Оптичні прилади

В оптичних приладах може використовуватися видимий спектр випромінювання, якщо речовина змінює своє забарвлення i коефіцієнт відбиття, функціонально залежний від вологості.

Інфрачервоний (IЧ) спектральний метод вологометрії засновано на тому, що в спектрі з довжиною хвилі 0,8-6,1 мкМ вода має ряд досить сильних смуг поглинання різної інтенсивності (λ = 1,94 мкМ i λ = 2,48 мкМ). У порівнянні із надвисокочастотним в IЧ-методі сильніше проявляється вплив розмірів частинок. IЧ – цілком поверхневий метод.

Властивості поверхні матеріалу при висиханні значно змінюються. Тому результати вимірювань на поверхні відрізняються від глибинних. Окрім того, вони можуть залежати від відстані між вимірювачем i поверхнею.

Смуги поглинання, характерні для молекул води, не завжди легко використати, оскільки вони можуть співпадати зі смугами поглинання інших хімічних матеріалів і середовищ. Найбільш часто у ІЧ-вологомірах використовуються смуги поглинання, розташовані поблизу 1,4; 1,9; 2,7 мкМ.

Відомі IЧ-вологоміри найчастіше створюються за двохвильовою схемою, тобто сигнал, що вимірюється, фіксує різницю інтенсивності випромінювання двох хвиль: еталонної i аналітичної. Виділення їх зі спектру джерела випромінювання може здійснюватися як до його попадання на об'єкт, що контролюється, так i після. Як приклади, можна назвати портативний фотоелектричний вологомір ґрунтових зразків (рис.1.10), вологомір ВИЛ-1, автоматичнi вологомipи Anacon - 106 (Англія), Quadra Beat Model 475 (США) та інфрачервоний вологомір IRMM-106 (рис. 1.11). Висока чутливість та можливість разом з вологою визначати i інші компоненти речовини висувають IЧ метод у число найбільш перспективних для аналізу якості сільськогосподарських продуктів, оскільки, незважаючи на дорожнечу, складність i окремі недоліки, вологоміри такого типу дозволяють вести безперервний контроль вологості в умовах потоку i можуть успішно застосовуватись в системах автоматичного контролю i регулювання технологічними процесами.

Основний недолік Iч-методу в тому, що вологість вимірюється в поверхневому шарі, коли неоднорідність розподілу вологи по поверхні та в глибині контрольованого матеріалу може бути причиною значних помилок.

Нейтронні вологоміри

Принцип дії цих вологомірів заснований на здатності атомів водню уповільнювати рух швидких нейтронів, переводячи їх у ранг повільних. Типовим представником цих вологомірів є ВНП-1 (рис. 1.12). У склад приладу входить електронний цифровий вимірювальний блок з індикатором на рідинних кристалах і датчик, суміщений в одному корпусі з джерелом швидких нейтронів.

Для проведення вимірювань в заданій точці поля необхідно пробурити свердловину на глибину 1,5 м і вставити в неї стаціонарну обсадну металеву або пластмасову трубу, щоб закріпити стінки свердловини і попередити їх осипання. Внутрішній діаметр труби повинен бути таким, щоб дозволяв легко рухатись в трубі датчику ВНП-1.

Технічні дані ВНП-1 такі: діапазон вимірювання вологості становить 0,05-0,5 г/см3 (або 5-50 %), похибка вимірювання – 0,025 г см³ (або 2,5 %). Загальна маса комплекту без обсадних труб 5 кг.

Задум засновників цього методу був такий: вода складається з двох атомів водню і одного атому кисню; якщо занурити датчик приладу в ґрунт і потім поміряти енергію нейтронів, уповільнених атомами водню, то на базі цих даних можна дуже точно визначити вміст води в ґрунті. Спочатку при впровадженні цього методу вважалось, що це ідеальний метод, розрахований якраз на такі об’єкти, як ґрунт. Однак, як пізніше з’ясувалось, не було враховано багато супутніх факторів, які вносять суттєві помилки при визначенні вологості ґрунту цим методом.

По-перше, атоми водню входять не тільки до складу води, але й до

складу хімічних сполук та органічної частини ґрунту (гумусу, перегнилих і не перегнилих решток рослин, органічних добрив і мікрофлори). Органічна фракція ґрунту може досягати до 20 відсотків від усієї маси ґрунту, що збільшує відносну помилку вимірювання до 100 %.

По-друге, радіус дії нейтронного методу 30 см, тобто ним можна поміряти концентрацію повільних нейтронів у сфері діаметром 60 см. Це означає, що у верхніх шарах ґрунту 0-10 і 0-20 см нейтронним методом визначати вологість ґрунту не можливо. При зануренні датчика на глибину 10 см прилад ВНП-1 завжди показує нуль, навіть при повному насиченні ґрунту водою, а на глибині 20 см дані вологості ґрунту мають в 1,5-2 рази менші значення в порівнянні з глибиною 30 см. Це явище пов`язане з тим, що на глибинах до 20 см сфера дії нейтронного методу діаметром 60 см уміщує не тільки ґрунт, але й повітря, де концентрація атомів водню в одиниці об’єму значно нижча, ніж у ґрунті. Тому ВНП-1 рекомендують застосовувати, починаючи з глибини 30 см. Це суттєвий недолік даного методу, бо вологість орного шару ґрунту найбільш мінлива, а інформація про неї найбільш необхідна.

По-третє, потреба закладення на полях обсадних труб створює певні незручності для господарників. Такі труби могли б стояти на полях із колосовими культурами і травами в період між останнім обробітком (боронування посівів, підкормкою тощо) і збиранням. Щодо просапних культур, то тут період, коли обсадні труби можуть знаходитись на полі, ще коротший. У той же час термостатно-ваговий метод гідрометеостанції використовують весь вегетаційний період і навіть, частково, зимою.

Ми розглянули тільки три недоліки, характерні для нейтронного методу визначення вологості ґрунту. Окрім того, похибки цього методу, як і будь-якого іншого, пов`язані також із неврахуванням щільності, температури, хіміко-механічного складу ґрунту та інших факторів.