Методы и средства измерения влажности

На величину ε влажных, рыхлых материалов влияют их структура, степень уплотнения и количество воздуха в них. Однако эти факторы влияют на ε меньше, чем на электропроводность. Для снижения влияния степени уплотнения материала на результат измерения принимаются меры, обеспечивающие неизменность его плотности. Выбор рабочей частоты емкостных  влагомеров определяется свойствами контролируемого материала и зависит от величины потери энергии в материале и требуемой степени снижения влияния электропроводности на результат измерения. Обычно применяется частота от 500 кГц и ниже до 20 МГц. Более низкие частоты выбирают в тех случаях, когда электропроводность материала мала (например, для кварцевого песка) или имеется четкая зависимость ее от влажности (например, для зерна). Измерение влажности этим методом сводится к измерению емкости одним из общепринятых способов. При изменениях емкости в пределах от 10 до 100 pF пользуются измерительными схемами, основанными на явлении резонанса, сравнении частот двух генераторов (метод биений и деления сигналов), измерении емкостного (полного) сопротивления переменному току, и мостовыми схемами. Для повышения точности определения влажности целесообразно пользоваться методами измерения емкости, не чувствительными к изменению величины активного сопротивления, например, измерением комплексного сопротивления с помощью моста на двух различных частотах с последующим вычислением величины C; измерением емкости с помощью мостов с уравновешиванием двумя параметрами.

К электрическим методам  измерения влажности может быть также отнесен метод, основанный на резонансном поглощении радиоволн  ядрами водорода (протонами), входящими  в состав воды (явление ядерного магнитного резонанса). Для этого  контролируемый материал, находящийся  в катушке колебательного контура  радиочастотного генератор, помещают в магнитное поле H, направленное перпендикулярно оси катушки. Поле Hсоздается электромагнитом или постоянным магнитом и модуляционной катушкой, помещаемой на одном из его полюсов. Когда частота прецессии магнитного момента протонов вокруг направления поля H совпадет с частотой радиочастотного генератора, наступает ядерный магнитный резонанс, сопровождаемый резким поглощением энергии поля колебательного контура. Влажность материала определяется по снижению уровня генерации в контуре. Влагомеры, основанные на этом явлении, позволяют определять влажность материалов, содержащих кристаллизационную воду, используя значительную разницу в ширине резонансных линий свободной и кристаллизационной воды.

Радио изотропные методы измерения  влажности основаны на различии количественных характеристик процессов взаимодействия ядерных излучений с атомами  водорода, входящего в состав воды, и атомами других элементов. Измеряя  интенсивность ядерного излучения, прошедшего через контролируемый материал или рассеянного им, определяют его  влажность. В основном используют явления  поглощения γ-лучей и замедления нейтронов. Методы, основанные на поглощении γ-лучей, применяются в тех случаях, когда не требуется высокая точность измерения влажности и когда плотность и химический состав контролируемого материала меняются незначительно (например, влажность почвы в стационарных полевых условиях). Ослабление потока γ-лучей при просвечивании контролируемого материала зависят от содержания в нем воды, поскольку массовый коэффициент ослабления для водорода значительно больше массового коэффициента для других атомов (в единице массы водорода содержится приметно в два раза больше электронов, чем в единице массы любого другого элемента). При использовании нейтронов измерение основано на том, что водород во много раз эффективнее замедляет быстрые нейтроны, чем любой другой элемент. Число выходящих из контролируемого материала медленных, тепловых нейтронов или уменьшение числа быстрых нейтронов после прохождения ими контролируемого материала является функцией его влажности. Высокая чувствительность нейтронного метода и слабая зависимость результатов измерения от физико-химических свойств контролируемой среды позволяют применять его для широкого класса материалов и особенно для контроля влажности непосредственно в технологическом потоке. Этот метод дает наилучшие результаты при контроле влажности металлургических шихт и кеков, рудных концентратов и др. Методы с регистрацией медленных нейтронов пригодны в тех случаях, когда контролируемый материал не содержит или содержит неизменное количество элементов с аномально большим сечением захвата (поглощения) тепловых нейтронов (кадмий, бор, индий, самарий и др.). Методы с регистрацией быстрых нейтронов позволяют измерять влажность материалов при наличии указанных элементов. Нейтронные влагомеры применяются главным образом для контроля влажности неорганических веществ и сред, не содержащих кристаллизационную воду, поскольку замедление нейтронов селективно по отношению к водороду независимо от того, в какое химическое соединение он входит.