Zasady pomiaru wilgotności

Przed przedstawieniem różnych pomiarów wilgotności ważne jest określenie zawartości wilgoci. Zawartość wilgoci jest zwykle wyrażana jako procent wagowy produktu całkowitego (na bazie mokrej) lub produktu suchego (na bazie suchej).

Zawartość wilgoci na mokrej bazie:
M = 100 x (waga mokra - waga sucha) /waga mokra

Zawartość wilgoci na suchej bazie:
M = 100 x (waga mokra - waga sucha) /waga sucha

Z powyższych równań zawartość wilgotności na mokrej bazie nie może przekraczać 100%. Wilgotność suchej podstawy może przekraczać 100% i jest funkcją nieliniową.

Zawartość wilgoci może być określona wieloma technikami. Można je podzielić na dwie główne kategorie: pomiary pierwotne i wtórne.

Wilgotność pierwotna Techniki obejmują bezpośrednie chemiczne oznaczanie zawartości wody, zwykle poprzez ekstrakcję wilgoci z produktu.

Wszystkie podstawowe metody są destrukcyjne i czasochłonne. Metody podstawowe są wykonywane off-line, ale zwykle są bardzo dokładne. Mała wielkość próbki może nie reprezentować odpowiednio produktu masowego.

Najczęstszą metodą podstawową jest utrata masy ciała, w której próbka jest ważona, suszona aż do dalszej utraty wagi, a następnie ponownie ważona.

Inne metody obejmują miareczkowanie Karla-Fischera. Dokładność wszystkich podstawowych metod off-line zależy od dokładności przyrządu laboratoryjnego i umiejętności personelu laboratorium.

Ponieważ metody off-line wymagają pobrania próbki produktu z procesu, metoda pobierania próbek musi zapewniać spójne próbki produktu do badania.

Wilgotność wtórna techniki mierzą właściwość zmiennej (wilgotność), a nie zmiennej bezpośrednio. Wszystkie ciągłe wagosuszarki wykorzystują wtórne zasady pomiaru i muszą być skalibrowane zgodnie z podstawową techniką odniesienia. Mają zaletę ciągłego lub szybkiego pomiaru pobierania próbek i mogą być wykorzystywane do monitorowania i kontroli procesów w czasie rzeczywistym.

Bez możliwości ciągłego pomiaru typowy proces byłby kontrolowany poprzez pobieranie próbek produktu i przeprowadzanie analiz laboratoryjnych. Metody te są czasochłonne. Do czasu uzyskania wyniku proces mógł się znacząco zmienić.

W najprostszej formie ciągły analizator wilgoci dostarczy informacji o trendach między próbkami laboratoryjnymi, nawet jeśli pozostanie nieskalibrowany. W tej formie przyrząd jest użytecznym kontrolerem punktu zadanego, w którym punkt zadany procesu można dostosować po każdej próbce laboratoryjnej.

Istnieje wiele technik pomiaru wilgoci online. Pomiar dielektryczny i odbicie bliskiej podczerwieni to dwa, które okazały się dokładne i niezawodne w wielu branżach.

Technika dielektryczna RF

Metoda ta opiera się na stosunkowo wysokim dielektryku wody w stosunku do większości ciał stałych.

Opracowano wiele technik określania dielektryka, w tym reflektometria częstotliwości radiowej, mikrofalowej i domeny czasowej. Aby zmierzyć względny dielektryk materiału, konieczne jest elektryczne połączenie materiału z obwodem czujnika. Można to zrobić, umieszczając materiał między dwiema równoległymi elektrodami, ale nie nadaje się to łatwo do aplikacji online. Jeśli obwód czujnikowy działa z częstotliwością radiową, dość łatwo jest propagować energię RF przez materiał, a tym samym łączyć z produktem bez fizycznego kontaktu. Płaskie elektrody pola grzywkowego zapewniają jednostronną strukturę pomiarową mniej utrudniającą proces.

Analogią elektryczną produktu stałego jest kondensator równoległy z przewodnością upływu. Oba te składniki są pod wpływem wilgoci, ale podczas gdy dielektryk jest powiązany w bardzo przewidywalny sposób, współczynnik straty nie jest. Połączone składniki reprezentują złożoną impedancję, którą można łatwo zmierzyć, ale na którą mogą wpływać zmienne inne niż tylko wilgoć.

Prawdziwe instrumenty do nawilżania dielektrycznego są rzadkie, ponieważ większość tanich instrumentów nie próbuje oddzielić elementów dielektrycznych i stratnych. Najtańsze instrumenty podejmują niewielkie lub żadne próby pomiaru połączonej impedancji z jakąkolwiek długoterminową stabilnością i powtarzalnością. Technika pomiaru dielektrycznego Sensortech Systems została udoskonalona do tego stopnia, że oba elementy są całkowicie izolowane i mogą być mierzone niezależnie. Opatentowana zasada częstotliwości rezonansowej poprawia dokładność i powtarzalność.

• Jest to pomiar penetrujący i może mierzyć produkty niejednorodne.
• Ma duży obszar pomiarowy, który zapewnia bardziej reprezentatywną, masową średnią wilgotność produktu.
• Jest stosunkowo niedrogi w porównaniu z innymi technikami online.
• Jest bardzo niezawodny i wytrzymały, bez ruchomych części do zużycia lub uszkodzenia.
• Różne konstrukcje czujników mechanicznych pasują do szerokiego zakresu warunków procesowych i mogą być stosowane w środowiskach o wysokiej temperaturze.

Technika podczerwieni

Technika odbicia w bliskiej podczerwieni, NIR lub IR, jest szeroko stosowaną technologią do testowania wilgoci online. Jego popularność wynika w dużej mierze z łatwością, z jaką można go zastosować.

Źródło światła (zazwyczaj kwarcowa żarówka halogenowa) jest kolimowane i filtrowane na określone długości fal. Filtry, zamontowane w obracającym się kole, siekają światło na serię impulsów o określonej długości fali. Przefiltrowana wiązka jest kierowana na powierzchnię mierzonego produktu. Część światła jest odbijana z powrotem do detektora (zwykle siarczku ołowiu). Określone długości fal światła są pochłaniane przez wodę. Jeśli filtry zostaną wybrane w taki sposób, że jedna długość fali zostanie pochłonięta przez wodę (wiązka próbki), a jedna długość fali nie będzie miała wpływu woda (wiązka odniesienia), wówczas stosunek amplitudy dwóch odbitych długości fal będzie proporcjonalny do ilości wody w produkcie. Technika proporcji eliminuje skutki odległości produktu i starzenia się źródła.

• Łatwość aplikacji. Zwykle montowany od 6 do 10 cali nad produktem. Umiarkowane zmiany wysokości produktu mają niewielki wpływ na pomiar.
• Mały obszar pomiaru punktowego w połączeniu z ramką skanującą zapewnia profil produktu.
• Do pomiaru zmiennych innych niż wilgotność można wybrać określone długości fal.