01.03.03.02. Влагомеры встроенные (проходного типа)

Inline moisture meters

 

GreCon Greten GmbH, http://www.grecon.de/grecon_product_mwf_5000_en.php

System IR 3000 WBPi

Непрерывный мониторинг влажности измельченной древесины до и после сушки, а также после смесителя и на формирующем конвейере в производстве древесных плит.

 В бесконтактной системе используется оптический преобразователь в диапазоне света, близком к инфракрасному (NIR ). Этот свет поглощается влагой древесины, поэтому отраженный сигнал слабее падающего.  Излучаемый галогенной лампой свет посредством системы зеркал преобразуются в спектр, который измеряется. Спектр отраженного света сравнивается со спектром падающего света и служит основанием для определения влагосодержания древесины

GreCon Online Moisture Analyser MWF 3000 служит для тех же целей

MWF 3000 работает по принципу измерения микроволнового резонанса. Он использует свойства дипольного характера молекул воды. Электромагнитное поле генерируется посредством планарного сенсора и обеспечивает глубину проникновения от 30 до 100 мм в зависимости от  типа сенсора. Изменения в резонансном поле регистрируются сенсором и передаются на процессор. Резонансная частота  микроволнового поля притупляется в зависимости от содержания влаги  (увеличивается ширина резонансной кривой). Измерение параметров поля позволяет отдельно оценивать влажность и плотность материала. Следовательно, прибор MWF 3000 позволяет измерять влагосодержание независимо от плотности древесины. Облучение не вызывает нагрев или какие-либо химические реакции в древесине

 

Индукционный (диэлькометрический) способ измерения основан на использовании электромагнитных волн и определении диэлектрической проницаемости древесины, которая зависит от её влагосодержания. Диэлектрической  проницаемостью называется величина, показывающая, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, если воздушную прослойку между пластинами заменить такой же толщины прокладкой из данного материала. Этот показатель зависит от частоты тока и влажности древесины. С увеличением влажности древесины диэлектрическая проницаемость вдоль волокон увеличивается, что особенно заметно при меньшей частоте тока.

С увеличением влажности древесины изменяется также тангенс угла диэлектрических потерь - величина, характеризующая степень нагрева материала в переменном электромагнитном поле. Вдоль  волокон он резко растет при малой (до 100 Гц) и большой (109 Гц) частоте и почти не меняется при частоте 106—107 Гц.

Принцип действия соответствующего прибора основан на использовании датчика индуктивного типа, который представляет собой плоский излучательный контур, установленный внутри корпуса влагомера под цифровым табло. Напряжение от датчика подается на цифровой вольтметр, расположенный на передней плате прибора.

 Данный метод измерения малочувствителен к температуре древесины, что позволяет работать без таблиц температурной коррекции. Бесконтактные индукционные влагомеры работают в диапазоне 5-45% влажности древесины с точностью до 1 – 1,5% абс. Они способны учитывать плотность измеряемой древесины. Большим преимуществом индукционного способа является то, что толщина контролируемого слоя может можно задать от 10 до 50 мм, а время измерения не превышает 5 сек. При выходе результата измерения за верхнюю границу требуемого диапазона влажности, некоторые устройства имеют соответствующую сигнализацию.

Индукционные влагомеры, принцип измерения которых основан на взаимосвязи диэлектрических свойств влажного материала с количеством содержащейся в нем влаги,  выпускают многие фирмы, в т.ч. российские «Интерприбор»  и MetronX.

В отечественной практике применяется портативный цифровой измеритель влажности ВСКМ-12У, предназначенный для  различных строительных материалов, в т.ч. для древесины твердых и мягких пород. Теперь ему на замену выпускается экспресс-измеритель теплопроводности и влажности строительных материалов ИВТП-12 (рис.2.8). В основу прибора положены корреляционные связи между диэлектрическими и физическими свойствами капиллярно-пористых тел.

 

Экспресс-измеритель теплопроводности и влажности строительных материалов ИВТП-12; http://vlagomeri.narod.ru /

 

Диапазон измерения влажности у данного прибора - от 0,3 до 60 %  с погрешностью 1,5 – 2,5% абс. Глубина зоны контроля - не менее 50 мм, время одного измерения - не более 10 сек.

Помимо задачи оперативного определения влажности пиломатериалов и заготовок (т.е. массивной древесины), в деревообработке не менее актуальной является задача определения влажности измельченной древесины и древесных плит. Для текущего и выходного контроля продукции в плитном производстве применяю специальные электровлагомеры.  Прибор ДИ-2М комплектуется двумя датчиками  - отдельно для определения влажности стружки и плит, и электронным измерительным блоком с автономным питанием Датчик для измерения влажности измельченной древесины представляет собой разъемный стакан, в котором между двумя дисковыми электродами с помощью пресса уплотняется навеска материала. С помощью этих электродов измеряется электрическое сопротивление уплотненного материала – стружки или волокна. Датчиком для измерения влажности древесностружечных плит служит четырехигольчатый зонд, укрепленный на ручке. Электровлагомер позволяет измерять влажность стружки от 5 до 25%, а влажность древесностружечных плит — от 6 до 22%. Погрешность измерения ± (1-2) %

 

Сверхвысокочастотные (СВЧ) влагомеры для сыпучих материалов используют значительное (в десятки раз) различие электрических свойств воды и сухого материала. Концентрацию влаги измеряют по ослаблению СВЧ-излучения, проходящего через слой анализируемого материала. В таких влагомерах лента материала проходит между передающей и приемной антеннами. Передающая антенна соединена с СВЧ-генератором, приемная - с измерительным устройством. Чем больше влажность анализируемого материала, тем меньше сигнал, попадающий в измерительное устройство. СВЧ-влагомеры позволяют измерять влажность в широком диапазоне (0-100 %) с высокой точностью. На рис.2.9 показана схема влагомера M-Sens 2.

Схема  СВЧ-влагомера M-Sens-2 (SWR Engineering, Германия); www.swr-engineering.com

 

Метод измерения влажности, применяемый в M-Sens 2, использует принцип поглощения микроволнового излучения материалом. Чем больше влажность, тем больше энергии микроволн поглощается и превращается в тепло, соответственно тем меньше возвращается на сенсор датчика измерения влажности. Отраженное высокочастотное поле преобразуется и подвергается цифровой обработке, что обеспечивает высокую разрешающую способность измерителя влажности. Структура материала и равномерность увлажнения оказывают влияние на результаты измерения, поэтому измеренная влажность приводится к среднему значению через объемную плотность контролируемого материала. Для этих целей проводится предварительная калибровка прибора, при которой в датчик вводятся опорные данные влажности сырья. Случайные изменения влажности, вызванные неоднородностью материала и его насыпной плотностью, отсеиваются программными инструментами. Датчик влажности сыпучих материалов снабжен функцией автоматической компенсации изменения температуры окружающей среды.

 

Для измерения влажности сыпучего материала прямо на конвейерной ленте разработаны влагомеры проходного типа, например,  влагомер MOISTSCAN MA-500 (рис.2.10)

 

Рис.2.10.  Влагомер MOISTSCAN MA500 (www.kipexpert.ru )

 

   

Принцип его действия основан на измерении фазового сдвига и ослабления сигнала микроволн, проходящих через материал и конвейерную ленту. Микроволны проникают через ленту конвейера и материал. Качество измерения не зависит от размера кусков материала и скорости движения конвейерной ленты. Влагомер автоматически компенсирует влияние изменения скорости подачи продукта, используя стоящий рядом измеритель веса ленты, либо интегральный монитор толщины слоя материала.  Толщина  слоя исследуемого материала может колебаться от 20 до 500 мм, измеряемый диапазон содержания влаги  от 0 – 90%,  основная погрешность лежит в пределах  0,1-0,5%.

 

Немецкая фирма GreCon  выпускает прибор Moisture Analyser MWF 3000 LD. Он работает по принципу измерения микроволнового резонанса. Прибор использует свойства дипольного характера молекул воды. Электромагнитное поле генерируется посредством планарного сенсора и обеспечивает глубину проникновения от 30 до 100 мм в зависимости от  типа сенсора. Изменения в резонансном поле регистрируются сенсором и передаются на процессор. Резонансная частота  микроволнового поля притупляется в зависимости от содержания влаги  (увеличивается ширина резонансной кривой). Измерение параметров поля позволяет отдельно оценивать влажность и плотность материала. Облучение не вызывает нагрев или какие-либо химические реакции в древесине. Измерения эффективны независимо от плотности, структуры поверхности и цвета материала. Благодаря большой глубине проникновения сигнала становится возможным регистрировать как связанную, так и свободную влагу в древесине. Для использования прибора для различных материалов, предварительно должны быть установлены калибровочные кривые.  Прибор применяется в производстве древесных плит на участках сушки стружки или волокна, на участке смешивания компонентов и формирования ковра, при контроле качества готовой продукции. Точность измерения  ±2%.

 

В случае склеивания древесины с высокочастотным нагревом требуется более тщательное измерение влажности, чем проверка в одной точке автоматическим резистивным влагомером, например, марки GANN Hydromat. Необходим контроль влажности пиломатериала по всей длине и по всему сечению доски. Этого можно добиться только при применении встраиваемых в линию бесконтактных влагомеров микроволнового принципа. Такие устройства изготавливают голландская компания Brookhuis (влагомеры серии FMI) и итальянская Microtec (рис.). В сканерах для сортировки пиломатериалов бесконтактный влагомер обычно уже имеется.

 

Рис. 2. 11. Влагомер Microtec M3 Scan                      

 

Еще один принцип измерения влажности различных материалов реализован в инфракрасном влагомере Spectra Quad (рис.2.12). Бесконтактная измерительная система, работающая в режиме on-line, оборудована оптическим устройством сбора измеряемых параметров. При этом применяется свет, обладающий свойством абсорбироваться влажным материалом. Это значит, что чем сырее измеряемый материал, тем меньше света отразит материал.

spectra-quad

 

 Рис.2.12. Схема работы ИК-влагомера Spectra-Quad: 1 – образец, 2 – датчик, 3 –фокусирующее зеркало, 4 – вращающееся колесо фильтров, 5 – источник ИК-излучения.( http://www.kipexpert.ru)

 

Влагомер Spectra-Quad  работает на принципе поглощения инфракрасного участка спектра. Интенсивность поглощения излучения определенной длины волны пропорциональна содержанию влаги в материале. Кварцево-галогенный источник испускает свет в определенном диапазоне длин волн. Свет от источника проходит через вращающиеся фильтры. Оптические ИК фильтры разделяют световой поток на измерительные и опорные лучи, которые, соответственно, поглощаются и не поглощаются анализируемым компонентом. Отраженная энергия лучей преобразуется в электрические сигналы, соотношение уровня которых пропорционально величине контролируемого параметра. Дополнительные оптические каналы (внутренние лучи)  компенсируют любую нестабильность оптических и электронных компонентов. Свет, прошедший через фильтр, направляется на образец. Частично свет поглощается, частично отражается. Отраженный свет собирается и фокусируется на датчик. Сигнал с датчика обрабатывается так, чтобы показания стали пропорциональны содержанию влаги в материале.