и или для стабилизации и компенсации этих воздействий.

В автоматических влагомерах и гигрометрах функционирование (непрерывное или дискретное) датчика и измерительного устройства не требует участия человека. В неавтоматических приборах операции, необходимые для выполнения измерения, или их часть (загрузку и выгрузку образца, уравновешивание измерительного устройства) выполняет оператор; эти приборы, как правило, рассчитаны на дискретное действие.

Метрологическая и информационная оптимизация любого влагомера или гигрометра сводится к требованию наилучшего выделения полезного сигнала из его смеси с шумами.

Изменение выходного сигнала у (см. рис. В-2) описывается уравнением

Назначением влагомера, как и любой информационной системы, является наилучшее пропускание полезного сигнала {dy/dW)dW при максимальном подавлении помех, описываемых остальными составляющими правой части уравнения (В-1). Минимизация погрешности достигается при условии, что чувствительность влагомера к изменениям влажности Sw=dy/dW максимальна, а чувствительность к помехам Sn=dy/dz+dy/du-\-dy/dv минимальна.

Список литературы, приведенный в конце книги, включает, кроме источников, относящихся к отдельным главам, также перечень основных работ, относящихся к теме книги в целом.

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И ЖИДКОСТЕЙ

❖

Глава первая

ВЛАЖНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ V И МЕТОДЫ ЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1-1, ВЛАГА В ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛАХ . И ЖИДКОСТЯХ

Вода обладает целым рядом особенностей строения и физико-химических свойств; одной из ее аномалий является, например, очень высокая диэлектрическая проницаемость. Эти особенности (подробно рассматриваемые ниже) используются для измерений влажности.

Содержащие влагу материалы представляют собой многокомпонентные гетерогенные системы, в которых один из компонентов (вода) может находиться в различных фазовых состояниях. При измерениях влажности необходимо принимать во внимание физико-химические свойства системы, которые определяются свойствами твердого скелета материала, количеством и свойствами влаги.

В неводных жидкостях, например жидких углеводородах, содержатся следующие виды влаги: а) свободная; б) растворенная (связанная); в) диспергированная.

Свободная вода легко выделяется отстоем или с помощью фильтров. В неполяриых жидкостях, особенно углеводородах, количество растворенной воды крайне незначительно; растворимость воды и скорость растворения увеличиваются с повышением температуры. Основным объектом измерений является содержание диспергированной воды, образующей, например, с нефтями и нефтепродуктами эмульсию - дисперсную систему, в которой дисперсионной средой служит нефть, а дисперсной фазой - вода.

Водонефтяные эмульсии, как и большинство реальных эмульсий, являются не монодисперсными, а полидисперсными системами. По степени дисперсности (размерам частиц воды) эмульсии можно разделить на три группы: а) грубодисперсные (раднус частиц т= = 25-50 мкм); б) среднедисперсные (/-=10-25 мкм); в) тонкодисперсные (/=0,1-5-10 мкм).

По данным [Л. 1-1] функция распределения частиц воды в водо-нефтяной эмульсии по размерам, определенная методами седиментации в гравитационном поле и микрофотографированием, хорошо аппроксимируется Г-функцией. Степень дисперсности является первым свойством эмульсии, имеющим существенное значение для различных физических методов определения ее влагосодержания. В ряде методов влияющим фактором является также форма дисперсных частиц - степень их отклонения от идеальной, сферической формы.

Вторым параметром эмульсий, важным для влагометрии, является их устойчивость, зависящая от природы углеводорода, наличия поверхностно-активных веществ (эмульгаторов) на границе дисперсной фазы, концентрации воды и температуры эмульсии.

Устойчивость эмульсии зависит от способа ее подготовки, в частности от длительности эмульгирования. Этот фактор влияет также на степень дисперсности эмульсии; увеличение времени эмульгирования сдвигает максимум функции распределения в сторону мелкокапельной фракции и одновременно повышает монодисперсность эмульсии.

Недостаточная устойчивость эмульсии влечет за собой ее расслоение - под действием сил тяжести дисперсные частицы опускаются вниз и содержание воды в верхних слоях эмульсии становится меньшим, чем в нижних.

Из других факторов, роль которых возрастает при определении малых влагосодержаний, отметим наличие примесей в жидкости - механических и газовых (пузырьков воздуха). На электрические параметры эмульсий существенное влияние оказывает содержание электролитов, например степень минерализации воды в водонефтя-ных эмульсиях.

Естественные и промышленные влагосодержащие твердые материалы относятся к коллоидным, капиллярнопористым или капил-лярнопористым коллоидным телам; наиболее многочисленной является последняя категория материалов. Тело считается капиллярно-пористым, а поры капиллярными, если капиллярный потенциал значительно больше потенциала поля тяжести; если оба вида потенциалов соизмеримы, тело является просто пористым. Сорбционная способность и водоудерживающие свойства капиллярнопористого материала зависят от его пористой структуры и геометрии пористой системы - площади поверхности капилляров и их размеров.

Границей между микро- и макрокапиллярами условно считают радиус капилляра, равный 0,1 мкм. Капиллярнопористые тела имеют поры разных размеров. Если дисперсия функции распределения пор по размерам равна нулю, структура тела монокапиллярна; это условие редко выполняется у реальных материалов, структура которых является поликапиллярной.

Для измерений влажности важное значение имеют виды и формы связи влаги с веществом, влияющие на свойства влагосодержа-щего материала.

Из известных классификаций видов и форм связи влаги чаще всего используется предложенная П. А. Ребиндером, основанная на величине энергии связи Е. По этой классификации (с некоторыми дополнениями М. Ф. Казанского [Л. 1-2]) всю влату коллоидного капиллярнопористого тела можно разделить на следующие виды и формы (в порядке нарастания величины Е): у

I. Свободная вода.

2-1507 17