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]

шеМия различных полей (температурных, влажностиых, механических деформаций и т. д.) в объекте измерения, высокая чувствительность и быстродействие (измерение можно считать практически безынерционным). В то же время для их применения необходима аппаратура более сложная, чем в электрических методах.

В радиометрических (ядерно-физических) методах используются различные виды ядерных излучений (гамма-лучи, бета-частицы, быстрые нейтроны) и взаимодействий (поглощение и рассеяние гамма- и бета-излучений, упругое рассеяние быстрых нейтронов).

В основе гамма-методов лежит ослабление интенсивности гамма-излучения твердой фазой н влагой исследуемого материала в результате рассеяния и поглощения атомами вещества.

Прн неизменных условиях измерения (геометрия излучателя н его расположение относительно приемника излучения) ослабление интенсивности излучения в слое материала постоянной толщины зависит от содержания влаги в нем.

Рассмотрим основные разновидности гамма-методов измерения влажности [Л. 5-1].

а) Абсолютный гамма-метод с использованием коллн-мнрованного пучка гамма-квантов. Суммарный эффект ослабления гамма-излучения прн прохождении через вещество описывается экс: поненцнальным законом:

/=/„6""", (5-1)

где /о - интенсивность излучения, падающего на вещество (интенсивность излучения в воздухе); / - интенсивность излучения, прошедшего через слой вещества толщиной d (см); [Хл-линейный коэффициент ослабления, cм-.

Ослабление излучения в веществе можно.характеризовать также массовым коэффициентом ослабления [Хм = [Хл/р (р - плотность вещества). Этот коэффициент, характеризующий ослабление в результате прохождения через слой вещества с массой 1 г/см; не зависит от плотности данного вещества. Закон ослабления с массовым коэффициентом принимает форму:

/=/,,-мР = /„.->м?, • (5.2)

где р - плотность поглотителя, г/см; R = pd-массовая толщина поглотителя, т. е. масса единицы площади, г/см; [Хм - массовый коэффициент ослабления, см/г.

Приведенные формулы характеризуют ослабление однородным поглотителем узкого параллельного пучка моноэнергетического излучения. Прн применении радноизотопных излучений для контроля состава н свойств материалов узкий пучок получают коллнмнрованнем, а иногда н дополнительным диафрагмированием излучения. В случае неоднородного поглощения приходится учитывать изменение коэффициента ослабления по толщине поглотителя. Раднонзотопные излучения часто имеют сложный спектральный состав. Коэффициенты ослабления являются функцией энергии излучения и неодинаковь-



для различных линий спектра; сильнее всего поглощаются КяГКИе (обладающие минимальной энергией) компоненты излучения.

При пропускании через материалы, состоящие из элементов с легкими и средними атомными массами (почвы, грунты, строительные и другие материалы) излучения с энергией 0,5-1 Мае, причиной ослабления интенсивности является почти исключительно комптон-эффект и величина коэффициентов ослабления ([Хп и [Хм) зависит от отношения Z/Л атомного номера элемента к массовому числу. Для водорода отношение /Л = 1, а для химических элементов, занимающих первые четыре ряда периодической системы Д. И. Менделеева, величина Z/Л постоя1Н-1а и в большинстве случаев близка к 0,5.

Практически чаще всего используются радиоизотопы Со" или Сзз; для них коэффициент [Хл воды равен соответственно 0,063 и 0,086, что более чем на 10% превышает значение [Хм твердой фазы упомянутых материалов.

Для вывода основного уравнения рассматриваемого метода будем счгггать, что влажный материал состоит из двух однородных частей: воды с коэффициентом ослабления PHs,o (ДЛя воды с плотностью 1 г/сжз массовый коэффициент ослабления равен линейному) и твердой фазы (сухого вещества), плотность которой равна рс (г/см), а массовый коэффициент ослабления [Хс. Плотность влажного материала, изменяющуюся с влажностью, обозначим рх- Далее примем, что облучаемый образец материала имеет постоянную толщину d, не зависящую от влажности, и подсчитаем коэффициент массового поглощения влажного материала. Известно, что если поглотитель состоит из химического соединения нескольких элементов или смеси нескольких компонентов, то результирующий массовый коэффициент ослабления можно определить по аддитивному закону:

HM=fiiP-!-fa2[Xz-f ... -fa„i[Xn, (5-3)

где [Xi, [Xs..... [Xn - массовые коэффициенты ослабления 1-го,

2-го, ..., я-го компонентов; fii, Яг, ..., а„ - массовые доли этих компонентов.

Применяя фор1мулу (5-3) к материалу с влажностью W (в долях массы влажного материала), получаем следующее .выражение для его массового коэффициента ослабления ц»:

Р« = 11н,о + {1 - Ч) = (Рн,о - + 1с- (5-4)

произведем два измерения интенсивности излучения: в .-абсолютно сухом материале и в материале с влажностью W. В соответствии с (5-2) интенсивность излучения, прошедшего через сухой материал,

/, = /„,-сР/. (5.5)

Для влан<ного материала получим из (5-2) и (5-4):

„,-Р«1(№.о-)-ьс1. . (5-6)

Формулы (5-5) и (5-6) после необходимых преобразований дают:

• 1п-=р;И7й((Хн,о -(е)-ЬМ(р« -Рс- (5-7)



уравнение (5-7) показывает, что ослабление излучения обуслоЁ--лено повышением влажности материала (первый член правой части уравнения) и изменением его плотностн (второй член).

С учетом соотношения (см. § 1-2):

получим:

/с pcd ч , . /" Рс

9cd / Рс \

1 (fH,0 -lc) + H-crf I 1 U7--Рс 1 =

• , W = Ро" 1 W fHjO.

Учитывая, что Wl(l-W)=u (u - влагосодержание исследуемого образца), приходим к простой зависимости:

1п

Уравнения (5-7) н (5-9) выведены прн условии сохранения постоянства линейных размеров н объема образца материала прн его увлажнении. Известно, что у большинства капиллярнопористых материалов в процессе сушки и увлажнения происходят усадка и набухание; у этих Материалов величину d в указанных уравнениях следует рассматривать как функцию влажности. Влияние усадки и набухания материала учитывается при эмпирической градуировке ра-днонзотопного влагомера. У дисперсных материалов необходимым условием применимости уравнений (5-7) и (5-9) является исследование постоянной массы материала в постоянном объеме.

Важнейшим свойством рассматриваемого метода является влияние плотностн твердой фазы рс материала на результаты измерения влажности. Непостоянство величины рс влечет за собой погрешности при измерении влажности. Еще важнее то обстоятельство, что для абсолютной оценки влажности материала (величины W или и) необходимо предварительно определить величины рс н /с для сухого материала. От необходимости определения величины рс можно освободиться, если ограничиться оценкой объемного влагосодержания материала Мос = РсИ- Действительно, на основании (5-9)

В большинстве случаев знание объемных показателей влажности недостаточно. Основной областью практического применения метода ослабления гамма-нзлученнн является оценка относительных изменений влажности.

Измерив интенсивности излучения h и h, соответствующие двум значениям влагооодержания Ui н Иг («o6i н Иобг) при постоянной толщине d слоя материала, можно на основании (5-9) и (5-10) вы-




[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]

0.0447