Principio di misurazione dell'umidità nel vicino infrarosso
Il principio dell'assorbimento della luce infrarossa: la struttura molecolare all'interno di una sostanza, come i legami ossigeno-idrogeno nell'acqua e i legami carbonio-idrogeno nella materia organica, assorbe la luce del vicino infrarosso a lunghezze d'onda specifiche. Ad una lunghezza d'onda specifica, l'energia della luce riflessa nel vicino infrarosso è inversamente proporzionale al numero di molecole che assorbono la luce nel vicino infrarosso. I misuratori di umidità analizzano la variazione dell'energia del vicino infrarosso a una lunghezza d'onda specifica in base al principio che le lunghezze d'onda del vicino infrarosso vengono assorbite dalle molecole d'acqua.
Le molecole d'acqua non sono statiche: quando incontrano una determinata banda energetica, vibrano. I legami tra i due atomi di idrogeno e l'atomo di ossigeno in una molecola d'acqua si allungano, si contraggono o si torcono in altri modi. Per provocare queste vibrazioni è necessaria energia esterna e l’energia richiesta si estende su bande specifiche attraverso l’intero spettro elettromagnetico.
In diverse parti dello spettro, alcune bande di assorbimento sono molto forti, mentre altre sono molto deboli. Nella parte dello spettro del vicino infrarosso, questa banda è particolarmente forte per le molecole d'acqua e lo strumento è più facile da implementare in termini di emissione, filtraggio e ricezione di questa energia. Lunghezze d'onda specifiche dell'energia luminosa del vicino infrarosso vengono utilizzate per fornire la quantità adeguata di energia all'umidità nel prodotto testato. Le lunghezze d'onda generalmente utilizzate per la misurazione dell'umidità sono comprese tra 1 e 2,5 micrometri. La quantità di energia assorbita ad una specifica lunghezza d'onda dipende dal numero di molecole d'acqua incontrate dal fascio di energia del vicino infrarosso e dall'intensità di assorbimento a quella specifica lunghezza d'onda. Il numero di molecole d'acqua incontrate dal raggio energetico è direttamente proporzionale al contenuto di umidità nella sostanza misurata. Poiché il misuratore di umidità utilizza un rapporto di riflettanza, il raggio luminoso misurato è influenzato anche dalle caratteristiche di riflessione e assorbimento della sostanza misurata. La tecnologia di misurazione dell'umidità nel vicino infrarosso è una tecnologia di rilevamento dell'umidità non distruttiva, senza contatto e in tempo reale.
Il misuratore di umidità a infrarossi online focalizza più lunghezze d'onda dei raggi di luce del vicino infrarosso sulla superficie dell'oggetto misurato. I fasci di luce nel vicino infrarosso riflessi dalla superficie vengono ricevuti ed elaborati da un avanzato sistema di rilevamento ottico a infrarossi. Questo avanzato sistema di rilevamento ottico a infrarossi può elaborare rapidamente i dati. Un chip di elaborazione del segnale digitale miniaturizzato ad alte prestazioni incorporato viene utilizzato per elaborare, archiviare e visualizzare i dati richiesti, con precisione e stabilità eccezionali.
Il misuratore di umidità a infrarossi online utilizza filtri a infrarossi di precisione montati su una ruota rotante. Questa configurazione consente alla luce di riferimento e agli impulsi luminosi di misurazione di passare alternativamente attraverso un filtro. I fasci luminosi trattenuti vengono focalizzati sul campione da testare. Innanzitutto, la luce di riferimento viene proiettata sul campione, quindi la luce di misurazione viene proiettata sul campione. Questi due impulsi di energia luminosa separati temporalmente vengono riflessi verso un rilevatore, che li converte in due segnali elettrici. Il canale di riferimento rappresenta la quantità prevista di energia riflessa. Il canale di misura è parzialmente assorbito dalle molecole d'acqua, quindi la sua energia sarà attenuata. Questi due segnali vengono combinati per formare un rapporto. La differenza tra questo rapporto e altri rapporti ottenuti da campioni con diverso contenuto di acqua è direttamente proporzionale alla differenza di contenuto di acqua tra i due.
Le intensità del segnale dei due canali sono combinate nella seguente equazione: R / M x M1 / R1 = Rapporto
Dove R rappresenta il canale di riferimento del raggio del prodotto, M rappresenta il canale di misurazione del raggio del prodotto, M1 rappresenta il canale di misurazione del raggio di compensazione e R1 rappresenta il canale di riferimento del raggio di compensazione.
Se si verifica una deriva del trigger, ad esempio una variazione dell'intensità della luce alla lunghezza d'onda di misurazione, i valori M e M1 verranno influenzati in modo proporzionale e il risultato verrà annullato nel rapporto. Tuttavia, se la quantità di acqua nel campione cambia, solo il valore M viene influenzato, determinando una variazione significativa del contenuto di umidità.
Caratteristiche dello strumento
1. Test senza contatto nel vicino infrarosso, visualizzazione in tempo reale delle variazioni del contenuto di umidità sulla linea di produzione, non è richiesto alcun pretrattamento dei campioni. I campioni in spazi chiusi possono anche essere testati attraverso vetro incolore (trasmittanza superiore al 95%), garantendo l'integrità del campione e la conformità ai requisiti dell'ambiente di test.
2. Funzionamento semplice dello strumento. Dopo l'installazione nel luogo di prova richiesto, prelevare un campione vicino al punto di prova ed eseguire un test con metodo di laboratorio standard per il contenuto di umidità. È sufficiente confrontare i dati del test del metodo standard con i dati dello strumento, regolare i parametri di offset e sensibilità per completare la calibrazione, quindi avviare l'operazione.
3. Forte anti-interferenza. La sonda è dotata di una funzione di compensazione automatica della temperatura, pertanto le variazioni della temperatura ambiente non influiscono in modo significativo sulla precisione della misurazione; le prestazioni dello strumento non sono influenzate dai vari cambiamenti della luce ambientale e non è richiesto alcuno schermo antiluce sulla sonda durante l'uso; è incluso un coperchio antipolvere con filtro sinterizzato standard e il collegamento di una fonte d'aria può eliminare le interferenze derivanti da tracce di polvere e vapore acqueo.
4. La sonda è dotata di un MCU integrato e utilizza un'elaborazione completamente digitale, con conseguente forte capacità di elaborazione del segnale ottico e migliore rilevamento di materiali che assorbono la luce come oggetti neri. L'aggiunta della misurazione del segnale luminoso visibile riduce significativamente l'impatto delle variazioni di colore, rendendolo più adattabile ad ambienti di test complessi.
5. Diverse interfacce di input e output: protocollo gratuito/MODBUS-RTU (lettura/scrittura, supporta la modifica e la calibrazione dei parametri remoti); Rs485 (tre canali), CC 4-20 mA (un canale), ingresso/uscita IO, 2 ingressi (segnale di arresto in ingresso per interrompere la misurazione), 2 uscite da 24 V, con spia di allarme opzionale.
6. Stabile e affidabile: presenta un modulo di alimentazione impermeabile, involucro in lega di alluminio, grado di protezione IP67 e adattabilità della tensione globale CA 90-220 V 50/60 Hz. La sonda è alimentata da 24 V CC, fornendo un'alimentazione a bassa tensione più sicura e stabile, riducendo efficacemente i tassi di guasto. La sorgente luminosa è alimentata da un alimentatore DC 5V regolato, con un aumento graduale della tensione all'accensione e protezione della sorgente luminosa durante l'accensione e lo spegnimento.
Ambito di applicazione
Lo strumento è ampiamente utilizzato nell'industria tessile, nell'industria del tabacco, nell'industria chimica, nell'industria del carbone, nell'industria del legname, nell'industria della carta, nella trasformazione alimentare, nell'industria dei mangimi, nell'industria della ceramica, nell'industria del vetro, nell'industria del cemento e molti altri.
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