8.14 Методи та прилади для вимірювання вологості

Методи вимірювання вологості твердих, сипких речовин, повітря та газів поділяються на прямі та непрямі методи.

Прямі методи вимірювання вологості – це безпосереднє розподілення матеріалу на суху речовину та на вологу, а потім їх висушування та підрахунок вологості.

Непрямі методи вимірювання вологості – визначення вологості за допоміжними фізичними величинами, які мають тісний кількісний взаємозв’язок з вологістю.

Розглянемо методи вимірювання вологості повітря та газів більш детально: див. таблицю 1).

Таблиця 1 – Методи та прилади для вимірювання вологості

Найменування об’єкту	Найменування методу	Найменування гігрометра
Повітря, газ	Прямий: гігроскопічний	1.плівковий електричний кондуктометричний; 2. волосяний деформаційного типу; 3. біморфний
Повітря, газ	Непрямий: 1.насичення; 2. випаровування; 3. абсорбції	1. метод крапки роси; 2. електролітичний
		електричний психрометр
		електролізний
Тверді, рідкі речовини	Прямий: сушіння та зважування
	Непрямий електричний 1.кондуктометричний; 2. діелектричний; 3. метод НВЧчастот	кондуктометричний
		діелектричний
		СВЧ - влагомер

Продовження таблиці 1

Найменування об’єкту	Найменування методу	Найменування гігрометра
	Непрямий спектрометричний: ядерного магнітного резонансу (ЯРМ)	ЯРМ - влагомер
	Непрямий ізотопний: радіо ізотопний	радиоизотопный влагомер

Розглянемо особливості кожного приладу для вимірювання вологості: (див. таблицю 2)

Таблиця 2 – Прилади для вимірювання вологості

Найменування приладу	Характеристика приладу
Волосяний гігрометр деформаційного типу	Чутливий елемент: людське знежирене волосся; Фізичні явища, що покладені в основу принципу дії: зміна лінійного розміру ЧЕ при зміні вологості повітря; Діапазон вимірювання: 40…90% при точності вимірювання 1…5% (температура повітря: від мінус 10 до плюс 50ºС)
Плівковий електричний кондуктометричний	Чутливий елемент: плівка, що проводить вологу, нанесена на ізоляційну пластинку, яка з’єднана з електродами типу «гребенка» Фізичні явища, що покладені в основу принципу дії: зміна вологості газу призводить до зміни електричного опору плівки, а саме, при збільшенні вологості електричний опір зменшується за експоненціальний законом
Гігрометр з біморфним елементом	Чутливий елемент: спіральна пружина, на одну сторону якої нанесений шар гігроскопічного матеріалу, який змінює свої розміри.

Продовження таблиці 2

Найменування приладу	Характеристика приладу
	Фізичні явища, що покладені в основу принципу дії: зміна вологості повітря призводить до зміни лінійних розмірів спіральної пружини Діапазон вимірювання: від 0 до 100 % при точності 1…3%
Електролітичний	Чутливий елемент: пластмасова пластинка з провідниками, на поверхню якої нанесений шар хлористого літію Фізичні явища, що покладені в основу принципу дії: зміна вологості призводить до зміни електропровідності солі, а саме, при сухому повітрі провідність солі мінімальна (активний опір максимальний), при збільшенні вологості збільшується провідність солі, а активний опір зменшується, та як слідство зростає струм; Точність вимірювання: 0,5…1% за вологістю при температурі від мінус 10 до плюс 50 ºС
Метод крапки роси	Принцип дії приладу: метод оснований на визначенні температури, до якої необхідно охолодити ненасичений газ для того, щоб його довести в подальшому до стану насичення. Температура охолодження визначається в момент виникнення крапки роси (крапельки води) на поверхні охолодженого твердого тіла (металевого дзеркальця). Для реалізації методу необхідного виконати такі операції: - знизити температуру поверхні дзеркальця; - зафіксувати момент виникнення крапки роси на поверхні дзеркальця;

Продовження таблиці 2

Найменування приладу	Характеристика приладу
	- виміряти температуру цієї поверхні та визначити за цим значенням вологість газу.
Електричний психрометр	Чутливий елемент: «мокрий» та «сухий» терморезистори. «Мокрий» загорнутий батистовою тканиною, частина якої розташована в резервуарі з водою. Фізичні явища, що покладені в основу принципу дії: В основу покладений психрометричний ефект: охолодження зволоженої поверхні тіла внаслідок випаровування з поверхні води. Вимірювання вологості здійснюється за значенням різниці температур двох терморезисторів, яка функціонально залежить від вологості. Чим менше вологості, тим більше випаровування вологи з поверхні «мокрого» терморезистора, тим нижче його температура, так як наслідок, опір RМ. Різниця має назву психрометрична різниця, збільшується при зменшенні величини опоруRМ. Точність вимірювання: 2% вологості при температурі повітря від мінус 10 до плюс 60 ºС
Електролізний гігрометр	Принцип дії приладу: Газовий потік, вологість якого вимірюється, проходить над платиновими (родієвими) електродами, які вкриті п’яти оксидом фосфору. Оксид фосфору має велику гігроскопічність та поглинає усю вологу з газового потоку. На електродах після подавання постійної напруги виникає розкладання молекул води та кисень та водовод. Згідно закону Фарадея, струм електролізу - це міра кількості води, що була поглинена, що й
Найменування приладу	Характеристика приладу
	характеризує вологість газу.
Діелектричний гігрометр	Чутливий елемент: конденсатор, між обкладинками якого знаходиться об’єкт, вологість якого необхідно виміряти; Фізичні явища, що покладені в основу принципу дії: Фізика процесу заснована на тім, що діелекрична проникність речовини лінійно залежить від вмісту вологи. Так як діелектрична проникність сухої речовини складає 2…5, а води 81, тому то невелика кількість води в речовині призводить до суттєвої зміни її діелектричної проникності. Ця зміна проникності функціонально залежить від ємності конденсатора, а саме, прямо пропорційно
Метод НВЧ - частот	Структурна схема такого приладу має вигляд: Коливання НВЧ, які генеруються в генераторі Г, надходять на антену 1 та через речовину, вологість якої слід виміряти, та далі – на приймач 2. Антена з’єднана послідовно з підсилювачем П та детектором Д. Сигнал вимірювальної інформації щодо вологості речовини надходить до вимірювального приладу. При відсутності речовини, що досліджується, між антенами сигнал НВЧ сприймається як початковий стан схеми (фазовий зсув відсутній). Наявність речовини між антенами викликає зсув фази НВЧ – коливань. Це призводить до зміни сигналу на виході приладу. Недолік - залежність від маси та геометричних розмірів речовини. Перевага – можливість вимірювання вологості в потоці продукту.