Измерение влажности.
Поделись с друзьямиВлажность является одной из основных характеристик, определяющих качество материалов (тканей, трикотажа и др.).
Содержание влаги в материале характеризуют две величины: влагосодержание (абсолютная влажность) и влажность (относительная влажность). Под влагосодержанием понимается отношение массы влаги М, находящейся в материале, к массе материала Мо в сухом состоянии:
U=M/Mo,
Под влажностью понимается отношение массы влаги М, содержащийся в теле, к массе влажного материала М1:
Иногда эти величины выражаются в процентах:
;
Существует несколько методов контроля влажности материалов. Рассмотрим основные из них:
а) кондуктометрический, основанный на зависимости между влажностью и его электропроводностью. В результате увлажнения большинство пористых тел, которые в сухом виде являются диэлектриками, становятся полупроводниками.
Датчики кондуктометрических влагомеров представляют собой два электрода, конструкция которых зависит от свойств и структуры измеряемого вещества. Для определения влажности тканей электроды имеют форму роликов, между которыми размещается ткань, которая может перемещаться для осуществления непрерывного контроля. Для жестких игл применяются игольчатые электроды, вкалываемые в материал, а для мягких– накладываемые и прижимаемые плоские электроды. Электроды для сыпучих или волокнистых материалов снабжаются устройствами, спрессовывающими навеску между электродами. Наиболее распространенными измерительными схемами влагомеров является схема омметра постоянного тока или мостовая проградуированная в единицах влажности. Выходным сигналом датчика является ток I=U/Rx. Электрическое сопротивление Rx текстильных тканей, измеренное на постоянном токе при наличии воды, сорбированной волокнами, характеризуется уравнением
где А—коэффициент, зависящий от условий измерения и конструкции электродов (размеры, усилие прижима), а также от примененного напряжения U; n—коэффициент, зависящий от природы волокна (для хлопка 10, 11, для шерсти 15, 16).
Кроме того , сопротивление ткани зависит от температуры. В связи с этими факторами кондуктометрические датчики имеют индивидуальную градуировку на различные материалы. А также, нелинейная зависимость сопротивления от влажности, ограничивает диапазоны измерения на начальном участке (0—20%) высокой чувствительностью и на диапазоне 30—40%–низкой чувствительностью.
в) Емкостные влагомеры. При емкостном методе измерения влажности используется явление наличия влаги в твердом теле на величину диэлектрической проницаемости. Диэлектрическая проницаемость сухого вещества обычно равна 2…5,а диэлектрическая проницаемость дистиллированной воды –81. При небольшом содержании воды в веществе величина диэлектрической проницаемости значительно изменится. А определяют ее по изменению емкости конденсатора, между обкладками которого находится исследуемое вещество. Емкость конденсатора с параллельными электродами ровна
Где ε —диэлектрическая проницаемость материала;
εo—диэлектрическая постоянная;
S—площадь электродов;
d—расстояние между электродами.
Если εo,S,d—постоянные величины и равные К, то
Первичные преобразователи емкостных влагомеров выполняют в виде двух плоских пластин, в виде двух концентрических цилиндров, пространство между которыми заполняется исследуемым материалом. Величина приращения емкости ограничена сотнями пикофарад. Наиболее применяемые схемы измерения емкости – мостовые, а для увеличения чувствительности частота переменного напряжения питание моста охватывает диапазон от КГц до МГц.
Кроме того диэлектрическая проницаемость большинства веществ зависит от температуры. В связи с этим во влагомерах представлена автоматическая компенсация температуры. Наиболее простой способ компенсации температуры — параллельное присоединение к измерительному конденсатору—емкости с температурными коэффициентами равными по величине температурному коэффициенту, исследуемому материалу, но обратными по знаку.
При емкостном методе измерения на показания влагомера оказывает меньшее влияние структура и химический состав измеряемых веществ, а точнее переходное сопротивление между электродами и материалом, чем при контактном. Кроме того емкостными влагомерами можно измерять малые влажности (до 3…4%). Но действия напряжения разбаланса пропорционально влажности, что позволяет градуировать влагомер по выходному сигналу моста.
Недостаток емкостных преобразователей состоит во влиянии на результат разбаланса моста поверхностной плотности ткани, что частично устраняется равномерным распределением материала в межэлектродном пространстве.
с) Оптические влагомеры. Метод использования инфракрасного излучения для определения влажности материала основан на измерении интенсивности отраженного или прошедшего через материал потока излучения определенной длины волокна. В качестве источника инфракрасного излучения используют лампы накаливания с соответствующими светофильтрами, лазеры, светодиоды. В качестве приемников излучения—фоторезисторы и фотодиоды.
На этом методе основана работа влагомеров для измерения влажности в диапазоне от 4% до 20%
Оптические влагомеры строятся по принципу измерения прошедшего излучения или отраженного излучения от ткани (рис. 30).
Рис. 30
Для получения сигналов, характеризующих влажность тканей, используют два монохроматических световых потока с длинами волн h=1,75 мкм и λ=1,95 мкм. Отражательная способность ткани при λ сильно зависит от присутствия влаги, а при λ мало зависит. Влажность ткани характеризуется отношение интенсивностей световых потоков, отраженных от ткани при этих длинах волн. μА
Прибор (рис. 30) состоит из оптического преобразователя, блока измерения и питания 8 и вторичного, показывающего или самопишущего прибора 9. Световой поток от 2 падает на ткань 1. Отраженный от ткани световой поток оптической системы 3 направляется на светоприемник 6 (фоторезистор). Перед фотоприемником вращается диск с вырезами 4, на котором установлены два интерференционных светофильтра, имеющих узкие спектральные полосы пропускания в области длин волн λ и λ. Фоторезистор поочередно освещается световыми импульсами. В результате в цепи фоторезистора появляются две серии электрических импульсов, которые после предварительного усиления 7, поступают в виде импульсов напряжения U и U на преобразователь 8. На вращающемся диске закреплен контактный коммутатор 5. На выходе преобразователя 8 появляется сигнал постоянного тока напряжением 0-10 мВ, амплитуда которого пропорциональна отношению напряжению:
Uвых=kU/ U.
Следовательно, Uвых пропорционально влажности ткани.
d). Высокочастотные влагомеры.
Измеритель влажности (рис. 31) построен по принципу измерения энергии СВЧ-колебаний в диапазоне 10000000000 Гц (длина волны = 3 см) прошедших через ткань.
Прибор содержит источник СВЧ-колебаний 7, вентиль 2 для ограничения отраженной волны от шкалы 4, передающую антенну 3 и приемную 5, детектор 6 и 7 индикатор (микроамперметр). При отсутствии шкалы 4 вся энергия от генератора через антенны проходит в детектор и измеряется 7.
4
3 5
рис. 31
При наличии ткани часть энергии волны отражается от ткани, часть поглощается влагой (преобразуется в тепловую энергию), а оставшаяся часть измеряется 7.
Отражение и поглощение СВЧ-энергии зависит от количества влаги в материалах. Следовательно, оставшаяся часть энергии характеризует влажность. При стабильной работе генератора и всего измерительного тракта прибор 7 можно градуировать по калибровочной влажности.
СВЧ-влагомеры предназначены для измерения влажности тканей, нетканых материалов, синтетических кож и др. в диапазоне 20-80%. Основной недостаток этого метода – его чувствительность не только к влаге, но и к толщине материала, к наличию других примесей всевозможных растворителей, красителей. При индивидуальной градуировке для каждого материала точность измерения повышается.
Для градуировки всех типов электрических влагомеров применяют весовой метод. Он основан на взвешивании одного и того же сухого и влажного материала. Разность их и является абсолютной влажностью. Метод имеет высокую точность измерения, но не пригоден для экспресс – контроля, непрерывного контроля в производстве.
students-library.com
| Обратная связь ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса – ваш вокал Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими Целительная привычка Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Тренинг уверенности в себе Вкуснейший “Салат из свеклы с чесноком” Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Как слышать голос Бога Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной Оси и плоскости тела человека – Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д. Отёска стен и прирубка косяков – Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу. Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) – В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар. | ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Методическое руководство к лабораторной работе
Цель работы – определить метеорологические условия в производственном помещении и произвести гигиеническую оценку параметров микроклимата по ГОСТ 12.1.005-88 и СанПиН 2.2.4.548-96 “Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений”.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ “Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования” определяет микроклимат производственных помещений как климат внутренней среды этих помещений, который характеризуется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температуры окружающих поверхностей. Жизнедеятельность человека может протекать, если температура его тела находится в диапазоне от 34 до 42 град Цельсия. В результате биохимических процессов в организме человека выделяется тепло. При выполнении физической работы выделение тепла в организме пропорционально энергозатратам на выполнение этой работы. В результате теплообмена организма человека с окружающей средой происходит отдача или поступление тепла. Регулирование скорости и направления теплообмена организма с окружающей средой в целях поддержания температуры тела в необходимых для нормальной жизнедеятельности пределах называется терморегуляцией. Процесс терморегуляции осуществляется путем выделения тепла в ходе биохимических реакций на нагрев организма, регулирования теплоотдачи через кожу (регулирование переноса тепла к коже: расширение и сужение кровеносных сосудов, изменение скорости крови), отдачи тепла среде при испарении пота. Таким образом на терморегуляцию затрачивается энергия организма. Эффективность процессов терморегуляции зависит от соотношения собственных энерготрат организма и условий окружающей среды: сочетания температуры, влажности, подвижности воздуха, наличия тепловых излучений. По степени тяжести физические работы подразделяют на 3 категории: легкие, средней тяжести и тяжелые. Категории работ разграничиваются на основе интенсивности энерготрат организма в ккал/ч (Вт). К категории Iа относятся работы с интенсивностью энерготрат до 120 ккал/ч (до 139 Вт), производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением (ряд профессий на предприятиях точного приборо- и машиностроения, на часовом, швейном производствах, в сфере управления и т.п.). К категории Iб относятся работы с интенсивностью энерготрат 121-150 ккал/ч (140-174 Вт), производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением (ряд профессий в полиграфической промышленности, на предприятиях связи, контролеры, мастера в различных видах производства и т.п.). К категории IIа относятся работы с интенсивностью энерготрат 151-200 ккал/ч (175-232 Вт), связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения (ряд профессий в механосборочных цехах машиностроительных предприятий, в прядильно-ткацком производстве и т.п.). К категории IIб относятся работы с интенсивностью энерготрат 201-250 ккал/ч (233-290 Вт), связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением (ряд профессий в механизированных литейных, прокатных, кузнечных, термических, сварочных цехах машиностроительных и металлургических предприятий и т.п.). К категории III относятся работы с интенсивностью энерготрат более 250 ккал/ч (более 290 Вт), связанные с постоянными передвижениями, перемещением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий (ряд профессий в кузнечных цехах с ручной ковкой, литейных цехах с ручной набивкой и заливкой опок машиностроительных и металлургических предприятий и т.п.). При характеристике производственных помещений по категории тяжести выполняемых в них работ следует ориентироваться на те работы, в которых принимает участие более 50% работающих. Общее состояние и производительность труда работающих в значительной степени зависят от микроклимата производственного помещения. Температура воздуха – один из главных факторов, определяющих микроклимат производственных помещений. При высокой температуре окружающего воздуха ухудшаются условия теплоотдачи организма, возрастает нагрузка на сердечно-сосудистую систему, что при длительном воздействии может привести к заболеваниям. При высокой температуре увеличивается теплоотдача испарением. Испаряясь с поверхности тела, пот отнимает тепло и тем способствует поддержанию нормальной температуры. Теплоотдача испарением приводит к потере воды из организма, как следствие – сгущению крови, выводу из организма солей и водо-растворимых витаминов групп С и В. Высокая температура воздуха на рабочем месте оказывает отрицательное влияние и на центральную нервную систему, что проявляется в ослаблении внимания, ухудшении координации движений, замедлении реакций. При длительном перегреве организма терморегуляция может нарушиться, и привести к повышению температуры тела выше допустимой нормы, что может стать причиной “теплового удара” и даже смерти. Опасно также и длительное переохлаждение организма, приводящее к перерасходу энергии на поддержание температуры тела в допустимых пределах, снижению в следствии этого сопротивляемости организма инфекционным заболеваниям. Влажность воздуха характеризует содержание в нем паров воды. Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяных паров в граммах, находящееся в одном кубическом метре воздуха или упругость водяных паров в момент исследования, выраженную в мм рт. ст. Абсолютная влажность воздуха зависит от давления и температуры. Относительной влажностью воздуха называют процентное отношение фактической абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данных значениях температуры и давления воздуха. При повышенной влажности и температуре воздуха теплообмен организма ухудшается из-за снижения эффективности испарения пота. При пониженной влажности воздуха наблюдается ускоренное обезвоживание организма. Сочетание повышенной влажности и низких температур приводит к снижению сопротивляемости организма простудным и инфекционным заболеваниям. Движение воздуха в производственных помещениях может создаваться как конвекционными потоками, возникающими в результате неравномерного нагрева воздушных масс в помещении, так и при наличии больших открытых проемов в стенах зданий. Повышенная подвижность воздуха в производственном помещении (“сквозняки”), особенно в сочетании с повышенной влажностью и низкой температурой воздуха, может приводить к переохлаждению организма, развитию простудных и инфекционных заболеваний. Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные величины. Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах должны соответствовать значениям, приведенным в табл.1 применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года.
Таблица 1
Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений
* При температурах воздуха 25ºС и выше максимальные величины относительной влажности воздуха должны приниматься в соответствии с требованиями п.6.5. ** При температурах воздуха 26-28ºС скорость движения воздуха в теплый период года должна приниматься в соответствии с требованиями п.6.6.
Оптимальные микроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового и функционального состояния человека. Они обеспечивают общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах. Оптимальные величины показателей микроклимата необходимо соблюдать на рабочих местах производственных помещений, на которых выполняются работы операторского типа, связанные с нервно-эмоциональным напряжением (в кабинах, на пультах и постах управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники и др.). Перечень других рабочих мест и видов работ, при которых должны обеспечиваться оптимальные величины микроклимата определяются Санитарными правилами по отдельным отраслям промышленности и другими документами, согласованными с органами Государственного санитарно-эпидемиологического надзора в установленном порядке . Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах должны соответствовать величинам, приведенным в табл.2, применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года. Таблица 2
Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах
Нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха устанавливаются для рабочей зоны, на которой находится место постоянного или временного пребывания работающего. Постоянным рабочим местом считается место, на котором работающий находится большую часть рабочего времени (более 50% смены или 2 ч непрерывно). Если работа выполняется в разных местах рабочей зоны, то постоянным рабочим местом считается вся зона. Оптимальные и допустимые величины температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха устанавливаются с учетом времени года, характеристики производственного помещения, категории тяжести выполняемых работ. Рассматривается теплый и холодный периоды года. Теплым периодом считается такой период, когда среднесуточная температура наружного воздуха выше +10 град. Холодным считается период, когда среднесуточная температура наружного воздуха ниже +10 град. Производственные помещения характеризуются количеством избыточного тепла Рассматривают помещения без избыточного тепла, с незначительным избытком явного тепла (20 ккал/м2.ч и менее) и т.д. Совокупность значений параметров микроклимата производственного помещения, при которой организм человека затрачивает минимальное количество энергии для терморегуляции называется зоной комфорта.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Методика измерения влажности воздуха
а)Измерение относительной влажности простым психрометром. Простой психрометр (см. рис. 1) представляет собой прибор, состоящий из двух расположенных рядом термометров, шарик одного из которых покрыт увлажненной тканью (марлей, кисеей или батистом). Влага, пропитывающая ткань, испаряется с различной скоростью, в зависимости от влажности и скорости движения воздуха, отнимает тепло от термометра, поэтому показания влажного термометра будут ниже показаний сухого термометра. Психрометр помещают в исследуемую среду на 5-10 мин., до момента установления ртути или спирта в обоих термометрах на постоянном уровне.
По истечении времени записывают показания обоих термометров. На основании показаний сухого и влажного термометров вычисляют сначала абсолютную влажность воздуха, а затем относительную. Абсолютную влажность воздуха рассчитывают согласно следующей формуле:
Рис. 1. Простой психрометр.
где: А – искомая абсолютная влажность воздуха, мм.рт.ст. F1 – упругость насыщенных водяных паров, мм.рт.ст. (см. приложение 1.) при температуре влажного термометра а – коэффициент психрометра равный 0,0008 tс – показания сухого термометра в град. С tвл – показания влажного термометра в град. С Н – барометрическое давление в мм.рт.ст.
Рассчитав величину абсолютной влажности, определяют относительную влажность воздуха в процентах согласно формуле:
где: R – искомая относительная влажность в %; F2 – упругость насыщенных водяных паров в мм.рт.ст. при температуре, показанной сухим термометром (см. приложение 1) б) Измерение относительной влажности воздуха аспирационным психрометром. Простой психрометр в производственных условиях может быть неточен в определении относительной влажности, т.к. даже слабое тепловое излучение искажает показания прибора. Аспирационный психрометр (см. рис. 2)в этих условиях дает более точные показания. Принцип действия и устройство аспирационного психрометра такое же, как и у простого психрометра, только термометры прибора заключены в специальную трубчатую защиту с воздушной прослойкой между трубами. В верхней части прибора имеется вентилятор, который просасывает исследуемый на влажность воздух около ртутных резервуаров термометров с постоянной скоростью (не менее 4 м/сек). Температурное равновесие наступает скорее чем у простого психрометра, а также устраняется влияние теплового излучения.
Рис. 2. Аспирационный психрометр.
Метод измерения
Установив прибор вертикально, увлажняют обертку влажного термометра. Затем включают прибор в сеть и через 3 – 5 минут, во время постоянного хода вентилятора производят отсчет показаний термометров. Скорость движения воздуха при этом составляет 4 м/сек. Коэффициент психрометра (а) при скорости движения воздуха 4 м/сек равен 0,000662 (не округляя до 6-го знака). Величины отсчетов термометров подставляют в формулы 1 и 2.
Измерение скорости движения воздуха 1. Назначение. Анемометр ручной чашечный предназначен для измерения скорости ветра за определенный промежуток времени в пределах от 1 до 20 м/сек на уровне установки анемометра. 2. Описание прибора. В чашечном анемометре (рис. 3) приемной частью служит крестовина с четырьмя полушариями, укрепленными на вертикальной оси и защищенная от механических повреждений проволочной защитой. Под действием ветра полушария вращаются, что отмечается счетчиком, включаемым арретиром. Порог чувствительности анемометра 0,8 м/сек. При измерении скорости движения воздуха ось чашечного анемометра должна быть установлена перпендикулярно к направлению движения воздушного потока.
Рис. 3. Чашечный анемометр.
3. Метод измерения. Замеры анемометром производятся следующим образом. Сначала отмечают положение всех стрелок (десятков, сотен, тысяч). Большую стрелку приводить к нулю не надо), затем установить анемометр на место замера. После установления постоянной скорости движения чашек (через 10-15 сек.) рычажком арретира пустить стрелку. Одновременно с этим заметить по секундомеру начало пуска и время замера. Так как точность замера в значительной степени зависит от точности совпадения времени включения анемометра и секундомера, замеры повторить 2-3 раза. Определение скорости воздушного потока производят в течение одной – двух минут. По истечении этого времени механизм (арретир анемометра) и секундомер выключают и записывают конечное показание счетчика и время экспозиции в секундах. Чтобы определить скорость движения воздуха Vан в м/сек, суммировать полученные разности отсчетов конечного и начального показания счетчика a + b + . . . n (в метрах) и полученное число разделить на общую продолжительность замеров (в секундах)
Для получения истинной скорости движения воздуха в полученную величину должна быть внесена поправка, зависящая от механических свойств данного прибора. (Погрешность измерения анемометром средней скорости ветра 0,06 Vан.+ 0,3 м/сек. где: V – средняя скорость ветра в м/сек.) Скорость ветра определяется по графику (приложение 2) следующим образом: На вертикальной оси графика отыскивают число, соответствующее числу делений счетчика анемометра в секунду. От этой точки проводится горизонтальная линия до пересечения с линией графика, откуда проводится вертикаль до пересечения с горизонтальной осью графика. Точка пересечения вертикали с горизонтальной осью графика дает искомую скорость воздушного потока в м/сек. Для измерения малых скоростей движения воздуха (менее 0,5 м/сек) применяются специальные приборы: микроманометр, кататермометр, электроанемометр и термоанемометр. Интенсивность теплового излучения измеряют актинометром (рис.4). Принцип действия прибора основан на измерении термоЭДС, создаваемой термопарами при нагреве лучистым теплом. Шкала прибора градуирована в калориях на см2 в минуту. Для измерения открыть крышку прибора, направить термобатарею на источник теплового излучения, по шкале определить интенсивность излучения. Подробнее методика измерения теплового излучения рассматривается в лабораторной работе по защите от теплового излучения. Рис. 5. Актинометр |
megapredmet.ru
Измерение влажности твердых и сыпучих веществ
Министерство образования и науки Российской ФедерацииГОУВПО «Тамбовский государственный технический университет»
Кафедра _______________________________________
Контрольная работа
по дисциплине: «Информационно-измерительная техника»
на тему:
«Измерение влажности твердых и сыпучих веществ»
Выполнил студент группы: ИС-41з Феррер А.А.
Проверил преподаватель: Мордасов М.Н.
Тамбов 2010 г.
Оглавление
Введение . 3
Классификация по методам измерений .. 5
Косвенные методы измерения влажности .. 7
Кондуктометрические измерители влажности .. 7
Диэлькометрические измерители влажности .. 8
СВЧ измерители влажности .. 9
Ссылки .. 10
Управление технологическими процессами только по таким параметрам, как давление, уровень, расход и температура, часто не гарантирует получение продуктов требуемого качества. Во многих случаях необходим автоматический контроль состава и свойств вырабатываемых продуктов. Приборы для такого контроля это автоматические анализаторы влажности, вязкости, концентрации, плотности, прозрачности и т. п.
Большинство выпускаемых промышленностью автоматических анализаторов предназначено для определения состава и свойств бинарных и псевдобинарных смесей. Бинарной смесью называют газовую смесь, состоящую из двух газов, или жидкость, содержащую один растворенный компонент. Анализ бинарной смеси возможен при условии, что составляющие ее компоненты отличаются друг от друга какими-либо физическими или физико-химическими свойствами. Псевдобинарной называют многокомпонентную смесь, в которой неопределяемые компоненты резко отличаются по физическим или физико-химическим свойствам от определяемого компонента. Анализ такой смеси аналогичен анализу бинарной смеси.
Анализ многокомпонентных смесей, содержащих три и более компонента, проводят только после их предварительного разделения на отдельные компоненты.
Специфической особенностью аналитических измерений является сильное влияние на их результаты побочных факторов (температуры, давления, скорости движения вещества и т. п.). Эти факторы особенно влияют на точность таких аналитических приборов, принцип действия которых основан на использовании какого-либо одного свойства вещества (электропроводности, теплопроводности, магнитной или диэлектрической проницаемости и др.). Поэтому автоматические анализаторы обычно оснащены сложным дополнительным оборудованием для отбора пробы, подготовки ее к анализу, стабилизации условий измерений или автоматического введения поправки и т. п.
Многообразие анализируемых веществ и широкий диапазон их составов и свойств обусловили производство автоматических приборов с чрезвычайно разнообразными методами анализа. Приборостроительная промышленность выпускает разнообразные автоматические анализаторы: плотномеры, вискозиметры, газоанализаторы, влагомеры, хроматографы, нефелометры и т. д. Если приборы для измерения таких общетехнических параметров, как давление, уровень, расход и температура, применяются практически во всех производствах, то анализаторы, напротив, как правило, для специфических задач конкретного производства.
Измерители влажности по методам измерений принято делить на прямые и косвенные . В измерителях влажности использующих прямые методы производится непосредственное разделение материала на сухое вещество и влагу. В измерителях влажности использующих косвенные методы измеряется величина, функционально связанная с влажностью материала. Косвенные методы требуют предварительной градуировки с целью установления зависимости между влажностью материала и измеряемой величиной.
Принцип работы измерителей влажности базирующихся на прямом методе измерения заключается в непрерывном определении массы пробы при высушивании . В этих приборах сушку заканчивают, если два последовательных взвешивания исследуемого образца дают одинаковые или весьма близкие результаты. Так как скорость сушки постепенно уменьшается, предполагается, что при этом удаляется почти вся влага, содержащаяся в образце. Далее измеритель влажности сравнением массы пробы до и после высушивания определяет значение массовой доли влаги (или массы сухого вещества) в пробе. Длительность измерения этим методом составляет обычно от 0,5 часа до нескольких часов. В ускоренных методах сушка ведется в течение определенного, значительно более короткого промежутка времени при повышенной температуре (например, стандартный метод измерения влажности зерна заключается в сушке размолотой навески при +130 градусах в течение 40 минут).
Обычно подобные измерители влажности выполняют в виде настольного прибора, состоящего из весового устройства, камеры галогенного или инфракрасного высушивания и электронного блока управления для регистрации и обработки результатов измерений.
Измерению влажности подобными приборами твердых и сыпучих материалов высушиванием присущи следующие методические погрешности:
а) при высушивании органических материалов наряду с потерями гигроскопической влаги происходит испарение легколетучих соединений; одновременно при сушке в воздухе имеет место поглощение кислорода вследствие окисления вещества, а иногда и термическое разложение пробы;
б) прекращение сушки соответствует не полному удалению влаги, а равновесию между давлением водяных паров в материале и давлением водяных паров в воздухе;
в) удаление связанной влаги в коллоидных материалах невозможно без разрушения коллоидальной частицы и не достигается при высушивании;
г) в некоторых веществах в ходе сушки образуется водонепроницаемая корка, препятствующая дальнейшему удалению влаги.
Некоторые из указанных погрешностей можно уменьшить сушкой в вакууме при пониженной температуре или в потоке инертного газа. Однако для подобной сушки требуется более громоздкая и сложная аппаратура, чем для воздушно-тепловой.
Тем не менее, измерители влажности, реализующие прямой метод измерений, являются самими точными, а при измерениях остаточной влажности (менее 1%) им нет альтернативы. К недостаткам следует отнести их дороговизну, высокое время измерений и, самое главное, этот метод является разрушающим (например, чтобы измерить влажность деревянного изделия из него необходимо вырезать образец для измерений).
Наиболее распространёнными измерителями влажности, реализующими косвенные методы, являются кондуктометрические , диэлькометрические (ёмкостные) и сверхвысокочастотные (СВЧ). Основой данных методов измерения влажности является зависимость от влажности параметров, характеризующих поведение влажных материалов в электрических полях.
Кондуктометрические измерители влажности основаны на измерении электрической проводимости материала. Влагосодержащие материалы, являясь в сухом виде диэлектриками, в результате увлажнения становятся проводящими. Удельное сопротивление влажных материалов изменяется в зависимости от содержания влаги в чрезвычайно широком диапазоне, охватывающем 9-12 порядков. Такой широкий диапазон может негативно сказывается на точности данных измерителей, особенно сложно кондуктометрическими измерителями влажности контролировать материалы при малых влажностях, когда электрическое сопротивление очень велико и мешающие факторы вносят в него большую погрешность. Так, наиболее распространённым материалом контроля для игольчатых влагомеров является древесина. В наиболее важном для контроля диапазоне 5…15% она имеет электрическое сопротивление свыше 100 Мом. Точно измерить такие сопротивления – задача не простая, тем более получить на основе этого точное значение влажности, учитывая при этом влияние на электропроводность структуры материала, формы пор, их размеров, характера распределения влаги, наличие на измеряемом материале поверхностной влажности и каких-либо загрязнений.
Принцип работы диэлькометрических измерителей влажности основан на зависимости диэлектрической проницаемости материала от его влажности (т.к. диэлектрическая проницаемость воды во много раз выше, чем у больши
mirznanii.com