Metody pomiaru wilgotności

Pomiary wilgotności pełnią istotną rolę w wielu dziedzinach przemysłu. Zawartość wody znacząco wpływa na fizyczne i chemiczne właściwości różnych materiałów. Kontrolowanie wilgotności w procesach produkcji i przetwarzania jest też często konieczne ze względów ekonomicznych. Zawartość wody w ciałach stałych definiuje się dwojako. Stosowana jest miara określana albo jako stosunek masy wody do masy materiału suchego (wilgotność bezwzględna, zawartość wilgoci), albo jako stosunek masy wody do całkowitej masy badanej substancji (wilgotność względna). Obydwa te parametry wyrażane są procentowo. Jednocześnie warto podkreślić, że parametry te odpowiadają jedynie ilości wody związanej z danym ciałem fizycznie, bez uwzględniania wody związanej chemicznie. Do głównych metod pomiarowych stosowanych w urządzeniach produkowanych przez IdeaPro można zaliczyć:

• metoda elektrooporowa polega na pomiarze zjawisk elektrycznych zachodzących w materiałach porowatych w zależności od stopnia ich zawilgocenia. Ponieważ odczyty pomiaru dotyczą tylko powierzchni materiału a nie jego struktury, ich wyniki są obarczone błędami pomiarowymi. Wpływają na to: zanieczyszczenia powierzchniowe, rozkład zasolenia – największy przy powierzchni, a także rodzaj materiału i jego porowatość. Mierniki wykorzystywane w tych metodach wskazują bezpośrednio wilgotność masową materiału lub wielkość bezwymiarową. Przy odczytywaniu wyników pomagają załączone do urządzań tabele lub krzywe, które interpretują wynik, uzależniając go od rodzaju mierzonego materiału. Systemy te są pomocne, gdy nie można pobrać dużej liczby próbek. Są też stosunkowo wygodne i proste w obsłudze. Umożliwiają też dokonanie szybkiego odczytu. Generalnie jednak można powiedzieć, że metody elektryczne dają tylko pewien pogląd na stopień zawilgocenia, a chcąc uzyskać dokładne dane, należy dokonać weryfikacji przez metody niszczące.
• metoda mikrofalowa jest jedną z bardziej zaawansowanych i cechujących się dużą dokładnością metod pomiarowych. Bazuje na wykorzystaniu mierników mikrofalowych. Mierząc przesunięcie fazowe i stopień tłumienia fali elektromagnetycznej w danym materiale oraz wykorzystując zależność tych parametrów od masy wody, można wyznaczyć zawartość wilgoci. Jeżeli długość fali oraz grubość próbki są stałe, to tłumienie zależy jedynie od dielektrycznych właściwości materiału. Zawartość wilgoci można więc określić bezpośrednio na podstawie odpowiednich parametrów mokrych próbek.

Właściwości dielektryczne ośrodka (przenikalność dielektryczna) zależą od koncentracji i aktywności dipoli elektrycznych, od temperatury oddziałującej na ruch cząsteczek oraz od ich ustawienia zgodnie ze zmieniającym się polem elektrycznym. Cząsteczki wody są dipolami, które przy braku pola zewnętrznego na skutek ruchów cieplnych pozostają nieuporządkowane. Kiedy zewnętrzne pole zostaje przyłożone do materiału dielektrycznego, energia tego pola ulega rozproszeniu, co związane jest z polaryzacją dielektryka.
Wektor polaryzacji jest związany zależnością z przenikalnością dielektryczną ośrodka. W przypadku pól wolnozmiennych wektor ten jest zgodny w fazie z polem elektrycznym, które go wywołuje. Przenikalność elektryczna to wówczas wartość rzeczywista. W przypadku pól o większej częstotliwości pojawia się opóźnienie wektora polaryzacji względem wektora pola. W przypadku dużych częstotliwości przenikalność ma charakter zespolony, a opóźnienie polaryzacji powoduje dodatkowe straty mocy. Część rzeczywista zespolonej przenikalności opisuje zdolność ośrodka do magazynowania energii zewnętrznego pola, natomiast część urojona reprezentuje straty energii pola na ciepło związane z ruchem drgających dipoli. Istotą mikrofalowych pomiarów wilgotności jest wpływ, jaki na dielektryczne właściwości materiału ma zawartość wody w jednostce objętości. W przypadku wilgotnej próbki jej przenikalność elektryczna jest wypadkową przenikalności suchego materiału oraz przenikalności wody zawartej w tej próbce.
Zawartość wody wyznacza się, biorąc pod uwagę zależność pomiędzy jej masą i udziałem przenikalności wody w wypadkowej przenikalności materiału. Ze względu na wartość przenikalności elektrycznej wody, można więc przyjąć, że mikrofalowe higrometry badają po prostu stopień absorpcji energii mikrofal przez wodę znajdującą się w analizowanym materiale.

Systemy pomiaru wilgotności oparte na metodach elektrooporowych oraz mikrofalowych dedykowane są głównie dla:
– przemysłu odlewniczego, do sporządzania mas formierskich bentonitowych,
– przemysłu betoniarskiego, do sporządzania betonów specjalnych,
– przemysłu materiałów ogniotrwałych,
– przemysłu ceramicznego.