15.1.1. Определение влажности материалов на сушильных (кондиционных) аппаратах.

Сушильными (кондиционными) аппаратами называют приборы, предназначенные для определения влажности материалов путём удаления из них влаги высушиванием. Высушивание материала осуществляется потоком горячего воздуха, инфракрасными лучами или в высокочастотных электрических полях. Одним из наиболее распространенных является кондиционный аппарат АК-2. Прибор АСТ-73 незначительно отличается от аппарата АК-2.

Кондиционный аппарат АК-2 (рис. 15.1) используется для одновременного определения влажности 6 проб. Он состоит из цилиндрической камеры 4 с корпусом, имеющим теплоизоляционный слой. В камере подвешено шесть корзин 3 из металлической сетки. Каждая корзина является сменной чашкой технических весов 1, смонтированных на верхней плитке камеры. В центре плиты расположены люк с крышкой для погружения корзин и радиальные пазы с гнездами для размещения подвесок 2 каждой корзины. Подвеска имеет полый цилиндр для дополнительных грузиков, которыми регулируют вес пустых корзин.

Материал, загруженный в корзину, высушивается в потоке горячего воздуха. Нагрев и циркуляция воздуха осуществляются электронагревателем 5 и электродвигателем 8 с вентилятором 7. Заслонкой 9 регулируют скорость циркуляции воздуха в центральной части камеры, а заслонкой 6 - подсос свежего воздуха из помещения. Рециркуляция воздуха осуществляется через кольцевой зазор между корпусом и внутренней обечайкой (цилиндрическая оболочка без днища).

Для контроля температуры воздуха в камере установлен термометр 4. Прибор снабжен терморегулятором для автоматического поддержания постоянной температуры воздуха в камере. Датчиком температуры служит контактный термометр 3, соединенный проводами с электромагнитным реле, автоматически выключающим питание электронагревателя при нагреве воздуха в камере до заданного предела.

15.1.2. Определение влажности на электровлагомерах.

Электрические методы относятся к косвенным, потому что принцип действия применяемых приборов основан не на непосредственном определении содержания воды в материале, а на измерении характеристик свойств материала, зависящих от его влажности: диэлектрической проницаемости и электрического сопротивления. Преимущество электрических методов измерения влажности заключается в том, что они являются экспрессными.

1

2 10

3

4

9

5 6

8 7

Рис. 15.1. Схема кондиционного аппарата АК-2

Полимерные материалы относятся к диэлектрикам. В отличие от металлов - проводников электричества, диэлектрики не имеют свободных электронов, их электрическая проводимость носит ионный характер и практически полностью зависит от содержания в материале воды и электролитов. Сама полимерная цепь в переносе электрических зарядов не участвует, однако её химическое строение, а также надмолекулярная структура полимерного материала косвенно влияют на подвижность ионов.

Электроемкостной метод измерения влажности текстильного сырья основан на зависимости диэлектрической проницаемости материала от содержания в нем воды. Если между обкладками электрического конденсатора, обладающего емкостью , поместить вместо воздуха образец диэлектрика, емкость конденсатора возрастет и станет равной :

где - диэлектрическая проницаемость или диэлектрическая постоянная диэлектрика.

Увеличение емкости конденсатора при внесении в него диэлектрика объясняется тем, что под действием внешнего электрического поля происходит поляризация диэлектрика, смещение электронного облака атомов и молекул в направлении электрического поля, т. е. в сторону положительно заряженной обкладки конденсатора. При этом центры распределения положительных и отрицательных зарядов каждого атома и молекулы смещаются и таким образом в них индуцируется дипольный момент Р, равный произведению величины смещенного заряда е на величину смещения S:

Р=еS.

При поляризации в электрическом поле конденсатора на поверхности диэлектрика, обращенной к положительно заряженной пластине (обкладке) конденсатора, возникают некомпенсированные заряды, а на поверхности, обращенной к отрицательно заряженной пластине конденсатора, - некомпенсированные положительные заряды. Таким образом, в диэлектрике создаётся дополнительное электрическое поле, направленное в сторону, противоположную направлению поля, образованного зарядами обкладок конденсатора.

Результативная напряженность поля равна геометрической сумме напряженностей. Следовательно, поляризация диэлектрика в поле будет уменьшать напряженность поля конденсатора и увеличивать его емкость. Между напряженностью поля конденсатора без прокладки и с прокладкой из диэлектрика существует простая связь

Сопоставляя формулы определения ε получаем

Различные вещества в зависимости от строения их молекул имеют различную диэлектрическую проницаемость. Полимерные материалы в абсолютно сухом состоянии имеют диэлектрическую проницаемость . Максимальную диэлектрическую проницаемость имеет вода ( ).

Поглощение воды полимерными материалами увеличивает их поляризуемость в электрическом поле вследствие высокой поляризуемости воды, масса которой в материале растет с увеличением влажности. Таким образом, измерение влажности материала может быть сведено к измерению диэлектрической постоянной материала.