Нельзя оЖиДаТь высокой точности; наиболее полезным его применением является контроль динамики влажности в массе материала с .помошью «закладных» датчиков.

Ультразвуковые влагомеры основаны на зависимости характеристик ультразвуковых колебаний от свойств и состава среды, в которой распространяется ультразвук. Влагомеры этого типа появились в последние годы; в них обычно используется зависимость скорости распространения ультразвуковых колебаний от влагосодержания исследуемого материала. Приборы на принципе поглощения ультразвука имеют значительные дополнительные погрешности, связанные с изменением параметров генераторов, усилителей, излучателей и приемников ультразвука, <а также различных параметров контролируемого объекта. Хотя эти погрешности можно уменьшить, применяя двухканальные дифференциальные схемы, приборы на принципе измерения скорости более точны. Как и другие ультразвуковые приборы, влагомеры могут работать в режиме непрерывного или импульсного излучения.

Для расчета скорости ультразвука в сложных гетерогенных системах, в том числе и влагосодержащих материалах, нет единых аналитических методов. Если рассматривать эти материалы как двухкомпонентные смеси (сухое вещество - вода) и исходить из гипотезы аддитивности адиабатических сжимаемостей, то близкой к экспериментальным данным будет зависимость [Л. 5-19]-.

1 р 1 р 1

i;r=(i-Yx)-;;2- + Yx-. (5-13)

, Вт

где V - скорость распространения ультразвука; у - объемная доля компонента; р - плотность; индексы «т», «в» относятся к твердой фазе и воде, отсутствие индекса - к материалу в целом.

Для диапазона высокой влажности (у керамических масс при W207o) справедливо неравенство

PtYt>Pb(1-ут),

(Рт, Рв- сжимаемости твердой фазы и воды) и уравнение (5-13) примет вид:

1 + W

(t-O

(5-14)

Если выходной величиной ультразвукового преобразователя является время распространения импульса, зависимость измеряемого интервала времени Д< от скорости распространения ультразвука в контролируемой среде описывается выражением

M=Blv + 2bIv + U,

где Им - скорость ультразвука в защитных мембранах датчика; В к b - акустический путь в контролируемой среде (базовое расстояние, датчика) и в защитной мембране .соответственно; fa -суммарная дополнительная задержка импу.пьса в пьезовибраторах, электриче-жих цепях и т. д.

в схемах ультразвуковых приборов применяется один совмещенный излучатель-приемник или два раздельных устройства. Ультразвуковые влагомеры отличаются высокими быстродействием и чувствительностью и благодаря применению защитных мембран могут работать в агрессивных средах. Основной недостаток ультразвукового метода заключается в зависимости результата измерения не только от измеряемой величины, но и от ряда влияющих параметров исследуемого материала. Влияние плотности вытекает непосредственно из (5-13); кроме того, существенное влияние оказывает химический состав, в частности содержание электролитов, а у сыпучих материалов и гранулометрический состав.

Наибольшее значение имеет температура окружающей среды, так, для суспензии с влажностью 40% температурная погрешность составляет около 0,87о Н2О на 1 град.

Ультразвуковые влагомеры применялись в небольших масштабах для керамических масс, растворов полимеров, ацетилцеллюлозы и

Рис. 5-9. Блок-схемы ультразвуковых влагомеров с непрерывным (а) и импульсным (б) излучением.

/ - генератор; 2 - датчик; 3 - эталон; 4 - фазометр; 6 - показывающий прибор; 6 - излучатель; 7 - контролируемая среда; 8 - приемник; 9 - усилитель; 10 - формирователь; - измерительная схема.

уксусной кислоты и некоторых других матер.чалов. В [Л. 5-19] для суспензий (шликеры керамического производства с влажностью 30- 50%) был разработан влагомер на принципе .непрерывного излучения (рис. 5-9,а). Генератор, стабилизированный кварцем, создает синусоидальное напряжение, подаваемое на двухканальпую схему. Опорный канал содержит датчик, заполненный дистиллироваиной водой и выполняющий функции термокомпенсатора. Сигналы обоих каналов имеют фиксированные уровни; выходной величиной служит разность фаз этих сигналов, измеряемая фазометром с самопишущим выходным прибором. Для пластичных дисперсных керамических материалов с влажностью 15-30% применялся импульсный метод в сочетании с принципом автоциркуляции. Влагомер (рис. 5-9,6) содержит синхрокольцо: импульс генератора, пройдя через контролируемую среду, после усиления и формирования используется для нового запуска генератора, в результате чего создается пепрерывиая последовательность импульсов с частотой следования, которая определяется-временем распространения импульса. Измеряемой величиной является интервал времени, кратный определенному целому числу периодов следования синхроимпульсов. Измерительная схема преобразует этот интервал времени в напряжение, характеризующее влажность материала и измеряемое выходным прибором.

Перейдем теперь к рассмотрению более старых, но менее распространенных электрических методов: метода э. д. с. гальванического элемента й метода статического электричества.

К некоторым материалам применим метод измерения влажности по величине э. д. с, возникающей при введении гальванической лары во влажный материал, или по внутреннему сопротивлен.ию такого «гатьванического элемента».

Модификацией рассматриваемого метода является измерение влажности почв по э. д. с. поляризации, возцикающеп на платиновых электродах, введенных в почву, после пропускания через них постоянного тока определенной силы. Этот принцип применен в влаго-жрг «Днестр», лредназначепном для определения влажности почвы перед ее поливом.

Преимуществом влагомеров рассмотренного типа являются крайняя простота и дешевизна; для работы некоторых из них не требуется даже источника тока, что делает их особенно удобными для измерений в полевых условиях. Однако .эти влагомеры имеют очень низкую точность.

Влагомеры второго типа основаны иа образовании электростатического электричества при трении о некоторые влагосодержащие материалы. Величина остаточного электрического заряда, измеряемая с помощью металлических электродов, "трущихся о поверхность материала, равна разности заряда, генерированного трением, и утечки на землю. Последняя величина зависит от поверхностного сопротивления, а следовательно, и от влажности материала. Чем суше материал, тем больше при прочих равных условиях возникающий электростатический заряд; повышение влажности материала уменьшает величину заряда. Этот принцип нашел практическое применение для контроля влажности движущихся текстильных тканей и полуфабрикатов, а также других тонких листовых материалов. Электростатические влагомеры непригодны для точного определения влажности и могут применяться лишь в качестве грубых индикаторов степени увлажнения некоторых материалов.

Электрическим свойством материалов, реже других используемым в измерениях влажности, является электрическая прочность материала. Зависимость градиента потенциала, при котором происходит пробой, от влажности материала наиболее однозначна у жидких диэлектриков; па практике она используется для контроля увлажнен- ности трансформаторного и других масел. Одпако этот метод имеет ряд недостатков: применимость только при низких влагосодержаниях, загрязнение масла в результате измерения, непригодность для автоматического контроля.

5-4. МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Рассмотренные в предыдущих главах и параграфах методы измерения влажности можно применять и в -сочетании друг с другом или с другими методами анализа состава и свойств вещества. Аналогичные «многопараметрические» методы используются в измерительной технике для получения информации о значениях нескольких параметров объекта анализа. Примером МОжет служить определение п параметров многокомпонентного раствора