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]

радиоволн СВЧ в волноводе. Как и в ранее рассмотренных методах, измеряются комплексные коэффициенты передачи и отражения, их модули или фазовые углы; измерения выполняются при помощи проходящей или отраженной волны.

Распространенные волноводные способы измерения е и е" диэлектриков (методы короткого замыкания и холостого хода, вариации толщины образца, «бесконечного» слоя и другие) нашли применение во многих лабораторных исследованиях зависимостей диэлектрических параметров различных материалов от их влагосодержания (см., например, Л. 2-9 и 2-21]). Применение этих методов во влагомерах нерационально, а в автоматических влагомерах невозможно. Более целесообразное решение дают измерительные схемы, аналогичные применяемым в методах свободного пространства и основанные на измерениях затухания или фазового сдвига. Влагомеры СВЧ данного типа имеют чувствительность меньшую, чем резонаторные. Основным препятствием для применения волноводного метода в производственных условиях являются затруднения, связаннью с введением материалов (особенно твердых) в волновод и приспособлением исследуемых образцов к размерам волновода.

Вследствие этого волноводные влагомеры до сих пор нашли ограниченное применение в тех случаях, когда указанные затруднения преодолимы. В первую очередь это относится к жидким диэлектрикам - нефти и ее фракциям, для которых была разработана методика измерения влагосодержаннй, начиная с очень коротких длин волн, находящихся в сантиметровом и миллиметровом диапазонах [Л. 4-30]. ,

В автоматическом влагомере фирмы Филипс [Л. 0-1] для нефтей клистронный генератор (f=9,I Ггц) питает через двойной тройник две одинаковые волноводные линии, в которых перед короткозамыкателями установлены датчики - тефлоновые трубки, расположенные по продольной оси волновода. В измерительный датчик непрерывно поступает -контролируемая нефть, опорный датчик содержит эту же нефть в обезвоженном состоянии. Сдвиг фаз между измеряемым и опорным сигналами, отраженными от обоих датчиков, измеряет фазовый детектор, роль которого выполняет двойной тройник с диодом. Детектированный разностный сигнал измеря-



ется электронным автоматическим потенциометром сс шкалой, градуированной в процентах влажности.

В более позднем варианте предусмотрены два адсорбера с твердыми сорбентами для удаления влаги из нефти. Адсорберы попеременно работают в режиме осушки нефти или регенерации сорбента, и в процессе измерений обезвоженная нефть из контролируемого трубопровода непрерывно поступает в опорную ячейку.

Из числа твердых материалов волноводные влагомеры применяют преимущественно для тонких листовых - бумаги и бумажного полотна, текстильных тканей, синтетических пленок и искусственных волокон. Материалы этого типа вводятся в прямоугольный волновод параллельно направлению распространения через прорези, расположенные по осям противоположных широких стенок волновода; такой способ позволяет осуществлять контроль непрерывно движущихся материалов.

Выходной величиной измерительного преобразователя может служить затухание А в материале (выраженное в децибелах на единицу толщины материала), которое измеряют аппаратурой, сходной с применяемой в влагомерах свободного пространства. В заключение охарактеризуем кратко прочие методы СВЧ.

Метод концевых излучателей (зондов СВЧ) основан на введении в исследуемый материал зондов СВЧ различного вида: открытых отрезков волновода с тонкой перегородкой из диэлектрика, одиночных или спаренных металлических штырей и диэлектрических антенн. Выходными параметрами зондовых преобразователей могут служить их полное сопротивление, мощность, поглощенная материалом, и т. д.

Влагомеры с излучателями СВЧ позволяют выполнять «локальные» измерения в объеме материала, расположенном в непосредственной близости от них. Зонды СВЧ могут иметь очень малые размеры, а известные из теории и техники антенных устройств СВЧ способы дают возможность установить нужную зону действия зонда.

Принцип вращения плоскости поляризации волны СВЧ исследуемым материалом может быть реализован достаточно просто в свободном пространстве.

В патентной литературе имеются также предложения об использовании для измерений влажности твердых материалов, в частности бумажного полотна, поверхностной электромагнитной волны СВЧ {Л. 4-31]".

10-1507 145



4-4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКИХ ВЛАГОМЕРОВ

В § 2-3 были рассмотрены зависимости диэлектрических свойств материалов от их влажности.

Ниже рассматривается влияние на эти характеристики возмущающих воздействий, связанных с изменениями свойств объекта измерения, которое зависит от параметров датчиков и измерительных устройств и определяет дополнительные погрешности диэлькометрических влагомеров.

Температурные характеристики отражают то обстоятельство, что у влагосодержащих материалов температура является второй (после влажности) величиной по степени влияния на электрические свойства. Темпера- турный коэффициент диэлектрической проницаемости (относительное изменение на 1 °С) а= (l/e) (Ae/At) для большинства твердых тел положителен и имеет величину, близкую к 10~* град-. Для воды в диапазоне температур 0</<100"С часто используют упрощенное уравнение: ег=ео-0,4(-о)- Температурные характеристики большинства неводных жидкостей в диапазоне частот до 10 гц аналогичны характеристикам воды и описываются линейными законами:

8i = 8oIl+«(-o)], (4-15)

где Et и ео - значения диэлектрической проницаемости при температурах / и о (обычно --20°С).

Такого рода зависимость была установлена для бензола, органических растворителей, нефтей и нефтепродуктов в диапазоне 0ч---50°С. У подавляющего большинства нефтей коэффициент а отрицателен и находится в пределах -1,6-;-0,5-Ю- град- {Я. 1-8]; лишь у некоторых нефтепродуктов он положителен.

Автор исследовал влияние температуры в пределах от О до 40 °С на результаты измерения влажности зерна влагомерами резонансного типа в диапазоне мегагерцов [Л. 0-1]. Зависимость эффективной емкости датчика С от температуры близка к линейной. Угол наклона прямых C{t) при const повышается с. ростом влажности. Аналогичное влияние оказывает температура на величину tg6, причем степень влияния температуры на эту характеристику при высокой влажности значительно




[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]

0.0354