Технічні науки / 6. Електротехніка і радіоелектроніка

 

К.т.н. Куцевол О. М., к.т.н. Куцевол М. О.

Вінницький національний аграрний університет, Україна

Високочастотний метод контролю наявності зв’язаної вологи в капілярно-пористих матеріалах

 

Капілярно-пористі матеріали характеризуються значним вмістом зв’язаної вологи Wз = (5 – 15%), яка за своїми діелектричними властивостями відрізняється від вільної вологи. Діелектрична проникність вільної вологи eв = 80 – 81, тоді як зв’язана волога має eзв = 2 – 5, що мало відрізняється від діелектричної проникності сухого залишку [1]. Така велика кількість зв’язаної вологи в капілярно–пористих матеріалах пояснюється наявністю в них значної площі внутрішньої поверхні шпарин, на якій утримується зв’язана волога в твердому стані.

 

Рис.1.  Залежність коефіцієнта діелектричних втрат матеріалу від вологості

Дослідження характеристик капілярно-пористих матеріалів [2] показали, що є можливість визначати як повну вологість  матеріалів, так і вміст в них зв’язаної вологи. В основу методу покладена залежність коефіцієнта діелектричних втрат k від вологості W (рис.1). Коефіцієнт діелектричних втрат вимірюється на двох радіочастотах f1 і f2 [2,3]. При цьому вологості W1 відповідатиме  Dk1 = kf1 – kf2 . При дії на матеріал теплового поля вологість буде зменшуватись, зменшуватиметься також Dk. В момент часу, коли Dk = 0, вільна волога повністю випарувалась, значення kf1 = kf2  відповідає кількості зв’язаної вологи в досліджуваному капілярно – пористому матеріалі і може бути використаним як ефективний інформативний параметр при її контролі.

Рівняння прямої, що проходить через дві точки (рис.2)

                                                 (1)

шляхом нескладних перетворень приводиться до вигляду

.                                (2)

Рис.2

Рівняння прямої в загальні формі  A × x + B × y + C = 0  також легко приводиться за формою до виду (2):

.                                                    (3)

З виразів (2) і (3) очевидно, що

.                         (4)

Графіку K(f1) (рис.3) відповідає загальне рівняння:

,                                            (5)

а графіку K(f2) – рівняння:

.                                           (6)

Рис.3.

 

Враховуючи вирази (4), (5) і (6) записуємо рівняння (5) і (6) в координатах вологості і коефіцієнта діелектричних втрат, об’єднуючи їх в систему:

 .         (7)

Визначаємо абсцису точки перетину цих графіків, яка є значенням зв’язаної вологості в матеріалі:

.                   (8)

Враховуючи, що в системі (7)  В1 = В2, спрощуємо вираз (8):

.                         (9)

Одержаний вираз (9) є математичною моделлю, що пов’язує кількісно зв’язану вологість з коефіцієнтом діелектричних втрат матеріалу.

 

Висновок

Одержані результати дозволяють розробити технологію визначення кількості зв’язаної вологи в капілярно-пористих матеріалах і у поєднанні із відомим методом [4] вимірювання вільної вологості досягти значного зменшення часу виміру, підвищення його точності і достовірності результату. Запропонована математична модель може бути використана при проведенні наукових досліджень у галузях агропромислового комплексу.

 
Література:

1. Федоткин И. М., Клочков В. П. Физико-технические основы влаго-метрии в пищевой промышленности. –Киев: Техніка, 1974. – 320 с.

2. Берлинер М. А. Измерения влажности. –М.: Энергия, 1973. – 400 с.

3. Патент 75443 UA, МКІ G01N 27/22. Спосіб вимірювання вологості / Поджаренко В. О., Куцевол М. О., Куцевол О. М. - №2004031485; Заявл. 01.03.2004; Опубл. 17.04.2006. Бюл. №4. – 2 с.

4. Способ измерения влажности: А.с. 1718089 СССР, МКИ G01N27/22. /  Н. А. Куцевол, Ю. В. Крушевский, В. Я. Супьян (СССР). - № 4775221/25; заявлено 04.11.89; опубл. 07.03.92, Бюл. №9. – 4 с.