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.