Технические науки Ошибки при оценке результативности процесса по величине силы тока

Технические науки
Ошибки при оценке результативности процесса по величине силы тока
в растительном материале при его подготовке к обезвоживанию
Жилкин Владимир Михайлович
доцент, к.т.н.
Тамбовский государственный технический университет
392000, г. Тамбов, Советская, 106, ТГТУ.
[email protected]
Аннотация. Рассмотрена методическая ошибка, возникающая при
оперативной косвенной оценке результативности процесса подготовки
свежеубранного растительного материала к обезвоживанию по величине
силы постоянного электрического тока в этом материале.
Ключевые слова: электроплазмолиз, контроль процесса, результативность
процесса, ошибка оценки результативности процесса.
В процессе подготовки свежеубранного растительного материала к
обезвоживанию методом электроплазмолиза наблюдается определенный
характер кривой силы тока в обрабатываемом материале (см. рис.1). Вид
кривой объясняется рядом эффектов, имеющих место при прохождении
электрического тока через ткани растительного материала.
Рисунок 1 – Типичная кривая силы тока в цепи при подготовке
растительного материала к обезвоживанию при постоянной величине
напряжения на электродах:
Первый участок кривой до момента времени
– пологий и
характеризует токоустойчивость живых растительных клеток. Величина
результирующего постоянного тока на первом участке определяется суммой
двух составляющих тока: током
исходной массе материала
через массу поврежденных клеток
и током проводимости
поврежденном материале в той же исходной массе
m0
в
в ещё не
(см. рис.2а)
(1)
где
и
,
– средние плотности постоянного тока через массу поврежденных
неповрежденных
электродами;
клеток, соответственно;
. – плотности поврежденного и неповрежденного
растительного материала, соответственно;
условия
– расстояние между
, где
, что следует из
– площадь сечения межэлектродного пространства.
Рисунок 2 – Модели составляющих общего тока датчика для случаев:
а) – неподготовленный материал в зоне токоустойчивости при
;
б) – во второй зоне в процессе подготовки при
;
в) – конец второй зоны, материал подготовлен полностью.
Первый участок кривой на рис. 1 характеризует свойства растительного
материала на входе процесса подготовки растительного материала к
обезвоживанию.
На втором участке кривой силы тока на временном промежутке
подготовки
материала
от
до
(см.
рис.
2б)
повышается
влагопроницаемость мембран, величина электрического сопротивления
тканей растительного материала снижается, и сила постоянного тока на
втором участке кривой возрастает за счет составляющей тока
через долю
подготовленного материала в процессе его электрообработки. Общий ток для
момента времени
равен (рис. 2б)
(2)
где
.– общая масса поврежденного материала к моменту времени
.
В конечном итоге, почти все живые клетки растительного материала
разрушаются. Именно второй участок кривой является характеристикой
самого процесса подготовки.
Максимальное установившееся значение общего тока наблюдается в
момент полного повреждения всей растительной массы, что соответствует
модели, приведенной на рис. 2в
.
(3)
На третьем участке кривой сила тока практически не изменяется, а через
определенное время из-за увеличения контактного сопротивления при
парообразовании и подгорании материала на электродах величина тока
начинает снижаться. По характеру кривой силы тока при подготовке
свежеубранного
растительного
материала
к
обезвоживанию
можно
определить два основных типа воздействия на него электрической энергии –
электрофизиологическое и тепловое действие тока.
Первый
участок
кривой
в
основном
определяется
исходными
электрофизиологическими свойствами живой растительной ткани. На втором
участке действуют оба фактора вместе, а на третьем преимущественно
проявляется тепловое действие тока. Образующиеся соковые мостики
интенсивно
нагреваются,
«материал-электрод»,
наблюдается
происходит
возрастает
искрение.
За
счет
парообразование
приэлектродное
общего
снижения
на
границе
сопротивление,
проводимости
обрабатываемой массы величина силы тока снижается.
Из анализа кривой процесса следует, что с целью сохранения качества
материала и рационального использования электрической энергии при
проведении процесса обработку необходимо заканчивать в конце второго
участка кривой силы тока (при достижении максимума).
Процесс подготовки растительного материала (второй участок кривой
силы тока) может быть представлен следующим дифференциальным
уравнением первого порядка:
,
где
(4)
– текущее значение тока в цепи датчика в процессе подготовки
растительного материала, А;
– коэффициент скорости процесса, имеющий
размерность обратную массе, кг-1;
– максимальное установившееся
значение силы тока в конце процесса подготовки растительного материала, А.
Разделим переменные
(5)
После интегрирования получим
(6)
Постоянную
интегрирования
находим,
полагая,
что
процесс
повреждения растительного материала начинается только в момент времени
Это момент потери растительным материалом токоустойчивости, при
этом полный ток датчика
(рис. 2а). При этом количество
поврежденного материала непосредственно в процессе подготовки ещё равно
нулю (
)
.
После подстановки постоянной интегрирования в (6)
(7)
,
(8)
после преобразования
.
(9)
Так как наиболее удобным показателем подготовленности растительного
материала к обезвоживанию является показатель, который изменяется в
пределах от нуля до единицы, то перепишем последнее равенство (9) в
следующем виде:
,
Например, для момента времени
(10)
(рис. 2) показатель имеет вид
.
(11)
Вид формулы (10) позволяет предположить, что при оценке показателя
подготовленности растительного материала к обезвоживанию величина силы
тока
в материале на втором участке кривой силы тока
рис. 1) является отображением величины массы
материала, а величина
(см.
подготовленного
– отображением массы поврежденных клеток
в
исходном материале.
К ошибке в оценке показателя процесса подготовки растительного
материала по току
массе
по сравнению с оценкой показателя подготовки по его
приводит составляющая тока
, проходящая через живой
растительный материал без его повреждения (см. рис. 2). Из этого следует,
что
абсолютная
величина
предполагаемой
результативности подготовки по току
ошибки
показателя
зависит от величины составляющей
тока в необработанном материале и определяется формулой
.
(12)
Относительная
величина
предполагаемой
ошибки
показателя
результативности подготовки растительного материала к обезвоживанию
равна
.
(13)
Ошибка в определении показателя максимальна в начале процесса
обработки. В конце второй зоны обработки ошибка минимальна и стремится
к нулю.
Литература
1.
Жилкин, В.М. Система показателей для контроля процесса
подготовки растительного материала к обезвоживанию / В.М. Жилкин, С.В.
Мищенко, С.В. Пономарев.// Вопросы современной науки и практики.
Университет им. В.И. Вернадского. – 2009. – № 1(15). – С. 122-128.
2.
Жилкин, В.М. Система оперативного непрерывного контроля
показателя подготовленности свежеубранного растительного материала к
обезвоживанию / В.М. Жилкин, А.Н. Грибков, Ю.Л. Муромцев // Вестник
ТГТУ, Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009.– Т.15.– № 2.– С. 410-415.
3.
Жилкин, В.М. Оценка результативности процесса подготовки
растительных материалов к обезвоживанию / В.М. Жилкин // Повышение
эффективности
использования
ресрсов
при
производстве
сельскохозяйственной продукции – Новые технологии и техника нового
поколения для растениеводства и животноводства: Сборник научных
докладов XV международной научно-практической конференции (18-19
сентября 2009 года, ГНУ ВИИТиН, г. Тамбов). – Тамбов.:Изд-во Першина
Р.В., 2009. – С. 631-641.
4.
Жилкин, В.М. Автоматизированная компьютерная система для
определения
показателя
изменения
влагоудерживающих
свойств
свежеубранных растительных материалов / Жилкин В.М. // Контроль.
Диагностика, 2007. – № 7(109).– С. 60-61.
5.
Мищенко, С.В. Устройство для определения влагоудерживающих
свойств растительных материалов / Мищенко С.В., Жилкин В.М., Илясова
С.А. // Датчики и системы, 2007. – № 5. – С. 51-53.
6.
Жилкин, В.М. Оценка снижения влагоудерживающих свойств
растительных материалов при их подготовке к обезвоживанию / Высокие
технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование.
Т. 9: Сборник трудов Третьей МНПК «Исследование, разработка и
применение высоких технологий в промышленности». 14-17.03.2007, СанктПетербург / под ред. А.П. Кудинова, Г.Г. Матвиенко. СПб.: Изд-во Политехн.
ун-та, 2007. – С. 201-202.