Главная страница  Измерения влажности 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [ 11 ] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132]

где а и b - постоянные, зависящие от материала и условий измерения.

На этом участке влагомер имеет очень высокую чувствительность к изменениям влажности, являющейся основной величиной, которая определяет величину Rx, влияние других факторов на величину Rx незначительно по сравнению с влиянием влажности. Как следствие результат измерения влажности мало зависит, например, от изменений геометрических размеров электродов;

б) участок повышенной влажности характеризуется значительным снижением крутизны характеристики Rx{W) и соответственно чувствительности влагомера с ростом влажности. На величину измеряемого сопротивления начинают оказывать превалирующее влияние факторы, не связанные с влажностью (химический состав материала и т. д.). Начиная с определенных значений влажности применение рассматриваемого метода становится практически невозможным вследствие недостаточной чувствительности и больших погрешностей влагомера. Кривая Rxi) не имеет точек перегиба, и переход-от первого участка ко второму происходит плавно. Можно считать, что для большинства твердых материалов граница между ними близка к максимальной гигроскопической влажности.

Очевидно, что основная область применения кондуктометрического метода измерения влажности материала ограничена первым участком характеристики Рх{Щ

При этом нижний предел измерений ограничен трудностями, связанными с измерением очень больших сопротивлений {RxlO-i-W ом), и для большинства твердых материалов соответствует влажности 5-8%.

У неводных жидкостей зависимость электрической проводимости от влагосодержания в узком диапазоне во многих случаях близка к линейной. Такая связь была установлена, например, для ракетных топлив [Л. 2-1] - гидразинной топливной смеси при измерениях влажности в пределах 0,5-3,3%.

Ионный характер проводимости влажных материалов является причиной электрохимических процессов, возникающих в системе электроды--материал при протекании через нее постоянного тока; эти процессы изменяют проводимость системы. Для устранения эффекта поляризации сопротивление датчика измеряют на переменном токе. При этом датчик представляет собой комплекс-



ное сопротивление с эквивалентными активной и реактивной (емкостной) составляющими.

При переменном токе промышленной частоты влияние поляризации электродов сохраняется, хотя и в значительно меньшей степени, чем при постоянном токе. Поляризация зависит от природы материала и условий измерения. Повышение частоты тока существенно ослабляет поляризацию электродов, однако с повышением частоты все большее значение приобретают диэлектрические характеристики материала, и кондуктометрический метод переходит в диэлькометрический.

2-2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА

В диэлькометрическом методе чаще всего используются средневолновый и коротковолновый (f=0,3-f-30 Мгц) диапазоны частот или сверхвысокие частоты (СВЧ). В первом случае геометрические размеры датчиков и других элементов измерительных цепей значительно меньше длины волны и их можно рассматривать как системы с сосредоточенными параметрами. При измерениях в области дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн приходится рассматривать системы с распределенными параметрами. Практически существует также промежуточная область частот. Предельной частотой для систем с сосредоточенными параметрами можно считать 100 Мгц.

Поведение диэлектрика в синусоидальном электромагнитном поле характеризуется макроскопически величинами комплексных диэлектрической е* и магнитной [Л* проницаемостей. У влажных материалов, не содержащих ферромагнетиков, величина (i*~(io (магнитной проницаемости пустоты) и их электрические свойства в слабых переменных электрических полях можно описать двумя параметрами, связанными с е*. При измерениях влажности используются следующие пары величин:

а) вещественная е и мнимая е" составляющие комплексной диэлектрической проницаемости е* = &-/е";

б) диэлектрическая проницаемость е и тангенс угла диэлектрических потерь tg6;

в) диэлектрическая проницаемость е и удельная проводимость (точнее, ее активная составляющая) ст.



Зависимости между этими величинами имеют вид:

&=б; е"=.сг/ш; tg б=е7е=а/о>е;

e*=,e(l /tg6), (2-3)

где (О - угловая частота.

Зная одну из указанных пар параметров, можно, следовательно, вычислить любую другую пару. Реже пользуются такими параметрами, как добротность Q=l/tg6 или активная а и реактивная а" составляющие комплексной проводимости а*-. При измерениях на сверхвысоких частотах иногда вводят из физической оптики комплексный показатель преломления п*=п-jJi {п - показатель преломления, k - коэффициент поглощения), связанный с комплексной диэлектрической проницаемостью соотношением Максвелла: 8*=(п*)2.

Современная физика диэлектриков связывает зависимость е и tg6 материалов от их свойств с основным процессом, происходящим в любом реальном диэлектрике под воздействием электрического поля, - поляризацией частиц диэлектрика.

В гетерогенных системах поляризация имеет неодинаковый характер для различных фаз и для всей системы в целом. На характеристики системы оказывает также влияние двойной электрический слой, определяемый наличием заряда на поверхности раздела между фазами, имеющими различные электрические свойства (е и а).

Рассмотрим в элементарной форме процессы поляризации и электрические свойства основных компонентов влажных материалов.

Вода и лед принадлежат к полярным веществам с отчетливо выраженными явлениями диэлектрической релаксации. У таких веществ при возрастании частоты поля диэлектрическая проницаемость изменяется от значения ео при нулевой частоте (статическая диэлектрическая проницаемость) до значения Еоо при бесконечно большой частоте (оптическая диэлектрическая проницаемость), проходя через область аномальной диэлектрической дисперсии. В области дисперсии зависимость tg6(a3) имеет экстремум (максимум) при частоте, равной критической частоте «с; абсциссе, равной сос, соответствует точка перегиба зависимости e((i)). Время релаксации tr=l/tOc равно времени, в течение которого после мгновенного снятия внешнего поля поляризация




[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [ 11 ] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132]

0.016