Ввимірювання вологості твердих та сипких матеріалів

Для вимірювання вологості твердих та сипких матеріалів в лабораторії застосовують ваговий метод, заснований на зважуванні проби до (М_в) та після (М_с) її висушування в спеціальних шафах до настання зрівноваженого стану з навколишнім середовищем, тобто, коли подальше висушування не приводить до зменшення маси проби. Метод дуже простий і точний але потребує багато часу.

В системах автоматичного контролю та управління технологічними

процесами, де необхідно постійно контролювати вологість сипких та твердих

матеріалів, найбільш поширені кондуктометричні та ємнісні вологоміри.

ПВП таких вологомірів є два електроди. Вони конструктивно виконуються у вигляді або двох пластин, або циліндричної трубки, що є зовнішнім електродом, з загостреним у вигляді голки внутрішнім електродом та ін.. Простір між електродами, які ізольовані один від одного, утворює вимірювальну комірку, де знаходиться контрольований за вологістю матеріал, який подається у комірку або порціями (дискретно), або безперервно.

У основу принципу дії кондуктометричних вологомірів покладена

залежність електричного опору між двома електродами (опору R_х

вимірювальної комірки) від вмісту вологи. Ця залежність в загальному вигляді має вигляд: R_х = A/W^k, (4)

де R_х – опір матеріалу, Ом; «А» та «к» - додатні постійні величини, що залежать від природи матеріалу та умов вимірювання.

Характеристика перетворення ПВП нелінійна і використовується її відносно лінійний відрізок з низькою та середньою вологістю від 15 до 30%. В якості вторинних приладів таких ПВП використовуються електронні та магнітоелектричні oмметри та автоматичні мости постійного струму.

На відміну від кондуктометричних ПВП, ємнісні ПВП використовують

залежність ємності між електродами, які можна розглядати як дві обкладки конденсатора, від діелектричної проникності матеріалу, що в сою чергу залежить від його вологості. Ємність С плоского конденсатора дорівнює:

С = ε (S / d), (5)

де ε - абсолютна діелектрична проникність між електродного простору, Ф/м;

S – площина електродів, м ²; d – відстань між електродами, м.

Із формули видно, що при постійних розмірах конденсатора (вимірювальної комірки), отримуємо функціональну залежність: С = f(ε).

У ємнісних ПВП для визначення вологості сипких матеріалів, наприклад, зерна, використовується зміна діелектричної проникності продукту в залежності від його властивостей (вологості), складу та наявності домішок. Відомо, що діелектрична проникність багатьох речовин суттєво різна. Наприклад, для води ε_в = 81, для клейковини зерна - 2,6, а для більшості сухих речовин вона знаходиться в межах від 2 до 10. Таким чином, незначна зміна вологості

речовини визиває зміну її діелектричної проникності.

ПВП таких видів виготовляється у вигляді двох однакових пластин, які жорстко закріплені у корпусі із високоякісного ізоляційного матеріалу і які вводяться у вимірюване середовище. Так як відстань та площина пластин незмінні, то ємність між ними є лінійною функцією від діелектричної провідності середовища ε, яке знаходиться між пластинами.

Наприклад, у портативного ПВП для визначення вологості сипких матеріалів (зерна), корпус виготовлено у вигляді ручки, а пластини – у вигляді леза ножа, що полегшує їхнє введення у сипке середовище, діелектрична проникність якого в свою чергу залежить від вологості. Вимірювання проводять на частотах в межах десятків кГц. В цих ПВП електроди ізолюють від контрольованої за вологістю речовини за допомогою матеріалів з високими ізоляційними властивостями. В якості вимірювальних приладів в комплекті із ємнісними ПВП використовують автоматичні мости змінного струму, або прилади, що побудовані на спеціальних резонансних схемах.