Принцип работы анализаторов влажности по потерям при высушивании

Метод сушки, также называемый методом высушивания, определяет содержание влаги физическим методом анализа, используя эффект испарения влаги при нагреве для удаления влаги из материала. Традиционный и распространённый метод определения влажности — метод сушильного шкафа: образец высушивают в шкафу, взвешивают на электронных весах до и после сушки, а значение влажности рассчитывают вручную. Этот метод занимает 2–4 часа на образец; для предприятий с высоким темпом производства метод сушильного шкафа серьёзно влияет на производительность 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.