Измервания на влажност - част 3, Авторска платформа
Метрологичната и информационна оптимизация на всеки влагомер или влагомер се свежда до изискването за най-добър избор на полезен сигнал от неговата смес с шум.
Промяната в изходния сигнал y (виж Фиг. B-2) се описва с уравнението
Целта на влагомера, както и на всяка информационна система, е най-доброто предаване на полезния сигнал (dyfdW)dW с максимално потискане на смущенията, описани от останалите компоненти на дясната страна на уравнение (B-1). Минимизиране на грешката се постига при условие, че чувствителността на влагомера към промени във влажността Sw=dy/dW е максимална, а чувствителността към шум Sn=dy/dz+dy/du+dy/dv е минимална.
Списъкът с литература, даден в края на книгата, включва освен източници, свързани с отделни глави, и списък на основните трудове, свързани с темата на книгата като цяло.
ТВЪРДИ МАТЕРИАЛИ И ТЕЧНОСТИ
ВЛАЖНОСТ НА МАТЕРИАЛИТЕ g И МЕТОДИ ЗА НЕЙНОТО ОПРЕДЕЛЯНЕ
1-1. ВЛАГА В ТВЪРДИ МАТЕРИАЛИ
Водата има редица структурни особености и физико-химични свойства; една от неговите аномалии е, например, много висока диелектрична константа. Тези характеристики (подробно описани по-долу) се използват за измерване на влага.
Влагосъдържащите материали са многокомпонентни хетерогенни системи, в които един от компонентите (вода) може да бъде в различни фазови състояния. При измерване на влагата е необходимо да се вземат предвид физикохимичните свойства на системата, които се определят от свойствата на твърдия скелет на материала, количеството и свойствата на влагата.
Неводните течности, като течните въглеводороди, съдържат следните видове влага: а) свободна; б) разтворени (свързани); в) разпръснати.
Водно-маслените емулсии, както повечето истински емулсии, не са монодисперсни, а полидисперсни системи. Според степента на дисперсност (размера на водните частици) емулсиите могат да се разделят на три групи: а) груби (радиус на частиците r = 25-50 μm); б) средна дисперсност (r = 10h-25 микрона); в) фино диспергирани (f = 0,1-5-10 микрона).
Според [Л. 1-1] функцията на разпределение на размера на водните частици във водно-маслена емулсия, определена чрез методите на утаяване в гравитационно поле и микрофотография, е добре апроксимирана от G-функцията. Степента на дисперсност е първото свойство на емулсията, което е от съществено значение за различни физични методи за определяне на нейното съдържание на влага. При редица методи влияещ фактор е и формата на диспергираните частици, степента на тяхното отклонение от идеалната, сферична форма.
Вторият параметър на емулсиите, важен за измерване на влагата, е тяхната стабилност, която зависи от естеството на въглеводорода, наличието на повърхностноактивни вещества (емулгатори) на границата на дисперсната фаза, концентрацията на водата и температурата на емулсията.
Стабилността на емулсията зависи от метода на нейното приготвяне, по-специално от продължителността на емулгирането. Този фактор също влияе върху степента на дисперсност на емулсията; увеличаването на времето за емулгиране измества максимума на функцията на разпределение към фракцията на фините капчици и в същото време увеличава монодисперсността на емулсията.
За граница между микро- и макрокапилярите условно се приема радиусът на капиляра, равен на 0,1 μm. Капилярните порести тела имат пори с различна големина. Ако дисперсията на функцията за разпределение на размера на порите е нула, структурата на тялото е монокапилярна; това условие рядко е изпълнено за реални материали, чиято структура е поликапилярна.
За измерваниявлажност, важни са видовете и формите на връзката на влагата с веществото, които влияят върху свойствата на влагосъдържащия материал.
■ От известните класификации на видовете и формите на свързване на влага, най-често използваната е тази, предложена от P. A. Rebinder, въз основа на стойността на енергията на свързване E. Според тази класификация (с някои допълнения от M. F. Kazansky [L. 1-2]), цялата влага на колоидно капилярно-поресто тяло може да бъде разделена на следните типове и форми (по реда на увеличаване на стойността на E):
I. Безплатна вода.
II. Капилярно свързана влага (физико-механична връзка): 1) влага на капилярното състояние в макропорите; 2) задната влага на макропорите; 3) капилярна влага на микропори.
III. Адсорбционно свързана влага (физико-химична връзка): 1) полимолекулна адсорбционна влага; 2) мономолекулярна адсорбция на влага.
IV. Водата е химически свързана (химическа връзка).
Най-силно се задържа химически свързаната вода (хидратирана или кристално хидратирана). Неговите молекули са част от основното вещество и се освобождават само чрез химично взаимодействие или калциниране.
Адсорбционно свързаната вода се образува в резултат на действието на молекулярно силово поле. В началния етап на сорбция върху външната и вътрешната повърхност на тялото се създава мономолекулен слой, най-силно свързан с повърхността на адсорбента; след това той абсорбира втория слой, третия и т.н.; следващите слоеве са по-слабо свързани.
Осмотичното свързване също принадлежи към физикохимичната връзка - слаба обратима връзка, която възниква в растителните клетки с концентриран разтвор, в който водата от околната среда с по-малко концентриран разтвор прониква през полупропусклива преграда.
Известните методи за измерване на влага реагират различно на формите на свързване на влага. Методизсушаването (и редица други аналитични методи) не взема предвид химически свързаната вода. За диелкометричния метод е от съществено значение, че химически свързаната вода има значително по-ниска диелектрична константа (според някои изследователи, eСv \u003d \u003d 4,5h-5,8) от свободната вода (e»81), а eСv не зависи от честотата на електрическото поле и температурата на материала. От другите физични методи за измерване на влажност, формите на силовата връзка се различават повече или по-малко между ядрено-магнитен резонанс и неутронни методи (вижте § 5-1 и 5-2).
Повечето от нормативните документи, използвани в практиката (стандарти, технологични инструкции и др.), се основават на отчитане само на свободната влага. В много случаи обаче има нужда от получаване на информация за съдържанието на влага в различни видове комуникации. Това се отнася не само за експериментални изследвания в редица области на науката, но и за множество физически и технологични процеси, като втвърдяване на цимент и бетон, свързване на влага от целулоза, изкуствени влакна, глина и др. В биохимични обекти, състоящи се от растителни и животински клетки, водата участва в биохимични процеси, протичащи
ходене на всички етапи от съществуването на обекта, а неговата реактивност зависи от силата на връзката с тъканта на черупката [L. 1-3].
Задачата за количествен анализ на влагата в различни форми на свързване е доста сложна; допълнителни трудности се причиняват от факта, че в редица процеси една форма на свързване постепенно преминава в друга.
Известна информация за формите на свързване на влагата се предоставя от сорбционните изотерми, които описват взаимодействието на материал с околния въздух в статика. Този естествен процес на сорбция се определя главно от съотношението на парциалните налягания на парите yповърхността на материала (rm) и във въздуха (p).
Ако pm> p, протича процесът на изпаряване на влагата от материала (десорбция); в rm ig. m - площта на мокро състояние.
Голямото значение на сорбционните процеси при измерването на влага се определя по-специално от факта, че сме в социалните мрежи: