Емкостный метод.

Емкостные влагомеры применяются как для твердых материалов, так и для жидкостей.

Большинство капиллярно-пористых тел имеют диэлектриче­скую проницаемость ε = 1-6 (у воды ε = 81).

Присутствие влаги в твердом материале значительно влияет на величину диэлектрической проницаемости. Обычно диэлектри­ческую проницаемость влажного материала определяют по изме­нению емкости конденсатора, между обкладками которого нахо­дится исследуемое вещество.

Датчики емкостных влагомеров выполняются в виде двух плоских пластин или двух концентрических цилиндров, про­странство между которыми заполняется исследуемым мате­риалом.

Датчик заполняется обычно путем засыпки при свободном паде­нии материала с определенной высоты- Опыт показывает, что при таком способе заполнения датчика обеспечивается наилучшая воспроизводимость результатов измерения.

Для большинства материалов абсолютная величина емкости датчика составляет несколько пикофарад. Для измерения такой небольшой емкости с достаточной точностью обычно применяют высокочастотные резонансные измерительные схемы, рассмотрен­ные выше.

При применении высокочастотной резонансной схемы измеряемая емкость С_х входит в один из колебательных контуров, рабо­тающих в условиях резонанса или близких к нему. С изменением емкости С_х нарушается резонанс, что приводит к изменению тока.

Диэлектрическая проницаемость большинства веществ зависит от температуры, что приходится учитывать при измерениях.

В емкостных лабораторных влагомерах температура исследуе­мого вещества обычно поддерживается постоянной термостатированием датчика; в производственных влагомерах предусматри­вается автоматическая температурная компенсация.

Наиболее просто температурная компенсация решается парал­лельным присоединением к датчику конденсатора с температурным коэффициентом, равным температурному коэффициенту исследуе­мого материала, но с обратным знаком.

Температурная компенсация может быть осуществлена подбо­ром размеров и материалов электродов датчика с соответствую­щими температурными коэффициентами. При этом изменение раз­меров конденсатора от температуры вызывает соответствующее, изменение его емкости. Обычно в емкостных влагомерах изменение емкости от влажности преобразуется в соответствующее измене­ние величины тока. Это дает возможность осуществить темпера­турную компенсацию с помощью термометра сопротивления, вклю­ченного в измерительную схему.

Емкостные влагомеры более распространены, чем кондуктометрические. Это объясняется тем, что в емкостных влагомерах на показания меньше влияет структура, химический состав мате­риала и контактное сопротивление между электродами и мате­риалом.

Кроме сопротивления и диэлектрической проницаемости, для определения влажности твердых и сыпучих материалов могут быть использованы и другие электрические характеристики. В частности, можно отметить влагомеры, использующие зависи­мость влажности материала от угла диэлектрических потерь в материале или полного сопротивления переменному току кон­денсаторного датчика, заполненного исследуемым материалом.

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯРМ).

Метод ЯРМ по определению влажности превосходит другие методы. Так, на пример, этим методом произведены с высокой точностью измере­ния влажности широкого класса веществ в пределах от 2 до 100%.

В основе метода лежит поглощение энергии радиочастотного магнитного поля ядрами атомов водорода (протонами) воды, содержащейся в материале.

Ядро атома водорода (протон) можно рассматривать как .; заряженный шарик, обладающей механическим и ядерным магнитным моментом и вращающийся вокруг своей оси. Если такой вращающийся магнитик поместить в постоянное внешнее магнитное поле, то его ось начнет вращаться вокруг направления ма­гнитного поля с угловой скоростью

ω₀ =γ Н₀

где γ — гиромагнитное число, характеризующее отношение вели­чины магнитного момента тела к его механическому моменту;

Н₀ — напряженность внешнего магнитного поля.

При воздействии на протон дополнительного переменного радиочастотного поля Н₁, вектор напряженности которого вращается или колеблется и перпендикулярен полю Н₀, на магнитик (магнитный диполь) будет действовать пара сил, стремящаяся изменить угол между вектором напряженности поля Н₀ и векто­ром магнитного момента диполя.

Если при этом частота и направление переменного радио­частотного поля Н₀ совпадают с угловой скоростью ω₀ и направ­лением прецессии диполя, то наступит своеобразный резонанс — ядерный магнитный резонанс.

Интенсивность поглощения исследуемым образцом энергии при ядерном магнитном резонансе пропорциональна числу прото­нов водорода в единице объема исследуемого вещества; следова­тельно, по величине поглощения можно однозначно оцепить влагосодержание.

Для наблюдения ЯМР образец, исследуемого материала поме­щается в цилиндрическую катушку, ось которой перпендику­лярна направлению постоянною магнитного тюля. По катушке, пропускается от специального генератора переменный ток высо­кой частоты. Резонанс достигается либо сохранением постоянства напряженности поля Н₀ и изменением частоты переменного тока, либо изменением в узких пределах величины Н₀ при постоянстве частоты переменного тока.

Поглощение радиочастотной энергии определяется по пара­метрам высокочастотного колебательного контура, в который входит катушка с исследуемым образцом.

На рис. 333 показана упрощенная принципиальная схема влагомера на ЯМР, Цилиндрический сосуд 1 с исследуемым материалом поме­щается между полюсами 2 и 3 постоянного магнита, создающего в образце магнитное поле определенной напряженности. Сосуд с образцом заполняет внутреннюю полость катушки 4, входящей в параллельный резонансный контур, питаемый током высокой частоты от генератора 5. Полюсы постоянного магнита снабжены развертывающими катушками 6 и 7, питаемыми от генератора через усилитель (на схеме не показан). Радиочастотный сигнал блоком 5 усиливается и детектируется, а затем регистрируется измерительным прибором 9. Прибор градуируется по ма­териалу с известной влаж­ностью.