Неразрушающий бесконтактный микроволновый метод и устройство контроля влажности твёрдых материалов

• Автор: Дмитриев, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 196 с. : ил.

Содержание

Список используемых сокращений и обозначений

Введение

1. Литературный обзор и постановка задачи исследования

1.1. Общие сведения о влагомерах СВЧ

1.2. Постановка задачи исследования

2. Теоретические основы микроволнового метода контроля влажности

2.1. Электрофизические параметры реальных влажных сред

2.1.1. Электрофизические характеристики свободной воды

2.1.2. Взаимодействие микроволновых полей с влагой в капиллярнопористых материалах
2.1.3. Расчёт характеристик влажных капиллярно-пористых материа-
лов на основе моделей "смесевых характеристик"
2.1.4. Определение границ применимости метода по минимуму необходимой толщины капиллярно-пористых материалов
2.2. Аналитическая зависимость коэффициента отражения наклоннопадающей ЭМВ
2.3. Приближенный расчёт диаграммы направленности на поверхности материала в ДЗ
2.4. Расчёт зоны, существенной для отражения. Выбор числа щелей излучающего элемента
2.5. Расчёт угла отклонения максимума ДН противофазной щелевой антенны на стандартных волноводах прямоугольного сечения
2.6. Вывод формулы интегрального критерия мощности отражённой волны. Расчёт поверхностной и среднеинтегральной влажности твёрдых капиллярно-пористых материалов
2.7. Учёт шероховатости и неоднородностей поверхности твёрдых ма-
териалов

Выводы по главе
3. Методы и алгоритмы определения электрофизических параметров диэлектрических материалов
3.1. Метод определения влажности твёрдых материалов
3.2. Определение влажности твёрдых материалов с учётом шероховатости и неоднородностей поверхности
3.3. Разработка специальной приёмно-излучающей апертуры
3.4. Выбор диодного генератора с электронной перестройкой частоты
3.5. Устройство реализации метода контроля влажности твёрдых капиллярно-пористых материалов
Выводы по главе
4. Экспериментальная оценка метода контроля влажности твёрдых
материалов
4.1. Методика экспериментального определения влажности твёрдых материалов
4.2. Метрологический анализ метода контроля влажности твёрдых материалов
4.3. Техника безопасности при микроволновых измерениях
Выводы по главе
Заключение
Список используемых источников
Приложение А
Приложение Б
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
С - удельная теплопроводность, Дж/кг°К; с - скорость электромагнитных волн в вакууме, м/с;
Е - напряженность электрического поля, В/м;
Етп — электрические волны, типа тп;
Г - частота колебаний, Г ц;
Н - напряженность магнитного поля, А/м;
Нтп — магнитные волны типа тп;
Р - мощность излучения, нагрева, Вт;
<3 - количество тепла, Дж;
II - активное сопротивление, Ом; расстояние , м;
Т — температура абсолютная, °К;
Ь - температура, °С;
V - скорость фазовая (групповая), м/с;
Увз — объём взаимодействия, м3;

У - объёмная влажность, %;
'УП — поверхностная влажность, %;
Zв - волновое сопротивление среды, Ом;
Zo - волновое сопротивление вакуума, Ом;
А - затухание, дБ; коэффициент структуры материала; а - коэффициент затухания, дБ/м;
Р - коэффициент фазы, рад/м;
уэ - удельная электрическая проводимость среды, См/м; у — замедление фазовой (групповой) скорости;
А - глубина проникновения поля в материал, м; приращение;
Тй 5 — тангенс угла диэлектрических потерь;
Во - электрическая постоянная, Ф/м;
ёа = во (в1 -] в") — комплексная абсолютная диэлектрическая прони цаемость среды, Ф/м; в1 - действительная часть относительной диэлектриче

Расчётные графики зависимостей (2.11)...(2.13) при А,е[0.1; 5]-10'2м, и при 1е[0...40°С] с шагом Д1=5°С представлены в приложении Б.1 - Б.З.
Анализ зависимостей (2.9), (2.11), (2.12) и (2.13) с учётом рисунка 2.3 и приложений Б.1...Б.З позволяет сделать адекватный выбор рабочей полосы длин волн во всём температурном диапазоне 1=(0...40)°С по следующим критериям:
- критерию максимума чувствительности величины е' к длине волны X или Хг к изменению г’ для метода определения поверхностной влажности ¥и по углу Брюстера: ему соответствуют точки перегиба дисперсионных кривых г'(ХГ) (рис. 2.1, 2.2 и приложении Б.1).
2.1.2 Взаимодействия микроволновых полей с влагой в капиллярнопористых материалах.
Содержащие влагу материалы представляют собой многокомпонентные гетерогенные системы, в которых один из компонентов (вода) может находиться в различных фазовых состояниях. При измерениях влажности необходимо принимать во внимание физико-химические свойства системы, которые определяются свойствами твёрдого скелета материала, количеством и свойствами влаги [28].
Для измерений влажности большое значение имеют виды и формы связи влаги с веществом, влияющие на свойства влагосодержащего материала.
Из известных классификаций видов и форм связи влаги чаще всего используется предложенная П.А.Ребиндером, основанная на величине энергии связи Е. По этой классификации (с некоторыми дополнениями М.Ф.Казанского [36]) всю влагу коллоидного капиллярно-пористого тела можно разделить на следующие виды и формы (в порядке нарастания величины Е):
I. Свободная вода.
II. Влага капиллярно-связанная (физико-механической связи):