При плотном соприкосновении влагочувствительного элемента сорбционного датчика с контролируемым материалом через соприкасающиеся поверхности происходит обмен влагой в жидком состоянии. Условием гидротермического равновесия материала и соприкасающегося с ним датчика отнюдь не является равенство их влагосрдержаний.

Как было показано в § 11, кинетика переноса влаги определяется градиентом потенциалов массопереноса 6. В системе двух соприкасающихся тел перенос влаги происходит от тела с большим потенциалом к телу с меньшим потенциалом до достижения равенства их потенциалов. Направление переноса влаги может быть и от тела с меньшим влагосодержанием к телу с большим влагосодержанием, так как оно определяется только соотношением потенциалов. При достижении равновесия на грапиде соприкосновения потенциалы равны, а влагосодержание резко изменяется.

Для вычисления статической характеристики влагомера- зависимости выходной электрической величины / датчика от влагосодержания Ux исследуемого материала - необходимо и достаточно знание следующих характеристик:

а) зависимости потенциала переноса от влагосодержания для исследуемого материала вх(Чх);

б) этой же зависимости для влагочувствительного материала датчика бдСыд);

в) зависимости выходной электрической величины у датчика от его влагосодержания y(Up).

Характеристику y(Ux) можно построить, исходя из условий равновесия езс=ед. Построение характеристики влагомера на основе зависимостей потенциалов от влагосодержания позволяет заранее решить вопрос о пригодности влагочувствительного элемента для измерения влажности определенного материала в заданном диапазоне. Однако до сих пор материал датчиков выбирался эмпирически и также эмпирически производилась их градуировка.

Укажем на некоторые специфические особенно.сти рассматриваемого метода. Чувствительный элемент датчика должен обладать высокой гигроскопичностью и максимально развитой поверхностью. Практически невозможно получить идеальный контакт по всей поверхности соприкосновения; следует иметь в виду, что появ-

лейиё Значительных воздушных прослоек между датчиком и контролируемым материалом может внести погрешности по отношению к первоначальной градуировке. Загрязнение поверхности датчика, закрывающее его поры даже частично, увеличивает инерционность измерения, а загрязнение всей повер.хности выводит датчик из строя. Основным типом датчиков данных влагомеров являются электрические датчики (ЭГД).

Применению электролитических ЭГД препятствует возможность загрязнения и повреждения чувствительного элемента. Исключение составляют измерения в мелкодисперсных (порошкообразных) материалах, не содержащих абразивных частиц и загрязнений. Так, например, для измерения влажности (914%) пшеничной муки успешно применялись хлористолитиевые электролитические датчики. Однако .и в этом случае оказалась необходимой очистка чувствительного элемента сжатым воздухом после каждого .измерения.

Значительно чаще применяются сорбционные датчики, у которых влагу поглощает весь объем гигроскопического вещества («абсорбционные» ЭГД). Наибольшее -практическое применение они нашли для определения и дистанционного контроля влажности почвы в условиях ее естественного залегания без выемки образцов и нарушения структуры. Для этой цели Д. Д. Бойукос [Л. 10-13] предложил использовать гипсовые пластины, снабженные металлическими проволочными электродами; такие «гипсовые блоки» закладывались в почву на нуж--ную глубину; с помощью переносного измерительного моста или Ол4метра измерялось их омическое сопротивление в цепи переменного тока.

В СССР гипсовые датчики для измерения влажности почв применяли ряд исследователей, в частности В. П. Остапчик [Л. 10-14]. Датчики его конструкции представляли собой отливки толщиной 15 мм и сечением 25X50 мм из химически чистого гипса с жестко закрепленными внутренними электродами .из медного луженого провода сечением 6 лглг. •

Гипсовые блоки отличаются простотой конструкции и изготовления; была разработана методика, позволяющая получать датчики, близкие к взаимозаменяемости по своим характеристикам. Однако эти датчики имеют также ряд существенных недостатков. Они не охватывают всего диапазона влажности от воздушно-сухого состоя-

ния почвы до полевой влагоемкости. Кроме того, при очень высокой влажности почв гипс начинает разрушаться. В засоленных почвах применение гипсовых блоков возможно только при концентрациях почвенного раствора, не превышающих 2-3 г/л (в переводе на NaCl); более высокое солесодержание оказывает заметное влияние на величину проводимости блоков. Наконец, инерция блоков весьма высока, особенно при отдаче влаги (см. ниже).

Автор гипсовых блоков предпринял ряд попыток устранения этих недостатков, которые, однако, оказались малоэффективными. В частности, он предложил электроды в виде сеток из нержавеющей стали, а в качестве материала для изготовления датчиков окончательно выбрал чистый гипс (без добавок солей), прокаленный при низкой температуре {Л. 10-13]. Ряд исследователей предложил использовать в датчиках, закладываемых в почву, стеклянное, нейлоновое или капроновое волокно с пластинчатыми электродами, например из никеля. Такие датчики обладают большей прочностью и большим сроком службы, более чувствительны к изменениям влажности, чем гипсовые, и позволяют измерять более высокую, влажность. В то же время их сопротивление сильно зависит от солесодержания почв.

Рассмотрим общие характеристики влагомеров, основанных на гидротермическом равновесии. Основной статической характеристикой датчика влагомера является экспериментальная зависимость выходной электрической величины - чаще всего омического сопротивления Rx - от влажности W исследуемого материала. Обычно ее строят в полулогарифмическом масштабе IgRx(W).-

Форма характеристики зависит как рт свойств исследуемого материала, так и от свойств датчика.

Химический состав материала оказьшаетменьшее вли-. яние в рассматриваемом методе, чем при измерениях электрическими влагомерами.

В то же время многочисленные данные, полученные в различных условиях, свидетельствуют о том, что не только абсолютные значения Rx, но и форма характеристики Rx(W) зависят от свойств влажного материала, в частности от типа почв, и сильно отличаются, например, у песчаных и суглинистых почв. Аналогичные данные были получены для естественных и промышленных строительных материалов.