ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ВЛАГОМЕРОВ

Градуировка и поверка влагомеров связаны с боль­шими трудностями, чем эти же операции у гигрометров. Для твердых материалов отсутствуют эталоны влажно­сти, а «стандартные образцы» влажности твердых мате­риалов весьма трудно создать и еще труднее сохранить. Большинство методов определения влажности твердых тел и жидкостей, используемых в качестве образцовых, имеет меньшую точность, чем образцовые методы для газов. Для жидкостей возможно применение искусствен­ных образцовых проб, аттестованных по влагосодержа - нию и представляющих собой образцы исследуемой жид­кости — абсолютно сухие и заданного влагоеодержания; последние получают точным дозированием абсолютно сухой жидкости и воды.

Методика приготовления и аттестации таких проб в виде водонефтяных эмульсий была разработана при­менительно к задачам поверки и градуировки электри­ческих влагомеров для нефти [Л. 11-20]. Она состоит из нескольких операций, причем на каждом этапе изготов­ления оценивается возможная предельная погрешность, что позволяет выполнить расчетную аттестацию полу­ченной смеси.

Полное удаление благи из жидкости достигается од­ним или несколькими известными способами — перегон­кой, центрифугированием, пропусканием через слой твердого сорбента (цеолитов). Аттестация полученной «абсолютно сухой» нефти должна выполняться достаточ­но точным методом.

. Эту сухую нефть и воду дозируют по объему с помощью мерных емкостей, исходя из требуемых количе­ства и влагосодержания пробы. Дальнейшим этапом является эмульгирование смеси с помощью механиче­ских диспергаторов, обеспечивающих диспергирование воды до величины дисперсных частиц, не превышающей 10 мкм. Полученные эмульсии неустойчивы и должны использоваться в течение 5 мин. Они не могут длитель­но храниться или транспортироваться, т. е. не являются стандартными образцами; таким образцом может слу­жить только аттестованная абсолютно сухая проба.

Поверка влагомеров для нефти по аттестованным искусственным эмульсиям предусмотрена ГОСТ 14203-69, причем влагосодержание эмульсий должно быть опре­делено с точностью, в 2,5 раза превышающей точность влагомера.

Предложенная для диэлькометрических нефтяных влагомеров поверочная схема [JI. 11-21] исходит из прин­ципа раздельной поверки электрических и влажностных - характеристик влагомера.

. Для твердых материалов до настоящего вре­мени нет общей единой поверочной схемы. Были разра­ботаны и предлагались лишь отдельные образцовые ме­тоды. и средства, не являющиеся универсальными, а предназначенные для определенных материалов или групп материалов. В первую очередь такие методы были разработаны для зерна различных культур и - продуктов его переработки. Это объясняется массовым характером определений влажности зерна, широким распростране­нием зерновых электровлагомеров и большим экономи­ческим значением их точности.

Образцовый вакуумно-тепловой метод, предложен­ный ВНИИ Комитета стандартов (ВНИИК) [Л. 11-22], построен" на принципе двухступенчатого высушивания в электрическом сушильном шкафу. Из образца зерна отбираются четыре навески по 10 г, которые помещают­ся в двухъярусные бюксы, снабженные размалывающим механизмом. Такие бюксы применены с целью исключе­ния погрешностей, обусловленных потерями влаги и су­хого вещества при "измельчении и перемещении навески. Первая ступень процесса заключается в сушке целого зерна при температуре 105 °С в течение 30 мин. На вто­рой стадии после размола подсушенной навески непо­средственно в бюксе навески зерна подвергаются сушке в вакуумном сушильном шкафу при температуре 130ЧС, остаточном давлении 5—10 мм рт. ст. и непрерывной откачке выделяющихся паров; разрежение создается форвакуумным насосом. Температура на уровне гюлки, на которой устанавливаются бюксы, поддерживается постоянной с точностью до іО. З^С.

Градиент температур между отдельными гнездами для бюкс на полке не превышает 0,5°С. Влажность оп­ределяется по результатам взвешивания на аналитиче­ских весах с чувствительностью 0,1 мг.

ВНИИК считает, что хорошая воспроизводимость результатов определения может быть достигнута не только сушкой до постоянного веса, но и при высушива­нии при температуре 130°С в течение 1 ч. Такой режим дает результаты, эквивалентные вакуумной сушке в те­чение 5 ч при 100 °С.

Последний режим принят в ряде стран (США, Франция, Канада и др.). Этот метод (при экспозиции в 1 ч) имеет следующие показатели: отклонение от сред­него значения результатов определения для одного и то­го же образца зерна (10—12 параллельных и последо­вательных определений) не превышает ±0,05%' влаж­ности. Среднеквадратичное отклонение от среднего зна­чения находится в пределах 0,02—0,04%'. Вариация зна­чения влажности внутри данного ряда измерений состав­ляет 0,1 % влажности.

■Аналогичные образцовые методы для зерна были созданы и в других странах. По методу, разработанно­му в ФРГ {Л. 11-23] определение влажности зерна (пшеницы и ржи) производится высушиванием в вакуум­ном шкафу при температуре 100 ±2ЮС и остаточном давлении 20 ±3 мм рт. ст. в течение 180 ±5 мин.

Вакуумно-тепловой метод и основанные на этом ме­тоде установки (ОВЗ-1) не ввободны от некоторых недо­статков метода высушивания (см. § 1-3). В связи с этим в СССР и за рубежом продолжаются работы по изыска­нию образцовых методов для зерна и других твердых материалов.

В качестве эталонного метода можно использовать титрование реактивом К. Фишера (см. § 1-3). Ф. В. Гор­дина исследовала эту возможность применительно к зерну и муке [Л. 11-24]. Экстр агентом служил метило­вый спирт, а оптимальным способом определения экви­валентной точки оказался электрометрический. Была разработана установка для размола зерна (длитель­ность измельчения навески 5 г составляет 2—2,5 мин) Экстракции воды (длительность 10 мин) и отбора пробы экстракта; конструкция установки преследует цель ис­ключения потерь влаги в ходе перечисленных операций.

Общая относительная погрешность метода складыва­лась из погрешностей приготовления образца бі, экст­ракции воды бг и титрования 6з:

ТИТ

Анализ составляющих общей погрешности привел к величине 6=0,24%, что для зерна в диапазоне влаж­ности 8—35% соответствует абсолютной погрешности меньше 0,1 % влажности.

Метод, аналогичный рассмотренному, разрабатывал­ся не только для зерна, но и для бумаги, хлопкового волокна и древесины в Центральном управлении мер и. качества ПНР [Л. 11-25]. Расхождения результатов оп­ределения методами Фишера и высушивания составля­ли ±0,1 ^-0,2% влажности.

С использованием метода реактива Фишера в [11-24] была предложена поверочная схема для зерно­вых влагомеров; на рис. 11-5 приведена эта схема с указанием величины погрешностей б ее элементов.

Ввиду отсутствия стандартных образцов влажности твердых материалов для градуировки влагомера в еди­ницах влажности и для поверки необходим набор образ­цов с различными значениями влагосодержаний. Подго­товка таких «искусственных проб» является трудоемкой и ответственной операцией, от которой в значительной степени зависит точность градуировки или поверки.

Если исходный материал имеет высокую влажность, набор образцов готовят посредством сушки; сухой ис­ходный образец приходится увлажнять. На практике в процессе градуировки применяются оба процесса. Для сохранения постоянства влажности образцов

Их необходимо хранить в герметичных сосудах или оболочках (металлические сосуды, стеклян­ные банки с притертыми пробками, мешочки из синте­тических негигроскопических материалов и т. п.). Объем воздуха, не заполненный материалом внутри оболочки, должен быть минимальным.

Можно применить следующие способы искусственно­го увлажнения: а) смешивание более влажного мате­риала с менее влажным; б) непосредственное (гидро­термическое) увлажнение погружением образца в воду или механическим введением влаги, в частности тонко распыленной; в) гигротермическое увлажнение в атмо­сфере с различной влажностью.

Первый, наиболее простой способ требует длитель­ной выдержки после смешивания; даже при этом усло­вии трудно достигнуть полного выравнивания влажно­сти образца.

Погружением в воду нельзя получить нужное, зара­нее заданное значение влажности. При механическом добавлении воды, если известна исходная влажность образца, можно определить количество воды, добавля­емой для получения нужной влажности, по формуле

Где В — масса добавляемой воды; В0 — исходная масса образца; й^о — исходная влажность, %; W—нужная (конечная) влажность, %'.

Увлажнение гигроскопического материала водой без ее распыления лучше всего производить, помещая ^ образец материала вместе с нужным количеством воды в плотно закрытый барабан из влагостойкого материа­ла (цилиндрический сосуд из органического стекла) и непрерывно вращая барабан до полного поглощения влаги. Этот же способ обеспечивает достаточно равно­мерное распределение влаги в образце после его увлаж­нения любым способом. Выдерживание увлажненного образца в закрытом сосуде при непрерывном вращении сокращает продолжительность увлажнения и обеспечи­вает более равномерное распределение влаги.

Увлажнение распылением производится с помощью пульверизаторов, дающих возможно более тонкое рас­пыление; следует следить за равномерностью распыле - кия. Учитывая неизбежные потери влаги, при увлажне­нии распылением рекомендуется увеличивать количество воды на 10—16% по сравнению с расчетной" величиной.

Наилучшие результаты дает увлажнение образцов в воздухе с различной относительной влажностью. Если известны сорбционные изотермы данного - материала, можно получить образцы заданной влажности с доста­точно большой точностью. При этом появляется возмож­ность сохранить постоянную влажность этих образцов в течение длительного времени. Ограничением этого способа является возможность его использования толь­ко в пределах гигроскопического состояния материала, т. е. при влагосодержаниях ниже максимального гигро­скопического. Для получения образцов с более высокой влажностью приходится применять механическое введе­ние воды.

Гигротермическое увлажнение образцов твердых ма­териалов осуществляется в камерах-гигростатах любых типов; проще всего применять солевые гигростаты (см. § 11-2) или просто закрытые емкости (эксикаторы, стеклянные банки с притертыми пробками и т. п.) с ра­створами солей.

Достижение равновесия ускоряется перемешиванием или созданием циркуляции воздуха внутри емкости. Ис­ходные образцы для приготовления «искусственных проб влажности» по своим физическим и физико-химическим свойствам (химический и гранулометрический состав, наличие примесей, плотность и т. д.) должны быть до­статочно представительными для материала в целом. Градуировку влагомеров, предназначенных для автома­тического контроля материалов, целесообразно выпол­нять на образцах, отбираемых непосредственно в реаль­ных условиях работы влагомера, например из производ­ственного потока. При этом число измерений должно быть достаточно большим и охватывать весь диапазон влажности, соответствующий пределам шкалы влагоме­ра. Образцы, отобранные в производственных условиях, обычно не соответствуют последнему требованию, в свя­зи с чем приходиться использовать «искусственные про­бы». Значения температурных поправок обычно опреде­ляют в процессе градуировки.

Контрольные рабочие меры электрических величин можно использовать для поверки и градуиров­ки измерительных устройств электрических влагомеров, рассматриваемых как измерители омического сопротив­ления или емкости (полного сопротивления). Такими мерами могут служить полупеременные или переменные воздушные конденсаторы высокой добротности, шунти­рованные безреактивными сопротивлениями; величины емкости и сопротивления должны соответствовать емко­сти и tg6 датчика с материалом. Необходимо помнить, что электрические цепи, состоящие из мер сопротивле­ния и емкости, не являются физической моделью датчи­ка и лишь в ограниченной степени воспроизводят его электрические свойства. Так, например, частотная харак­теристика образцового сопротивления совершенно иная, чем у активной составляющей емкостного датчика с ма­териалом.