Principes de mesure de l'humidité

Avant de présenter les différentes mesures d'humidité, il est important de définir la teneur en humidité. La teneur en humidité est normalement exprimée en pourcentage en poids du produit total (base humide) ou du produit sec (base sèche).

Teneur en humidité sur la base humide :
M = 100 x (Poids humide — Poids sec)/Poids humide

Teneur en humidité de la base sèche :
M = 100 x (Poids humide — Poids sec)/Poids sec

D'après les équations ci-dessus, la teneur en humidité de la base humide ne peut pas dépasser 100 %. L'humidité de la base sèche peut dépasser 100 % et il s'agit d'une fonction non linéaire.

La teneur en humidité peut être déterminée par de nombreuses techniques. Ces mesures peuvent être divisées en deux grandes catégories, les mesures primaires et secondaires.

Humidité primaire les techniques impliquent la détermination chimique directe de la teneur en eau, généralement en extrayant l'humidité du produit.

Toutes les méthodes principales sont destructrices et prennent du temps. Les méthodes primaires sont exécutées hors ligne, mais sont généralement très précises. La petite taille de l'échantillon peut ne pas représenter correctement le produit en vrac.

La méthode principale la plus courante est la perte de poids, dans laquelle un échantillon est pesé, séché jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de perte de poids, puis pesé à nouveau.

D'autres méthodes incluent le titrage Karl-Fischer. La précision de toutes les méthodes primaires hors ligne dépend de la précision des instruments de laboratoire et des compétences du personnel de laboratoire.

Étant donné que les méthodes hors ligne nécessitent le prélèvement d'un échantillon de produit lors du processus, la méthode d'échantillonnage doit fournir des échantillons de produit cohérents pour les tests.

Humidité secondaire les techniques mesurent une propriété de la variable (humidité) plutôt que la variable directement. Tous les analyseurs d'humidité en continu utilisent des principes de mesure secondaires et doivent être étalonnés par rapport à une technique de référence primaire. Ils présentent l'avantage d'une mesure d'échantillonnage continue ou rapide et peuvent être utilisés pour la surveillance et le contrôle des processus en temps réel.

Sans capacité de mesure continue, un processus typique serait contrôlé en prélevant des échantillons de produits et en effectuant des analyses en laboratoire. Ces méthodes prennent du temps. Au moment où un résultat est obtenu, il se peut que le processus ait sensiblement changé.

Dans sa forme la plus simple, un analyseur d'humidité en continu fournira des informations sur les tendances entre les prélèvements en laboratoire, même s'il n'est pas étalonné. Dans cette forme, l'instrument est un contrôleur de point de consigne utile, dans lequel le point de consigne du processus peut être ajusté après chaque échantillon de laboratoire.

Il existe de nombreuses techniques de mesure de l'humidité en ligne. La mesure diélectrique et la réflectance dans le proche infrarouge se sont révélées précises et fiables dans de nombreuses industries.

Technique diélectrique RF

Cette méthode repose sur le diélectrique relativement élevé de l'eau par rapport à la plupart des solides.

De nombreuses techniques ont été développées pour déterminer le diélectrique, notamment la réflectométrie par radiofréquence, micro-ondes et dans le domaine temporel. Afin de mesurer le diélectrique relatif d'un matériau, il est nécessaire de le coupler électriquement au circuit de détection. Cela peut être fait en plaçant le matériau entre deux électrodes parallèles, mais cela ne se prête pas facilement à une application en ligne. Si le circuit de détection fonctionne en radiofréquence, il est assez simple de propager l'énergie RF à travers le matériau et de le coupler ainsi au produit sans contact physique. Les électrodes à champ frangé planaire fournissent une structure de mesure unilatérale moins obstructive au processus.

L'analogie électrique d'un produit solide est un condensateur en parallèle avec une conductance de fuite. Ces composants sont tous deux influencés par l'humidité, mais alors que le diélectrique est lié de manière très prévisible, le facteur de perte ne l'est pas. Les composants combinés représentent une impédance complexe qui peut être facilement mesurée, mais qui peut être influencée par des variables autres que la simple humidité.

Les véritables instruments d'humidité diélectrique sont rares, car la plupart des instruments à faible coût ne tentent pas de séparer les composants diélectriques des composants de perte. Les instruments les moins coûteux ne font que peu ou pas d'efforts pour mesurer l'impédance combinée avec une stabilité et une répétabilité à long terme. La technique de mesure diélectrique des systèmes Sensortech est affinée dans la mesure où les deux composants sont complètement isolés et peuvent être mesurés indépendamment. Le principe breveté de fréquence de résonance améliore la précision et la répétabilité.

• Il s'agit d'une mesure pénétrante qui permet de mesurer des produits non homogènes.
• Il possède une grande surface de mesure qui fournit une humidité moyenne globale plus représentative du produit.
• Elle est relativement peu coûteuse par rapport aux autres techniques en ligne.
• Il est très fiable et robuste, sans pièces mobiles susceptibles de s'user ou de tomber en panne.
• Les différents modèles de capteurs mécaniques conviennent à un large éventail de conditions de processus et peuvent être utilisés dans des environnements à haute température.

Technique infrarouge

La technique de réflectance dans le proche infrarouge, NIR ou IR, est une technologie largement utilisée pour les tests d'humidité en ligne. Sa popularité est due en grande partie à la facilité avec laquelle il peut être appliqué.

Une source lumineuse (généralement une ampoule halogène à quartz) est collimatée et filtrée dans des longueurs d'onde spécifiques. Les filtres, montés dans une roue rotative, découpent la lumière en une série d'impulsions d'une longueur d'onde spécifique. Le faisceau filtré est dirigé sur la surface du produit à mesurer. Une partie de la lumière est réfléchie vers un détecteur (généralement du sulfure de plomb). Des longueurs d'onde spécifiques de la lumière sont absorbées par l'eau. Si les filtres sont choisis de telle sorte qu'une longueur d'onde soit absorbée par l'eau (faisceau d'échantillonnage) et qu'une longueur d'onde ne soit pas affectée par l'eau (faisceau de référence), alors le rapport d'amplitude des deux longueurs d'onde réfléchies sera proportionnel à la quantité d'eau dans le produit. La technique du ratio élimine les effets de la distance entre le produit et du vieillissement à la source.

• Facilité d'application. Généralement monté de 6 à 10 pouces au-dessus du produit. Les variations modérées de hauteur du produit ont peu d'influence sur la mesure.
• La petite zone de mesure ponctuelle associée au cadre de numérisation fournit le profil du produit.
• Des longueurs d'onde spécifiques peuvent être choisies pour mesurer des variables autres que l'humidité.