Измерение влажности

Многие технологические процессы требуют довольно высокой точности определения влажности различных материалов. Наиболее точно влажность материалов можно установить ручным методом высушивания испытуемого материала при нагревании до постоянной массы, oднако этот метод сопряжен со значительной (до нескольких часов) затратой времени. Поэтому он не может удовлетворить требования автоматизированных производств.

В промышленных приборах автоматического контроля влажности используют преимущественно электрические методы измерения влажности. Электрический ток через некоторую проводящую среду можно представить как сумму трех составляющих:

· ток сквозной проводимости, обусловленный переносом электрических зарядов;

· ток смещения, вызываемый поляризацией зарядов частиц вещества в диэлектрике;

· ток потерь (результат превращения электрической энергии в тепловую).

Рассмотрим методы автоматического контроля влажности.

· метод электрокондуктометрический. Сущность метода заключается в том, что влажность материала определяется по его электропроводности. При этом 2 электрода помещают в контролируемую среду на расстояние не менее 25 мм друг от друга. Контроль промежутка – с помощью омметра. Достоинство метода – простота реализации. Недостатками является зависимость результата от химического состава контролируемой среды и некоторых других факторов.

· метод емкостей. Сущность метода заключается в определении влажности материала по назначению емкости конденсатора, между обкладками которого помещена контролируемая среда. В качестве вторичного прибора используют емкостной мост. Достоинство – простота. Недостаток – зависимость показания приборов от степени уплотнения контролируемой среды.

· метод диэлектрических потерь. Заключается в определении влажности материала по значению диэлектрических потерь, обращаемых в теплоту контролируемого образца в пространстве между электродами датчика.

В катушку индуктивности вводят пробу контролируемого вещества, часть электрической энергии превращается в теплоту. В качестве вторичного прибора используется специальный измерительный прибор с колебательным клнтуром, который образован датчиком и подключен к конденсатору. Преимущество – простота реализации. Недостаток – зависимость от качества подготовки образца контролируемого материала.

· нейтронный метод. Сущность метода заключается в использовании явления зануления быстрых нейтронов, имеющих равную с ними массу ядер атомов водорода в составе влаги исследуемого материала. В качестве датчика в этом случае используются приемники ядерного излучения. Достоинство – результаты измерения не зависят от побочных факторов. Недостаток – радиационная опасность. При реализации нейтрального метода измерения влажности материлов используют плутоний-берилиевый аппарат. При распаде атомов плутония выделяется значительное число α-частиц. При взаимодействии α-частицы с берилием одним из результатов реакции является быстрый нейтрон. Взаимодействие быстрых нейтронов с атомами водорода дает медленные нейтроны, которые детектируются счетчиком.

· метод ядерного магнитного резонанса. Сущность метода заключается в явлении резонансного поглощения или излучения энергии высокой частоты ядрами атомов водорода, находящимися в составе молекул воды в постоянном магнитном поле. В качестве датчика используется ЯМР (ядерно-магнитный резонанс) радиоспектрометр. Достоинство – влагу определяют независимо от формы наличия влаги. Недостаток – сложность и высокая стоимость средств измерения.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите области использования анализаторов химического состава газов.

2. На каких физических принципах основана работа автоматических газоанализаторов.

3. Назовите основне электрические методы измерения влажности.