Разработка измерителя влажности древесных строительных материалов
ВВЕДЕНИЕ
Проблема измерения влажности является одной из самых актуальных и требует разработки новых идей и методов, особенно в части обеспечения достаточной точности измерений. Необходимость создания современного, простого в использовании, надежного и высокоточного оборудования для измерения влажности обуславливается детальным изучением объекта измерений и современных научных теорий, которые объясняют присутствие тех или иных свойств влажной древесины.
Измерение влажности древесины является немалой сложностью, так как на эту физическую величину влияет ряд других параметров, которые также следует учитывать. Некоторые из них могут быть учтены и скомпенсированы поправками, тем не менее, для получения точных результатов необходимо измерять многие другие параметры, такие как плотность древесины в абсолютно сухом состоянии, температуру, ориентацию волокон и структуру материала. Измерение этих параметров не менее сложно, чем измерение самой влажности, и требует использования современных и в
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ 7
1.1 Понятие влажности древесины 7
1.2 Классификация методов измерения влажности древесных материалов 10
1.3 Оптические методы 11
1.4 Электрофизические методы 12
1.4.1 Кондуктометрический метод 12
1.4.2 Диэлькометрический метод 15
1.4.3 Индуктивный метод 18
1.5 Радиометрические методы 18
1.6 Преобразователи и датчики влажности древесины 19
1.6.1 Сверхвысокочастотные 19
1.6.2 Комбинированные конденсаторные 20
1.7 ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ 23
1.7.1 Игольчатые влагомеры 23
1.7.2 Влагомеры поверхностного анализа 24
1.7.3 Бесконтактные СВЧ влагомеры 24
1.7.4 Инфракрасные влагомеры 25
2 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ИЗМЕРИТЕЛЯ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 27
2.1 Выбор метода измерения влажности 27
2.2 Структурная схема измерителя влажности 27
2.3 Функциональная схема измерителя влажности 29
3 РАСЧЕТ СИСТЕМНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ЧАСТИ 31
3.1 Расчет системных параметров 31
3.2 Выбор датчика/преобразователя влажности 32
3.3 Основные блоки измерителя влажности, их назначение и функции 33
4 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ИЗМЕРИТЕЛЯ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 36
4.1 Высокочастотный RC-генератор 36
4.2 Датчик температуры 36
4.3 Делитель частоты 37
4.4 Цифровой индикатор 37
4.5 Устройство управления 40
4.6 Моделирование RC-генератора в среде Multisim 47
4.7 Моделирование декадного делителя частоты в среде Multisim 48
5 ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТИРУЮЩЕЙ ПОГРЕШНОСТИ 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 54
ПРИЛОЖЕНИЕ А 56
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 57
ПРИЛОЖЕНИЕ В 58
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Музалевский В.И. Измерение влажности древесины. “Лесная промышленность”, М.: 1976, - 120 с.
2. Колосовская Е.А. Физические основы взаимодействия древесины с водой/Колосовская Е.А., Лоскутов С.Р., Чудинов Б.С. – Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1989. – 216 с.
3. Б.М. МАМИКОНЯН, А.Р. АВЕТИСЯН. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ/ВЕСТНИК ГИУА. СЕРИЯ “ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭНЕРГЕТИКА”. 2012. Вып. 15, №2
4. Берлинер М.А. Измерения влажности. – М.: Энергия, 1973. – 400 с.
5. Коряков В.И., Запорожец А.С. Приборы в системах контроля влажности твердых веществ и их метрологические характеристики.// Практика приборостроения. – 2002. - №1. – С. 5-11.
6. Ивченко Ю.А., Федоров А.А. Чем измерить влажность?//Датчики и системы. – 2003. - №8. – С. 53 – 54.
7. Берсенев А.П.и др. Определение влажности древесины методом ядерного магнитного резонанса.// Изв. ВУЗов/ Лесной журнал.- 1963. - №1. – С.127-130.
8. Максимов В.М. Аппаратные и программные средства лабораторного стенда на основе микроконтроллера ATmega8535.
9. Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR-микроконтроллеров.: Пер. с нем. — К.: «МК-ПРЕСС», 2006г.
10. «Программирование микроконтроллеров ATmega8535» Методические указания по проведению лабораторных работ Челябинск 2009 г.
11. Сивоконь В.П. Техническая
Проектируемое устройство для измерения влажности предназначено для обработки данных, поступающих с емкостного датчика. Оно работает на основе регистрации изменений частоты RC-генератора, которые зависят от емкости датчика. Эта емкость, в свою очередь, определяет влажность исследуемого образца древесины.
Частота генератора пропорциональна количеству импульсов, поступающих за определенное время. Устройство, производящее вычисления, в качестве которого используется микроконтроллер, устанавливает временной промежуток для измерения и вычисляет количество импульсов, поступивших с RC-генератора, в последствии, разделив полученное количество импульсов на временной промежуток мы получим частоту генератора. Влажность древесины определяется путем корректировки данных частоты и температуры с использованием заранее заданных значений в памяти микроконтроллера, при условии известности типа исследуемой древесины и толщины образца. В соответствии с описанием, представленным