Измерване влажността на твърди и насипни материали

Методите, използвани за измерването на влажността на твърди и насипни материали, принципно могат да бъдат разделени на преки и косвени. В практиката за момента намират приложение предимно косвените методи. Характерна тяхна особеност е определянето на влажността по косвен път.

За масата на влагата или сухото вещество се съди по изменението на определени параметри като капацитета, например. Логично, преки са методите, при които директно се определя масата на влагата или сухото вещество във взетата проба.

По принцип косвените методи се характеризират с по-ниска точност и по-високо бързодействие, а преките са по-точни, но за сметка на това са с малко бързодействие. Методите могат да бъдат разделени и на контактни и безконтактни.

Тенденцията е в промишлеността все повече да се предпочитат методи, прилагането на които не изисква пряк контакт на измервателния прибор с материала като оптическите и свръх високо честотните (СВЧ).

Една от причините е, че при измерването на влажността на твърди и насипни материали, при взаимодействието на датчика с материала могат да настъпят изменения в структурата, насипната плътност и други, което може да рефлектира в по-голяма грешка при измерването.

Оптически методи
Оптическите методи за определяне на влажността се свеждат до поглъщане или пропускане на светлина с определена дължина на вълната. Във влагомерите, работещи на базата на тези методи, се използва връзката между влажността на веществото и отразения от него поток лъчи. С оглед получаването на по-висока чувствителност често се използват инфрачервени лъчи, поради което често тези влагомери са наричани и инфрачервени. Принципът им на работа се основава на насочване на инфрачервен лъч светлина към пробата. Обикновено се използва светлина с дължина на вълната в диапазона от 800 nm до 2500 nm. В тази част от електромагнитния спектър триатомната водна молекула има две ясно изразени абсорбционни ивици, при дължини на вълните съответно 1.475 mm и 1.94 mm.

Ако влажният материал се облъчва с поток светлина с тези дължини на вълните, част от светлината ще бъде погълната, част от нея ще бъде отразена, а друга част ще премине през материала. За влажността на материала се съди съответно по интензитета на отразената светлина, като връзката е обратнопропорционална, при по-висока влажност на материала, потокът отразена светлина ще е с по-ниска интензивност. Съвременните конструкции влагомери, работещи на този принцип, могат да работят в непрекъснат режим, поради което често биват използвани за безконтактно измерване на влажността на насипни материали по време на транспортирането им с лентови транспортьори, като постиганата точност на измерването е до 0,1 – 0,5%.

Като недостатък на метода обикновено се посочва фактът, че с него може да се измери влагата само в тънък слой материал, тъй като се базира на количеството отразена светлина. В същото време влажността на материала в дълбочина остава неопределена. По тази причина тези уреди се считат за неподходящи при определяне на влажността на материали, чиято влажност на повърхността се различава от тази в обема на материала.

Свръх високочестотни (СВЧ) влагомери
Принципът на работа на тези уреди за измерване влажността на материалите се основава на използването на значителната разлика в електрическите свойства на водата и на сухия материал.
Приборите, използващи този метод, излъчват радиосигнал, настроен на резонансната честота на водната молекула. Влажността на материала се определя в зависимост от отслабването на СВЧ излъчването, преминаващо през слоя анализиран материал. Получените резултати са на база измерване на дела на погълнатата енергия. Често тези прибори са оборудвани с две антени предаваща и приемаща. Предаващата антена е свързана с генератор на СВЧ, а приемащата - с измервателно устройство.

Колкото влажността на материала е по-голяма, толкова по-малък е сигналът, попадащ в измервателното устройство.  Приборите, работещи на този принцип, се считат за подходящи за измерване на влажността на материалите в широк диапазон (0-100 %), като се характеризират и с висока точност. Освен за измерване на влажността на насипни материали, те са широко използвани в строителството за определяне влажността на строителни конструкции.
Тези методи са по-бързи и са много подходящи за прилагане в производствени условия, но имат и някои недостатъци като висока цена например.

Електрически методи за измерване
Други добре познати и широко използвани методи при технически измервания на влажността са електрическите методи, сред които са капацитивният и съпротивителният.
Капацитивният метод се счита за добро решение, даващо добри резултати, при неголяма сложност на прибора и при сравнително невисока цена. Методът се основава на съществуващата зависимост между диелектричната проницаемост на изследвания материал и влажността му. За промяната в диелектричната проницаемост се съди в зависимост от изменението на капацитета на кондензатор, между електродите на който се поставя изследваният материал. Чувствителният елемент при метода се изпълнява във вид на две плоски пластини или два концентрични цилиндъра. Между капацитета на кондензатора (C), диелектричната проницаемост на изследвания материал (e) и константата (k), зависеща от геометричните размери и формата на кондензатора, съществува зависимостта C = ke.

Измерването на влажността, реализирано с капацитивен преобразувател, се характеризира с ниска чувствителност спрямо състава на насипния материал, контактното съпротивление между електродите и материала, както и структурата на материала. За да се осигури висока повторяемост на получените резултати, пространството между електродите на кондензатора се запълва с насипния материал от определена височина. Добре е да се има предвид, че използваният начин за запълване на пространството между електродите оказва влияние и върху точността на измерването. Методът се характеризира и с чувствителност по отношение температурата на изследвания материал. По тази причина влагомерите с промишлено приложение, работещи на основата на капацитивния метод, са с автоматична корекция на внесената грешка от изменението на температурата. Влияние върху точността на измерването оказват също плътността на пробата, тъй като влажността представлява процентното отношение на теглото на водата спрямо общото тегло на пробата. При промяна на плътността на пробата съответно ще се промени нейното тегло, което ще доведе и до грешка в направените изчисления за процентното съдържание на водата.

Сред факторите, оказващи влияние, са и химическата и физическата структура на материала, подреждането на частиците в измервателния кондензатор, влажността и температурата на въздуха, хомогенността на разпределението на влагата в обема на изследваната проба и в обема на всяка отделна частица. Принципно грешката при капацитивните влагомери би могла да бъде намалена  до 0,2 – 0,5%.

Съпротивителният метод намира по-ограничено приложение в практиката поради високата чувствителност, което се дължи на степенната зависимост на съпротивлението. Точността на измерване се влияе в голяма степен от температурата, плътността и структурата на насипния материал, химичния състав, наличието на електролити. Всичко това ограничава приложната област на съпротивителния метод предимно до лабораторни цели.

Независимо от вида на използвания прибор за определяне на влажността на даден материал е добре да се има предвид необходимостта от калибриране. Повечето от приборите, използвани за определяне на влажността, работят като използват емпирични методи, поради което е необходимо те да бъдат периодично проверявани и настройвани.