Методы и средства измерения влажности твердых и сыпучих тел

Влажность – уровень содержания воды в физических средах или телах. Нюансы понятия и способы измерения зависят от особенностей исследуемых объектов. Для сыпучих и твердых тел влажность – это отношение массы влаги к массе влажного объекта. Показатель во многом зависит от природы материала, степени его измельчения, пористости. Отдельно следует рассматривать понятие влагосодержания – отношение массы влаги к массе сухого вещества. При этом не учитывается молекулярно связанная вода, выделить которую возможно только путем химического разложения.

Влажность остается одним из наиболее важных параметров, подлежащих контролю в ходе производства. От показателей окружающей среды и непосредственно заготовок зависит безопасность рабочего процесса, качество продукции. Современные методы измерения влажности активно используются при изготовлении продуктов питания, строительных материалов, фармацевтической продукции, обработке полезных ископаемых, тканей и многих других товаров массового потребления, к которым предъявляются высокие отраслевые требования.

Прямые и косвенные методы измерения

Для контроля влажности в промышленных условиях используют специальные приборы – влагомеры. Условно все методы, используемые для создания таких устройств, можно разделить на две категории.

Прямые – измерения проводятся через забор пробы материала. Конечные результаты очень точны, но их получение займет немало времени (до 10-15 часов). Также прямые методы не подходят для большинства твердых штучных изделий.
Косвенные – определение влажности осуществляется бесконтактным способом. Полученный результат будет чуть менее точным, но намного более быстрым (обработка данных занимает несколько секунд). Вариант подходит как для сыпучих, так и для твердых материалов.

В основе косвенных методов лежит преобразование понятия влажности в удобную для учета физическую величину. Используемые способы подразделяют на электрические и неэлектрические. В области производства и товароведения предпочтение отдается косвенным измерениям, тогда как прямые варианты исследования востребованы в лабораторных условиях.

Методические погрешности и способы их уменьшения

Все методы измерения влажности остаются относительными, хотя величина и разнообразие их погрешностей колеблются. Наиболее разнообразны причины неточностей для весового подхода, предполагающего воздушно-тепловое высушивание образцов:

термическое разложение органической пробы;
испарение летучих веществ наряду с водой;
неполное удаление влаги в результате достижения равновесия между образцом и давлением пара в окружающей среде;
образование водонепроницаемой корки.

На показатели емкостного метода оказывают влияние температура и способ забора образца. При оптических методах погрешности могут возникать из-за толщины исследуемого материала, в котором сохраняется влага после высушивания поверхностного слоя. Существует несколько способов снизить уровень неточностей или полностью исключить препятствующий фактор:

правильный выбор метода исследования;
использование только надежной, правильно откалиброванной и настроенной аппаратуры;
соблюдение методологических требований к забору проб, проведению исследований.

Каждый из методов имеет установленные пределы неточностей. Так, некоторые приборы не способны определить влажность ниже 10%, а отдельные способы исследования имеют уровень погрешности менее одного процента.

Самые точные методы измерения влажности

Наиболее точные методы и средства измерения влажности для каждого материала будут свои. Самым корректным лабораторным подходом считается воздушно-тепловая сушка, предполагающая взвешивание образца до, во время и после обработки на высокочувствительном оборудовании. При этом техника должна соответствовать требованиям к рабочему эталону первого разряда. Погрешность метода составляет около полупроцента.

Также высокой точностью обладают производственные электрические измерители: сверхвысокочастотные (СВЧ), кондуктометрические, емкостные. Они учитывают принцип серьезного различия между проводимостью воды и сухого материала. Недостатком считается сложность контроля влажности на уровне менее 1%, но это существенно не для всех материалов. Для контроля производственных процессов также используют оптические инфракрасные системы, чья погрешность составляет менее 1%, а диапазон измерений охватывает показатели от 0 до 100%.

Наиболее современные методы измерений

Самым современным и удобным способом определения влажности твердых и сыпучих тел остается использование оптической инфракрасной системы. Метод позволяет достаточно точно определять характеристики исследуемого материала без непосредственного контакта с ним и/или забора образцов. Технология основана на абсорбции водородными связями специфических световых волн. Прибор посылает волну заданной длины, а после считывает объем отраженной энергии, определяя количество молекул воды.

Устройство каждую секунду обрабатывает данные, поступающие с тысяч измерительных точек, что позволяет определять уровень влажности большого объема статических или движущихся тел. При этом оборудование не нуждается в повторной калибровке или специфическом техобслуживании, позволяет постоянно отслеживать качество продукции, при необходимости оптимизировать процесс.

Измерительные приборы

В лабораторных условиях и при производстве некоторых товаров (например, пиломатериалов) используют тяжелое статическое оснащение: сушильные камеры, весы и т.д. При полевой работе оптимальным выбором становятся компактные переносные гигрометры, которые предназначены для оперативного исследования образца. Карманное оборудование чаще используется для сыпучих материалов.

Над конвейерами, бункерами, желобами, сушилками обычно устанавливаются бесконтактные стационарные датчики. Они позволяют круглосуточно осуществлять контроль влажности с привлечением минимального количества персонала. Один оператор способен осуществлять мониторинг большого числа процессов, поскольку при обнаружении несоответствия датчик подает сигнал.

Особенности кондуктометрического метода

Изучая косвенные методы измерения влажности материалов, стоит обратить внимание на кондуктометрический подход, в основе которого лежит определение электрической проводимости исследуемого тела. Большинство сухих материалов остаются диэлектриками, теряя это свойство при намокании. Удельное сопротивление тела меняется в зависимости от влажности – этот показатель и измеряет гигрометр. Метод чаще всего используется при производстве древесины, но на его точность способны отрицательно повлиять особенности структуры материала, наличие загрязнений, воды на поверхности.

Нюансы емкостного метода

Емкостный (диэлькометрический) подход основывается на разнице диэлектрической проницаемости воды и исследуемого материала. Прибор считывает емкость датчика с изучаемым телом, определяя содержание влаги. К преимуществам емкостных гигрометров относится возможность исследовать широкий диапазон показателей с высокой точностью. Необходимо учитывать, что данные прибора могут меняться при разной насыпной плотности материала, неоднородности структуры.

Рабочие частоты влагомеров

Методы и приборы измерения влажности, основанные на высоких частотах, называются СВЧ. Такой подход является разновидностью емкостного способа исследования и основан на изучении проницаемости материала для сверхвысокочастотного излучения. Устройства способны работать с диапазоном от 5*10³ до 5*10⁷ Гц. Чем слабее проходит сигнал через материал, тем выше уровень его влажности. Получаемые данные чрезвычайно точны и используются в основном при производстве ленточного, листового материала, например, картона.

Вывод

Для эффективного определения влажности сыпучих и твердых тел необходимо подбирать соответствующие специфике методы и устройства. Это обеспечит высокую точность и воспроизводимость исследований. На нашем сайте легко заказать прибор с доставкой в любой регион России. В каталоге представлено профессиональное оборудование от известных производителей по выгодным ценам.