Способ градуировки влагомеров Советский патент 1992 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам исследования и анализа материалов с помощью электрических, электрохимических или магнитных средств путем сравнения результатов измерений влажности контрольного образца влагомером с результатами измерений влажности образцовым методом, и может быть использовано в отраслях промышленности, производящих и эксплуатирующих твердые и сыпучие материалы для измерения влажности этих материалов.

Известны способы градуировки влагомера, основанные на установлении усредненной номинальной градуировочной характеристики влагомера. Сущность заключается в сравнении результатов измерений влажное™ предварительно подготовленных контрольных образцов измеряемого материала путем включения образцов различных масс пропорционально массе каждого сорта в почвенно-климатической зоне произрастания влагомером с результатами измерений влажности образцовым методом с представлением результатов градуировки в виде регрессионной модели без учета форм связи влаги с материалом.

Известен способ определения градуировочной характеристики устройства, заключающийся в сравнении испытательного и выходного сигнала путем статистической обработки результатов, Измерения осуществляются для всех выбранных уровней, т.е. по всей градуировочной характеристике. Отсуствие критерия для минимизации количества уровней, на которых производится

4 ГО 00 ч|

о

градуировка, приводит к увеличению трудо - емкости процесса градуировки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ градуировки влагомера, согласно которому измеряют физическую величину, например проводимость, функционально зависящую от влажности вещества. Устанавливают среднее значение параметра при заданной влажности вещества и (усредненную) номинальную градуировочную ха- рактеристику влагомера.

Однако известный способ недостаточно точен в связи с необходимостью построения нелинейной регрессионной модели при больших дисперсиях.

Целью изобретения является повышение воспроизводимости номинальной гра- дуиро.вочной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что сравнение результатов проводят на участках минимального и максимального значений равновесной влажности, соответствующих одной из форм влаги с материалом, а за номинальную градуировочную характеристику влагомера принимают регрессионную зависимость ожидаемой влажности контрольных образцов от показаний влагомера.

Повышение воспроизводимости номинальной градуировочной характеристики реализуется путем сравнения результатов измерений влажности контрольных образцов влагомером а с результатами измерений методом, принятым за образцовый, W не по всему диапазону равновесной влаж- ности, а на участках минимальной Wpi и максимальной WP2 равновесных влажно- стей, соответствующих одной из форм связи влаги с материалом, что обеспечивает возможность описания градуировочной харак- теристики полиномом первой степени, одновременно снижая рассеяние точек зависимостей a (W) и W{ а путем выбора значений W в начале и в конце поддиапазона измерений, определяемого однотипной влажностной структурой измеряемого материала, а за градуировочную характеристику принимают полином вида Ач а , где W -.- ожидаемая влажность контрольных образцов; а - показания влагомера, что повыша- ет воспроизводимость градуировочной характеристики влагомера (величины а и W являются зависимыми переменными, в связи.с чем корреляционные зависимости а (W) и W (а не совпадают).

Градуировочная характеристика должна строиться исходя из порядка пользования влагомером, т.е. по показаниям влагомера «(независимая переменная) судят об ожидаемой влажности контрольного образца (зависимая переменная).

Все формы связи влаги с материалом условно делятся на три группы: химическая, физико-химическая, физико-механическая. Химически связанная вода удерживается наиболее прочно; при нагревании тела до 120-150°С не удаляется. Природные полимеры поглощают влагу путем истинной адсорбции. Никаких химических соединений между целлюлозой и водой не происходит. Влага физико-химической связи - влага мономолекулярных и лолимолекулярн.ых слоев. Мономолекулярный слой воды адсорбируется молекулами внутренней и внешней поверхности, волокна и удерживается с помощью физико-химической связи. Этот слой молекул жидкости находится под большим давлением, обусловленным молекулярным силовым полем, в результате чего плотность воды увеличивается, а диэлектрическая проницаемость уменьшается.

Удельная проводимость связанной физико-химически воды практически равна нулю по сравнению с проводимостью свободной воды. Жидкость, находящаяся в капиллярах волокна, меньше, чем мономолекулярная и полимолекулярная влага, влияет на набухание и физические свойства волокна, легко реагирует на изменение атмосферной влажности. Влага, заключенная в капиллярах, является свободной.

Границы механизма полимолекулярной адсорбции определены как результат анализа большого экспериментального материала по исследованию коэффициентов переноса теплоты и массы вещества в зави симости от масеосодержания вещества. Утверждается, что форма изотермы сорбции - десорбции (фиг,1) определяется формой связи влаги с влажным материалом, На основании анализа изотерм можно заключить следующее:

первоначальный участок изотерм ,1, где р - относительная влажность воздуха, имеет характерную для мономолекулярной адсорбции выпуклость кривой (р f(We/Wm) от влагосодержания;

на участке р 0,1-0,9 изотерма обращена выпуклостью к оси влажности воздуха, что характерно для полимолекулярной адсорбции;

на участке./) 0,9-1,0 жидкость в основном является капиллярной.

Таким образом, наличие перегибов на изотерме сорбции - десорбции позволяет сделать вывод о переходе одной формы связи влаги к другой, т.е. границы действия полимолекулярной адсорбции 0,1-0,9.

Более точно границы перехода для коллоидных пористых тел могут быть установлены на основании анализа зависимости f(0), где -относительное равновесное влагосодержание вещества; в- потенциал влагопереноса. Зависимость f (О) имеет вид ломаной кривой. Наличие излома в гигроскопической области объясняется переходом одной формы связи к другой.

Зависимость механизма влагопоглоще- ния - влагоотдачи веществ от температуры не изменяет положение точек перегиба на фиксированной температуре, для которой определена изотерма.

Способ осуществляют следующим об- разом.

Градуировку влагомеров, например переносных влагомеров шпона с накладным измерительным конденсатором, проводят при сортировке контрольных образцов в кон- трольные группы по физико-химическим признакам исходя из степени влияния на результаты измерений выбранным методом. Например, шпон подбирается по толщине, однотипности структуры, технологии произ- водства, отсуствию повреждений в месте измерения. Проводят выдержку образцов каждой из контрольных групп в условиях, соответствующих двум реперным точкам (при граничных условиях одной из форм связи вла- ги с материалом), до достижения равновес- ной влажности. Одновременно измерении градуируемым влагомером и с помощью аппаратуры и материалов для определения влажности образцов контрольных групп ме- годом, принятым за образцовый, например методом высушивания до постоянной массы древесных материалов (ГОСТ 16283.7-71) и мер, служащих для воспроизведения и хранения влажности образцов контрольной группы в реперных точках, конструктивно совместимых с чувствительным элементом градуируемого влагомера и обеспечивающих заданное (хранимое) изменение параметров чувствительного элемента вблизи реперных точек. Это могут быть металлические.пластины с дистанцерами, обеспечивающими строгую фиксацию расстояния между поверхностью меры и измерительной поверхностью накладного измерительного конденсатора и электрический контакт меры с низкопотенциальным электродом конденсатора. Группируют результаты измерений образцов контрольной группы в совокупности, соответствующие каждой из контрольных групп. Определяют НГХ как регрессионную зависимость ожидаемой влажности образцов каждой из контрольных групп от показаний влагомера (при градуировке влагомеров

шпона, являющегося высушенным изделием из переработанной древесины, используемого при р 0,15-0t85, нет необходимости расширять диапазон измерений свыше W yvo,i-W ьо,9, т.е. градуировать влагомер для шпона с полимолекулярной влагой), например:

Шпон лущеный

из березы

толщиной.

1,2±0,1ммWi«-1,7585+0,4142ai

,5018+0,453302

Шпон строганый

из красного дерева

толщиной

0,8 ±0,1 мм .0242+0,385500

Сравнивают показания градуируемого влагомера на мерах с результатами расчета ожидаемой влажности образцов контрольной группы по полученной регрессионной зависимости, являющейся НГХ, при тех же показаниях влагомера.

Результаты аттестации мер приведены в таблице.

Затем регулируют и фиксируют характе- ристики преобразования градуируемого влагомера вблизи реперных точек, например, с помощью мер 2,8 для березы, мер 2,9 для ясеня и красного дерева, для приведения в соответствие характеристики преобразования с НГХ для каждой из контрольных групп.

Воспроизводимость результатов градуировки влагомера может быть определена на основании величины воспроизводимости результатов аттестации мер, составляющей не более 0,12% влажности, и составляет не более 0,36 ( ±0,18)%, что свидетельствует о более чем трехкратном запасе над пределами допускаемой абсолютной погрешности измерений, которая для емкостных влагомеров натурального шпона составляет ± 1 % массового отношения влаги.

Таким образом, .способ градуировки осуществляют сортируя контрольные образцы в контрольные группы, выдерживая образцы каждой из групп в условиях, соответствующих двум реперным точкам, одновременно измеряя влагомером и методом, принятым за образцовый, образцы и меры, группируя результаты измерений в совокупности, соответствующие контрольной группе, определяя НГХ как регрессионную зависимость ожидаемой влажности образцов от показаний влагомера для каждой из

совокупностей, сравнивая показания влагомера на мерах с результатами расчета ожидаемой влажности по полученным регрессионным зависимостям для тех же показаний и контрольных групп, проводя аттестацию мер в значениях рассчитанной ожидаемой влажности, регулировку и фиксацию характеристик преобразования вблизи реперных точек, приводя в соответствие с НГХ для каждой из контрольных групп.

Формулаизобретения Способ градуировки влагомеров, включающий сравнение результатов измерений

0

5

влажности контрольных образцов влагомером с результатами измерений номинальной градуировочной характеристики, отличающийся тем, что, с целью повышения воспроизводимости, сравнение результатов измерений проводят на участках минимального и максимального значений равновесной влажности, соответствующих одной из форм связи влаги с материалом, а за номинальную градуировочную характеристику влагомера принимают регрессивную зависимость ожидаемой влажности контрольных образцов от показаний влагомера.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам исследования и анализа материалов с помощью электрических средств путем сравнения результатов измерений влажности контрольного образца неразрушающим методом с результатами измерений влажности разрушающим методом, и может быть использовано в промышленности для измерения влажности твердых и сыпучих материалов. Целью изобретения является повышение воспроизводимости градуировки. Для этого сравнение результатов проводят.по двум реперным точкам, на участках минимального и максимального значений равновесной влажности, соответствующих одной из форм связи влаги с материалом. За номинальную градуировочную характеристику влагомера принимают регрессионную зависимость ожидаемой влажности контрольных образцов от показаний влагомера. 2 ил., 1 табл.