Prinzipien der Feuchtemessung

Vor der Präsentation der verschiedenen Feuchtemesswerte ist es wichtig, den Feuchtigkeitsgehalt zu definieren. Der Feuchtigkeitsgehalt wird normalerweise als Gewichtsprozent des Gesamtprodukts (nasse Basis) oder des trockenen Produkts (trockene Basis) ausgedrückt.

Feuchtigkeitsgehalt auf nasser Basis:
M = 100 x (Nassgewicht — Trockengewicht) /Nassgewicht

Feuchtigkeitsgehalt auf trockener Basis:
M = 100 x (Nassgewicht — Trockengewicht) /Trockengewicht

Aus den obigen Gleichungen geht hervor, dass der Feuchtigkeitsgehalt auf nasser Basis 100% nicht überschreiten darf. Die Feuchtigkeit auf trockener Basis kann 100% überschreiten und ist eine nichtlineare Funktion.

Der Feuchtigkeitsgehalt kann durch zahlreiche Techniken bestimmt werden. Diese können in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: Primär- und Sekundärmessung.

Primäre Feuchtigkeit Die Techniken beinhalten die direkte chemische Bestimmung des Wassergehalts, in der Regel durch Entzug der Feuchtigkeit aus dem Produkt.

Alle primären Methoden sind destruktiv und zeitaufwändig. Primäre Methoden werden offline durchgeführt, sind aber in der Regel sehr genau. Ein kleiner Stichprobenumfang entspricht möglicherweise nicht ausreichend einem Massenprodukt.

Die gängigste primäre Methode ist die Gewichtsreduktion, bei der eine Probe gewogen, getrocknet, bis kein weiterer Gewichtsverlust mehr auftritt, und dann erneut gewogen wird.

Andere Methoden umfassen die Karl-Fischer-Titration. Die Genauigkeit aller Offline-Primärmethoden hängt von der Genauigkeit der Laborinstrumente und den Fähigkeiten des Laborpersonals ab.

Da Offline-Methoden die Entnahme einer Produktprobe aus dem Prozess erfordern, muss das Probenahmeverfahren konsistente Produktproben für die Prüfung liefern.

Sekundäre Feuchtigkeit Techniken messen eine Eigenschaft der Variablen (Feuchtigkeit) und nicht die Variable direkt. Alle kontinuierlichen Feuchteanalysatoren verwenden sekundäre Messprinzipien und müssen anhand einer primären Referenzmethode kalibriert werden. Sie bieten den Vorteil einer kontinuierlichen oder schnellen Probenahmemessung und können zur Prozessüberwachung und -steuerung in Echtzeit eingesetzt werden.

Ohne kontinuierliche Messmöglichkeiten würde ein typischer Prozess durch die Entnahme von Produktproben und die Durchführung von Laboranalysen gesteuert. Diese Methoden sind zeitaufwändig. Bis ein Ergebnis vorliegt, hat sich der Prozess möglicherweise erheblich geändert.

In seiner einfachsten Form liefert ein kontinuierliches Feuchtemessgerät Trendinformationen zwischen den Laborproben, auch wenn er nicht kalibriert ist. In dieser Form ist das Gerät ein nützlicher Sollwertregler, bei dem der Prozesssollwert nach jeder Laborprobe angepasst werden kann.

Es gibt zahlreiche Online-Techniken zur Feuchtemessung. Die dielektrische Messung und die Nahinfrarot-Reflexion sind zwei, die sich in vielen Branchen als genau und zuverlässig erwiesen haben.

Dielektrische HF-Technik

Dieses Verfahren beruht auf dem relativ hohen Dielektrikum von Wasser im Vergleich zu den meisten Feststoffen.

Zur Bestimmung des Dielektrikums wurden zahlreiche Techniken entwickelt, darunter Radiofrequenz-, Mikrowellen- und Zeitbereichsreflektometrie. Um das relative Dielektrikum eines Materials zu messen, muss das Material elektrisch an den Messkreis angeschlossen werden. Dies kann geschehen, indem das Material zwischen zwei parallelen Elektroden gelegt wird, was jedoch nicht ohne Weiteres für eine Online-Anwendung geeignet ist. Wenn der Messkreis mit Hochfrequenz arbeitet, ist es relativ einfach, die HF-Energie durch das Material zu übertragen und so ohne physischen Kontakt mit dem Produkt zu verbinden. Planare Streifenfeldelektroden sorgen für eine einseitige Messstruktur, die den Prozess weniger behindert.

Die elektrische Analogie eines festen Produkts ist ein Kondensator parallel zu einer Leckleitfähigkeit. Diese Komponenten werden beide durch Feuchtigkeit beeinflusst, aber während der Dielektrizitätsgrad in einer sehr vorhersehbaren Weise zusammenhängt, ist dies beim Verlustfaktor nicht der Fall. Die kombinierten Komponenten stellen eine komplexe Impedanz dar, die leicht gemessen werden kann, die aber auch durch andere Variablen als nur Feuchtigkeit beeinflusst werden kann.

Echte dielektrische Feuchtigkeitsmessgeräte sind selten, da die meisten kostengünstigen Geräte nicht versuchen, die dielektrischen Komponenten und die Verlustkomponenten voneinander zu trennen. Bei den kostengünstigsten Geräten wird kaum oder gar nicht versucht, die kombinierte Impedanz auch nur mit einer gewissen Langzeitstabilität und Wiederholbarkeit zu messen. Die dielektrische Messtechnik von Sensortech Systems wurde dahingehend weiterentwickelt, dass die beiden Komponenten vollständig isoliert sind und unabhängig voneinander gemessen werden können. Das patentierte Resonanzfrequenzprinzip verbessert die Genauigkeit und Wiederholbarkeit.

• Es handelt sich um eine Durchdringungsmessung und kann inhomogene Produkte messen.
• Es hat einen großen Messbereich, der eine repräsentativere durchschnittliche Volumenfeuchte für das Produkt bietet.
• Im Vergleich zu anderen Online-Techniken ist es relativ preiswert.
• Es ist sehr zuverlässig und robust, ohne bewegliche Teile, die sich abnutzen oder kaputt gehen könnten.
• Die verschiedenen mechanischen Sensordesigns eignen sich für eine Vielzahl von Prozessbedingungen und können in Umgebungen mit hohen Temperaturen eingesetzt werden.

IR-Technik

Die Technik der Nahinfrarotreflexion, NIR oder IR, ist eine weit verbreitete Technologie für Online-Feuchtigkeitstests. Ihre Beliebtheit ist zu einem großen Teil auf die einfache Anwendung zurückzuführen.

Eine Lichtquelle (typischerweise eine Quarzhalogenlampe) wird kollimiert und in bestimmte Wellenlängen gefiltert. Die Filter, die in einem rotierenden Rad montiert sind, zerlegen das Licht in eine Reihe von Impulsen mit einer bestimmten Wellenlänge. Der gefilterte Strahl wird auf die Oberfläche des zu messenden Produkts gerichtet. Ein Teil des Lichts wird zurück zu einem Detektor reflektiert (normalerweise Bleisulfid). Bestimmte Wellenlängen des Lichts werden von Wasser absorbiert. Wenn die Filter so gewählt werden, dass eine Wellenlänge von Wasser absorbiert wird (Probenstrahl) und eine Wellenlänge nicht von Wasser beeinflusst wird (Referenzstrahl), dann ist das Amplitudenverhältnis der beiden reflektierten Wellenlängen proportional zur Wassermenge im Produkt. Bei der Verhältnismethode werden die Auswirkungen des Produktabstands und der Quellenalterung ausgeschlossen.

• Einfache Anwendung. Wird normalerweise 6 bis 10 Zoll über dem Produkt montiert. Moderate Schwankungen der Produkthöhe haben nur geringen Einfluss auf die Messung.
• Ein kleiner Punktmessbereich in Verbindung mit dem Scanrahmen sorgt für ein Produktprofil.
• Spezifische Wellenlängen können gewählt werden, um andere Variablen als Feuchtigkeit zu messen.