ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.12.2021
Просмотров: 256
Скачиваний: 2
Міністерство освіти і науки України
Вінницький національний технічний університет
Інститут автоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління
Кафедра метрології та промислової автоматики
Лабораторна робота № _____
“ВИМІРЮВАННЯ ВОЛОГОСТІ ДЕРЕВИНИ
МЕТОДОМ ЕЛЕКТРИЧНОГО ОПОРУ”
з дисципліни “Вимірювальні перетворювачі”
Вінниця, ВНТУ 2008
Мета роботи:
1. Ознайомлення з конструкцією і порядком налагодження електронного вологоміра ЕВ-2к для вимірювання деревини.
2. Вимірювання вологості деревини вологоміром ЕВ-2к.
-
Теоретичні відомості.
ОГЛЯД І КЛАСИФІКАЦІЯ МЕТОДІВ ВИМІРУ ВОЛОГОСТІ
Відомі численні методи визначення вологості твердих тіл і рідин
Методи виміру вологості прийнято поділяти на прямі і непрямі. У прямих методах виробляється безпосередній поділ матеріалу на суху речовину і вологу. У непрямих методах вимірюється величина, функціонально зв'язана з вологістю матеріалу. Непрямі методи вимагають попереднього калібрування з метою встановлення залежності між вологістю матеріалу і вимірюваної (вторинної) величини.
Прямі методи
Найбільш розповсюдженим прямим методом є метод висушування, що полягає в повітряно-тепловому сушінні зразка матеріалу до досягнення рівноваги з навколишнім середовищем. На практиці застосовується висушування до постійної ваги; частіше застосовують так названі прискорені методи сушіння. У першому випадку сушіння закінчують, якщо два послідовних зважування досліджуваного зразка дають однакові чи дуже близькі результати. Тому що швидкість сушіння поступово зменшується, передбачається, що при цьому виділяється майже уся волога, що міститься в зразку. Тривалість визначення цим методом складає звичайно від декількох годин до доби і більше. У прискорених методах сушіння ведеться протягом визначеного, значно більш короткого проміжку часу, при підвищеній температурі (наприклад, стандартний метод визначення вологості зерна сушінням розмеленого навішення при +130° С на протязі 40 хв). В останні роки для прискореного сушіння ряду матеріалів стали застосовувати інфрачервоні промені, а в окремих випадках — діелектричне нагрівання (струми високої частоти).
Визначенню вологості твердих матеріалів висушуванням приємдиві наступні методичні погрішності:
а) При висушуванні органічних матеріалів поряд з утратою гігроскопічної вологи відбувається втрата летучих; одночасно при сушінні в повітрі має місце поглинання кисню внаслідок окислювання речовини.
б) Припинення сушіння відповідає не повному видаленню вологи, а рівновазі між тиском водяних пар у матеріалі й тиском водяних пар у повітрі.
в) Видалення зв'язаної вологи в колоїдних матеріалах неможливо без руйнування колоїдної частки і не досягається при висушуванні.
г) У деяких речовинах у результаті сушіння утвориться водонепроникна кірка, що перешкоджає видаленню вологи.
Деякі із зазначених погрішностей можна зменшити сушінням у вакуумі при зниженій чи температурі в потоці інертного газу. Однак для вакуумного сушіння потрібно більш громіздка й складна апаратура, чим для повітряно-теплової.
При найбільш розповсюдженому сушіні (у сушильних шафах) маються погрішності, що залежать від застосовуваної апаратури й техніки висушування. Так, наприклад, результати визначення вологості залежать від тривалості сушіння, від температури й атмосферного тиску, при яких протікало сушіння. Температура має особливо велике значення при використанні прискорених методів, коли зниження температури сильно впливає на кількість вилученої вологи. На результати висушування впливають також форма й розміри бюкс і сушильної шафи, розподіл температури в сушильній шафі, швидкість руху повітря в ній, можливість віднесення пилу дрібних часток зразка і т.д. Для матеріалів, що піддаються перед визначенням вологості здрібнюванню, велике значення має збиток вологи в зразку в процесі здрібнювання. Цей збиток особливо великий, якщо при розмелі має місце, нагрівання зразка. З іншого боку, можливе поглинання вологи з навколишнього середовища в проміжках часу між закінченням сушіння й зважуванням зразка.
У підсумку висушування являє собою чисто емпіричний метод, яким визначається не щира величина вологості, а деяка умовна величина, більш-менш близька до неї. Визначення вологості, виконані в неоднакових умовах, дають погано порівнянні результати. Більш точні результати дає вакуумне сушіння, виконувана звичайно, в камері при зниженому тиску (25 мм рт. ст. і нижче) до постійної ваги.
У дистиляційних методах досліджуваний зразок підігрівається в посудині з визначеною кількістю рідини, що не змішується з водою (бензол, толуол, ксилол, мінеральна олія і т.д.), до температури кипіння цієї рідини. Пари, проходячи через холодильник, конденсуються у вимірювальній посудині, у якому виміряється обсяг чи вага води. Дистиляційні методи в різних модифікаціях і з використанням різних конструкцій апаратури були розроблені для різних матеріалів, у тому числі і для рідких (наприклад, стандартний метод Дина і Старка для нафти й нафтопродуктів). Однак дистиляційним методам також властиві багато недоліків. Краплі води, що залишаються на стінках холодильника й трубок, викликають погрішності у визначеннях. Застосовувані розчинники, як правило, вогненебезпечні, а апаратура тендітна й громіздка.
Методи висушування і дистиляційні прийняті, незважаючи на зазначені недоліки, як стандартні методи визначення вологості більшості матеріалів.
Екстракційні методи, засновані на витягу вологи з досліджуваного зразка твердого матеріалу водовбирною рідиною (діоксан, спирт) і визначенні характеристик рідкого екстракту, що залежать від його вологовмісту: питомої ваги, показника переломлення, температури чи кипіння замерзання і т.д. В електричних екстракційних методах виміряються електричні властивості (питомий опір, діелектрична проникність) екстракту. Екстракційні методи дають найкращі результати в застосуванні до матеріалів, дрібно здрібненим чи маючими пористу структуру, що забезпечує проникнення экстрагируючої рідини в капіляри.
Основою хімічних методів є обробка зразка твердого матеріалу реагентом, що вступає в хімічну реакцію тільки з вологою яка міститься в зразку. Кількість води в зразку визначається по кількості рідкого чи газоподібного, продукту реакції. Найбільш розповсюдженими хімічними методами є карбідний (газометричний) метод і застосування реактиву Фишера.
У першому методі здрібнений зразок вологого матеріалу ретельно змішують із карбідом кальцію в надлишковій кількості, причому має місце реакція
СаС2+2Н20=Са(ОН)2+С2Н2.
Кількість виділеного газу визначають виміром його обсягу (волюмометричний спосіб), тиску в закритій судині (манометричний спосіб) чи шляхом зважування (гравіметричний спосіб). Один з новітніх різновидів газометричний методу заснований на застосуванні карбіду, що містить радіоактивний ізотоп С14. Газ, що утвориться при реакції з вологою твердої чи рідкої речовини, містить ацетилен, міченими атомами С14. Газ досліджується приладом, що вимірює інтенсивність бета-випромінювань, який можна градуювати в одиницях вологості визначеного вологомістячого матеріалу. Незалежно від застосовуваного способу визначення кількості газу газометричні прилади звичайно градуюють емпірично, тому що практично не уся вода бере участь у реакції й кількість виділеного ацитилену не відповідає рівнянню реакції.
Реактив Фишера, що представляє собою розчин металевого коду, безводного піридину і сухого сірчистого ангідриду в абсолютному метанолі, знайшов застосування для визначення вологості численних матеріалів у лабораторних умовах. Йод і сірчистий ангідрид реагують з водою з утворенням йодистоводневої і сірчистої кислот, для нейтралізації якої використовується піридин. Метод відрізняється універсальністю, високою точністю і, дозволяє виявляти незначні кількості вологи.
Титруванням з реактивом Фишера визначають вологовміст твердих, рідких і газоподібних речовин; звичайно, кінець титрування фіксується чи візуально електрометричним способом. Останнім часом були розроблені автоматичні титратори, що без участі хіміка-аналітика виконують всі операції титрування і сигналізують про закінчення реакції. Однак і в автоматичних титраторів тривалість одного визначення досягає 30 хв., що робить їх непридатними для автоматичного регулювання більшості виробничих процесів.
Менш розповсюджений хімічний метод визначення вологості по підвищенню температури внаслідок хімічної реакції реагенту з вологою речовини; найчастіше як реагент використовується сірчана кислота. Підвищення температури суміші карбіду кальцію з матеріалом можна використовувати також у карбідному методі, тому що реакція води із СаС2 протікає з виділенням тепла.
Іноді необхідно роздільне визначення «поверхневої» і «внутрішньої» вологості матеріалів. Крім способів, заснованих на видаленні поверхневої вологи силікагелем, фільтрувальним папером і т.п., можна застосувати запропонований И. К. Петровим метод, по якому, попередньо зважений матеріал опускають у воду, вимірюють ареометром, відградуйовану в грамах (для даного матеріалу), силу, що діє на навішення, і по різниці ваг навішення визначають вагу поверхневої вологи.
Непрямі методи.
У цих методах оцінка вологості матеріалу виробляється по зміні різних його властивостей.
У пикнометричному методі використовуються водяні пікнометри для визначення щільності твердих матеріалів. Застосовуються два варіанти:
а) вагарні, у якому вологовміст зразка, вага якого відома, обчислюється по збільшенню ваги пікнометра після введення зразка;
б) об'ємний, у якому вологовміст визначають по вазі й обсягу зразка, рівному обсягу витиснутої їм води. В обох випадках необхідне знання щільності матеріалу, що є недоліком методу; крім того, на результат виміру впливає зміст у матеріалі повітря і водорозчинних компонентів (солі і т.п.)
Механічні методи, засновані на вимірі механічних характеристик твердих матеріалів що змінюються, з вологістю: опору роздавлюванню (зерна), опору вдавленню металевої голки, чи конуса ножа, опору деформуючому зусиллю, тиску, необхідного для ущільнення зразка (бавовни) постійної ваги у фіксованому обсязі, усадки матеріалу (ґрунту) під тиском поршня в циліндрі й ін.
З непрямих методів виміру вологості найважливішими й отримавшими найбільше поширення є електрометричні методи.
Електрометричні методи - фізичні методи виміру, у яких вологість перетвориться в електричну величину. Електрометричні вологоміри відповідно до умов їхнього застосування можна розділити на неавтоматичні й автоматичні.
Неавтоматичні вологоміри вимагають для проведення виміру виконання деяких операцій людиною. До цієї категорії відносяться переносні вологоміри, при яких обличчя, що робить вимір, відбирає пробу матеріалу, уводить її у датчик (чи приводить датчик у зіткнення з матеріалом) і виконує операції, необхідні для процесу виміру:
настроювання вимірювальної частини, відлік по шкалі вимірника і т.д. Неавтоматичними є також і вологоміри з ручним наведенням, не потребуючих маніпуляцій
з датчиком, але, зберігаючи виконання людиною операцій настроювання, зрівноважування вимірювальної схеми і т.п.
Автоматичні вологоміри виконують весь процес виміру без участі людини. Це, як правило, стаціонарні прилади, у яких для введення досліджуваного матеріалу в робочий простір, датчиків не потрібно участі людини. Такі вологоміри дозволяють здійснити безупинний вимір вологості, запис показань за допомогою самописних приладів і передачу показань на відстань за допомогою пристроїв для дистанційних вимірів. Вони можуть мати також командні пристрої відомих типів: електричні чи пневматичні, безупинного чи імпульсної дії і т.д.
У залежності від використовуваної для виміру вологості фізичної величини можна виділити в окрему групу електричні методи, в основу яких покладене пряме вимірювання електричних параметрів матеріалу.
В інших електрометричних методах вихідною величиною датчика є та чи інша фізична (неелектрична) величина, що у вимірювальному перетворювачі вологоміра перетвориться в електричну величину.
Зміна вологовмісту робить дуже різкий вплив на всі електричні властивості капілярно-пористих матеріалів. Якщо в сухому стані більшість цих матеріалів відноситься до діелектриків, то у зволоженому стані вони стають провідними. Зміна вологості приводить до зміни процесів, що відбуваються в цих матеріалах під дією електричного полючи, у першу чергу, поляризації, і, як наслідок, до зміни діелектричних утрат. У зв'язку з цим для виміру вологості можна використовувати кожну з величин, що характеризують електричні властивості матеріалу. У діелектриків, застосовуваних як електротехнічні матеріали, основними характеристиками електричних властивостей є: питомий об'ємний опір, питомий поверхневий опір , діелектрична проникність, тангенс кута діелектричних утрат і пробивна напруженість. У вимірах вологості використовуються всі перераховані вище, а також деякі інші електричні величини.
Основне практичне значення мають дві групи електричних вологомірів.
У приладах першої групи оцінка вологості матеріалу виробляється за результатами виміру електричної провідності чи опори. У цьому випадку вимір проводяться на постійному струмі чи на струмі промислової частоти. Надалі прилади цієї групи будуть називатися кондуктометричними і вологомірами.
У приладах другої групи оцінка вологості матеріалу виробляється за результатами виміру діелектричної проникності чи тангенса кута діелектричних утрат. Тут виміри проводяться в ланцюзі перемінного струму в широкому діапазоні частот - від звукових до надвисоких.
Крім того, можливі методи виміру вологості, засновані на використанні інших електричних властивостей деяких тіл, наприклад, на виникненні гальванічної пари при уведенні відповідної пари електродів у контрольоване середовище з э.р.с., що залежить від вологості; на залежності електростатичного заряду від вологості матеріалу і т.д. Ці методи через їхнє мале поширення доцільно об'єднати в одну групу «інших електричних методів».
Нарешті, електричні вологоміри можуть бути застосовані для виміру електричних властивостей не самого досліджуваного твердого матеріалу, а допоміжної рідини, призначеної для екстрагування вологи чи зрівноважування електричних параметрів матеріалу. На цих принципах засновані електричні экстракційний і імерсійний методи.
До найважливіших фізичних (неелектричних) можна віднести методи, засновані на використанні:
а) радіоактивні випромінювання-методи ослаблення бета- і гамма-випромінювань і нейтронний;
б) ядерного магнітного резонансу;
в) теплофізичних характеристик матеріалу;
г) оптичних (фотометричних) характеристик;
д) відображення і поглинання інфрачервоного випромінювання;
е) гигротермічного і гідротермічної рівноваги матеріалу з навколишнім газоподібним чи твердим середовищем.