нижением влажности и связанным с этим уменьшением количества протонов в образце чувствительность метода уменьшается. Когда влажность ста.новится очень низкой (для ряда материалов при W<5%), отношение сигнала к шуму настолько мало,, что измерение влажности становится практически Невозможным. Изгиб кривой при низкой влажности объясняется влиянием формы свиязи воды. В диапазоне очень высокой влажности может наступить явление высокочастотного насыщения, заключающееся Б уменьшении амплитуды сигнала при росте напряженности радиочастотного, ноля; величину этой напряженности необходимо выбирать применительно к максимальной измеряемой влажности.

Источниками погрешностей влагомеров ЯМР могут" являться (кроме отмеченных - неоднородности и нестабильности магнитного поля н нестабильности частоты переменного поля) также изменения коэффициента заполнения датчика и плотности материала. Температура материала оказывает некоторое влияние на первую гармонику сигнала ЯМР; с ростом температуры уменьшается его амплитуда и ухудшается отношение сигнал/шум.

- Затруднения возникают, если исследуемый материал содержит водородсодержащие компоненты, жидкие или растворимые в воде. В этом случае кривые поглощения не дают возможности отличить протоны этих растворимых компонентов от протонов воды. Если количество таких растворимых компонентов невелико и постоянно, они могут быть учтены при градуировке. В противном случае возможны большие погрешности в измерении влажности методом ЯМР. Это ограничивает возможности влагомеров ЯМР,и уменьшает их точность при анализе материалов, содержащих водород в жидкой фазе (например, масел, жиров, нефтей и др.) Был предложен ряд способов, позволяющих разделить сигнал протонов воды от сигнала Протонов других компонентов материала при одинаковой или близкой ширине этих сигналов [Л. 5-10].

Метод ЯМР, как и нейтронный, реагирует непосредственно на количество атомов водорода в материале и обладает сходными достоинствами, в частности достаточно высокой точностью и возможностью измерения очень высоких влагосодержаннй [Л. 5-11]. Малое влияние содержания водородав твердой фазе вещества, а также отсутствие вредного биологического действия выгодно отличают метод ЯМР от нейтронного. Метод

ЯМР пригоден и для автоматического контроля влажности некоторых материалов; в производственных процессах недостатком является относительно малый объем контоолируемого образца.

Определенными преимуществами по сравнению с рассмотренным «непрерывным» методом ЯМР обладает импульсный метод «спинового эха» [Л. 0-7 и 5-12]. Генератор высокой частоты, точно соответствующей условию резонанса, дает импульсы, длительность и период следо-ванпл т которых (рис. 5-6,а) меньше времени Т2 поперечной релаксации. Первый импульс (длительностью tvii=ti-fo) поворачивает суммарный макроскопический с т

Протоны твердой фазы

Протоны HgO

to ti

Рис. 5-6. Метод спинового эха; принцип действия (а) и изменение сигнала во времени при W=const (б).

1 - сигнал свободной прецессии; 2 - сигнал спинового эха.

магнитный момент М из положения вдоль постоянного поля на угол я/2, второй (и2=2/и1) -на угол л. Под влиянием этих импульсов через интервал времени 2т в приемной катушке возникает высокочастотный импульс, характеризующий значение М в момент U. Увеличение периода т влечет за собой уменьшение амплитуды А «эхо-сигнала»:

Л=Лоехр(-2т/Г2),

где Ло - амплитуда, экстраполированная к начальному моменту времени = 0:

л„ = м

0 Sin а, sin

Hi - амплитуда напряженности высокочастотного поля, остальные обозначения приведены на стр. 173. Индекс О

относится к значениям соответствующих величин в начальный момент времени.

Оптимальную настройку длительности л12- и я-им-пульсов и периода т можно производить непосредствен- но при измерении, причем критерием служит максимизация выходного сигнала. Кроме того, выбрав x>Ti (Ti -. время продольной релаксации), можно исключить эффект насыщения. В качестве величины, характеризующей влажность, используется время Тг поперечной релаксации или амплитуда сигнала Ло. Часть амплитуды сигнала, обусловленная протонами твердой фазы, легко выделяется, так как для них значения Тг значительно • меньше, чем для сорбированной воды. Если принять т> >-Ср (рис. 5-6,6), эхо-сигнал дают лишь протоны твердой фазы и начальная экстраполированная амплитуда Ло однозначно характеризует влажность материала. Импульсный метод позволяет, следовательно, получить значительно большее отношение сигнала к шуму, чем непрерывный. При исследованиях угольной шихты нескольких марок была установлена линейная зависимость AoiW) при изменении влажности W в широких пределах; аналогичные результаты были получены для фильтровальной бумаги, зерна, крупы и ряда других материалов.

Главным достоинством импульсного метода является устранение влияния неоднородности магнитного поля; магнит может иметь меньшие размеры и вес, чем в непрерывном методе ЯМР.

Метод спинового эха не нашел етце широкого применения для измерений влажности. Он свидетельствует, однако, о дальнейших возможностях усовершенствования влагомеров ЯМР путем использования тех модификаций метода ЯМР, которые были разработаны в спектроскопии твердого тела. Основными недостатками метода ЯМР по сравнению с другими методами измерения влажности остаются сложность и громоздкость применяемой аппаратуры и ее более высокая стоимость. Эти факторы препятствуют широкому внедрению влагомеров ЯМР для контроля и управления производственными процессами.

5-3. ОПТИЧЕСКИЕ, ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ И ПРОЧИЕ МЕТОДЫ

Оптические методы основаны на зависимости оптических свойств материалов от их влагосодержания. Для твердых веществ и жидкостей используются инфракрасная и видимая области спектра.