Гигрометр необходим для измерения соответствующих показателей, причем не только в быту, но и в сельском хозяйстве и в промышленности (например, для измерения влажности почвы или для измерения остаточной влажности в древесине в процессе сушки).
В быту датчик контроля влажности воздуха обеспечивает контроль микроклимата, на предприятиях – точность технологических процессов и сохранность оборудования, в сельском хозяйстве – оценку качества почв, их плодородности. Конечно, настройка комнатного датчика от промышленного отличается. Кроме того, отличается и сам способ измерения. Чтобы сделать какие-то выводы или настроить оборудование для совместной работы, важно понимать, какой именно величиной измеряется влажность. И здесь возможно несколько вариантов:
- Абсолютное значение, в граммах на кубометр;
- Относительное значение, в единицах RH;
- В процентах от массы исследуемых образцов, если речь идет о твердых телах, материалах;
- В частях воды на 1000000 частей веса образца или ppm.
Абсолютная влажность или влагоемкость может варьироваться от 0 до 100% (то есть до полного насыщения, теоретически). Большинство бытовых гигрометров измеряют именно ее.
Принцип работы (действия) датчика измерения влажности воздуха
Существует 5 типов гигрометров, различающихся по принципу действия:
- Емкостные. Это простые модели, представляющие собой конденсаторы с воздухом как диэлектриком. Диэлектрическая проницаемость воздуха напрямую связана с влажностью, а при изменении влажности меняется и емкость воздушного конденсатора. Также есть модели с содержанием диэлектрика в воздушном зазоре: они срабатывают лучше, чем «просто воздушные». Такими устройствами уже можно измерять содержание воды в твердых веществах (позволяет измерить влажность исследуемого образца, помещенного между обкладками конденсатора, в том случае, если она превышает 0,5%).к этой категории относятся и тонкопленочные гигрометры с гребенчатыми электродами вместо обкладок. В них также присутствуют термодатчики, обеспечивающие компенсацию.
- Резистивные. Конструкционно эти датчики влажности представляют собой два электрода на подложке, причем поверх электродов наносится материал с малым сопротивлением (величина сопротивления сильно меняется в зависимости от влажности). Часто в качестве покрытия используют оксид алюминия, который хорошо поглощает влагу из окружающей среды. Резистивные датчики измеряют величину протекающего тока и стоят недорого.
- Термисторные или психометрические. Устройства представляют собой пару одинаковых термисторов (нелинейных электронных компонентов с сопротивлением, сильно зависящим от температуры). Работает следующим образом: один термистор размещают в герметичной камере, заполненной сухим воздухом, второй – в камере с отверстиями, через которые проходит воздух для измерений. Термисторы соединены по мостовой схеме: если на выходе получается нулевое напряжение, то влажность в камерах одинакова, если нет – то разность показателей влажности в камерах можно измерить в соответствии со значением полученного напряжения.
- Оптические, также носят название конденсационные. Это – самый точный тип устройств, основанный на таком физическом понятии как «точка росы». В процессе определяется температура, при которой на поверхности материала выпадает конденсат. В зависимости от температуры точки росы измеряется влажность окружающей среды. В простейшем случае такие конструкции представляют собой светодиод, подсвечивающий зеркальную поверхность, после чего луч света меняет направление и попадает на фотодетектор. Зеркало подогревается или охлаждается высокоточным температурным регулятором (термоэлектрическим насосом), а в момент выпадения конденсата температуру фиксируют соответствующим датчиком. Для работы важно, чтобы зеркало было чистым: в конденсированных каплях воды световые лучи преломляются, и величина тока в цепи фотодетектора падает.
- Электронные. Основной принцип действия этого устройства – измерение концентрации электролита, которым покрыт электроизоляционный материал. Часто используют концентрированный раствор хлорида лития, высокочувствительного к изменениям влажности. Электронные гигрометры зачастую дополнены еще и термометром, что позволяет производить замеры с высокой точностью. Для замеров влажности почвы тоже используют электронные гигрометры, представляющие собой 2 электрода, погружаемые в грунт. Влажность измеряется в зависимости от уровня токопроводимости земли.
Виды и типы датчиков измерения влажности воздуха
При выборе конкретного типа датчика, исходя из его принципа работы, следует учитывать основные факторы:
- Какую величину влажности понадобится измерять – относительную или абсолютную;
- Где будет замеряться влажность – в воздухе, в почве, в образце материала;
- Имеет ли значение гистерезис, с какой точностью необходимы измерения и в каком диапазоне они будут проводиться.
Так, самыми точными датчиками считаются оптические, но они же и самые дорогие. Емкостные часто применяются в бытовой технике и в промышленном оборудовании. Их ключевое преимущество – устойчивость к высоким температурам и химическим испарениям. В быту чаще всего применяют резистивные детекторы, работающие с относительно малым временем отклика, от 10 до 30 секунд. Они могут работать в температурном диапазоне от -40 до +100 градусов, но чувствительны к химическим и масляным испарениям. Электронные хороши тем, что благодаря компьютерной калибровке работают с высокой точностью.
У всех этих моделей есть преимущества и недостатки, а также факторы, влияющие на точность измерений.
Применение датчиков измерения влажности воздуха
В промышленных условиях, для определения относительной влажности почв, материалов или помещений чаще используются гигрометры, измеряющие относительную влажность. Они оснащены встроенными преобразователями сигналов и легко интегрируются в соответствующую измерительную систему. Также эти приборы могут иметь встроенный датчик температуры, чтобы проводить комплексный контроль микроклимата и устанавливать реальную связь между уровнями температуры и влажности.
Для измерения относительной влажности воздуха наиболее доступны несколько типов датчиков: психрометрические, аспирационные, емкостные и резистивные. Рассмотрим более детально каждый вид датчика.
Датчики емкостного и резистивного типа часто используют в офисных системах климат-контроля, где показатели влажности могут варьироваться от 30 до 70%.
Для агропромышленных комплексов (теплиц, грибоводческих хозяйств, овощехранилищах) такие модели не подойдут, так как в условиях повышенной влажности и при возможном выпадении конденсата дают сбой и могут показывать значения с погрешностью до 6%. В этом случае рекомендуется использование психрометрических датчиков.
Если замеры производятся в зонах с воздушным потоком, то стоит применять аспирационный датчик, то есть психрометрический, дополненный вентилятором. За счет работы электровентилятора на мокром термометре создается нормированный воздушный поток. При измерении высокой относительной влажности воздуха такой прибор дает погрешность 1%, не более.
В целом область использования датчиков влажности воздуха очень широка и включает в себя:
- Поддержание микроклимата в заданных пределах на производстве, оборудованном чувствительными к влажности электронными приборами;
- Контроль за показателями влажности в офисных помещениях, в быту;
- В сфере ЖКХ – в котельных и на водоочистных станциях позволяют не допустить образование конденсата;
- Периодический контроль помогает предотвратить появление грибка, плесени на стенах здания или в складе.
Схема подключения датчика измерения влажности воздуха, его настройка и установка
В большинстве случаев такие датчики монтируются на твердую поверхность. Корпус может закрепляться на стене винтами (он твердый, прочный и выполнен из огнеупорного пластика). Внутри корпуса гигрометра расположен клеммник с контактами, который используется для подключения (задействуется схема, предоставленная производителем).
Подключение производится кабелем через кабельный ввод, при этом соответствующую гайку обязательно затягивают до упора, чтобы сохранить герметичность корпуса (в большинстве моделей он соответствует классу защиты от внешних воздействий IP65). Также можно использовать экранированный кабель, если предполагается, что устройство будет работать в зоне с высоким уровнем электромагнитных помех. Настройка и калибровка производятся после подключения в «рабочих» условиях.
В компании «Измеркон» можно приобрести датчики влажности, преобразователи температуры и влажности с релейными выходами, с цифровым интерфейсом, с внешними зондами, а также WEB-датчики. Есть модели гигрометров с подключением по Wi-Fi, способные передавать данные через интернет.
Измерение влажности
Влажность
газов, твердых и сыпучих тел — это один
из важных показателей целого ряда
технологических процессов и производств
легкой и текстильной промышленности.
В
тех производствах, где имеется
влажно-тепловая обработка материала и
воздушно-конвективная сушка, влажность
материала после сушки или отжима, а
также влажность воздушной среды внутри
сушилок и отработавшего воздуха являются
главными параметрами качества проведения
технологического процесса и его
технико-экономических показателей.
Влажность
различного рода волокна, кожевенного
полуфабриката, сыпучих химикатов,
древесной щепы и пр.— далеко не полный
перечень материалов текстильной,
кожевенной, трикотажной и обувной
промышленности, где этот параметр
является важнейшим для исходного сырья
и при расчетах с поставщиками.
Влажность
— понятие неоднозначное при применении
его к газам и твердым материалам. Методы
измерения влажности газов и материалов
существенно отличаются.
Влагомеры для газов
С
изменением температуры состояние
влажности
смеси газа меняется. При повышении
температуры из насыщенного влажного
газа смесь газов превращается в
ненасыщенную, и наоборот. Предельное
значение содержания водяного пара в
газовой смеси зависит не только от
температуры, но и от давления. С повышением
давления газовой смеси содержание
водяного пара, соответствующее состоянию
насыщения, понижается, а при понижении
давления — повышается.
Общее
давление газовой смеси р
равно сумме парциальных давлений газов,
составляющих эту смесь. Парциальным
давление каждого входящего в смесь газа
называется давление, которое имел бы
этот газ, если бы он один при той же
температуре, занимал тот же объем, что
и смесь
где
рг—парциальное
давление сухого газа; рв.п.—парциальное
давление водяных паров.
определяется суммой плотностей сухого
газа
,
взятых при парциальных давлениях.
Содержание
влаги в газе характеризуется его
абсолютной или относительной влажностью.
Масса
водяного пара в 1 м3
газа называется абсолютной
влажностью.
Абсолютная влажность может характеризоваться
различными величинами:
1)
массой водяного пара в 1 м3
газа в рабочем состоянии, что численно
равняется плотности водяного пара при
данной его темтературе и парциальном
давлении (f,
г/м3);
2)
массой водяного пара в 1 м3
влажного
газа при нормальных условиях, т. е.
при t=0°С
и fн.вл,
г/ м3;
3)
массой водяного пара в 1 м3
сухого газа при нормальных условиях
(fн.сух.г/м3)
— влагосодержание.
Абсолютную
влажность, отнесенную
к сухому газу
???,
по известной абсолютной влажности,
отнесенной к влажному газу, и наоборот,
определяют по соотношениям
где
804 — плотность
водяного пара, отнесенная к объему газа
при нормальных условиях, г/м3
???.
При
охлаждении влажного газа водяные пары,
находящиеся в нем, начинают конденсироваться.
Температура tр,
при которой водяные пары в газе достигнут
насыщения, называется точкой росы.
Отношение
плотности водяного пара в газовой смеси
к максимально возможной плотности
водяного пара ρmax
при той же температуре или отношение
абсолютной влажности при нормальных
условиях к абсолютной влажности при
полном насыщении называется относительной
влажностью φ, или степенью насыщения
газа.
Относительную
влажность газа φ можно выразить как
отношение парциальных давлений
водяного пара
в
данной газовой смеси к
приведенные
в формулах, имеются в специальных
таблицах.
Для
измерения влажности газа более широко
применяют следующие методы:
психрометрический, при котором влажность
газа определяется по разности температур
сухого и мокрого термометров;
гигрометрический, основанный на измерении
линейных размеров или электрических
параметров влагосорбирующего материала;
весовой; конденсационный (точки росы).
Психрометры.
Психрометрический метод основан на
психрометрическом эффекте, т. е. на
зависимости скорости испарения влаги
от влажности окружающей среды. Психрометр
состоит из двух одинаковых термометров,
у одного из которых, называемого мокрым,
чувствительная часть все время остается
влажной, так как на нее надет постоянно
смачиваемый чулок. При омывании газом
чувствительной части мокрого термометра
вода испаряется. Так как на испарение
воды с поверхности термометра затрачивается
теплота, температура термометра
понижается. В результате возникает
разность температур между сухим и мокрым
термометрами.
Чем
суше газ, тем выше скорость испарения,
тем больше теплоты затрачивается на
испарение влаги, тем больше разность
температур между термометрами.
Психрометрический
эффект определяется зависимостью между
парциальным давлением пара в парогазовой
смеси и показаниями сухого и мокрого
термометров:
где
ρн.м
— парциальное давление насыщенного
пара при температуре смеси tсм;
р
— парциальное давление пара;
А
— психрометрическая постоянная;
В
— барометрическое давление; tc
и tм
— температуры сухого и мокрого
термометров.
Относительную
влажность вычисляют следующим образом:
где
рн.с.
— парциальное давление насыщенного
пара при температуре tc.
В
связи с тем что рн.м.
и
рн.с
однозначно
определяются по tм
и tc,
если А = const, можно получить зависимость:
Величину
А определяют конструктивными и другими
особенностями мокрого термометра.
По
этой разности температур, называемой
психрометрической
разностью, относительная влажность
газа может
быть
найдена по специальным номограммам
(рис. 1) и психрометрическим
таблицам.
Рис.
1. Зависимость
относительной
влажности от температуры
мокрого и сухого термометров
В
плечо моста 1 (рис. ХШ-2) автоматического
психрометра, предназначенного
для измерения влажности
воздуха, включен сухой термопреобразователь
сопротивления 4,
в
плечо моста 2
—
мокрый термопреобразователь
сопротивления 3.
Разность
потенциалов на вершинах
диагонали моста 1
пропорциональна
температуре сухого термометра.
Разность потенциалов на вершинах
а и с диагонали моста 2
пропорциональна
температуре мокрого термометра.
Мосты
1 и 2
работают
в неравновесном режиме; таким образом,
на вершинах b
и
с
диагонали
двойного моста имеется разность
потенциалов,
пропорциональная разности температур
сухого и мокрого
Термометров, т. е. психрометрической
разности.
Напряжение,
усиленное с помощью электронного
усилителя 6,
подается
на реверсивный двигатель 5,
перемещающий
движок реохорда
и связанный с ним указатель шкалы до
положения равновесия
измерительной схемы. При этом положение
движка реохорда
является мерой психрометрической
разности, т. е. относительной
влажности контролируемого газа. Таким
образом осуществляется
непрерывное автоматическое измерение
относительной
влажности.
Аспирация
термометров осуществляется с помощью
вытяжного устройства,
вентилятор которого отсасывает воздух
измеряемой среды,
обдувает им термопреобразователи
сопротивления. Вода для
смачивания чулка мокрого термопреобразователя
сопротивления
поступает из специального бачка
автоматически постоянно.
Выпускаемый
серийно психрометрический автоматический
гигрометр
типа АПГ
Рис.2.
Схема
автоматического психрометра с
термопреобразователем
сопротивления
Электрические
гигрометры. В
гигрометрическом методе измерения
влажности газов использована зависимость
электрических параметров
влагосорбирующих материалов от влажности
газов, при
этом чувствительный элемент находится
в гигрометрическом равновесии с
измеряемым газом. В промышленности
применяют следующие
разновидности датчиков электрических
гигрометров: электролитические,
электролитические с подогревом и
сорбционные.
В электролитических гигрометрах
содержится влагочувствительный
элемент с электролитом.
Изменение
влажности газа вызывает изменение
количества влаги,
содержащейся во влагочувствительном
элементе, что приводит
к изменению концентрации электролита
в нем и соответствующему изменению
его сопротивления или электропроводности.
В
качестве электролита чаще всего применяют
хлорид лития. Измерительные схемы
электролитических гигрометров
представляют
собой различные варианты мостовых
измерительных схем.
Электролитические
гигрометры с подогревом по своему
устройству
близки к электролитическим без подогрева.
Однако принципы
действия их различны. Изменение
электропроводности датчика
вследствие изменения влажности газа
вызывает изменение его
температуры. Таким образом автоматически
поддерживается режим,
соответствующий равновесному состоянию
между парциальным
давлением паров воды в анализируемом
газе и
парциальным давлением пара над насыщенным
раствором электролита. Температура,
соответствующая этому равновесию,
измеряется каким-либо термометром.
Чувствительный
элемент электролитического гигрометра
с подогревом (рис. ХШ-3) представляет
собой тонкостенную трубку 1, покрытую
стеклянной ватой, пропитанной раствором
хлористого лития. На стеклянную вату
намотаны изолированные друг от друга
спирали 4 из серебряной проволоки. Сверху
на элемент надевается металлическая
трубка с сетчатой вставкой 5, которая
задерживает сильные газовые струи.
Внутри трубки 1 помещается малоинерционный
термопреобразователь сопротивления
3, к которому подключен измерительный
(вторичный) прибор 2. Серебряные спирали
питаются переменным током напряжением
24 В.
Рис.
4. Схема
электрического влагомера с пленочным
датчиком ДИВ2
При
подаче напряжения на серебряные спирали
через раствор хлористого лития проходит
электрический ток, вызывающий нагрев
раствора. Раствор нагревается до
температуры кристаллизации хлористого
лития; образование твердой соли приводит
к резкому увеличению сопротивления
между электродами, ток уменьшается, и
температура датчика понижается. Понижение
температуры продолжается до тех пор,
пока вследствие поглощения влаги из
окружающей среды проводимость раствора
между электродами не повысится вновь,
что повлечет за собой увеличение тока
и повышение температуры датчика.
Таким
образом, температура в датчике
автоматически поддерживается на уровне
равновесной, соответствующей влажности
окружающей газовой среды. Для точного
измерения влажности температура
исследуемого газа должна быть ниже
равновесной температуры чувствительного
элемента, но выше точки росы. Вторичный
прибор 2, подключенный к термопреобразователю
сопротивления, градуируется в единицах
абсолютной влажности.
В
сорбционных гигрометрах используется
изменение физических свойств сорбционных
материалов (керамики, микропористых
материалов, оксида алюминия и др.) от
содержания в них влаги, которое
определяется влажностью газа.
Как
правило, с изменением влагосодержания
изменяется либо электрическое
сопротивление, либо емкость, либо тангенс
диэлектрических потерь, либо какой-нибудь
другой параметр измерительного
преобразователя.
Рис.
5. Диаграммы области применения подогревных
датчиков влажности:
а—для
измерения температуры точки росы; б —
для измерения относительной влажности
подогревных
хлористолитиевых датчиков влажности,
где 1 — неустойчивая
работа, 2—
нормальная работа и область 3
—
работа с
ограниченным сроком службы датчика. Из
диаграмм видна ограниченная область
применения датчиков по температуре
измеряемой
среды до 100 °С, а также по температуре
точки росы 60
°С.
Весовые
влагомеры. Весовой
метод определения влажности основан
на поглощении водяных паров из газа
реактивами. Определенное
количество газа просасывается через
U-образные
трубки,
заполненные веществом, жадно поглощающим
влагу (хлорид кальция,
фосфорный ангидрид и др.).
Поглотительные
трубки предварительно взвешивают на
аналитических весах. После этого
через них пропускают определенное
количество газа, учитываемое газовым
счетчиком, и вновь взвешивают.
Приращение веса дает количество
поглощенной из газа влаги;
частное от деления этой величины на
количество прошедшего
газа дает абсолютную влажность газа.
Весовой метод определения
влажности газов применяется в лабораторной
практике и
при исследовательских работах.
Конденсационные
гигрометры. Конденсационный
метод определения
влажности газов заключается в резком
понижении температуры
исследуемого газа, в результате чего
основное количество влаги
выпадает в конденсационном сосуде,
остальной газ становится
насыщенным; измеряя его температуру,
можно определить в
нем содержание водяного пара. Суммируя
эту величину с влагой, оставшейся
в конденсационном сосуде, получим
абсолютную влажность
газа.
В
автоматических конденсационных
гигрометрах используется метод
точки росы, заключающийся в охлаждении
испытуемого газа
до наступления состояния насыщения, т.
е. до точки росы. По
этой температуре, используя таблицы,
определяют влажность контролируемого
газа. Момент наступления точки росы
определяется по появлению росы на
зеркальной поверхности, охлаждаемой
металлической пластинки, соприкасающейся
с контролируемым
газом.
Рис.
6. Схема
автоматического
влагомера точки
росы
Схема
автоматического влагомера точки росы
приведена на рис.
ХШ-6. В камеру 2
через
патрубок 1 поступает очищенный от
примесей и пыли анализируемый газ
постоянного давления, который
затем удаляется по патрубку 3.
Проходя
через камеру, газ омывает
зеркало 12.
На
зеркало от лампы 15
через
линзу 14
направляется
луч света, который, отразившись от
зеркала 12,
попадает
через линзу 13
на
фотоэлемент 9.
Возникающий
в фото-
элементе
ток через усилитель 1 поступает на
регулятор 11, который изменяет питание
нагревателя 5. Зеркало 12 охлаждается
жидкостью, поступающей через патрубок
4 и уходящей через патрубок 7.
Температура
зеркала измеряется термоэлектрическим
термометром 8, подключенным к вторичному,
измерительному, прибору 6. Если на зеркале
нет влаги, то луч света от него практически
без потерь поступает на фотоэлемент. В
этом случае регулятор уменьшает нагрев
охлаждающей жидкости, температура
которой уменьшается до тех пор, пока на
зеркале не выпадет роса. Тогда на
фотоэлемент будет поступать ослабленный
световой поток (падая на зеркало, покрытое
пленкой росы, свет будет рассеиваться)
и регулятор будет увеличивать нагрев
охлаждающей жидкости. Таким образом,
температура зеркала будет поддерживаться
близкой к температуре точки росы.
Вторичный
прибор б градуируют в единицах абсолютной
влажности. Точность измерения 1 %. Такая
высокая точность измерения может быть
обеспечена при работе гигрометра на
чистых газах. При контроле агрессивных
и загрязненных сред, от которых может
меняться чистота поверхности зеркала,
в результаты измерения вносится
дополнительная погрешность, зависящая
от состояния поверхности зеркала.
ВЛАГОМЕРЫ
ДЛЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
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:
Под
влажностью ω понимается отношение
массы влаги М, содержащейся в теле, к
массе влажного материала М1
Иногда эти величины
выражают в процентах:
Иногда
эти величины выражают в процентах:
Для
указания содержания влаги в материале
можно применять любую из этих величин.
Переход от одной величины к другой может
быть осуществлен по соотношениям
Существует
несколько методов контроля влажности
материалов:
кондуктометрический,
основанный на зависимости между
влажностью материала и его
электропроводностью;
диэлектрометрический
(емкостный), основанный на зависимости
между влажностью материала и его
диэлектрической проницаемостью;
оптический,
базирующийся на том, что величина
отношения коэффициентов отражения
материалом двух монохроматических
инфракрасных излучений с длинами волн
λ =1,95 мкм и λ = 1,75 мкм однозначно зависит
от влажности;
высокочастотные,
основанные на зависимости между
содержанием влаги в материале и
коэффициентом отражения от него (или
коэффициентом прохождения через нее)
высокочастотного электромагнитного
излучения.
Рис.
7. Зависимость
электрического сопротивления кожи
от влажности
Рис.
8. Схема
кондуктометрического роликового
датчика влажности
Кондуктометрические
влагомеры.
В результате увлажнения большинство
тел, которые в сухом виде являются
диэлектриками, становятся проводниками.
Зависимость электрического сопротивления
от влажности кожи видна из графика на
рис. 7, выражающего следующую функцию:
где
Rx — сопротивление; A и n — постоянные,
зависящие от исследуемого материала;
ω — влажность материала, % от массы
сухого вещества.
При
измерении влажности кондуктометрическим
методом на результат измерения значительно
влияет ряд побочных факторов (плотность
насыпки пробы, температура, структура
вещества и др.), затрудняющих применение
этого метода в приборах для непрерывного
измерения влажности.
Датчики
кондуктометрических влагомеров
представляют собой два электрода,
конструкция которых зависит от свойств
и структуры измеряемого вещества. Для
определения влажности тканей датчики
имеют форму роликов, для жестких кож
применяются игольчатые датчики,
вкалываемые в материал, для мягких кож
—многоигольчатые датчики, прижимаемые
к поверхности материала грузом. Датчики
для сыпучих материалов снабжаются
устройством, спрессовывающим навеску
между электродами.
Наиболее
распространенными измерительными
схемами кондуктометрических влагомеров
являются: схема омметра постоянного
тока с непосредственным отсчетом и
мостовая схема.
По
принципу измерения проводимости работают
различные влагомеры, применяемые в
промышленности. Влагомер типа ЭВК-1
предназначен для измерения влажности
различного рода кож. Он выполнен в виде
переносного прибора и состоит из
измерителя ИВК-01 и двух датчиков: ДВК-01
и ДВК-02. Первый датчик включает две
стальные иглы-электрода, вкалываемые
в жесткие кожи; второй имеет электроды
в виде зубчатой гребенки (используют
для мягких кож). Влагомер представляет
собой ламповый омметр, собранный на
двойном триоде по схеме балансного
усилителя на шесть диапазонов измерения.
По
такому же принципу построена работа
влагомера типа ЭВК-02, предназначенного
для измерения влажности кож для низа
обуви от 10 до 30 %.
Датчик
влажности кондуктометрического типа
для тканей (рис.8) представляет собой
контактные ролики 2, катящиеся по ткани
3, проходящей через направляющий валик
4. При этом измеряется электрическое
сопротивление ткани по толщине прибором
1. Обычно применяют три параллельно
включенных контактных ролика, один из
которых установлен посередине полотна
ткани, а два других у кромок. Это позволяет
контролировать наиболее важные места
ткани.
Контактные
ролики прижимаются к ткани либо своим
весом, либо дополнительным усилием от
пружины или груза на рычаге. Выходным
сигналом датчика является ток I=U/RX.
Электрическое сопротивление Rx текстильных
тканей, измеренное на постоянном токе
при наличии воды, сорбированной волокнами,
характеризуется уравнением
Кроме
того, сопротивление ткани зависит от
ее температуры. В связи с этими факторами
при использовании датчика влажности
роликового типа необходима индивидуальная
градуировка прибора, так же как и для
большинства кондуктометрических
влагомеров.
Емкостные
влагомеры.
При емкостном методе измерения влажности
используется влияние наличия влаги в
твердом теле на величину диэлектрической
проницаемости.
Рис.
9. Зависимость приращения емкости ∆ С
датчика от влажности ω при измерении
на разных частотах:
а
— для штапельного и шерстяного волокна;
б — для кож хромового дубления
Емкость
конденсатора определенных геометрических
размеров может быть выражена формулой
где
К — постоянная, определяемая геометрическими
размерами и формой конденсатора; ε —
диэлектрическая проницаемость материала,
определяемая его влажностью.
На
рис. 9, а приведена зависимость приращения
емкости в пикофарадах конденсатора от
влажности в процентах для штапельного
и шерстяного волокна; на рис. 9, б — для
кож хромового дубления при разных
частотах измерения.
Датчики
емкостных влагомеров выполняют в виде
двух плоских пластин или двух
концентрических цилиндров, пространство
между которыми заполняется исследуемым
материалом. Для большинства материалов
абсолютная величина емкости датчиков
составляет несколько пикофарад. Во
влагомерах, работающих по принципу
измерения емкости, могут быть использованы
различные схемы измерения.
Рис.
10. Принципиальная схема емкостного
влагомера
Диэлектрическая
проницаемость большинства веществ
зависит также и от температуры. В связи
с этим во влагомерах предусматривается
автоматическая компенсация температуры,
выполняемая различными способами.
Наиболее простой способ компенсации
температуры — параллельное присоединение
к датчику конденсатора с температурным
коэффициентом, равным по величине
температурному коэффициенту исследуемого
материала, но обратным по знаку.
Температурная
компенсация может быть также осуществлена
подбором размеров и материалов электродов
датчика так, чтобы при изменении
температуры изменение размеров
конденсатора и связанное с этим изменение
его емкости компенсировало изменение
емкости, вызванное влиянием температуры
на диэлектрическую постоянную исследуемого
материала. Температурная компенсация
может также осуществляться с помощью
термометра сопротивления или термистора,
включенного в измерительную схему.
Напряжение
с выхода усилителя выпрямляется и
подается в цепь 4, в которую включен
миллиамперметр 5, служащий для измерения
силы тока.
Фильтр,
образованный конденсатором С5 и
резисторами R4, R5, обеспечивает необходимую
постоянную времени измерительного
устройства Т = 3 с.
Рис.
11. Схема
оптического инфракрасного влагомера
Недостаток
емкостных преобразователей, выполненных
в виде конденсаторов того или иного
типа, состоит во влиянии на результаты
измерения (изменения) поверхностной
плотности ткани, так как приращение
емкости преобразователя зависит как
от влажности ткани, так и от ее поверхностной
плотности, поэтому неровнота материала
вносит дополнительную погрешность при
измерении влажности.
Принцип
работы инфракрасного влагомера (рис.
11) основан на измерении влажности по
степени отражения.
Для
получения сигналов, характеризующих
влажность ткани, используют два
монохроматических световых потока с
длинами волн λ1
= 1,75 мкм и λ2=1,95
мкм. Отражательная способность ткани
при λ2=1,95
мкм сильно зависит от присутствия влаги,
а при λ1=
1,75 мкм мало зависит.
Влажность
ткани характеризуется отношением
интенсивности световых потоков,
отраженных от ткани при этих длинах
волн.
Прибор
состоит из оптического преобразователя,
блока измерения и питания 8 и вторичного
показывающего и самопишущего прибора
9 потенциометра КСП-3.
Из
оптического преобразователя световой
поток от осветителей 2 падает на ткань
1. Отраженный от ткани световой поток
оптической системой 3 направляется на
светоприемник 6 (фоторезистор). Перед
фоторезистором вращается с помощью
электродвигателя обтюратор 4 (диск с
вырезами), на котором установлено два
интерференционных светофильтра, имеющих
узкие спектральные полосы пропускания
в области длин волны λ1
и λ2.
Высокочастотные
влагомеры. СВЧ — метод определения
влажности основан на измерении потери
энергии в поле токов высокой и сверхвысокой
частоты. СВЧ-колебания частотой 10’° Гц
и длиной волны 3 см, модулированные
низкочастотным напряжением прямоугольной
формы, проходят по волноводу и в виде
плоской электромагнитной волны попадают
под определенным углом на измеряемый
материал. Волна неполностью проходит
через материал, часть ее отражается и
по волноводу поступает в приемник
электромагнитного излучения — детектор.
Этот сигнал зависит от амплитуды
отраженной волны, которая в свою очередь
зависит от массы воды, содержащейся в
1 м2
поверхности материала.
Измеритель
влажности представляет собой прибор
для измерения коэффициента СВЧ-колебаний,
распространяющихся в свободном
пространстве, при их отражении влажным
листовым или рулонным материалом,
который расположен в плоскости,
перпендикулярной направлению
распространения.
Прибор
(рис. 12) содержит источник 2 СВЧ-колебаний,
направляющую волноводную систему,
излучающую (приемную) антенну 5, устройство
3 разделения излучаемых и принимаемых
колебаний и устройство индикации. Кроме
того, прибор содержит ряд дополнительных
узлов и приспособлений, обеспечивающих
стабильность его работы и уменьшение
погрешности измерений. Для повышения
точности контроля влажности за счет
уменьшения погрешности измерительного
преобразователя, связанной с нестабильностью
источника СВЧ-колебаний и чувствительного
элемента — СВЧ-детектора, использована
схема с созданием двух каналов —
опорного и измерительного и временным
их разделением. СВЧ-генератор,
выполненный на диоде Ганна, генерирует
колебания в диапазоне длин волн λ=
3 см. Напряжение питания на СВЧ-генератор
поступает от стабилизированного
источника 1. СВЧ-колебания от генератора
через устройство 3 разделения
излучаемой и отраженной волн поступают
к ключу 4. При подаче на ключ 4
управляющего напряжения от генератора
13 управляющих напряжений замкнутый
ключ не пропускает СВЧ-колебания в
антенну 5, а отражает их. Отраженные
колебания через устройство 3 разделения
поступают на СВЧ-детектор 7, на
нагрузке которого выделится сигнал,
амплитуда его зависит от амплитуды
сигнала, коэффициента передачи
открытого ключа 4, коэффициента
преобразования антенны и коэффициента
отражения влажного материала 6.
Таким
образом, на нагрузке детектора образуется
последовательность импульсов.
Эти
импульсные сигналы далее усиливаются
блоком усилителей, который осуществляет
временное разделение опорных и
измерительных импульсов.
Опорный
импульс усиливается усилителем 11,
преобразуется в постоянное напряжение
выпрямителем 12 и поступает на управляющий
вход регулируемого усилителя.
Рис.
12. Блок-схема СВЧ-влагомера
Рис.
13. Зависимости показаний СВЧ-влагомера
от изменения содержания растворителя
в растворе, которым увлажняется
материал
Рис.
14. Зависимость показаний СВЧ-влагомера
от изменения толщины материала
На
выходе блока усилителей 8 выделяется
измерительный импульс, который затем
проходит усилитель 9, преобразуется в
постоянное напряжение выпрямителем 10
и по линии связи поступает в блок 14
питания и индикации, далее в блок 15
выходных преобразователей, обеспечивающий
получение стандартных входных сигналов
по току и напряжению.
Градуировку
и поверку промышленных влагомеров
производят путем определения влажности
контролируемых материалов лабораторными
методами. Для влажности газов применяют
весовой метод. Может быть применен также
образцовый гигростат типа ГПТ-130, для
твердых и сыпучих материалов — метод
высушивания, при котором влажность
материала определяется по разности
весов влажного и высушенного материалов.
