Влагомеры

Измерение состава и свойств веществ

Средства измерений или измерительные приборы для получения измерительной информации о составе или физико-химических свойствах анализируемых веществ называются анализаторами. В зависимости от агрегатного состояния анализируемого вещества различают:

газоанализаторы,

- анализаторы жидкостей и анализаторы твердых веществ.

Средства для измерения влажности называются влагомеры.

Плотность жидкостей измеряют плотномерами.

Вязкость жидкостей измеряют визкозиметрами.

Влагомеры продуктов. При выборе методов измерения влажности твердых и сыпучих материалов необходимо в первую очередь учитывать формы ее связи с материалом, зависящие от многих факторов, обусловливаемых структурой и строением анализируемого вещества. Формы связи разнообразны и сложны, однако условно можно разделить влагу, связанную с твердым веществом, на два основных вида — свободную и связанную.

Связанная влага резко отличается по своим свойствам от свойств свободной воды.

Для количественной характеристики содержания влаги в продуктах применяют два показателя – влагосодержание U и влажность W:

U= [M_в /M_c]▪ 100 = [M_вм–M_с/M_c]∙100;

W= [M_в /M_вм]▪100 = [M_вм–M_c/M_вм]∙100,

где М_в - масса влаги;

М_с - масса абсолютно сухого материала;

М_вм - масса влажного материала.

Влажность продуктов определяют прямыми (как правило, весовыми) и косвенными (кондуктометрическими, емкостными, сверхвысокочастотными, инфракрасными, ядерно- магнитного резонанса и пр.) методами.

Для непрерывного контроля пищевого продукта в технологической схеме нашли применение сверхвысокочастотные (СВЧ) и инфракрасные (ИК) методы.

Влагомеры сверхвысокочастотные (СВЧ)

Известны СВЧ– методы для измерения диэлектрических параметров: а) в свободном пространстве; б) в волноводах и резонаторах.

При измерении в свободном пространстве образец материала размещается между передающей и приемной антеннами, к которой подключен детектор.

Так как электрофизические параметры воды в десятки раз больше, чем у сухого материала, то с изменением содержания влаги они существенно изменяются. Таким образом, ослабление СВЧ - излучения при прохождении через материал и фазовый сдвиг СВЧ излучения являются функциями влажности.

Влагомеры инфракрасные (ИК)

Из других методов, нашедших применение в автоматических системах управления в пищевой промышленности, можно отметить метод инфракрасной спектроскопии, основанный на поглощения или отражении света в этой области спектра материалами, в зависимости от их абсорбционных или рассеивающих характеристик. Удельный коэффициент абсорбции, зависит от его химического состава, в том числе от влажности.

На рис. 2.49. показаны ИК - спектры двух образцов с различным содержанием влаги.

Рис. 2.49.ИК - спектры двух образцов с различным содержанием влаги W1 и W2.

Как видно, на длинах волн 1,9 и 1,45 мкм отражение уменьшается с повышением содержания влаги. При этом в области длин волн 1,7 и 1,1 мкм отражательная способность практически не зависит от содержания влаги. Для исключения побочных факторов измерение влажности осуществляют дифференциальным методом. Так, в данном случае можно осуществить измерения на 1,9 и 1,7 мкм. Таким образом исключается влияние неравномерности поверхности на результаты измерений.

Принцип действия инфракрасных влагомеров продуктов на примере влагомера фирмы «Анакон» (рисунок 2.50):

-сферическое зеркало. Служит для фокусировки ИК-излучения, отраженного от образца продукта на фоторезисторе;

- источник ИК-излучения в диапазоне волн измерения и сравнения (попеременно), направляемого через вращающийся фильтр на анализируемый объект;

- фоторесзистор. Чередование длин волн генерирует в фоторезисторе сигнал, состоящий из двух серий импульсов;

- усилитель сигналов от фоторесзистора и дискриминатор (преобразователь), в котором сигналы разделяются и преобразовываются в сигналы постоянного тока.

- измерительный прибор, в котором разность между сигналами преобразуется в показатель влажности продукта.

Рис. 2.50.Функциональная схема ИК-влагомера фирмы «Анакон».

Метод инфракрасной спектроскопии может быть использован для контроля влажности муки и сухого молока по отражательной способности продуктов в ближней ИК-области спектра.

Влажность воздуха является одним из основных параметров процессов сушки, увлажнения, обжарки, выпарки, а также в установках кондиционирования, вентиляционных и холодильных. Контроль и регулирование этого параметра необходимы в складских и производственных помещениях. Основные задачи контроля влажности воздуха:

- измерение при отрицательных температурах, что имеет большое значение для обеспечения необходимых режимов хранения продуктов в холодильных камерах. Контроль влажности осложняется незначительной величиной упругости водяного пара при отрицательных температурах;

- измерение влажности паровоздушной смеси при высоких температурах, в частности, в пекарных камерах.

Для характеристики влажности воздуха и других газов используются следующие величины:

абсолютная влажность - масса водяного пара, содержащаяся в единице объема влажного или сухого газа, г/м³ или кг/м³;

влагосодержание - отношение массы водяного пара к массе сухого газа в том же объеме;

объемное влагосодержание - отношение объема водяного пара к объему сухого или влажного пара;

точка росы - температура, до которой должен охладиться влажный газ, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг насыщения и начал конденсироваться;

относительная влажность φ – отношение действительной влажности газа к максимально возможной при данной температуре:

φ = [е / Е]▪100 %,

где е - упругость водяного пара, Па;

Е - упругость насыщенного водяного пара при данной температуре, Па.