Дослідження методів вимірювання вологості матеріалів

 При проходженні  радіохвиль НВЧ через вологий  матеріал відбувається поглинання і розсіювання енергії електромагнітних хвиль частинками речовини. Для отримання інформації про властивості речовини можливо використовувати параметри відбитого випромінювання.

 Інформацію про  вологість містить амплітуда,  фаза і кут нахилу площини поляризації електромагнітної хвилі як відбиття, так і тої, що  пройшла через вологий матеріал.

 Для збільшення  ефективності вологомірів можуть  бути використані двох частотні  методи, коли одна з частот  знаходиться в області резонансного поглинання електромагнітної енергії  молекулами води, чи метод змінної частоти.

 Більшість НВЧ вологомірів  застосовують для керування технологічними  процесами , будівельної, харчової, хімічної та інших галузей  і для контролю матеріалів  в вільному просторі, перетворюючі параметри, які пройшли через матеріал хвилі в електричний сигнал. При цьому конструкція і схема вимірювального пристрою визначається прийнятим способом локалізації поля НВЧ в досліджуваному матеріалі.

 Згідно прийнятої  класифікації НВЧ методи вимірювання вологості поділяються на:

1)методи вільного простору

   а) з використанням  хвилі, що проходить

   б) з використанням  відбитої хвилі

В обох модифікаціях вимірювальною  характеристикою можуть служити  загасання (модуль коефіцієнтів передачі і коефіцієнт відбиття), зміна амплітуди чи фази хвилі.

2) резонансні  методи

3)хвилеводні методи

  Вологоміри, що засновані на зміні в вільному  просторі загасань чи фазового зсуву хвилі (амплітудні), що проходить знайшли найбільш широке використання. Досліджуваний матеріал вводять між передаючою і приймальною антенами при нормальному падінні хвилі .

Залежності, які зв’язують зміну амплітуди і фазовий зсув хвилі,що пройшла з параметрами діелектрика, можливо вивести з хвильового рівняння для нормального розповсюдження плоскої синусоїдальної хвилі. При ідеалізації  введення плоско паралельного шару діелектрика товщиною  L між джерелом і приймачем випромінювань НВЧ викликає зміну параметрів хвилі, що пройшла.

 Цей метод дає інтегральну (усереднену) оцінку властивостей матеріалу на шляху хвилі. Це - важлива перевага, так як для реальних матеріалів характерний нерівномірний розподіл вологи.

Значно менше застосування знайшли вологоміри на принципі вимірювання  фазового зсуву і хвилі, що проходить в вільному просторі (фазові). З численних відомих методів вимірювання на НВЧ практично використовується лише найбільш простий метод - мостовий.

Резонансний і хвилеводний  методи в своїх модифікаціях, які застосовуються для дослідження діелектриків, вимагають введення досліджуваного матеріалу в порожнину хвилевода чи резонатора, тобто накладають обмеження на розміри зразка. В той же час локалізація поля в порожнині підвищує чутливість вологоміра і створює можливість вимірювання при низькому вологовмісту і малій масі зразка.

Хвилеводні методи засновані  на впливі діелектричних властивостей матеріалу, який введений в хвилевод, на характеристики, які визначають поширення радіохвиль НВЧ в вологомірі.

 В резонансному  методі  вихідними величинами  первинного перетворювача 

є викликані введенням  досліджуваного матеріалу зміна  параметрів резонатора: резонансної  частоти і добротності .

Найбільш підходящими  для вологомірів листових матеріалів є відкриті резонатори, а зокрема їх найпростіший різновид – щілинні резонатори у вигляді відрізків  прямокутного хвилевода, в стінці якого прорізаний отвір, досліджуваний матеріал розташовується поверх отвору і в випадку необхідності відділяється від хвиль овода тонким захисним шаром діелектрика. Такий датчик дозволяє безперервно контролювати вологість різних матеріалів, але не забезпечує максимальної чутливості. Виникає цікавість використання відкритих коаксіальних резонаторів, які забезпечують локалізацію поля в зоні взаємодії з матеріалом. В цьому випадку, за рахунок концентрації поля в зоні розташування матеріалу, забезпечується найбільша чутливість в порівнянні з іншим методом.

 

 

                                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновок

 

Найбільший інтерес в плані  удосконалення апаратури контролю вологості представляє група непрямих методів, які з зв’язані діелектричним вимірюваннями. Ці методи полягають в вимірюванні діелектричної проникності і тангенсу кута діелектричних втрат матеріалу і речовини в широкому діапазоні частот від звукових до надвисоких.

Основні переваги НВЧ  методів полягають в тому, що вони дозволяють

проводити експрес вимірювання  вологості, також в значній мірі автоматизувати вимірювання, що практично  дозволяє усунути вплив на результат вимірювання суб’єктивної похибки.

Серед НВЧ методів  особливе місце займають резонансні методи. Такі методи отримали широке використання завдяки ряду переваг, головними  з яких є висока чутливість і значна завадостійкість, а також відносна простота конструкції вимірювального пристрою.

Але дані, методи схильні  впливу ряду неінформативних параметрів, що призводить до збільшення похибок  вимірювання. Тому одною з важливих задач даної роботи є аналіз впливу неінформативних факторів та розробка методів компенсації їх впливу. Ці методи розглядаються в наступному розділі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ЛІТЕРАТУРИ

 

 

1. Лыков А.В. Теория сушки .М: Энергия, 1968.

2. Медведев А., Сушка печатных плат , http://www.galvanicrus.ru.

3. В.В. Богачук, Б.І. Мокін, Методи та засоби вимірювального контролю вологості порошкоподібних матеріалів., Моногорафія, Універсум-Вінниця, 2008.