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]

материала в полость волновода или резонатора, т. е. накладывают ограничения на размеры образца и по существу не являются бесконтактными в механическом смысле. В то же время локализация поля в полости повышает чувствительность влагомера и создает возможность измерения при низких влагосодержаниях и малой массе образца.

В резонаторном методе выходными величинами первичного преобразователя служат вызванные введением исследуемого материала изменения параметров резонатора: резонансной частоты Af=f-fo и добротности AQ = Q-Qo if о и Qo - значения собственных (не-нагруженных) параметров резонатора]. Для вычисления электрических свойств материала по параметрам резонатора необходимо знать картину поля, соответствую- . щую принятому типу колебаний в используемом резонаторе.

Применение во влагомерах хорошо разработанной техники резонаторных методов исследования диэлектриков встречает следующие препятствия:

а) необходимость введения в резонансную полость небольшого образца строго определенных размеров и формы исключает возможность непрерывных измерений и сильно усложняет дискретные измерения; . б) используемые измерительные схемы, рассчитанные на раздельное определение е и е", непригодны или слишком сложны для влагомеров (особенно автоматических); дополнительные затруднения обусловлены увеличением пологости и ширины резонансных кривых с ростом влажности.

Применение резонаторов обычной формы - цилиндрических или коаксиальных - с введением образцов твердого материала или жидкостей определенного объема ограничено лабораторными измерениями влажности. В цилиндрические резонаторы с колебаниями типа Еою образец вводится вдоль его о-и в виде цилиндрического стержня малого диаметра. Цилиндрический резонатор, возбуждаемый на волне типа Нм, позволяет исследовать образцы большего диаметра и с большими потерями, имеющие форму цилиндров, катушек, пучков нитей и т. п., устанавливаемых вдоль оси резонатора, или тонких плоских дисков, расположенных перпендикулярно оси. Для жидкостей применяются тонкостенные кюветы, имеющие указанные выше формы. Резонаторы с коле-



баниями типа Hoi могут иметь подвижной поршень для: настройки; перемещение поршня, измеренное с помощью) микрометрического винта, служит выходной величиной: простейшего лабораторного влагомера. Как уже указывалось, описанные резонаторы непригодны для непрерывных измерений влажности. Исключение составляет измерение потока жидкости (или сыпучего материала при условии стабилизации его расхода), пропускаемого через коаксиальную трубку из диэлектрика, установленную в цилиндрическом резонаторе. При этом для сокращения потерь на излучение приходится ограничивать, диаметр «проточной» трубки по сравнению с диаметром резонатора, что влечет за собой уменьшение чувствительности влагомера.

Наиболее подходящими для влагомеров являются открытые резонаторы, в частности их простейшая разновидность- «щелевые» резонаторы в виде отрезков прямоугольного волновода, в стенке которого прорезано отверстие; исследуемый материал располагается поверх, отверстия и в случае необходимости отделяется от волновода тонким защитным слоем диэлектрика. Такой датчик позволяет непрерывно контролировать влажность разнообразных материалов (без введения их в резонансную полость) - песка, глиняного бруса и других материалов [Л. В-4]. Этот же принцип применялся с прямоугольным резонатором без одной стенки для измерения влажности листовых строительных материалов и с коаксиальным резонатором с открытой торцовой поверхностью- для бумаги. Щель располагается перпендикулярно вектору электрического поля и служит излучающим элементом. Ширина щели б должна обеспечивать хорошее взаимодействие с материалом. В [Л. 4-28] рекомендуется принимать 6 =(1/6- /4)Л (X - длина волны), а величину зазора между материалом и внешней поверхностью щелевого резонатора, которая должна быть стабилизирована, выполнять не больше X/i. Размеры щели, параметры резонатора и диэлектрические свойства материала определяют глубину проникновения поля в материал.

Выло установлено 1[Л. В-4], что для каждого материала в заданной диапазоне влажности существует определенная толщина слоя, выше которой изменения количества материала (при постоянстве етоплотности) не влияют на результат измерения.



Измерительные устройства резонаторных влагомеров можно разделить на однорезонаторные и двухрезо-наторные (с измерительным и опорным резонаторами). Наиболее простой и удобной для автоматических влагомеров является измерительная схема, основанная на оценке мощности Р, проходящей через резонатор, которая при резонансе пропорциональна квадрату его добротности. При малых сдвигах Д/ резонансной частоты можно, следовательно, определить добротность Q заполненного резонатора из соотношения

QIQ,=(P/P,f\

где Qo и Ро - добротность и прошедшая мощность пустого резонатора.

При известных параметрах резонатора (Qo=const и Ро=const) измерение добротности Q сводится к измерению проходящей мощности Р. Для этого удобно применить схему, основанную на сравнении величин Ро и Р, аналогичную рассмотренным выше схемам влагомеров по проходящей волне в свободном пространстве.

Более сложен фазовый метод измерения, основанный на оценке добротности резонатора по фазовому сдвигу. Такую схему с использованием опорного сигнала с выхода генератора СВЧ и вектормерного вольтметра в качестве индикатора имеет влагомер для бумаги (fo= =-718 Мгц) [Л. 4-29].

Двухрезонаторные схемы основаны на сравнении параметров измерительного резонатора и опорного, заполненного образцовым веществом. Схемы этого типа .применяются в гигрометрии СВЧ (см. § 9-1). Для измерения резонаторным методом влажности твердых материалов и жидкостей достаточна значительно меньшая чувствительность, чем для газов. В связи с этим в двухрезонаторных влагомерах применяются более простые схемы, чем в гигрометрах СВЧ-; схемы влагомеров основаны на известных способах измерения полных сопротивлений.

Одной из наиболее простых является мостовая схема с двойным волноводным тройником, к боковым плечам которого подключены измерительный и опорный резонаторы.

Волноводные методы основаны на влиянии диэлектрических свойств материала, введенного в волновод, на характеристики, определяющие распространение




[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]

0.0145