2. Диэлькометрическая влагометрия материалов

Диэлькометрические влагомеры (исключая влагомеры СВЧ) работают в диапазоне частот от десятков килогерц до десятков мегагерц. В указанных диапазонах датчик представляет собой комплексное сопротивление, в котором преобладает реактивная (ёмкостная) или активная составляющая.

Для измерения полного сопротивления датчика или его составляющих на­шли применение многочисленные измерительные схемы, основанные на из­вестных методах радиотехнических измерений и измерений параметров ди­электриков. Однако диэлектрические измерения влажности материалов имеют ряд особенностей. Максимальная ёмкость датчиков обычно ограничена десят­ками пикофарад и редко превышает 100  пф, в то же время tg δ датчика с материалом может достигать несколько единиц и больше.

Современные влагомеры градуируются эмпирически. Поэтому от измери­тельных устройств не требуется определения действительных значений  ε и tg δ материала. Не следует также предъявлять слишком высокие требования к погрешности измерительного устройства, так как она не является основной составляющей общей погрешности влагомера.

Классификация измерительных устройств диэлькометрических влагомеров может быть основана на различных признаках. По характеру измеряемой входной величины датчика их можно разделить на устройства для измерения полного сопротивления датчика и на измерительные устройства с разделением составляющих, дающие информацию о величине реактивной или активной составляющей комплексного сопротивле­ния.

В обеих группах измерительных устройств находят применение:

1. резонансные схемы, использующие явление резонанса в колебательном контуре с сосредоточенными постоянными, одним из элементов которого является датчик;

2. схемы измерения полного сопротивления, без использования явления резо­нанса: мостовые, дифференциальные и т. д.

Основная разница между обеими категориями заключается в роли генератора колебаний повышенной частоты: в резонансных схемах генератор является составной частью измерительной цепи, в то время как в схемах второго типа он служит лишь источником питания измерительной цепи.

Резонансные схемы можно в свою очередь разделить по характеру выходной величины на: контурные и генераторные. У первых выходной величиной явля­ется один из параметров колебательного контура (в том числе его резонансная частота). В генераторных схемах выходной величиной является частота колеба­ний генератора или амплитуда этих колебаний, токи и напряжения генератора.

3. Диэлькометрический влагомер эф-12у

Рассмотрим один из диэлькометрических приборов, применяющийся для измерения влажности полуфабрикатов ПКМ. Структурная схема приведена на рис. 1.

Измерение влажности данным прибором основано на регистрации диэлектрической проницаемости влажного материала. Принцип действия влагомера в свою очередь базируется на регистрации частоты колебаний измерительного генератора, значения которой, как раз, и определяются диэлектрической проницаемостью исследуемого диэлектрика для сухого и влажного состояния. Это осуществляется за счёт того, что частота измерительного генератора зависит от ёмкости измерительного конденсатора (включённого в схему генератора), определяемой значением диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещённого в измерительный конденсатор.

ЦАП

ИГ

СД

К

РС

ОГ

Р

И

Рис. 1. Структурная схема диэлькометрического влагомера

ОГ – опорный генератор, ИГ – измерительный генератор, СД – счётчик-делитель, ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь, РС – реверсивный счётчик, Р – регулятор частоты, К – регулятор калибровки, И – индикатор.

Для сухого состояния материала ёмкость измерительного конденсатора определяется:

, (1)

для влажного состояния материала имеем:

, (2)

где: ε_д – диэлектрическая проницаемость материала датчика, ε_в – диэлектрическая проницаемость воды, u – влагосодержание, т – константа для данной геометрии датчика.

Из (1) и (2) для влагосодержания будем иметь:

. (3)

Частота колебаний для «RC» генератора определяется:

(4)

отсюда окончательно имеем:

(5)

где: f_{с ,} f_в – частоты измерительного генератора при измерении сухого и влажного материала соответственно.

Прибор осуществляет измерение влагосодержания, которое рассчитывается по формуле (5) в автоматическом режиме. В процессе измерений сигнал с измерительного генератора подаётся на счётчик-делитель с регулируемым коэффициентом пересчёта. Регулировка осуществляется с помощью ЦАП. Это позволяет сформировать временной интервал счёта, пропорциональный – . Регулятором К устанавливается пропорциональность ε_в.

Одновременно сигналы с измерительного и опорного генераторов подаются на реверсивный счётчик, выполняющий операцию . Частота опорного генератора при этом соответствует той частоте, которую имел бы измерительный генератор при u = 0.

Конструктивно влагомер выполнен в виде прибора переносного типа, состоящего из двух частей: датчика и электронного блока. Конструкция датчика представляет стальной корпус, внутри которого смонтирована плата измерительного генератора и которому прикреплён измерительный конденсатор. Последний в свою очередь представляет собой две пластины фольгированного стеклопластика, разнесённых на некоторое расстояние и покрытые лаком.