1.2 Метрологические характеристики влажности.

Для характеристики содержания влаги в материалах применяются две величины: влагосодержание и влажность. Ранее эти величины назывались соответственно относительной и абсолютной влажностью. Под влагосодержанием u понимается отношение массы влаги М, содержащейся в теле, к массе абсолютно сухого тела М₀:

u= M/M_0.

Под влажностью W понимается отношение массы влаги М, содержащейся в теле, к массе влажного материала М₁:

W = М/М₁= М/(М₀+М).

Иногда эти величины выражают через веса и в процентах.

В некоторых случаях , например при измерении влажности почв, пользуются величинами, характеризующими содержание воды в единице объема материала. Различают:

1. объемную влажность

W_об= М/V

2. объемное влагосодержание:

u_об=М/V₀,

где V, V₀- объем влажного и абсолютного сухого вещества.

2. Емкостной метод измерения влажности

2.1.Обоснование и выбор метода измерения.

Измерение влажности будем проводить емкостным. Датчики емкостных влагомеров выполняют функции преобразования изменений измеряемой величины – влажности материала в изменение той или иной электрической величины.

В конструктивном отношении эти датчики представляют собой электродное устройство с помощью которого создается электрическое поле в исследуемом материале, и устройство для введения материала в межэлектродное пространство, уплотнения материала и т.п.

Выходная величина датчика зависит от параметров электрической измерительной цепи, в которую он входит. В данной курсовой работе электродное устройство будем рассматривать как конденсатор при измерениях переменным током. Значение емкости конденсатора существенно зависит от влажности материала находящегося между электродами. Обозначив через к постояннуюэлектродов можно записать

С=ε*ε₀/к,

где ε₀/к-электрическая постоянная, равная 8,86*10^-12ф/м.

В данной схеме будем использовать плоские электроды, прилегающие к одной поверхности материала (две параллельные пластины).

к = d/s

где d- расстояние между пластинами, м; S-площадь пластин м².

Т.к. в данной курсовой работе измеряемым веществом является сильвинит с различным содержанием влаги. Необходимо будет рассчитать его электрические параметры.

Сильвинит –сыпучий материал, поэтому необходимо было бы учитывать при измерении влажности емкостным методом степень уплотнения гранул. Чтобы избежать этого применяются емкостные датчики специальной конструкции.

Рис.1

Их можно разделить на три группы:

а) с произвольной засыпкой сыпучего материала;

б) с самоуплотнением материала;

в) с принудительным уплотнением материала в междуэлектродном простран­стве.

Основным недостатком датчиков первой группы (рис. 1,а) является различная степень уплотнения материала между электродами, сильно влияющая на элек­трические характеристики материала. Скорость и высота падения материала при его введении в датчик, случай­ные сотрясения и удары по датчику меняют уплотнение. Для получения воспроизводимых условий измерения необходимы специальные приспособления и соблюдение определенной методики введения образца, обеспечиваю­щие постоянство высоты и скорости падения материала в таких датчиках. Даже при соблюдении этих условий электрическое сопротивление материала при низкой влажности (до 12—13%) весьма велико, что несколько усложняет измерение кондуктометрическим методом. Еще важнее то обстоятельство, что при измерении со­противления зернистых и кусковых материалов резуль­тат измерения зависит от состояния поверхности отдель­ных зерен или кусков (например, от ее шероховатости, запыленности). Также сильно влияет на результаты измерения гранулометрический состав материала. В та­ких датчиках трудно получить постоянное сопротивление контакта материала с электродами.

Перечисленные факторы вызывают большие погреш­ности измерения, и датчики без уплотнения материала находят применение лишь в автоматических влагомерах, где постоянство уплотнения создастся самим потоком материала.

Датчики с самоуплотнением нашли применение в диэлькометрических влагомерах для зернистых материа­лов. В таких датчиках междуэлектродное пространство заполняется образцом материала, падающим с опреде­ленной высоты под влиянием собственного веса.

Конструкция датчика этого типа показана на рис. 2-2,6, где /—бункер прямоугольного сечения для исследуемого образца; 2—плоские прямоугольные ме­таллические пластины конденсатора, переходящие в пла­стины 3 из изоляционного материала; 4—поворотная заслонка, имеющая механизм с защелкой, который обеспечивает ее мгновенное открытие и падение образ­ца в конденсатор постоянной высоты Н. Датчик рас­считан на постоянную навеску материала, заполняю­щую его на высоту, меньшую, чем высота пластин 2, что обеспечивает постоянство краевой емкости.

Необходимость во взвешивании образца отпадает при его дозировке по объему. При этом конденсатор следует заполнять на высоту, превышающую размер h пластин. Целесообразно использовать предложенную конструкцию цилиндрического конденсатора» (рис. 2-2,в) с одинаковым кольцевым зазором по всей высоте датчика. При быстром открытии обеих половинок заслонки / с защелкой образец материала заполняет внутренную полость датчика на высоту превышающую на 25% высоту обкладок 2 и 3 (для постоянства крае­вой' емкости достаточно превышение этой высоты на 15—20%). Для опорожнения датчика в выдвижной ящик 4 выдвигают задвижку 5. В рассмотренных кон­струкциях заслонки должны открываться мгновенно, что обеспечивает некоторый автоматизм заполнения конден­сатора.

Принудительное уплотнение сыпучего материала в междуэлектродном пространстве уменьшает влияние не только размеров частиц, но и состоянии их поверх­ности, уменьшает и делает более постоянными контакт­ные сопротивления между отдельными частицами мате­риала и между электродами и материалом. Значение перечисленных факторов особенно велико при измерении влажности сыпучих материалов кондуктометрическими влагомерами.

При сжатии сыпучих материалов их проводимость увеличивается вначале достаточно резко; с повышением давления рост проводимости замедляется, и, начиная с некоторой величины давления, изменения давления почти не влияют на величину сопротивления. Для умень­шения влияния колебаний степени уплотнения на резуль­таты измерений приходится применять достаточно высо­кие давления, соответствующие области насыщения зависимости удельного сопротивления от плотности мате­риала. В этом заключается основной недостаток датчиков с уплотнением: большие усилия деформируют образец и в ряде случаев (например, при измерении влажности зерна) частично его разрушают. Вместо материала в естественном его состоянии объектом измерения ста­новится искусственно спрессованный брикет из этого материала. Электрическое сопротивление такого брикета зависит и от механических свойств материала, таких, как твердость, стекловидность зерна и т. п. При прессо­вании образцов высокой влажности возможен частичный отжим влаги с ее выделением на электродах. Кроме того, большие усилия приводят к повышенному износу дат­чика. Деформация или разрушение образца материала при измерении влажности исключают возможность по­вторного измерения, что также является эксплуатацион­ным недостатком.

Если измерения проводятся при повышенной часто­те, контактное сопротивление электрод—материал имеет меньшее значение, а значительное повышение проводи­мости материала между электродами усложняет изме­рение. Поэтому в датчиках диэлькометрических влаго­меров величины удельных нагрузок, как правило, мень­ше, чем в кондуктометрических, и материал не подвер­гается большим деформациям.