1.Введение.

Методы измерения влажности твердых материалов, жидкостей и газов, основанные на преобразовании влаж­ности в другую физическую величину с использованием современной измерительной техники, насчитывают всего несколько десятилетий; некоторые из них были разрабо­таны в последние годы.

Однако измерения влажности различных материалов и средств во многих отраслях народного хозяйства и це­лом ряде областей научных исследований заняли важное место в современной аналитической измерительной тех­нике. Информация о влажности используется в много­численных автоматических системах (системы управле­ния и информационно-измерительные).

В данном реферате я постараюсь отразить совре­менный уровень знаний в области измерений влажности электрическими методами. Для этого использован опыт разработки и применения гигрометров (приборов для измерения влажности газов) различных типов.

Необходимость контроля влагосодержания жидких топлив для ракет, содержащих сильные окислители, вызвана опасностью коррозии деталей, сопри­касающихся с топливом. Аналогичные ограничения пре­дельного допустимого влагосодержания действительны и для хладагентов современных холодильных установок.

В промышленности актуальны задачи контроля и ре­гулирования влажности воздуха в складских и производ­ственных помещениях, связанных с гигроскопическим сырьем, полуфабрикатами и готовыми изделиями (пище­вая, текстильная, бумажная, полиграфическая, кино-фо­томатериалов и др. отрасли промышленности), на неко­торых машинно- и приборостроительных предприятиях (для предотвращения коррозии изделий, создания необ­ходимых условий при сборке и испытаниях приборов), в промышленности полупроводниковых материалов и приборов, электронной и т. д. Поддержание определен­ной влажности необходимо в ряде биологических процес­сов. Аналогичные задачи возникают и в сельском хозяйстве — при выращивании растений в закрытом грунте (теплицы, оранжереи), в животноводстве и птицеводстве — в инкубаторах и по­мещениях для содержания скота, продуктивность кото­рого зависит от влажности окружающего воздуха, в зер­нохранилищах и помещениях для хранения и дозревания овощей и фруктов.

Технологические процессы химической промышленно­сти выдвигают задачи контроля и регулирования влаго­содержания чистых газов: азота, водорода, кислорода, метана и др., во многих случаях необходимо контролиро­вать с большой точностью степень осушки воздуха и различных газов. Аналогичные задачи выдвигают совре­менные электровакуумная промышленность и металлур­гия (черная, цветная, в том числе редких металлов и по­лупроводников); в качестве примеров можно указать на контроль влажности доменного дутья и на контроль влажности водорода при производстве твердых сплавов. Влагосодержание водорода и других инертных газов доводится до ничтожно малых величин и в процессах термической обработки некоторых металлов и сплавов (термообработка в контролируемых печных атмосфе­рах).

Общеизвестно влияние влажности газов, транспор­тируемых по газопроводам, на условия эксплуатации и коррозию трубопроводов. От влажности газообразного топлива зависит его теплотворная способность.

Не менее обширен круг задач, связанных с измере­ниями влажности в научных исследованиях в самых раз­личных областях, как, например, медицина и биология, биохимия и физическая химия, физиология растений, ме­теорология и аэрология, почвоведение и агрохимия, теп­ло- и массообмен и ряд технических наук (теория и техника процессов сушки, гидрология, гидротехника и мелиорация, различные области строительства и т. д.).

Приведенный перечень далеко не исчерпывает всех применений измерений влажности в науке и технике и лишь характеризует обширную сферу применения этих измерений с которой связаны следующие особенности:

а) большое научное, техническое и экономическое зна­чение для жизни общества этой отрасли измерительной техники;

б) широкий диапазон задач и разнообразие требова­ний, предъявляемых к техническим средствам измерения влажности.

Экономический эффект, который может получить на­родное хозяйство от повсеместного и достаточно точного контроля влажности используемых материалов, воздуха и газов, чрезвычайно велик. Оценить его в денежном вы­ражении трудно, в частности потому, что в большинстве случаев экономия достигается в результате не самого получения информации о влажности, а целенаправленно­го использования этой информации.

В качестве основных источников экономии, обуслов­ленной получением информации о влажности или усо­вершенствованием этой информации, могут рассматри­ваться:

а) устранение или сокращение непроизводительных материальных потерь, обусловленных отсутствием ин­формации о влажности, ее неточностью или несвоевре­менным получением.

Измерения влажности имеют многолетнюю историю. Устройства для количественной оценки влажности воз­духа появились уже в XV в., а создание волосного ги­грометра можно отнести к 1783 г. Аналитический способ определения влагосодержания твердых тел взвешивани­ем до и после высушивания образца применяется уже на протяжении многих десятилетий.

Однако в связи с научно-техническим прогрессом коренным образом изменились в последние десятилетия задачи измерений влажности и требования, предъявляе­мые к ним.

Важнейшими из этих требований явились уменьше­ние длительности определения и возможность выполне­ния всех или основных операций измерения без участия человека, т. е. переход от ручного аналитического кон­троля к методам современной измерительной техники.

Влагометры и гигрометры нашли применение в систе­мах управления и измерительно-информационных раз­личных отраслей промышленности, сельского хозяйства, строительства и в научных исследованиях, а гигромет­ры— также в дистанционных информационно-измери­тельных системах метеорологии и аэрологии. Автоматиче­ские метеорологические станции, радиозонды, самоле­ты— летающие лаборатории, метеорологические ракеты и спутники потребовали новых, более совершенных средств измерения влажности атмосферы. С этим связа­ны новые или повышенные качества, которыми должны обладать влагомеры и гигрометры и особенно их датчики как составные элементы автоматических систем: высокая надежность и связанное с ней минимальное количество движущихся частей, совершенные динамические харак­теристики, взаимозаменяемость, минимальные габариты и вес.

Измерения влагосодержания газов необходимо вы­полнять в пределах от микроконцентраций — одной или нескольких миллионных долей (контроль влажности чи­стых газов, современные процессы синтеза полимеров) — до насыщения.

Для гигрометрии характерны изменения в широком диапазоне и других параметров объекта измерения — температуры, давления (для газов — от нескольких мил­лиметров ртутного столба до сотен атмосфер), наличия примесей и загрязнений.

Рассмотрим подробнее некоторые задачи измерений влажности, относящиеся к наиболее сложным:

а) Для научных исследований во многих областях, а также для решения некоторых практических задач не­обходимы локальные измерения влажности твердых тел или газов, т. е. получение информации не об интеграль­ных значениях влажности, а об ее распределении в от­дельных точках исследуемой среды.

б) Измерение влажности воздуха и газов при низ­ких отрицательных температурах. Указанная задача — одна из наиболее сложных в метеорологии — сейчас актуальна для холодильной промышленности и для ряда областей науки.

в) Контроль и регулирование влажности паровоз­душной смеси или газов при высоких температурах. Эта задача возникает в хлебопекарных печах и обжарочных камерах в пищевой промышленности, в промышленных печах, например в печах для закалки и обжига некото­рых качественных сталей, на тепловых электростанциях (контроль влажности дымовых газов) и т. д.

В ряде случаев задача дополнительно усложняется наличием в контролируемой газовой среде значительно­го количества взвешенных частиц (например, контроль влажности дымовых газов для коптильных установок).

г) Измерение влагосодержания газов, находящихся в замкнутых оболочках при высоких давлениях; в этих условиях необходимо учитывать влияние сжатия газа на его физические свойства, в частности на максимальную возможную упругость водяного пара.

Сложность и разнообразие задач делают весьма проблематичной возможность создания универсального метода измерения влажности даже для тел одного агре­гатного состояния. Рассмотренные задачи невозможно решить с помощью традиционных методов и технических средств гигрометрии.

Создание и применение «инструментальных» методов оказали большое влияние на теоретические основы и тех­нику измерений влажности. Эти измерения превратились в одну из областей современных измерений состава и свойств материала. Разработка и выпуск влагомеров и гигрометров представляет собой сейчас одну из отраслей аналитического приборостроения. Для нее характерны направления развития, общие для современного приборостроения: миниатюризация, типовое проектирование на блочно-модульной базе