Zasady dwóch różnych technik pomiarowych do oznaczania wilgoci
Przed opisaniem różnych pomiarów wilgotności ważne jest zdefiniowanie zawartości wilgoci. Zawartość wilgoci jest zwykle wyrażana jako procent masy całego produktu (w stanie mokrym) lub suchego produktu (w stanie suchym).
Wilgotność w stanie mokrym: M=100 x (masa mokrej masy - sucha masa) / masa mokra
Zawartość wilgoci w suchej masie: M=100 x (mokra masa - sucha masa) / sucha masa
Według powyższego wzoru wilgotność mokrego podłoża nie może przekraczać 100%. Wilgotność suchej masy może przekraczać 100 procent i jest funkcją nieliniową. Zawartość wilgoci można określić wieloma technikami. Można je podzielić na dwie główne kategorie, metryki pierwotne i wtórne.
I. Techniki dielektryczne o częstotliwości radiowej
Metoda ta opiera się na wysokiej stałej dielektrycznej wody w stosunku do większości ciał stałych.
Opracowano szereg technik określania dielektryka, w tym RF, mikrofalową i reflektometrię w dziedzinie czasu. Aby zmierzyć względną stałą dielektryczną materiału, materiał musi być elektrycznie połączony z obwodem czujnikowym. Można to zrobić umieszczając materiał pomiędzy dwiema równoległymi elektrodami, ale nie ułatwia to aplikacji on-line. Jeśli obwód czujnikowy działa w trybie RF, łatwo jest rozprzestrzenić energię RF przez materiał i w ten sposób połączyć się z produktem bez kontaktu fizycznego. Płaskie elektrody polowe z prążkami zapewniają jednostronną strukturę pomiarową z mniejszym wpływem na proces.
Elektrycznym analogiem produktu stałego jest kondensator połączony równolegle z przewodnością upływu. Na te elementy ma wpływ wilgoć, ale stała dielektryczna jest bardzo przewidywalna, podczas gdy współczynnik strat nie jest. Połączone elementy stanowią złożoną impedancję, którą można łatwo zmierzyć, ale mogą na nią wpływać zmienne inne niż wilgoć.
Prawdziwe wilgotnościomierze dielektryczne są rzadkie, ponieważ większość tanich przyrządów nie podejmuje próby oddzielenia składników dielektrycznych i strat. Najtańsze instrumenty podejmują niewielkie lub żadne próby pomiaru łącznej impedancji przy jakiejkolwiek długoterminowej stabilności i powtarzalności.
Jest to pomiar penetrujący, umożliwiający pomiar produktów niejednorodnych.
Ma duży obszar pomiarowy, który zapewnia bardziej reprezentatywną ogólną średnią wilgotność produktu.
Jest stosunkowo tania w porównaniu do innych technologii in-line.
Jest bardzo niezawodny i wytrzymały, nie zawiera żadnych ruchomych części, które mogłyby się zużywać lub pękać.
Różnorodne czujniki mechaniczne zaprojektowano tak, aby pasowały do szerokiego zakresu warunków procesowych i mogą być stosowane w środowiskach o wysokiej temperaturze.
II. Technologia podczerwieni
Technologia odbicia bliskiej podczerwieni (NIR lub IR) jest szeroko stosowaną technologią do badania wilgotności on-line. W dużej mierze jego popularność wynika z łatwości użycia.
Źródło światła (zwykle kwarcowa żarówka halogenowa) jest kolimowane i filtrowane do określonej długości fali. Filtr zamontowany na obracającym się kole dzieli światło na serię impulsów o określonej długości fali. Przefiltrowana wiązka światła kierowana jest na powierzchnię mierzonego produktu. Część światła odbija się z powrotem do detektora (zwykle jest to siarczek ołowiu). Woda pochłania określoną długość fali światła. Jeśli filtr zostanie wybrany w taki sposób, że jedna długość fali będzie pochłaniana przez wodę (wiązka próbki), a woda nie będzie miała wpływu na jedną długość fali (wiązka odniesienia), stosunek amplitud dwóch odbitych długości fal będzie proporcjonalny do ilości woda w wodzie.
Łatwy w aplikacji. Zwykle montowany od 6 do 10 cali nad produktem. Umiarkowane różnice w wysokości produktu mają niewielki lub żaden wpływ na pomiar.
Mały obszar pomiaru punktowego w połączeniu z ramką skanującą zapewnia profil produktu.
Można wybrać określone długości fal do pomiaru zmiennych innych niż wilgotność.
