Такие-системы нельзя рассматривать как механические смеси сухого вещества и влаги. Для создания упомянутых математических моделей необходимо макроскопическое (электротехническое) и микроскопическое (молекулярное) приближения физики диэлектриков дополнить физико-химическим подходом, учитывающим состояние влаги и ее формы связи с сухим веществом. Второе существенное требование -исследование параметров материалов в широком диапазоне частот.

Для удовлетворения указанных требований приходится использовать преимущественно не аналитические, а экспериментальные зависимости.

Наиболее inpocToft характер имеет зависимость от влажности проводимости материала при постоянном токе, а также при промышленной и низких звуковых частотах, т. е. при существенном преобладании чисто омической проводимости, вызванной перемещением носителей заряда.

Влагосодержащие материалы, являясь в сухом виде диэлектриками с удельным объемным сопротивлением pv=10-10 ом-см и выше, в результате увлажнения становятся полупроводниками; величина pv понижается , до 10-2-ю-з ом-см. Удельное сопротивление изменяется, следовательно, в зависимости от влажности в чрезвычайно широком диапазоне, охватывающем 12-18 порядков. Неоднородность диэлектрика, наличие в нем влаги сказываются не только на величине удельной прово-, димости, но и на качественных особенностях электропроводности: на ее зависимости от напряженности электрического поля и температуры. Проводимость таких материалов не является чисто ионной. С другой стороны, эти материалы не являются химически чистыми полупроводниками, у которых носителями тока являются только электроны атомов полупроводникового вещества. Основное количество носителей тока дает влага. Чистая вода имеет заметную электропроводность (ру~22-10 ом-см при --20°С); важнее, однако, сильное диссоциирующее действие, оказываемое водой на многие электролиты. Электропроводность твердого материала определяется электролитами, растворенными в воде; эти электролиты содержатся главным образом в самом материале. При этом характер зависимости удельной электропроводности материала от содержания влаги определяется распределением влаги в нем, зависящим в свою очередь от

пористой структуры материала, формы пор, их размеров и характера распределения.

При измерениях влажности гигроскопических материалов возникают затруднения при оперировании удельными электрическими характеристиками. У этих материалов удельное электрическое сопротивление не является строго неизменной характеристикой. В определенных условиях сопротивление датчика зависит от напряжения на измерительных электродах, что приводит к нелинейности вольт-амперной характеристики. Еще большее влияние имеют конфигурация электродов и их механические воздействия на материал.

Поверхностная электропроводность диэлектриков не является четко определенным понятием. Величина тока, протекающего между электродами, расположенными на

10 9 в 7 6-

15 20

25 Vo

12 IB IB 20% б)

12 11 10 9 8 7 6

10 20 30 It-O 50 60 % г)

Рис. 2-1. Зависимость сопротивления датчика от влажности материала.

а -древесина: У - ель; 2 -сосна; 3 -береза; 4 -дуб н бук; б - зерно и мука; I - пшеница мягкая и мука; 2 - пшеница твердая; в - джут; г - хро

мовые кожи.

одной стороне поверхности диэлектрика, зависит от того, одинаковы ли проводимости поверхностного и внутренних слоев материала или имеется поверхностный слой с заметно повышенной по сравнению с внутренними слоями проводимостью.

При оценке влажности материала по его проводимости ток, проходящий через внутреннюю область материала, лучше характеризует установившуюся среднюю-, влажность материала по сравнению с током поверхностной утечки или током в поверхностном слое. Однако практически на результат измерения сопротивления датчика с материалом оказывает влияние не только объемный, но и поверхностный ток между электродами.

Из изложенного вытекает, что расчетные и экспериментальные значения удельных сопротивлений однозначно сопоставимы только при одинаковых условиях измерений.

Можно, однако, установить некоторые общие для рассматриваемого метода закономерности и в первую очередь закон зависимости сопротивления от влажности материала. На рис. 2-1 приведены в полулогарифмических координатах зависимости сопротивления датчика Rx от влажности материала, полученные для различных материалов в различных условиях измерения. Для всех рассмотренных материалов органического происхождения (как и почти для всех капиллярнопористых материалов) зависимость сопротивления Rx от влагосодержания и в общем виде может быть выражена степенной функцией

.=7?Г (2-1)

где с и ik - положительные постоянные, зависящие от исследуемого материала и условий измерения.

График функции (2-1) представляет собой кривую, асимптотически приближающуюся к оси и. Функция Рх{Щ, используемая в кондуктометрических влагомерах, имеет два характерных участка:

а) начальный участок, соответствующий низкой и средней влажности, характеризуется очень высокой крутизной и в полулогарифмических координатах может быть аппроксимирован прямой

lgR,a-bW, (2-2)

3* 35