14.1.1. Визначення вологості матеріалів на сушильних (кондиційних) апаратах

Сушильними (кондиційними) апаратами називають прилади, призначені для визначення вологості матеріалів шляхом видалення з них вологи висушуванням. Висушування матеріалу здійснюється потоком гарячого повітря, інфрачервоним випроміннюванням або у високочастотних електричних полях. Одним з найпоширеніших є кондиційний апарат АК-2. Прилад АСТ-73 трохи відрізняється від апарату АК-2.

К ондиційний апарат АК-2 (рис. 14.1) використовується для одночасного визначення вологості 6 проб. Він складається з циліндричної камери 1 з корпусом, що має теплоізоляційний шар. В камері підвішено шість корзин 2 з металевої сітки. Кожна корзина є змінною чашкою технічних вагів 6, змонтованих на верхній плитці камери. В центрі плити розташовані люк з кришкою для занурення корзин і радіальні пази з гніздами для розміщення підвісок кожної корзини. Підвіска має порожнистий циліндр для додаткових грузиків, якими регулюють вагу порожніх корзин.

Рис. 14.1. Схема кондиційного апарату АК - 2

Матеріал, завантажений в корзину, висушується в потоці гарячого повітря. Нагрівання і циркуляція повітря здійснюються електронагрівачем 5 і електродвигуном з вентилятором.

Для контролю температури повітря в камері встановлений термометр 7. Прилад забезпечений терморегулятором для автоматичної підтримки постійної температури повітря в камері. Датчиком температури служить контактний термометр, сполучений дротами з електромагнітним реле, що автоматично вимикає живлення электронагрівача при нагріві повітря в камері до заданої межі.

14.1.2. Визначення вологості на електровологомірах

Електричні методи відносяться до непрямих, тому що принцип дії вживаних приладів заснований не на безпосередньому визначенні вмісту вологи в матеріалі, а на вимірюванні характеристик властивостей матеріалу, залежних від його вологості: діелектричної проникності і електричного опору. Перевага електричних методів вимірювання вологості полягає в тому, що вони є експресними. Полімерні матеріали відносяться до діелектриків. На відміну від металів - провідників електричного струму, діелектрики не мають вільних електронів, їх електрична провідність носить іонний характер і практично повністю залежить від вмісту в матеріалі води і електролітів. Сам полімерний ланцюг в перенесенні електричних зарядів не бере участь, проте його хімічна будова, а також надмолекулярна структура полімерного матеріалу побічно впливають на рухливість іонів.

Електромісткісний метод вимірювання вологості текстильних матеріалів заснований на залежності діелектричної проникності матеріалу від вмісту в ньому вологи. Якщо між обкладками електричного конденсатора, що має місткістю С₀, помістити замість повітря зразок діелектрика, місткість конденсатора зросте і стане рівною :

(14.5)

де - діелектрична проникність або діелектрична постійна діелектрика.

(14.6)

Збільшення місткості конденсатора при внесенні в нього діелектрика пояснюється тим, що під дією зовнішнього електричного поля відбувається поляризація діелектрика, зсув електронної хмари атомів і молекул у напрямі електричного поля, тобто у бік позитивно зарядженої обкладки конденсатора. При цьому центри розподілу позитивних і негативних зарядів кожного атома і молекули зміщуються і таким чином в них індукується дипольний момент Р, який дорівнює добутку величини зміщеного заряду е на величину зсуву S:

Р=еS (14.7)

При поляризації в електричному полі конденсатора на поверхні діелектрика, зверненій до позитивно зарядженої пластини (обкладинки) конденсатора, виникають некомпенсовані заряди, а на поверхні, зверненій до негативно зарядженої пластини конденсатора, - некомпенсовані позитивні заряди. Таким чином, в діелектрику створюється додаткове електричне поле, направлене убік, протилежний напряму поля, утвореного зарядами обкладинок конденсатора.

Результативна напруженість поля дорівнює геометричній сумі напруженостей. Отже, поляризація діелектрика в полі зменшуватиме напруженість поля конденсатора і збільшуватиме його місткість. Між напруженістю поля конденсатора без прокладки і з прокладкою з діелектрика існує простий зв'язок

(14.8)

Зіставляючи формули визначення ε одержуємо:

(14.9)

Різні речовини залежно від будови їх молекул мають різну діелектричну проникність. Полімерні матеріали в абсолютно сухому стані мають діелектричну проникність . Максимальну діелектричну проникність має вода ( ).

Поглинання води полімерними матеріалами збільшує їх полярність в електричному полі унаслідок високого поляризування води, маса якої в матеріалі росте із збільшенням вогкості. Таким чином, вимірювання вологості матеріалу може бути зведено до вимірювання діелектричної постійної матеріалу.