Влагометрия

Фотометрическая аппаратура

Фотометрическая аппаратура весьма разнообразна. Для спектральных измерений применяют спектрофотометры различных конструкций, монохроматоры, а также наборы стеклянных, интерференционных фильтров, выделяющих нужную область спектра.

Несмотря на разнообразие типов, и схемотехнических решений фотометров, все они содержат такие блоки, как источник и приемник излучения, оптические элементы различного назначения (линзы, призмы, зеркала, поляроиды, аттенюаторы, светодиоды, светофильтры, светоделители, дифракционные решетки и т.п.), а также электронные схемы обработки сигнала.

1.6. Определение влажности, вязкости, плотности и структуры материала

Влажность материала объектов техники и окружающей среды является одним из важных диагностических показателей. Влажность – физико-химическая количественная характеристика, содержания воды как активного структурного компонента материалов, топлив и других исследуемых объектов, которые могут находиться в различных состояниях и при различной степени диспергирования.

В технике под увлажнением (влажностью) понимают не только сочетание твердого, жидкого или газообразного вещества (материала) с водой, но и с другими жидкостями; например, поверхность детали, смоченная керосином, тоже называется увлажненной.

Основные методы измерения влажности твердых тел и жидкостей, а также влагонаполнения полостей элементов конструкций, подразделяются на прямые, в основе которых лежит разделение на влагу и «полностью обезвоженный» остаток, и косвенные, когда влажность определяется по изменению параметра того или иного физического свойства, функционально связанного с влажностью.

Среди прямых методов измерений влажности наиболее распространенным является термогравиметрический метод – воздушно-тепловое высушивание пробы при максимально допустимой температуре для данной химической структуры пробы до неизменной массы. Его точность обуславливается в основном точностью взвешивания на аналитических весах пробы малой массы.

К прямым методам определения содержания влаги относится такая группа методов разделения и в частности, дистилляционные методы. В основу их положен нагрев образца в сосуде с жидкостью, которая не разлагается при нагреве до максимально допустимой для исследуемого вещества температуры и не дает химических соединений с водой в рабочем интервале температур. В качестве таких жидкостей используют бензол, толуол, минеральные масла.

Экстракционные методы основаны на использовании реагентов, интенсивно взаимодействующих с влагой исследуемого вещества. В качестве активных реагентов используют водопоглащающие жидкости типа спиртов или диаксана. После экстрагирования влаги из образца измеряют тот или иной параметр жидкого экстракта, изменяющейся в зависимости от влажности в нем – диэлектрическую проницаемость или тангенс угла диэлектрических потерь плотность массы, температуру кипения и т.п.

Для предварительного (грубого) определения влажности в исследуемом образце используют реакцию взаимодействия карбида кальция с влагой.

Давление газа в мерной емкости, выделяющегося в результате реакции влаги образца и карбида кальция измеряют манометром, проградуированным в процентах влажности. Погрешность измерения влаги манометрическими карбидными влагомерами составляет около ± 1%.

Широко используют титрометрический метод определения воды реактивом К. Фишера. Этот метод позволяет обнаружить 10^-4 – 10^-3% воды в органических жидкостях с точностью порядка 0,0001%. Состав: красная кровяная соль (железосинеродистый кальций).

Пиктометрический метод косвенного определения влажности образца основан на зависимости плотности массы от количества влаги в нем, если плотность массы абсолютно сухого вещества сильно отличается от плотности воды при данной температуре.

Пьезоэлектрические методы используют зависимость между плотностью массы образца и его влагосодержанием. Измерение осуществляется методом сравнения гидростатических давлений образца и воды.

В основе теплофизических методов лежат функциональные зависимости коэффициента теплопроводности, удельная теплопроводность или число Прандтля от влажности в исследуемых капиллярно-пористых материалах. В большинстве теплофизических влагомеров используются зависимости динамических характеристик охлаждения или нагрева тел малой теплоемкости (например, плоской хромель-никелевой спирали) от влажности в образце, находящегося в тепловом контакте с чувствительным элементом прибора.

Калориметрический метод применяют для измерения малого содержания влаги (до 6%) физическая сущность этого метода заключается в определении изменения температуры пробы сыпучего образца в процессе десорбции влаги в вакууме. Десорбция приводит к резкому понижению температуры исследуемого образца, причем перепад температуры пропорционален начальной влажности.

Электрофизические методы влагометрии основаны на зависимости свойств исследуемого образца – удельной электрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь и др. – от количества влаги в нем наибольшее распространение получили кондуктометрический, диэлькометрический, емкостной метод и метод мольной проводимости.

Наиболее перспективными считаются следующие схемы емкостных влагомеров: резонансные, дифференциальные, на базе мостов с тесной индуктивной связью, двух - и многочастотные.

Ультразвуковым методом измеряют влажность с использованием зависимости параметров характеристик ультразвуковых колебаний от свойств и состава среды, а именно зависимость скорости распространения ультразвуковых колебаний от содержания влаги в исследуемом образце. Основная область применения ультразвуковых влагомеров – определение содержания влаги в агрессивных средах и изделиях из керамических масс.

СВЧ – методы определения отличаются высокой чувствительностью и точностью. Основные модификации этих методов: волноводный резонаторный и метод измерений в свободном пространстве. В качестве информативного параметра используется амплитуда, фаза или угол поворота плоской поляризации линейно – поляризованной плоской электромагнитной волны.

Таблица 1.6 - Методы СВЧ влагометрии и области их применения

Метод измерения	Схема измерения	Тип преобразо-ваний	Диапазон измере- ния; 10	Область применения
Амплитудный	Прямое замещение	-	0-100	Дискретный экспресс контроль сыпучих, твердых и жидких материалов
Продолжение таблицы 1.6
-	Мостовая	-	0-100	Автоматический контроль сыпучих линейно-протяженных и жидких веществ
Фазовый	Двухканаль-ная	Отрезок волновода с помещенным внутрь материала	0-50	Дискретный и автома-тический контроль мате-риалов с переменной температурой
Амплитудно-фазовый	Комплексная	-	0-50	Дискретный и автоматический контроль с переменной плотностью
Резонаторный	Частотная, амплитудно-фазовая	Открытый резонатор	до 15	Жидкости, твердые вещества

Дата добавления: 2014-12-10