Для вимірювання вологості газових середовищ найбільше використовуються методи: сорбційний, точки роси та психрометричний.
Суть сорбційного методу полягає у використовування властивості деяких речовин, із пористою структурою, поглинати вологу на поверхню цих пор із навколишнього газового середовища. І ця поглинута волога знаходиться у стані рівноваги з вологістю контрольованого за вологістю середовища. Кількість води, що адсорбується на поверхні такого ПВП, збільшується із збільшенням вологості газового середовища. Одночасно з цим, змінюються механічні (довжина ПВП, що виготовлений, наприклад, із капронової нитки чи целофану), електричні (електричний опір чи ємність ПВП, який виготовлений, наприклад, із мікропористого ебоніту) , масові, кольорові та інші властивості матеріалу (сорбенту), з якого виготовлений ПВП вологості.
В якості сорбентів використовують також пористе скло, кварц, оксидні алюмінієві плівки, плівки із йодистого срібла , кадмію чи свинцю, або спеціальні ПВП, що заповнені насиченим розчином хлористого літію. На рис.8.5 наведена схема чутливого елемента сорбційно-електролітичного вологоміра,насиченого розчином хлористого літію.
Рис.8.5. Схема літієвого чутливого елемента
Принцип дії перетворювача ґрунтується на зміні його електричного опору залежно від вологості повітря і електропровідності шару, насиченого розчином хлористого літію. Чутливий елемент вологоміра являє собою корозійне стійку, покриту шаром скловати 2 сталеву трубку 1, насичену розчином хлористого літію. У складову вмонтовані два спіральнонамотані електроди 3, до яких підведено електроживлення від понижувального трансформатора Тр1. Розчин хлористого літію є провідником, тому по поверхні чутливого елемента проходить струм і відбувається його нагрівання. Вода з розчину випаровується, опір зростає, струм зменшується, нагрівання і температура перетворювача зменшуються. Хлористий літій знову поглинає вологу із навколишнього простору, і електропровідність перетворювача зростає, а температура збільшується. Після декількох таких коливань система перетворювача приходить у зрівноважений стан, що відповідає певній температурі. Ця температура, що пропорційна вологості навколишнього середовища, вимірюється малоінерцішшм термометром 4, розміщеним у середині трубки і ввімкненим у вимірювальний прилад 5.
Промисловістю випускаються сорбційно-електролітичні вологоміри типу БВ-4 з уніфікованим сигналом 0 — 5 мА.
Суть методу точки роси полягає у визначенні температури, за якої водяна пара, що є в контрольованому газі, за її охолодження досягає стану насичення, тобто починає конденсуватися. Точка роси — температура та тиск, за яких газ набуває стану насичення і випадає роса. Початок конденсації фіксується візуально (в лабораторних приладах) або за допомогою фотоелементів (в автоматичних вологомірах). Такі прилади ще називаються гігрометрами. Промисловість випускає гігрометри типів ГП-215 та ГП-225 для контролю і сигналізації відносної вологості. Діапазон 10 — 100 %, клас точності — 4,0.
Особливістю автоматичних гігрометрів є наявність нагрівально-охолоджувального пристрою та фотооптичної системи для стеження за зміною точки роси.
Для вимірювання відносної вологості газових середовищ найбільше розповсюдження дістав психрометричний метод (від грецьких слів: «psychros» - холодний та метр), який ґрунтується на використанні психрометричного ефекту, відкритого німецьким фізиком Ернстом Августом (звідси - психрометр Августа). Суть ефекту у тому, що випаровування з поверхні зволоженого тіла і, як наслідок, ступінь його охолодження, тим інтенсивніші, чим менша відносна вологість газового середовища, де знаходиться тіло. При реалізації психрометричного методу вимірювання відносної вологості - порівнюються температури двох тіл – сухого та зволоженого. Різниця температур сухого t 
та зволоженого («мокрого» t 
тіла, яка називається психрометричною різницею, є, таким чином, функцією від відносної вологості газового середовища: 
=f(t - t ) та визначається за виведеною напівемпіричною формулою:
= 
, (8.8)
де Р та Р - тиск пари, яка насичує контрольоване за вологістю газове середовище при температурах відповідно сухого t та вологого t тіла ( так званий - парціальний тиск); А – стала психрометра; Р – атмосферний (барометричний тиск в середовищі. Парціальний тиск (від латинського «partials» - частинний) - це тиск компоненту (пари) ідеальної газової суміші, яке компонент здійснював би, якщо він займав би весь об’єм суміші.
При реалізації методу в психрометричному перетворювачі, в якості сухого та вологого тіл, використовують термометри опору, один із яких («вологий») зволожують за допомогою спеціальної гігроскопічної бавовняної тканини, кінець якої занурюють у посудину з дистильованою водою. Для створення стабільних умов випаровування, зволожене тіло (вологий термометр) має обдуватись, контрольованим за вологістю газовим середовищем (наприклад, оточуючим повітрям), з певною постійною швидкістю, яка повинна дорівнювати, як правило, 
4 м/с.
Стала психрометра А залежить від конструкції конструкції психрометра, швидкості обдування зволоженого тіла (термометра) газовим середовищем та тиску в ньому.Значення психрометричної різниці залежить від температури газу в контрольованому середовищі, значення якої отримують за допомогою сухого термометра, а також від швидкості обтікання зволоженого тіла середовищем, вологість якого вимірюється.
Найбільший вплив па величину К створює швидкість обдування, але якщо вона перевищує 2,5 м/с, то значення К надалі залишається постійним. Тому автоматичні психрометри мають газові насоси, які забезпечують швидкість обдування 3 — 4 м/с.
Вимірювальна схема приладу (рис. 8.6) складається з двох мостів / і //, для яких плечі R 
й R2 загальні.
У плече одного моста включається "сухий" термометр R 
с, а в плече другого - "вологий" R 
. Живляться мости від загального джерела живлення Uж. У вимірювальній діагоналі аЬ мосту / виникає різниця потенціалів, пропорційна температурі "сухого" термометра R 
, а в діагоналі ас мосту // - температурі "вологого" R . Через те, що температура "сухого" термометра завжди більша за температуру "вологого", то й сигнал UаЬ>Uас. Їх різниця 
и=UаЬ-Uас подається на вхід електронного підсилювача ЕП , підсилюється та управляє рухом реверсивного двигуна РД. РД переміщує повзун реохорда Rр до тих пір, доки не настане рівновага системи. Шкала вимірювального приладу градуюються у відсотках відносної вологості.
Рис. 8.6. Схема автоматичного психрометра
Промисловість випускає датчики автоматичних психрометрів типу ДВП-03 на діапазон відносної вологості 20 — 100 % і температуру навколишнього середовища 15 – 40 °С. Як вторинний прилад використовується зрівноважений міст. Клас точності комплекту — 2,5.
До сучасних вторинних мікропроцесорних приладів, що використовуються для обробки сигналів сухого та зволоженого термоперетворювачів опору, з метою розрахунку вологості, відноситься, наприклад, прилад МПР51 Щ4 фірми «Овен». Прилад виконує наступні функції: - вимірює температуру в камері по трьом каналам (каналу сухого термометра, вологого та температуру продукту; - вираховує два параметри (психрометричну різницю та вологість в камері; - виконує ПІД-регулювання по двом каналам, для підтримування двох із перерахованих п’яти параметрів в заданих межах; - має в своєму складі 4 реле для 2-х та 3-х позиційного регулювання системами охолодження та нагрівання; - виконує регулювання по заданій користувачем програмі; - забезпечує режими сигналізації про аварію або закінчення виконання програми.
Додатково прилад виконує функції регуляторів температури та вологості, які програмуються за часом виконання програми.
Вміст вологи в твердих та сипких матеріалах характеризується вологовмістомU та вологістюW.
ВологовмістU - відношення маси вологи Мв матеріалі до маси абсолютно сухого матеріалу Мо: U = М / M 
.
ВологістьW- відношення маси вологи Мв матеріалі до маси вологого матеріалу Мв: W = М / Мв = М / (Мо + М).
Методи вимірювання вологи твердих та сипких середовищ можна розділити на дві групи: прямі, які дозволяють визначити масу вологи або сухої речовини у пробі; та непрямі, за яких використовується функціональна залежність між вологістю та якимось фізико-хімічним параметром.
Для вимірювання вологості за прямим методом найчастіше застосовують ваговий метод, заснований на зважуванні проби до (Мв) та після (Мо) її висушування в спеціальних шафах до настання зрівноваженого стану з навколишнім середовищем, тобто, коли подальше висушування не приводить до зменшення маси проби. Метод дуже простий і точний але потребує багато часу (5 — 40хв.) і застосовюється в лабораторних дослідженнях.
Із непрямих методів найчастіше застосовуються: кондуктометричні, ємнісні, механічні, теплові, радіоізотопні, високочастотні, тощо.
В системах автоматичного контролю та управління технологічними процесами, де необхідно постійно контролювати вологість сипких та твердих матеріалів, найбільш поширені кондуктометричні та ємнісні вологоміри.
Первинним вимірювальним перетворювачем (ПВП) таких вологомірів є два електроди. Вони конструктивно виконуються у вигляді або двох пластин, або циліндричної трубки, що є зовнішнім електродом, з загостреним у вигляді голки внутрішнім електродом та ін.. Простір між електродами, які ізольовані один від одного, утворює вимірювальну комірку, де знаходиться контрольований за вологістю матеріал, який подається у комірку або порціями (дискретно), або безперервно.
У основу принципу дії кондуктометричних вологомірів покладена залежність електричного опору між двома електродами (опору вимірювальної комірки) від вмісту вологи. Ця залежність в загальному вигляді має вигляд:
= 
, (8.9)
де – опір матеріалу, Ом;
«А» та «к» - додатні постійні величини, що залежать від природи матеріалу та умов вимірювання.
Характеристика перетворення ПВП нелінійна і використовується її відносно лінійний відрізок з низькою та середньою вологістю від 15 до 30%. В якості вторинних приладів таких ПВП використовуються електронні та магнітоелектричні Омметри та автоматичні мости постійного струму.
Приладобудівний завод м. Архангельськ (Російська Федерація), випускає вимірник вологи деревини типу ВПК-12. Він має голчастий щуп, який вводиться в деревину, і кабельну систему, яка зводить до нуля паразитну провідність.
У харчовій промисловості кондуктометричним методом визначається вологість шквари, макаронів, борошна, зерна тощо. Первинний перетворювач являє собою циліндр, куди засипається і де стискається поршнем подрібнена проба. За електропровідністю між електродами визначається вологість.
На відміну від кондуктометричних ПВП, принцип дії ємнісних ПВП грунтується на тому, що відносна діелектрична проникність речовини є функцією вологості. Принципово будь-який ємнісний вологомір складається із трьох основних частин: датчика (конденсатора), високочастотного генератора і вимірювального приладу (найчастіше — автоматичний потенціометр). Конструктивно датчик являє собою плоский або циліндричний конденсатор, між обкладинками якого міститься контрольована проба. Залежність ємності С між електродами конденсатора від діелектричної проникності матеріалу, що в свою чергу залежить від його вологості, дорівнює:
С = 
(S/d) , (8.10)
де - абсолютна діелектрична проникність між електродного простору, Ф/м; S – площина електродів, м 
; d – відстань між електродами, м.
Із формули видно, що при постійних розмірах конденсатора (вимірювальної комірки), отримуємо функціональну залежність: С = f( ).
Відносна діелектрична проникність води є величиною постійною і 
81, а для більшості сухих речовин вона знаходиться в межах від 2 до 10. Таким чином, незначна зміна вологості речовини визиває зміну її діелектричної проникності.
В цих ПВП електроди ізолюють від контрольованої за вологістю речовини за допомогою матеріалів з високими ізоляційними властивостями.
В якості вимірювальних приладів в комплекті із ємнісними ПВП використовують автоматичні мости змінного струму, або прилади, що побудовані на спеціальних резонансних схемах.
Цим методом визначається вологовміст тваринних жирів (0,2%), клею, кормового борошна (4 — 7 % ). Клас точності — 1,0.
Шведська фірма «Sinar АР» випускає вологомір, що визначає одночасно електроємність, вагу і температуру контрольованого зразка з подальшою мікропроцесорною обробкою. Точне значення вологості видається через декілька секунд. Зразок не потребує подрібнення. Це — лабораторний переносний прилад.
Вологоміри фірми Bradenber (Німеччина) для безперервного Ішзначешш вологи у вершковому маслі, а також типу ВСМП-1 (м. Санкт-Петербург, Російська Федерація) для сухого молока дозволяють створити автоматичні системи контролю і регулювання.
В основу роботи механічних вологомірів покладені певні механічні властивості твердих матеріалів (коефіцієнт тертя, опір різанню, стисненню, вдавлюванню тощо), що пов'язані з вологістю. Проте всі вони використовуються тільки для наближених оцінок вологості.
Наприклад, німецька фірма Brabender випускає вологомір сиру. Датчик являє собою крильчатку, що обертається в сирі. Різному вологовмісту відповідає, конкретний момент обертання, який вимірюють за величиною електричного струму, що споживаються. Датчик знаходиться в сталевому корпусі, монтованому на виході з насоса перед охолоджувачем. Прилад мас пристрій для тсрмокомпенсації. Діапазон вимірювань: 77 — 85 % .
[ 3, с.: 256…268; 4, с.: 117…120 ; 7, с.: 61…64]
Контрольні запитання до розділу 8
1. Привести визначення динамічної та кінематичної в’язкості
2. Схема та принцип дії капілярного віскозиметра.
3. Будова та принцип дії ротаційного віскозиметра.
4. Принцип дії поплавкових густиномірів.
5. Психрометричний метод вимірювання вологості.
Дата добавления: 2016-01-18; просмотров: 2857;