15.1.1. Визначення вологості матеріалів на сушильних (кондиційних) апаратах

Сушильними (кондиційними) апаратами називають прилади, призначені для визначення вологості матеріалів шляхом видалення з них вологи висушуванням. Висушування матеріалу здійснюється потоком гарячого повітря, інфрачервоним промінням або у високочастотних електричних полях. Одним з найпоширеніших є кондиційний апарат АК-2. Прилад АСТ-73 трохи відрізняється від апарата АК-2.

Кондиційний апарат АК-2 (рис. 15.1) використовується для одночасного визначення вологості 6 проб. Він складається з циліндрової камери 4 з корпусом, що має теплоізоляційний шар. У камері підвішено шість корзин 3 з металевої сітки. Кожна корзина є змінною чашкою технічних вагів 1, змонтованих на верхній плитці камери. У центрі плити розташовано люк з кришкою для занурення корзин і радіальні пази з гніздами для розміщення підвісок 2 кожної корзини. Підвіска має порожнистий циліндр для додаткових тягарців, якими регулюють масу порожніх корзин.

Матеріал, завантажений в корзину, висушується в потоці гарячого повітря. Нагрівання і циркуляція повітря здійснюються електронагрівачем 5 і електродвигуном 8 з вентилятором 7. Заслінкою 9 регулюють швидкість циркуляції повітря в центральній частині камери, а заслінкою 6 – підсмоктування свіжого повітря з приміщення. Рециркуляція повітря здійснюється через кільцевий зазор між корпусом і внутрішньою обичайкою (циліндрова оболонка без днища).

Для контролю температури повітря в камері встановлений термометр 4. Прилад забезпечений терморегулятором для автоматичного підтримування постійної температури повітря в камері. Датчиком температури є контактний термометр 3, з’єднаний проводами з електромагнітним реле, яке автоматично вимикає живлення електронагрівача при нагріванні повітря в камері до заданої межі.

15.1.2. Визначення вологості на електровологомірах

Електричні методи відносяться до непрямих, тому що принцип дії застосовуваних приладів базується не на безпосередньому визначенні вмісту води в матеріалі, а на вимірюванні характеристик властивостей матеріалу, залежних від його вологості: діелектричної проникності і електричного опору. Перевага електричних методів вимірювання вологості полягає в тому, що вони є експресними. Полімерні матеріали відносяться до діелектриків. На відміну від металів – провідників електрики, діелектрики не мають вільних електронів, їх електрична провідність має іонний характер і практично повністю залежить від вмісту в матеріалі води і електролітів. Сам полімерний ланцюг не бере участі у перенесенні електричних зарядів, проте його хімічна будова, а також надмолекулярна структура полімерного матеріалу непрямо впливають на рухливість іонів.

Електроємнісний метод вимірювання вологості текстильної сировини базується на залежності діелектричної проникності матеріалу від вмісту в ньому води. Якщо між обкладками електричного конденсатора, що має ємність С₀ помістити замісит повітря зразок діелектрика, ємність конденсатора зросте і дорівнюватиме :

, (15.6)

де - діелектрична проникність або діелектрична постійна діелектрика.

, (15.7)

Збільшення ємності конденсатора при внесенні в нього діелектрика пояснюється тим, що під дією зовнішнього електричного поля відбувається поляризація діелектрика, зсув електронної хмари атомів і молекул у напрямку електричного поля, тобто у бік позитивно зарядженої обкладки конденсатора. При цьому центри розподілу позитивних і негативних зарядів кожного атома і молекули зміщуються і таким чином у них індукується дипольний момент Р, який дорівнює добутку величини зміщеного заряду е на величину зсуву S:

Р=еS. (15.8)

Рис. 15.1. Схема кондиційного апарата АК-2.

При поляризації в електричному полі конденсатора на поверхні діелектрика, повернутій до позитивно зарядженої пластини (обкладки) конденсатора, виникають некомпенсовані заряди, а на поверхні, повернутій до негативно зарядженої пластини конденсатора, - некомпенсовані позитивні заряди. Таким чином, в діелектрику створюється додаткове електричне поле, направлене у бік, протилежну напряму поля, утвореного зарядами обкладок конденсатора.

Результативна напруженість поля дорівнює геометричній сумі напруженостей. Отже, поляризація діелектрика в полі зменшуватиме напруженість поля конденсатора і збільшуватиме його ємність. Між напруженістю поля конденсатора без прокладки і з прокладкою з діелектрика існує простий зв'язок:

(15.9)

Зіставляючи формули визначення ε, одержуємо

(15.20)

Різні речовини залежно від будови їх молекул мають різну діелектричну проникність. Полімерні матеріали в абсолютно сухому стані мають діелектричну проникність . Максимальну діелектричну проникність має вода ().

Поглинання води полімерними матеріалами збільшує їх поляризовність в електричному полі внаслідок високої поляризовності води, маса якої в матеріалі зростає із збільшенням вологості. Таким чином, вимірювання вологості матеріалу може бути зведено до вимірювання діелектричної постійної матеріалу.