Principi di due diverse tecniche di misurazione per la determinazione dell'umidità
Prima di descrivere le varie misurazioni dell'umidità, è importante definire il contenuto di umidità. Il contenuto di umidità è solitamente espresso come percentuale in peso del prodotto totale (base umida) o del prodotto secco (base secca).
Contenuto di umidità su base umida: M=100 x (peso umido - peso secco) / peso umido
Contenuto di umidità su base secca: M=100 x (peso umido - peso secco) / peso secco
Secondo la formula sopra riportata, il contenuto di umidità della base bagnata non può superare il 100%. L'umidità base secca può superare il 100% ed è una funzione non lineare. Il contenuto di umidità può essere determinato mediante una serie di tecniche. Questi possono essere suddivisi in due categorie principali, metriche primarie e secondarie.
I. Tecniche dielettriche a radiofrequenza
Questo metodo si basa su un'elevata costante dielettrica dell'acqua rispetto alla maggior parte dei solidi.
Sono state sviluppate numerose tecniche per determinare il dielettrico, tra cui la riflettometria a RF, a microonde e nel dominio del tempo. Per misurare la costante dielettrica relativa di un materiale, il materiale deve essere accoppiato elettricamente a un circuito di rilevamento. Questo può essere fatto posizionando il materiale tra due elettrodi paralleli, ma ciò non facilita le applicazioni in linea. Se il circuito di rilevamento funziona a RF, è facile propagare l'energia RF attraverso il materiale e quindi accoppiarsi al prodotto senza contatto fisico. Gli elettrodi a campo marginale planare forniscono una struttura di misurazione unilaterale con un impatto minore sul processo.
L'analogo elettrico di un prodotto solido è un condensatore in parallelo con la conduttività di dispersione. Questi componenti sono influenzati dall'umidità, ma la costante dielettrica è molto prevedibile mentre il fattore di perdita non lo è. I componenti combinati rappresentano un'impedenza complessa che può essere facilmente misurata, ma può essere influenzata da variabili diverse dall'umidità.
I veri misuratori di umidità dielettrica sono rari perché la maggior parte degli strumenti a basso costo non tenta di separare i componenti dielettrici e di perdita. Gli strumenti a basso costo fanno pochi o nessun tentativo di misurare l'impedenza combinata con stabilità e ripetibilità a lungo termine.
È una misura penetrante e può misurare prodotti non omogenei.
Ha un'ampia area di misurazione che fornisce un'umidità media complessiva più rappresentativa per il prodotto.
È relativamente economico rispetto ad altre tecnologie in linea.
È molto affidabile e robusto, senza parti mobili soggette a usura o rottura.
Una varietà di sensori meccanici è progettata per adattarsi a un'ampia gamma di condizioni di processo e può essere utilizzata in ambienti ad alta temperatura.
II. Tecnologia a infrarossi
La tecnologia Near Infrared Reflectance (NIR o IR) è una tecnologia ampiamente utilizzata per i test di umidità in linea. Gran parte della sua popolarità è dovuta alla sua facilità d'uso.
Una sorgente luminosa (solitamente una lampadina alogena al quarzo) viene collimata e filtrata su una lunghezza d'onda specifica. Un filtro montato su una ruota rotante suddivide la luce in una serie di impulsi di una lunghezza d'onda specifica. Il fascio luminoso filtrato viene diretto sulla superficie del prodotto da misurare. Una parte della luce viene riflessa verso il rilevatore (solitamente solfuro di piombo). Una specifica lunghezza d'onda della luce viene assorbita dall'acqua. Se il filtro è selezionato in modo che una lunghezza d'onda venga assorbita dall'acqua (il raggio campione) e un'altra lunghezza d'onda non venga influenzata dall'acqua (il raggio di riferimento), il rapporto di ampiezza delle due lunghezze d'onda riflesse sarà proporzionale alla quantità di acqua nell'acqua.
Facile da applicare. Solitamente montato da 6 a 10 pollici sopra il prodotto. Variazioni moderate dell'altezza del prodotto hanno un effetto minimo o nullo sulla misurazione.
Una piccola area di misurazione spot combinata con una cornice di scansione fornisce un profilo del prodotto.
È possibile selezionare lunghezze d'onda specifiche per misurare variabili diverse dall'umidità.
