Какие существуют методы определения влажности сыпучих материалов

Влагомеры для контроля влажности сыпучих материалов

Влагомеры — измерительные приборы, предназначенные для определения влажности. Все методы измерения влажности принято подразделять на прямые и косвенные.

При использовании прямых методов контроля влажности осуществляют непосредственное разделение исследуемого материала на сухое вещество и влагу.

При лабораторных исследованиях и для контроля автоматических приборов используют весовой (прямой) метод. Сущность метода состоит в том, что навеску исследуемого материала (формовочной смеси, песка и т. д.) закладывают в лабораторную бюксу и, после тщательного взвешивания, устанавливают в сушильный шкаф при температуре 103 — 105 о С и сушат до постоянной массы.

После этого высушенный материал помещают в эксикаторе охлаждают в присутствии силикагеля и вторично взвешивают на тех же весах. По результатам взвешивания определяют влажность материалов. Описанный метод обеспечивает высокую точность, но проводится в течение длительного отрезка времени (2 -3 ч).

В последнее время все большее распространение получают косвенные физические методы измерения влажности сыпучих материалов. Они основаны на преобразовании влажности в какую-либо физическую величину, удобную для измерения или дальнейшего преобразования с помощью измерительных преобразователей.

В зависимости от характера измеряемого параметра, косвенные методы подразделяют на электрические и неэлектрические. В основе электрических методов измерения влажности лежит прямое измерение электрических параметров исследуемого материала. При использовании неэлектрических методов определяется физическая величина, которая затем преобразуется в электрический сигнал. Среди электрических методов измерения влажности сыпучих материалов наибольшее распространение получили кондуктометрические и диэлькометрические (емкостные).

Кондуктометрический метод контроля влажности основан на измерении электрического сопротивления материала, которое изменяется в зависимости от влажности материала. При измерении влажности этим методом пробу вещества 1 помещают между плоскими электродами 2 первичного преобразователя (рис. 1).

Схема кондуктометрического влагомера

Рис. 1. Схема кондуктометрического влагомера

Сила тока, измеряемая прибором 3, будет зависеть от влажности пробы. Резистор Rо используется для корректировки нуля прибора. Кондуктометрический метод позволяет определять влажность сыпучих материалов в пределах 2 — 20 %. Верхний предел ограничен падением чувствительности с ростом влажности, а нижний обусловлен сложностью измерения больших электрических сопротивлений.

В измерительной схеме емкостного влагомера (рис. 2), работающего на принципе определения диэлектрических потерь, емкость конденсаторного преобразователя определяется с помощью резонансного контура, состоящего из индуктивности L и переменной емкости Сх. Резонанс контура обеспечивается настройкой конденсатора Со.

Схема емкостного влагомера

Рис. 2. Схема емкостного влагомера

В качестве индикатора резонанса используют вольтметр 2. Контур отделен от генератора 1 разделительным конденсатором Ср. При увеличении влажности испытуемого образца 3 емкость преобразователя изменяется. Для восстановления симметрии необходимо изменить емкость конденсатора Со так, чтобы суммарная емкость контура стала вновь первоначальной. Изменение положения рукоятки конденсатора Со является показателем влажности.

Недостатком этого метода является зависимость емкости материала не только от влажности, но и от химического состава. Поэтому емкостные методы контроля влажности используют только со специальными приспособлениями для каждого конкретного материала.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Методы измерения влажности твердых и сыпучих тел

Методы измерения влажности твердых и сыпучих тел условно можно разделить на две группы: прямые методы, позволяющие определять массу влаги или сухого вещества в пробе; косвенные методы, определяющие влажность по параметру, функционально связанному с влажностью. Прямые методы отличаются высокой точностью измерения и большой длительностью (до 10. 15 ч).

Косвенные методы характеризуются высоким быстродействием и значительно меньшей точностью измерения. В технических измерениях применяются исключительно косвенные методы. Из них наибольшее распространение получили электрические методы, такие как кондуктометрический, емкостной и др. Большинство промышленных материалов являются капиллярно-пористыми. В сухом виде они представляют собой диэлектрики с удельным сопротивлением 10 8 Ом*м и выше. При увлажнении капиллярно-пористые тела могут стать проводниками с удельным сопротивлением 10 4 Ом*м. Зависимость электрического сопротивления от влажности (рис. 1) для капиллярно-пористых тел имеет вид:

где С — постоянная; W — влажность материала; С и n определяются для каждого материала экспериментально.

Зависимость электрического сопротивления от влажности капиллярно-пористых тел

Рис. 1. Зависимость электрического сопротивления от влажности капиллярно-пористых тел

Степенная зависимость сопротивления от влажности обеспечивает высокую чувствительность кондуктометрического метода . Однако его применение ограничено большим числом влияющих величин, таких как температура, структура материала, плотность насыпки, химический состав, наличие электролитов, которые практически позволяют использовать этот метод только в лабораторных условиях.

Емкостный метод основан на том, что изменение влажности капиллярно-пористых тел приводит к существенному изменению их диэлектрической проницаемости. У сухих тел диэлектрическая проницаемость ε = 1. 6, а у воды ε = 81. Изменение диэлектрической проницаемости вследствие изменения влажности материала определяют по изменению емкости конденсатора, между обкладками которого помещается анализируемый материал. Преобразователь емкостного влагомера выполняют в виде двух плоских пластин или двух концентрических цилиндров, пространство между которыми заполняется анализируемым материалом с помощью засыпки при падении материала с определенной высоты. В этом случае обеспечивается хорошая воспроизводимость результатов измерения. Емкость конденсатора определенных геометрических размеров может быть выражена формулой

где ε — диэлектрическая проницаемость материала, определяемая его влажностью; k — постоянная, определяемая геометрическими размерами и формой конденсатора.

Включение емкостного преобразователя в высокочастотный колебательный контур позволяет использовать резонансные цепи в приборах для измерения емкости преобразователя, а по ней и влажности материала. Емкостные преобразователи мало чувствительны к составу материала, его структуре и контактному сопротивлению между электродами и материалом. Так как для большинства материалов диэлектрическая проницаемость зависит от температуры, в промышленных приборах предусматривается автоматическое введение поправки на изменение температуры. Погрешность емкостных влагомеров может составлять 0,2. 0,5%. Однако методика отбора пробы (заполнение материалом пространства между обкладками конденсатора) может влиять на результаты измерения. Например, даже изменение размеров частиц (кусочков) анализируемого материала существенно влияет на показания влагомера. В связи с этим применение влагомеров твердых и сыпучих тел в технических измерениях ограничено.

Особенности измерения влажности сыпучих материалов в диапазоне СВЧ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ВЛАЖНОСТЬ / HUMIDITY / ВЛАГОМЕТРИЯ / BLOOMERIA / РЕЗОНАНСНАЯ ЧАСТОТА / RESONANCE FREQUENCY / ПОГЛОЩЕНИЕ / ABSORPTION / КАМЕРА / CAMERA / СТЕНД / STAND / АТЕННЮАТОР / ATTENUATOR / МОЩНОСТЬ / POWER / ОТРАЖЕНИЕ / REFLECTION / НАПРЯЖЕННОСТЬ / TENSION / СТРУКТУРА / STRUCTURE / НЕРАВНОМЕРНОСТЬ / UNEVENNESS / МЕТОД / METHOD

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Морозов Михаил Сергеевич, Кузьмин Константин Анатольевич

Электромагнитные сверхвысокочастотные системы при взаимодействии с контролируемым объектом изменяют свои параметры. Они могут быть приняты в качестве измеряемых величин для определения свойств самого объекта. При измерении влажности сыпучих строительных материалов необходимо учитывать зависимости от этих характеристик, существующая связь которых может быть установлена несколькими способами. Метод СВЧ-поглощения является в настоящее время одним из наиболее перспективных во влагометрии строительных материалов. Зная параметры сухого материала и измеряя отраженный СВЧ сигнал и плотность материала, можно однозначно определить влажность .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Особенности измерения влажности сыпучих материалов в диапазоне СВЧ»

Несмотря на снижение нарушений по превышению весовых параметров предлагается при выявлении подобных нарушений при расчете ущерба закладывать в штрафы, не только ущерб, наносимый федеральным дорогам, но и дорогам регионального или межмуниципального значений и муниципальных дорог.

Список литературы / References

1. Калмыков Б.Ю., Якименко А.В., Гармидер Ю.Б. Анализ исследований в области автомобильных перевозок тяжеловесных грузов / Журнал «Наука, техника и образование». № 3 (33), 2017.

2. Калмыкова О.М. Исследование интенсивности движения транспортного потока на пересечении ул. Советская — пр. Карла Маркса, г. Шахты / Калмыкова О.М., Калмыков Б.Ю., Лебедев Е.О., Литвиненко Н.А. // Вестник науки и образования, 2016. № 8 (20). С. 19 — 24.

3. Калмыкова О.М. Проблемы обеспечения безопасного передвижения маршрутных транспортных средств по установленному маршруту / Калмыкова О.М., Калмыков Б.Ю., Копылов С.В. // Наука, техника и образование, 2016. № 6 (24). С. 41 — 42.

4. Калмыкова О.М.. Черткова Ю.А., Калмыков Б.Ю. Проблемы обеспечения безопасности дорожного движения на улицах города с плотной застройкой и высокой интенсивностью движения транспортных средств // Научная весна — 2016 Материалы: Электронное издание, 2016. С. 102 — 107.

5. Калмыкова О.М. Повышение безопасности участия детей в дорожном движении / Калмыкова О.М., Гармидер А.С. // В сборнике: Безопасность, дорога, дети: практика, опыт, перспективы и технологии материалы форума, г. Ростов-на-Дону. Редколлегия: TE. Давыдова, В.В. Зырянов, Б.Г. Гасанов, И.Н. Щербаков, 2015. С. 145 — 148.

6. Сводные данные по внутрироссийским перевозкам о нарушениях транспортными средствами правил перевозки тяжеловесных грузов. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://rostransnadzor.ru./ (дата обращения: 24.03.2017).

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ДИАПАЗОНЕ СВЧ Морозов С.М.1, Кузьмин К.А.2 Email: Morozov1793@scientifictext.ru

‘МорозовМихаил Сергеевич — аспирант, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», г. Москва; 2Кузьмин Константин Анатольевич — кандидат педагогических наук, доцент, кафедра естественнонаучных, технических дисциплин и информационных технологий, Смоленский областной казачий институт промышленных технологий и бизнеса (филиал) Московский государственный университет технологий и управления им. Кирилла Григорьевича Разумовского (Первый Казачий университет), г. Вязьма

Аннотация: электромагнитные сверхвысокочастотные системы при взаимодействии с контролируемым объектом изменяют свои параметры. Они могут быть приняты в качестве измеряемых величин для определения свойств самого объекта. При измерении влажности сыпучих строительных материалов необходимо учитывать зависимости от этих характеристик, существующая связь которых может быть установлена несколькими способами. Метод СВЧ-поглощения является в настоящее время одним из наиболее перспективных во влагометрии строительных материалов. Зная параметры сухого материала и измеряя отраженный СВЧ сигнал и плотность материала, можно однозначно определить влажность.

Ключевые слова: влажность, влагометрия, резонансная частота, поглощение, камера, стенд, атеннюатор, мощность, отражение, напряженность, структура, неравномерность, метод.

FEATURES HUMIDITY MEASUREMENT OF LOOSE MATERIALS IN

RANGE, MICROWAVE Morozov S.M.1, Kuzmin K.A.2

‘Morozov Mikhail Sergeevich — postgraduate student, NATIONAL RESEARCH CENTER «KURCHATOVINSTITUTE», MOSCOW;

2Kuzmin Konstantin Anatolyevich — candidate of pedagogical Sciences, associate Professor, DEPARTMENT OF «NATURAL SCIENCES, TECHNICAL SCIENCES AND INFORMATION TECHNOLOGIES», SMOLENSK REGIONAL COSSACK INSTITUTE OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY AND BUSINESS (BRANCH) MOSCOW STATE UNIVERSITY OF TECHNOLOGIES AND MANAGEMENT

NAMED AFTER KIRILL GRIGORIEVICH RAZUMOVSKY (FIRST COSSACK UNIVERSITY), VYAZMA

Abstract: electromagnetic microwave system in interaction with the controlled object changes its parameters. They can be taken as a measured value to determine the properties of the object itself. When measuring the moisture content of bulk building materials should be considered based on these characteristics, the existing linkage which can be installed in several ways. The method of microwave absorption, being currently one of the most promising moisture in building materials. Knowing the parameters of the dry material and measuring the reflected microwave signal and the density of the material, we can uniquely determine humidity.

Keywords: humidity, bloomeria, resonance frequency, absorption, camera, stand, attenuator, power, reflection, tension, structure, the unevenness, the method.

Для измерения влажности большое значение имеют виды и формы связи влаги с веществом, влияющие на свойства влагосодержащего материала. Сыпучие строительные материалы, с точки зрения электродинамики сверхвысоких частот, представляет собой диэлектрики, свойства которых можно охарактеризовать несколькими скалярными константами: относительная диэлектрическая проницаемость ^ r, относительная магнитная проницаемость

г r , проводимость а.

Величины £r , М r а преобразовывают электрические и магнитные поля в ток и индукцию:

D = £0£rЕ, В = МоМгН, I = оЁ

В теории СВЧ колебаний константы материалов входят в уравнения, которым подчиняются процессы распространения электромагнитных волн, и в граничные условия, связывающие электромагнитные поля на границе раздела различных сред. Эти соотношения и могут быть положены в основу различных методов измерения требуемых констант материалов.

Выбор этих параметров определяется контролируемой величиной, характером объекта, метрологическими требованиями, условиями эксплуатации и пр. Многообразие параметров позволяет выбрать оптимальный для конкретной задачи и тем самым обеспечить эффективное техническое решение.

В электромагнитной системе можно указать следующие основные информативные параметры:

• основную резонансную частоту, добротность резонансной системы, коэффициент стоячей волны (КСВ), фазовый сдвиг, амплитуду, мощность падающей, отраженной или прошедшей волн;

• положение узла или пучности поля стоячей волны на фиксированной частоте генератора;

• частотный сдвиг частотно- модулированной падающей волны по отношению к отраженной волне, частотный сдвиг частоты отраженной или прошедшей волны по отношению к падающей.

При измерении влажности сыпучих строительных материалов необходимо учитывать зависимости от этих характеристик, существующая связь которых может быть установлена несколькими способами.

Один из них — моделирование влажного материла трехслойной системой — сухое вещество, слой влаги, слой воздуха [1]. Объемная концентрация данного компонента определяет толщину каждого слоя.

Влажность материала относится к числу тех параметров, для измерения которых радиоволновые методы получили наибольшее развитие и практическое применение, благодаря высокой чувствительности радиоволновых влагомеров в диапазоне сверхвысоких частот. Возможность применения СВЧ методов для влагометрии основана на отличии комплексной диэлектрической проницаемости воды и содержащих ее веществ. Широко распространены методы измерения по поглощению электромагнитной энергии в диапазоне сверхвысоких частот по схемам «на прохождение» или «на отражение». Кроме этих методов возможны также фазовые методы, основанные на измерении фазового сдвига волны зависящего от влагосодержания при её взаимодействии с влажным материалом. Известны и другие методы измерения в свободном пространстве.

Влажность сыпучих материалов относится к числу тех параметров, для измерения которых радиоволновые методы получили наибольшее развитие и практическое применение, благодаря высокой чувствительности радиоволновых влагомеров в диапазоне сверхвысоких частот. Возможность применения СВЧ методов для влагометрии основана на отличии комплексной диэлектрической проницаемости воды и содержащих ее веществ.

Широко распространены методы измерения по поглощению электромагнитной энергии в диапазоне сверхвысоких частот по схемам «на прохождение» или «на отражение». Кроме этих методов возможны также фазовые методы, основанные на измерении фазового сдвига волны зависящего от влагосодержания при её взаимодействии с влажным материалом. Известны и другие методы измерения в свободном пространстве, например, по изменению угла Брюстера, в зависимости от влажности материала при отражении или прохождении через его слой, в частности при наклонном зондировании слоя сыпучих и др.

Рассмотрим подробнее методы, нашедшие применение при влагометрии сыпучих строительных материалов. На рисунке 1 представлена простейшая схема установки для исследования метода СВЧ поглощения. СВЧ колебания от генератора СВЧ 1 по волноводу 2 поступают на передающую антенну 3, откуда, пройдя через влажный материал 4 и частично поглотившись находящейся в нём водой, попадают на приёмную антенну 5, откуда по волноводу 6 проходят через атеннюатор 7 (устройство, позволяющее вносить строго определенное затухание в сигнал, служащий для непосредственного ослабления) и после детектирования детектором 8 через усилитель 9 регистрируется индикатором 10 [2].

При такой схеме измерения, ослабление, измеренное аттенюатором, является функцией влажности материала. Величину затухания во влажном материале можно определяют по формуле:

/32 — фазовые постоянные среды и материала.

Для измерения затухания СВЧ — энергии в строительных материалах выбор оборудования и сечения волноводов обусловливается определенным частотным диапазоном [3]. Это связано с тем, что для целей влагометрии используется достаточно узкий диапазон: от 2 до 4 см, на который приходится пик поглощения колебаний СВЧ энергии молекулами воды, а значит, в этом диапазоне можно получить максимальную чувствительность по измеряемому параметру.

Рис. 1. Схема установки для исследования метода СВЧ-поглощения

Метод СВЧ-поглощения, являясь в настоящее время одним из наиболее перспективных во влагометрии строительных материалов, позволяет решать большинство задач, возникающих при автоматизации различных технологических процессов.

Отношение среднего потока энергии, отраженного от поверхности, к подающему потоку определяется соотношением:

где О, — коэффициент ослабления Р -волнового числа влажного материала с влажностью

Ш, Ро — волновое число в пустом пространстве.

Оценивая величины, входящие в последние соотношения, например, на длине волны X = 3 см, зная параметры сухого материала и измеряя отраженный СВЧ сигнал и плотность материала, можно однозначно определить влажность.

Этого недостатка лишен метод измерения по отражению электромагнитных волн от поверхности влажного материала.

Отношение среднего потока энергии, отраженного от поверхности, к подающему потоку определяется соотношением (3):

где О, — коэффициент ослабления — волновое число влажного материала с влажностью Ш,

Ро — волновое число в пустом пространстве.

Полученное выражение для влажности имеет вид:

Электрические методы измерения влажности твердых, сыпучих и жидких веществ

В современных производственных процессах сложно найти область, где не возникала бы необходимость в контроле влажности основных или вспомогательных продуктов. Это позволяет оценить высокую значимость приборов для измерения влажности — влагомеров.

Без таких приборов эффективное и качественное производство становится сложным, а неконтролируемая влажность может привести к многочисленным проблемам и даже катастрофам в различных отраслях промышленности.

Оптимальный контроль влажности обеспечивает не только высокую производительность, но также гарантирует качество продукции, уменьшает потери и обеспечивает безопасность технологических процессов.

В современных условиях контроль влажности является одним из ключевых аспектов в обеспечении стабильности и эффективности производства.

Классификация методов измерения влажности

Методы определения влажности разделяются на физические, химические, радиоактивные и электрические.

К физическим методам принято относить высушивание до постоянного веса, определение влажности по вязкости и по температуропроводности продукта.

К химическим методам относятся: волюмометрические методы, основанные на измерении объема газов, выделившихся в результате реакции натрия, карбида кальция или гидрата кальция с водой вещества, и методы, основанные на объемном анализе реакций различных органических соединений с водой вещества, получении кислот и титровании их стандартными растворами щелочи.

Однако вследствие необходимости безвозвратного отбора проб, периодичности действия, длительности реакций, сложности аппаратуры и ряда других обстоятельств химические методы не могут быть положены в основу действия устройства для мгновенного определения влаги в продукте.

Радиоактивный метод определения влажности использует гамма-излучение или нейтронное излучение.

В настоящее время наиболее часто для определения влажности веществ используются электрические методы.

Электрические влагомеры, содержащие в схемах электронные приборы, соответственно часто называются электронными.

Портативный электронный влагомер

Измерительные системы

Точное измерение влажности твердых, сыпучих и жидких веществ необходимо для принятия обоснованных решений о хранении, переработке и сбыте продукции.

Существует несколько способов измерения влажности, в том числе:

Способ камерной сушки: это традиционный метод, который включает взвешивание образца вещества, его сушку в печи при определенной температуре и расчет влажности на основе потери веса. Хотя это надежный метод, он занимает много времени и требует специального оборудования.
Портативные влагомеры: эти электронные устройства позволяют быстро и без разрушения измерять влажность вещества. Эти измерители просты в использовании, дают немедленные результаты и широко доступны на рынке.
Поточные измерительные системы: Эти системы интегрированы в производственные линии и обеспечивают непрерывные измерения влажности вещества во время обработки. Они используют специализированные датчики для получения точных показаний в режиме реального времени.

Электрические методы измерения влажности веществ

Электрические методы основаны на закономерной зависимости некоторых электрических характеристик веществ (удельного сопротивления или проводимости, тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости) от содержания в них воды. Соответственно этому существует несколько электрических методов определения влажности:

кондуктометрический;
по диэлектрическим потерям;
емкостный;
основанный на явлении поглощения энергии высокой частоты при протонном резонансе (ядерный магнитный резонанс).

Хранение и переработка зерна

Кондуктометрический метод

Кондуктометрический метод основан на зависимости удельной, объемной проводимости, измеренной на постоянном токе, от содержания влаги.

Чувствительность метода высока в области малых значений влажности и резко снижается в области большой влажности. При этом удельная электропроводность, помимо содержания воды в веществе, очень сильно зависит от его вязкости, концентрации электролита, характера структуры и температуры. В связи с этим погрешность при измерениях обычно велика (6—8%).

При измерении проба вещества помещается между плоскими или круглыми электродами преобразователя.

Кондуктометрический метод может применяться при измерении влажности веществ, имеющих более или менее постоянную концентрацию солей и в тех случаях, когда не требуется высокой точности измерения.

Этот метод, например, применяется для измерения влажности зерна, волокна, бумаги, песка, почв, некоторых пищевых продуктов и т. п., однако в связи со значительной погрешностью измерения широкого распространения он не получил.

Общим недостатком электрических влагомеров, основанных на проводимости вещества, является неоднозначная зависимость сопротивления (проводимости) от влагосодержания пробы. Особенно сильные искажения вносятся при изменении содержания солей и структуры материала (пористость, порозность и т. д.).

Метод диэлектрических потерь

Определение влажности по величине диэлектрических потерь пробы вещества основано на следующих предпосылках.

Диэлектрические потери являются частью электрической энергии, переходящей в тепло в веществе при переменном напряжении.

Величина активной составляющей абсорбционного тока, а следовательно, и величина диэлектрических потерь в целом, в некоторой степени определяется количеством воды, являющейся полярной жидкостью в пробе вещества.

Это объясняется тем, что наличие в его составе воды вызывает увеличение общей величины диэлектрических потерь в связи с возникновением так называемых дипольных потерь, причем эти потери, будучи пропорциональны относительному количеству воды в пробе, тем больше, чем выше частота приложенного напряжения.

В веществах, имеющих малую сквозную проводимость сравнительно с активной составляющей абсорбционного тока, при условии применения высокой частоты питающего напряжения, соответствующего частотному максимуму для воды, возможно использование этого метода для определения влажности вещества.

Для веществ, у которых преобладает сквозная проводимость, этот метод непригоден, так как при низких частотах (50 гц) диэлектрические потери равны потерям проводимости при постоянном токе.

В этом случае результаты измерения одинаковы с результатами кондуктометрического метода, недостатки которого были перечислены выше. Повышение же частоты питающего напряжения мало способствует выделению активной составляющей абсорбционного тока.

Влагомерами, основанными на этом методе измерения, являются влагомеры с высокочастотным контуром, который нагружается диэлектрическими потерями.

При измерениях вещество помещается между двумя электродами преобразователя или вносится в образованное им высокочастотное поле. К преобразователю подводится напряжение переменного тока.

Измерение диэлектрических потерь не может надежно характеризовать влажность вещества.

Так, например, если поместить стеклянную трубку, в которой протекал раствор хлористого натрия при концентрации 0 — 28%, между двумя электродами высокочастотного контура при частоте 7,4 Мгц и получить изменение частоты генератора в функции концентрации электролита, то экспоненциальный характер этой зависимости совершенно точно совпадает с зависимостью для раствора хлористого натрия.

Это объясняется тем, что эквивалентная схема измерительной ячейки, подключенной к контуру, представляет собой емкость, шунтированную сопротивлением электролита и соединенную последовательно с постоянным конденсатором (стеклянная трубка).

Так как сопротивление электролита очень мало, то в действительности генератор нагружается только переменным сопротивлением, что и вызывает изменение его выходных параметров.

В рассматриваемом случае применение изолирующей прокладки (стеклянной трубки) приводит к выделению диэлектрических потерь.

Характер кривой, а также резкое изменение диэлектрических потерь три небольшом изменении концентраций, при котором практически не меняется влагосодержание, но резко увеличивается проводимость, доказывают, что в рассматриваемом случае измеряется не емкость и диэлектрическая проницаемость образца, а проводимость в условиях высокой частоты.

Очевидно, что использование метода диэлектрических потерь для определения концентрации электролита при постоянном содержании воды подтверждает нецелесообразность применения этого метода для определения влажности.

В некоторых частных случаях (в бинарных смесях чистых веществ, в том числе и органических соединений с водой) этим методом может осуществляться определение концентрации той или другой составляющей. Например таким методом может определяться концентрация спирта в водных растворах.

Из рассмотрения метода диэлектрических потерь следует, что он может надежно применяться для измерения влажности только в том случае, если в состав исследуемого вещества входят два химически чистых компонента, а это требование в реальных условиях никогда не сохраняется и практически диэлектрические потери являются функцией многих переменных — всех компонентов вещества (физической структуры, вязкости, температуры и т. д.).

Метод диэлектрических потерь также не может дать удовлетворительного решения вопроса измерения влажности различных веществ.

Измерение влажности в резервуарах для хранения и взвешивания

Емкостный метод

Емкостный метод измерения влажности вещества основан на том, что диэлектрическая проницаемость влажного вещества является линейной функцией его влагосодержания, обычно выраженного в процентах.

Так как диэлектрическая проницаемость сухого вещества обычно невелика (2,0—5,0), а диэлектрическая проницаемость воды значительно больше (81,0), то даже при небольшом изменении содержания воды в веществе происходит весьма ощутимое изменение диэлектрической проницаемости.

Диэлектрическая проницаемость влажного вещества (смесь сухого вещества и воды) измеряется через емкость конденсаторного датчика, заполненного испытуемым веществом.

Влагомеры этого типа распространены наиболее широко. Их можно разбить на три группы.

К первой группе относятся влагомеры с дифференциальной измерительной схемой.

Эти влагомеры пригодны для измерения влажности только у хороших диэлектриков. Малейшие диэлектрические потери резко искажают результат измерения и практически измеряют «комплексную» или «кажущуюся» емкость.

Ко второй группе относятся влагомеры с резонансным измерительным контуром, дополненным разделительным конденсатором или с колебательным контуром, в котором измеряется амплитудное значение высокочастотного напряжения.

Эти влагомеры несколько лучше влагомеров первой группы, так как диэлектрические потери здесь несколько меньше искажают значение «чистой» емкости, однако им также свойственны общие недостатки влагомеров первой группы.

К третьей группе относятся влагомеры с параллельным резонансным контуром и измерением емкости методом замещения, а также влагомеры с уходом частоты резонансного колебательного контура при внесении в него пробы.

Эти влагомеры наиболее точно измеряют влажность различных веществ. Единственным недостатком их является невозможность измерения ими влажности веществ с большими диэлектрическими потерями, так как внесение пробы вещества в колебательный контур вызывает срыв генерации.

Измерение влажности веществ с большими диэлектрическими потерями

Значительное число промышленных материалов и различных продуктов — органические удобрения, сложные химические соединения, включающие электролиты, пищевые продукты (мясопродукты, молочные продукты) и т. п., измерение влажности которых представляет значительный интерес, по своим диэлектрическим свойствам относятся к классу полупроводников.

Измерение влажности (емкости) таких продуктов обычными методами измерения влажности твердых, сыпучих и жидких веществ практически невозможно.

Действительно, внесение в резонансный колебательный контур пробы продукта с большой полной проводимостью приводит к срыву генерации и затуханию колебаний.

Одним из способов, облегчающих измерение влажности таких веществ, является химическая или механическая обработка вещества, перед измерением или в момент измерения, которая уменьшает диэлектрические потери и позволяет произвести измерение.

С этой целью возможна предварительная обработка пробы вещества определенного веса какой-либо водопоглощающей жидкостью, например диоксаном или элуолом, с последующим определением относительного количества экстрагированной воды в этой жидкости емкостным влагомером.

Возможно измерение влажности двух несмешивающихся жидкостей (масло — вода, керосин — вода и т. д.), в которых непрерывной фазой является вода, даже если в ней растворены соли, если в момент измерения вода будет преобразована в прерывную фазу, а диэлектрик (масло, керосин) — в непрерывную.