0. 1.2 Расчет зависимости диэлектрической проницаемости от температуры

Аналитическая модель диэлектрических характеристик свободной влаги в капиллярно-пористых материалах для интервала частот 3 .. 30 ГГц дана в [ 6 ].

Расчетные дисперсионно-температурные зависимости вещественной и мнимой частей проницаемости ε′, ε″ для свободной воды в рабочем диапазоне частот описываются формулами соответственно (1.5) и (1.6), которые приведены ниже.

, (1.5)

(1.6)

,

где t – температура, С;

λ – длина волны, которая для частот 3 ГГц, 15 ГГц и 30 ГГц принимает значения соответственно 0,01 м, 0,02 м и 0,1 м.

В графическом виде дисперсионно-температурные зависимости вещественной и мнимой частей проницаемости ε′, ε″ представлены соответственно на рис. 1.2 и рис. 1.3 .

Рисунок 1.2 – Зависимость вещественной части диэлектрической

проницаемости  от температуры для частот 3 ГГц, 15 ГГц и 30 ГГц

Рисунок 1.3 – Зависимость мнимой части диэлектрической прони-

цаемости  от температуры для частот 3 ГГц, 15 ГГц и 30 ГГц

Представленные зависимости показывают, что при определении влажности посредством измерения диэлектрической проницаемости менее подвержены влиянию температуры данные, полученные на частоте 3 ГГц.

Установленный факт относительно максимума потерь среднедисперсных материалов, а также зависимости вещественной и мнимой частей проницаемости ε′, ε″ от температуры, позволяет обоснованно выбрать рабочий диапазон влагометрических измерений, который должен приходиться на коротковолновую область дециметровых (ДМВ) колебаний и сантиметровый диапазон СВЧ колебаний.

2. 1.3 Сравнительный анализ электрических методов контроля влажности

В настоящее время наиболее распространены электрические методы, которые отличаются оперативностью анализа, достаточной точностью и позволяют производить непрерывный контроль влажности. К таковым относятся [ 7 ]:

– кондуктометрический метод;

– диэлькометрический (емкостной);

– сверхвысокочастотный (микроволновый).

В кондуктометрическом методе оценка влагосодержания проводится по результатам изме­рения электрического сопротивления. Этот ме­тод применяется для определения влажности в диапазоне от 2 до 30 %. Главным достоинством этого метода является простота схемы и кон­струкции измерительного прибора. Однако влияние на результат измерения химического состава исследуемого вещества, температуры, степени уплотнения, а также узкий диапазон измерения ограничивают область применения этого метода.

Диэлькометрический метод основан на из­мерении диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь влаж­ных материалов и веществ в широком диапазо­не частот. Достоинствами этого метода являют­ся малая чувствительность к уплотнению и тем­пературе материала, быстродействие и высокая точность (лучше 1 %). Основной недостаток – значительные трудности получения достовер­ного сигнала измерения в связи с наличием ря­да паразитных емкостей и влиянием грануло­метрического состава исследуемого вещества на показания прибора. Метод предусматривает воздействие на контролируемый материал, раз­мещенный в специальном датчике, переменным электромагнитным высокочастотным полем. Изменение емкости ячейки с материалом зави­сит от влажности сильнее, чем от некоторых ме­шающих факторов. При всех положительных характеристиках емкостного метода, реализованного в радиочастотном диапазоне, – относительная простота и надежность, невысокая цена приборов, он все же уступает микроволновым методам измерения влажности.

Сверхвысокочастотные методы определения влажности отличаются высокой чувствитель­ностью, точностью и возможностью бесконтакт­ного (дистанционного) измерения. Несомненным достоинством СВЧ методов является незначительная чув­ствительность к физико-химическому составу вещества. Однако, такие влагомеры не получи­ли широкого распространения из-за сложнос­ти, громоздкости, дороговизны аппаратуры.