[Л. 2-18]:

где А, В, С - постоянные, зависящие от сорта хлопка, его плотности, температуры, проводимости воды и т. д.

Зависимость tg6(/) при преобладании сквозной проводимости близка к гиперболической; с повышением частоты tg6 уменьшается, стремясь к определенному пределу. Зависимость от частоты е и tg6 выражена более резко при высоких влагосодержаниях. При низких влагосодержаниях (точнее, в области превалирования связанной влаги) частотные зависимости электрических параметров имеют характер такой же, как у сухого материа-

Рис. 2-7. Зависимость диэлектрических свойств целлюлозы от длины волны й, при влагосодержаниях: / -30%; 2-18%; 3-12%; 4-4,5%.

ла (неполярного диэлектрика), - значения е и tg6 практически не зависят или очень мало зависят от частоты. С ростом влагосодержания увеличивается влияние частоты на е" и е".

Иллюстрацией к сказанному могут служить экспериментальные характеристики целлюлозы (рис. 2-7) [Л. 2-19].

В рассматриваемом диапазоне частот (до 50 Мгц) при повышении частоты кривые eW) и е"{W) становятся более пологими и чувствительность диэлькометрического влагомера уменьшается.

В широком диапазоне частот характеристики e(f) и г"{}) имеют одну или несколько областей дисперсии диэлектрической проницаемости, которым соответствуют максимумы диэлектрических потерь. Иногда в предшествующей области частот имеется другой экстремум - ми-4* - -51

нимум е". Такие экстремумы (наблюдаемые у ряда материалов также на температурных характеристиках) особенно выражены в области полимолекулярной адсорбции, причем повышение влагосодержания перемещает максимум потерь в сторону более высоких частот.

При измерениях на СВЧ по методу ослабления в свободном пространстве укорочение длины волны влечет за собой (при прочих равных условиях) увеличение абсолютной величины ослабления, т. е. повышение чувствительности влагомера; причем влияние повышения частоты растет с увеличением влажности. Это было установлено для твердых материалов различной структуры [Л. 2-20], а также для нефтей с низким влагосодержанием [Л. 221].

Глава третья

ДАТЧИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЛАГОМЕРОВ

3-1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Датчики кондуктометрических и диэлькометрических влагомеров преобразуют электрические параметры твердых и жидких материалов (р, е, tgfS) в электрическую величину: омическое сопротивление, емкость, активное, реактивное или полное сопротивление в цепи переменного тока. Чувствительный элемент датчика - это электродное устройство, состоящее из двух электродов, из нескольких электродов, соединенных электрически в две группы, или из одного электрода, образующего с поверхностью нулевого потенциала («землей») систему двух проводящих тел.

Датчики влажности можно классифицировать но ряду признаков:

1. Метод измерения, для которого предназначен датчик.

2. Агрегатное состояние и внешняя структура анализируемых материалов.

3. Условия работы влагомера - датчики для непрерывных или дискретных измерений.

4. Способ подвода материала к чувствительному элементу (проточные и погружные датчики).

По принятой классификации следовало бы раздельно рассмотреть датчики кондуктометрические и диэлькоме-трические. Однако выходная величина датчика зависит от Схемы и параметров электрического измерительного устройства, в которое он входит, от рода и частоты тока в этом устройстве. Один и тот же преобразователь с исследуемым материалом в междуэлектродном пространстве можно рассматривать как омическое сопротивление, если измерение производится в цепи постоянного тока, или как конденсатор при измерениях переменным током повышенной частоты. Поэтому целесообразно рассмотреть общие свойства датчиков, применяемых в обоих электрических методах. Исключение составляют датчики некоторых типов, специфические для одного из методов (четырехэлектродные - для кондуктометрического*), датчики без гальванического контакта между электррдами и исследуемым материалом).

Принцип устройства и работы четырехэлектродного датчика поясняет его принци- Рис 3-1 Схема измерения пиальная схема (рис. 3-1). Че- четырехэлектродным датчи-тыре игольчатых электрода приложены к поверхности исследуемого материала. Через два электрода 1 и 4 пропускают постоянный ток /, а между внутренними электродами 2 и 3 измеряют при помощи вольтметра с малым потреб{1ением тока (ламповый вольтметр с большим входным сопротивлением, нулевая компенсационная схема) падение напряжения U на определенном участке цепи. При известных расстояниях между электродами по измеренным величинам f/ и / можно определить удельное объемное сопротивление р материала. Приведенные ниже зависимости справедливы только при соблюдении некоторых условий.

Материал в исследуемом объеме должен быть однородным и изотропным в отношении проводимости и должен иметь плоскую поверхность; поверхностные токи между электродами должны отсутствовать. Все четыре

В принципе возможно применение четырехэлектродного датчика и в диэлькометрических влагомерах, основанных на измерении сдвига фазы [Л. 3-1].