个单元。第一个单元由电容传感器构成,其中装有高频振荡器。传感器的构造示于图3,而高频振荡器的装配图示于图4。

图3
图3 🔍原图 (719×806)
图4
图4 🔍原图 (695×1205)

传感器是用一段钢管做成的。用胶纸板作高频振荡器的绝缘垫片和安装板。如果可能的话,最好用陶瓷代替胶纸板。

热补偿电容器C\(_{2}\)和C14用KTK—1型Ж类,而C\(_{1}\)则用KTK—1型Д类。热补偿电容器CK是空气介质的(5~20微微法),它的动片与卷成螺旋形的双金属弹簧条(25—3匝)相连。电容器C\(_{5}\)是KTK—1型M类。电容器Cn是空气介质的(5—20微微法)。

变频器、狭带滤波器、调谐指示器和整流器组成第二个单元。它的底板尺寸为245×170×43毫米。调谐指示器、可变电容器C\(_{13}\)(C=10+150微微法)、带刻度盘的微动机构和电容器Cn,装在尺寸为250×140×3毫米的硬铝前面板上,缓旋机构的减速比为1∶10。湿度计的电源插头以及连接传感器和湿度计的电缆也从前面板引出。

高频振荡器和本机振荡器的振荡线圈绕在直径为12毫米的陶瓷线圈管上。它们的数据列于表1。

图5
图5 🔍原图 (1249×480)

Q值不低于100的任何465千赫中频变压器,都可以用作狭带滤波器。这些中频变压器的线圈通常是分段绕制的,因此很容易做一个中心抽头。狭带滤波器两线圈之间的距离为43毫米。

湿度计中使用300微安的电磁式微安计作为精确调谐指示器。也可以使用灵敏度较低的测量仪表,这时只需改变R\(_{7}\)、R8、R\(_{9}\)和R10的阻值。

传感器的输出用PK—1型射频电缆接出,电源连接线采用两条截面为1毫米\(^{2}\)的软导线。软导线装在10×1毫米2的聚氯乙烯套管内。PK—1电缆的外壳与湿度计的外壳以及传感器的外圆筒相接。

电源变压器可采用一般五灯收音机用的电源变压器,硒整流器的型号为ABC260×80。

湿度计的调整和定度

先将中频变压器调谐到465千赫频率,并检查检波器和指示器的工作是否正常,此后,将湿度最小(约10%)的种子装入传感器。然后,借标准信号发生器和电子管毫伏表用差拍法调定高频振荡器的振荡频率(f\(_{p}\)=10兆赫)。

没有标准信号发生器时,可用调整得良好的广播收音机来调整。这时,需在传感器的极片之间用一段短导线,将高频振荡器接到收音机的输入端。

下一步是调整变频器的本机振荡器。这时,应按下按钮K\(_{H}\)(装在前面板上),电容器C13应放在电容量最小的位置,而电容器C\(_{n}\)则放在中间值位置。调整本机振荡器的频率(f2=9.535兆赫)时,可采用旋转线圈L6的铁心的办法。

此后,在传感器未装种子的情况下将湿度计调到“零点”。当按钮K\(_{H}\)断开,且电容器Cn的动片接近中间位置时,湿度计输出端的最大电压应相应于电容器C\(_{13}\)的最小电容。如果不能满足这个条件,那么要改变C15的电容量,并且在传感器装满种子时重新进行调谐。

湿度计的初步定度只需用三种已知湿度(15%,25%,30%)的种子试样就够了,各种子试样的温度应保持不变(约为20℃)。

检查传感器的温度补偿时,可将充满湿度为15%的种子流的传感器放在恒温箱中,加热到80℃。此后,在将每档温度 (每10℃一档)保持8小时以上的情况下,检查湿度计的读数。检查后还要用标准方法复核种子的湿度。上述检查工作,还要用湿度等于25%的种子再进行一遍。湿度计温度补偿的检查结果,示于图5(曲线1未经补偿,曲线2有温度补偿)。

图6
图6 🔍原图 (548×300)

如果温度误差很大,则应改变双金属螺旋带的匝数。如果温度误差不大,则改变电容器C\(_{H}\)的初始值就可调好。湿度计的最后定度,应用湿度为10%、15%、20%、25%和30%的种子试样进行。刻度的其余各点用内插法标定。(朱邦俊根据苏联“无线电”杂志1960年第10期材料编译)