Принцип работы анализаторов влажности по потерям при высушивании

Метод потери массы при высушивании, также называемый методом нагревательной потери массы, — физический метод определения влажности: нагрев удаляет и высушивает воду в материале. Традиционный и наиболее распространённый подход — метод сушильного шкафа: образец высушивают в шкафу, взвешивают на электронных весах до и после, а значение влажности рассчитывают вручную. При таком способе испытание одного образца занимает 2–4 часа; для производителей с высоким темпом работы метод сушильного шкафа серьёзно снижает эффективность производства и уже не отвечает их потребностям.

Галогенная технология нагрева разогревается на 40 % быстрее, чем традиционная инфракрасная технология нагрева, представленная на рынке

В этих условиях анализаторы влажности VicoMeter используют высокоэффективный сушильный нагреватель — высококачественную кольцевую галогенную лампу (в дальнеинфракрасных быстрых анализаторах влажности применяется дальнеинфракрасный темнопольный нагреватель) — для нагрева образцов вместо традиционного сушильного шкафа, обеспечивая быстрый и равномерный нагрев. Быстрый анализатор влажности VicoMeter по методу потери при высушивании объединяет и модернизирует метод сушки в шкафу, идеально сочетая модули нагрева, взвешивания, управления и интеллектуального человеко-машинного интерфейса. Система интеллектуально останавливается по тренду определения, анализирует влажность образца и выводит результат прямо на экран — запуск одной кнопкой даёт надёжные результаты, согласующиеся с методом сушильного шкафа. Типичный образец занимает всего несколько минут, что гораздо эффективнее метода сушильного шкафа, поэтому эти анализаторы широко востребованы и получают хорошие отзывы промышленных пользователей.

Принцип и развитие анализаторов влажности Карла Фишера

Предложенный Карлом Фишером в 1935 году, этот объёмный метод является наиболее специфичным и точным для воды — сегодня это стандартный метод для многих веществ.

Его титриметрическая и кулонометрическая формы подходят для многих неорганических и органических соединений — это признанная во всём мире классика быстрого определения влаги в жидкостях, твёрдых веществах и газах, широко применяемая в нефтяной, химической, энергетической, фармацевтической, пестицидной отраслях и в научных исследованиях.

Помимо хорошего прибора, необходимо проверять наличие мешающих факторов, правильно отбирать образцы и аккуратно работать. В 1935 году Карл Фишер предложил объёмный (визуальный) метод по GB6283 для бесцветных жидкостей; затем появился электролитический метод, а объединение кулонометра с объёмным анализом дало кулонометрический метод по GB7600. Таким образом, метод Карла Фишера делится на объёмную и кулонометрическую ветви, и обе являются стандартными методами для проверки других методов и приборов.

Принцип реакции с влагой

При окислении иодом диоксида серы в реакции участвует определённое количество воды: I₂+SO₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄ Реакция обратима; необходимо добавить щелочное вещество, а реагент должен содержать метанол или другой растворитель с активными OH-группами, чтобы пиридинсерный ангидрид превращался в стабильный гидросульфат метилпиридиния.

При кулонометрическом титровании по методу Карла Фишера необходимый иод образуется непосредственно при электролизе; содержание воды рассчитывается по соотношению заряда и иода. Когда появляется свободный иод, напряжение на индикаторных Pt-электродах резко падает — это и есть конечная точка.

Реакция электролиза (закон электролиза Фарадея)

При электролизе реакции на электродах следующие:

Анод: 2I--2e→I₂

 Катод: I₂+2e→2I- ，2H++2e→H₂↑

Из вышесказанного следует, что для окисления 1 моль иодом 1 моль диоксида серы требуется 1 моль воды. Электролиз 1 моль иода требует 2×96493 Кл (постоянная Фарадея 9,6493×10000 Кл/моль), при этом расходуется 18 г воды.

Из закона электролиза Фарадея M×10-6/18=Q×10-3/2*9,6493, следовательно M=Q/10,722

Где: W — содержание влаги (мкг); Q — заряд электролиза (мКл); 18 — молекулярная масса воды.

Принцип работы онлайн-анализаторов влажности ближнего инфракрасного диапазона

Связи O-H в воде и связи C-H в органических веществах поглощают свет ближнего инфракрасного диапазона на определённых длинах волн; отражённая энергия обратно пропорциональна количеству поглощающих молекул. Анализатор отслеживает изменения энергии NIR на определённой длине волны, исходя из поглощения водой.

Молекулы воды колеблются в определённых энергетических полосах — связи O-H растягиваются, сжимаются, крутятся. Полосы NIR особенно сильны для воды и легко генерируются, фильтруются и детектируются; длины волн для измерения влажности лежат в пределах 1–2,5 мкм.

Поглощение зависит от числа встреченных молекул воды и интенсивности поглощения — оно пропорционально влажности. Будучи методом отражения, он также зависит от отражательной способности и поглощения материала; измерение в NIR является неразрушающим, бесконтактным и выполняемым в реальном времени.

Принцип работы систем онлайн-контроля влажности ближнего инфракрасного диапазона

Несколько пучков NIR фокусируются на поверхности материала; отражённые пучки принимаются современной оптической системой детектирования со встроенным высокопроизводительным DSP-чипом для быстрой обработки, хранения и отображения — выдающаяся точность и стабильность.

Многие материалы поглощают инфракрасное излучение только на определённых длинах волн; выбирают как минимум две — опорную длину волны (не поглощаемую материалом и водой) и измерительную длину волны (поглощаемую только водой).

Прецизионные светофильтры на вращающемся колесе поочерёдно пропускают опорный и измерительный импульсы на образец; два импульса с заданной периодичностью отражаются на детектор в виде двух сигналов. Опорный сигнал показывает ожидаемое отражение, измерительный ослабляется поглощением воды. Объединённые в отношение, различия с другими уровнями влажности пропорциональны разнице влажности.

Сила сигналов двух каналов объединяется в: R/M X M1/R1=отношение

Где: R — опорный канал измерительного пучка

M — измерительный канал измерительного пучка

M1 — измерительный канал компенсационного пучка

R1 — опорный канал компенсационного пучка

При появлении дрейфа M и M1 смещаются одинаково, взаимно компенсируясь в отношении, что сохраняет стабильность.

Принцип работы микроволновых онлайн-анализаторов влажности

Ослабление и сдвиг фазы микроволн зависят от диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь среды — у полярной воды они значительно выше, чем у обычных сред. Влажность рассчитывается по полученным ослаблению и сдвигу фазы.

Микроволны проникают по всей толще материала и измеряют всю физическую влагу — поверхностную и внутреннюю — с высокой точностью, не зависящей от цвета и структуры. Области применения: уголь, агломерационная шихта, железная руда, химические продукты, бокситы, никелевая руда, сахар, табак, багасса, зерно, кремний, древесина, шерсть, пищевые продукты, песок, полимеры, хлопок и другие диэлектрики.

Подробный обзор микроволновых онлайн-анализаторов влажности

Зонд измеряет на глубине 150–200 мм, анализируя общую влажность (в ядре и на поверхности); глубина проникновения означает, что поверхностные загрязнения не имеют значения.

Ключевой принцип — изменение относительной диэлектрической проницаемости; проще говоря:

εr воды ≈ 80 против примерно 1–10 у большинства материалов (песок/гравий 3–4) — большое измеримое различие.

Влажность измеряется непосредственно по этому различию и выдаётся в виде стандартного сигнала массового процента.

Иными словами: чем больше воды содержит материал, тем ближе его относительная диэлектрическая проницаемость εr к 80.

Сигналы получают при прохождении материала мимо датчика — даже на высокоскоростных линиях; можно измерять и неподвижные сыпучие материалы.