Измерване на абсолютна влажност на материали

Две са основните понятия при измерване на влажността – абсолютна и относителна влажност. Абсолютната влажност е съдържанието на вода (водни пари) в единица обем. Абсолютната влажност не зависи от околната температура, налягането и др. и се измерва с грамове в кубически метър (g/m3).

От друга страна, относителната влажност означава процентното съдържание на вода спрямо максималното в определени условия и за разлика от абсолютната влажност, максималното количество вода зависи от околната температура и налягането.

А докато влажността на газовете се определя сравнително лесно, като основни параметри тук са влагосъдържанието и температурата на оросяване, определянето на влажността на материали е по-затруднено поради начина, по който влагата се свързва с материала, и поради хигроскопичната връзка на материала с околния въздух, която оказва влияние върху физичните свойства на материала.

Измерването на влажността има широко поле на приложение – необходимо е както при оценяване качеството на хранителни продукти, така и на химически продукти, дървени въглища, пясък за леярни, строителни материали, керамична маса, кокс и др.

Затова и методите за измерване на влажност са множество. При основно използваните методи количеството вода се определя директно след изсушаване и измерване промяната на теглото. Този метод например се използва в измерването на влажността на зърнени култури. Макар и изключително прецизен, той е бавен и може да отнеме до няколко часа.

Измерването на абсолютната влажност е от голяма важност за управлението на сурови материали, добавки и дървесна маса в различните етапи от производствения процес, както и на финалните продукти. За измерването на абсолютната влажност на материали и продукти се използват различни методи – капацитивни, микровълнови и др.

Тези методи осигуряват високопрецизно измерване на влагата на продукти като зърнени култури, почви (SiO2, KaO2), бетон, пластмаса, храни, утайки от отпадни води, дървесни пелети и др.

Измерването може да бъде статично или динамично (непрекъснато), като непрекъснатото има някои предимства. Измерването на съдържанието на влага във финалния продукт не е достатъчно – очакваното от клиентите качество на продукта зависи от главната характеристика – влагосъдържанието. Приборите за измерване на влага непрекъснато се развиват, като през последните години в процесното измерване на влажност (Inprocess Moisture Measurement) се наблюдава все по-голям прогрес.

Основните цели, които производителите преследват в развитието на нови измервателни прибори, са високата прецизност и пряката ориентираност към конкретния процес. Редица производители предлагат датчици за процесно измерване на влажност с прецизност до 0,2 на сто, като разработват и нови прибори, чиято прецизност се очаква да бъде още по-висока.

На пазара се предлагат все по-широк набор от иновативни прибори с нови типове конструкции, специализирани за различните индустриални сектори, които са надеждни решения за измерване на влажността без необходимост от честа поддръжка. Съдържанието на влага винаги се измерва прецизно – независимо дали е в контейнери, силози или резервоари, конвейерни ленти или в тръби.

Също така данните, които се събират от приборите за процесно измерване на влажността, могат директно да бъдат прехвърлени към системите за управление на процесите. В крайна сметка, производителите често предлагат не само измервателен прибор, но и цялостно решение за измерване на влагата за нуждите на индустрията.

Прибори за процесно измерване на влажността 
За разлика от датчиците за относителна влажност, които измерват количеството водни изпарения в съответствие с точката на насищане при дадена температура, абсолютната влажност може да се използва за поддържане или наблюдение на постоянно съотношение между маса и обем на водните изпарения.

Датчиците за процесно измерване на влажността може да се използват за управление на нивата на влажност на различни материали в процес на сушене. Когато материалите се изсушават чрез нагряване или подаване на въздух, увеличаването на абсолютната влажност на въздуха е пряко пропорционално на количеството вода, което се изпарява от материала.

Датчиците могат също да предоставят обратна връзка към контролер, за да се поддържат оптимални нива на влажност, като се изпусне пара или пулверизирана вода в атмосферата. Наред с това, датчиците могат да се използват за наблюдение на химическите реакции, когато един от вторичните продукти са водни изпарения например в процес на дестилация.

Датчиците за измерване на абсолютната влажност често се състоят от два еднакви термистора, като единият от тях е херметично затворен в среда със сух азот, а другият е изложен на влиянието на околната среда. При енергизиране на термисторите излъчваната от херметично затворения термистор топлина е по-голяма от тази на изложения на околната среда поради топлопроводимостта.

Разликата в съпротивлението на термисторите е право пропорционална на абсолютната влажност. Опростената мрежа от резистори има изходно напрежение 0-13 mV, равно на диапазона 0-130 g/m3.

Датчиците за измерване на абсолютната влажност са издръжливи, могат да работят при високи температури и са устойчиви на химически изпарения поради използването на инертни материали в конструкцията им, а именно стъкло, полупроводникови материали за термистори, пластмаса, устойчива срещу високи температури, и алуминий.
Ето някои примери за приложението им:

Измерване на абсолютната влажност на зърнени храни
Тъй като сушенето на зърнени храни е енергийно интензивен процес, управлението на процеса по сушене има потенциала да допринесе за изключителни спестявания на разходи. Затова и анализатор на влажността би бил особено подходящ за тази задача, когато се използва в процеса на нагряване с пара преди смилането на зърното.

Също така често за измерване влажността на зърнени храни (ориз, пшеница, бобови култури) се използват микровълнови датчици за влага, които ускоряват измерванията и ги правят по-прецизни. Сред основните им предимства са непрекъснатото измерване на влагата независимо от плътността на материалите и дългосрочната надеждност на измервателната система, като след първоначалното калибриране не са необходими допълнителни.

За микровълновите анализатори на влага на практика не са характерни естествени отклонения.

Измерване на абсолютната влажност на течни горива, пясък и трошен камък
Влагоизмервателните сонди обикновено включват датчик за измерване влагата на пясък, състоящ се от централен извод – сонда, и още четири извода, разположени около централния.

Изводите и корпусът на датчика са произведени от неръждаема стомана и биха могли да се потопят в резервоари с течни материали като горива, отпадъци при производството на цимент, смеси от вода и въглища и др. Ако разстоянието между изводите на датчика е голямо, по-лесно може да се предотврати замърсяването на датчика.

Датчиците обикновено разполагат с накрайници за монтаж върху тръби, което от своя страна позволява да се регулира тяхната дълбочина на потапяне в резервоара и наблюдаването на влагата на различни нива. При монтаж на датчиците върху тръба те често са уплътнени със силиконов уплътнител.

Използването на неръждаема стомана и специални крепежни елементи осигуряват корозионна устойчивост на датчиците и позволяват използването на анализаторите на влага в тръби с течности, чиято температура достига 145°C. Диапазонът на измерваната температура на околната среда може да достигне до 800°C, поради използването на керамика и високотемпературни сплави.

Измерване на абсолютната влажност на бетон
Сред разнообразните материали, за съдържанието на влага в които се използват влагомери, бетонът заема свое собствено място. Влагомерите за бетон позволяват да се извършва измерване на влагата в самите бетонови смесители, да се проверява съдържанието на сместа и нейният състав.

Влагомерите са изключително подходящи за измерване на влага в материали с висока проводимост и диелектрична проницаемост (кокс, руда и др.). Конструкцията от неръждаема стомана тук допринася за високата им устойчивост срещу абразивно износване. За ефективно управление на процеса по смесване на бетона експертите препоръчват данните да се извеждат върху компютърен дисплей, а междувременно операторът може да наблюдава процеса в реално време.

Измерването на влагата на бетона по време на самия процес по производството му редуцира времето за смесване на бутона и разтоварването на сместа от смесителя става не след изтичане на зададено време, а когато е достигната необходимата хомогенност на сместа. Датчиците отново разполагат с версии за монтиране на удобни за процесно измерване места и в комплектите им са включени всички необходими монтажни компоненти.

Измерване на абсолютната влажност на течности
Важна особеност на всички производствени процеси е, че използваният в производството материал се отличава с различна степен на влажност. Това се отнася не само за твърди материали (пясък, баластра, руда и др.), но и за течности (нефт, течни горива и др.). Поради особеностите на материалите влагомерите в този случай са устойчиви срещу корозия, абразивни материали и механичен удар.

Също така, датчиците могат да се използват при много високи температури (145° C), като са разработени и специални версии за работа при температури до 350° C. Температурният диапазон може да е още по-висок поради използването на устойчиви срещу високи температури сплави. Датчиците се полагат в котли, дозиращи системи и бензинови системи за разпръскване.