V zásadě se rozlišuje podle přímých a nepřímých metod měření vlhkosti (obsah vody v sypkých látkách).

Mezi přímé metody měření patří například Karl Fischerova titrace nebo vysušení materiálů, např. pomocí sušicí pece/sušárny (ztráta vody sušením) - což je určitě nejběžněji používaná metoda.

Nepřímé metody měření zahrnují systémy a senzory, které umožňují mimo jiné na kapacitním principu usuzovat na obsah vody v pevných látkách. Dále jsou zde zastoupeny režimy měření vlhkosti mikrovlnami, infračerveně a na základě zjišťování vodivosti. Při metodě nepřímého měření vlhkosti není voda v sypkém materiálu stanovena přímo, ale jsou detekovány fyzikální vlastnosti, které se mění v důsledku absorpce nebo smísením vody s materiálem nosiče (např. písek, štěrk, sůl atd.).

Protože metody nepřímého měření závisí na změnách fyzikálních vlastností materiálu nosiče a větším či menším obsahu vody, musí být senzory vlhkosti u těchto metod kalibrovány na daný typ materiálu.

Více k průmyslovým metodám měření vlhkosti čtěte v článku: Přehled všech běžných metod měření.

Jak funguje kapacitní princip měření vlhkosti?

Princip kapacitní měření vlhkosti je založen na funkčním principu kondenzátoru. Po dání napětí do systému, kondenzátor vytváří elektrické pole mezi dvěma kondenzátorovými deskami. Kapacitance (C) je schopnost kondenzátoru ukládat náboj (jako funkce napětí) (jednotka: Farad). Tato kapacita je určena jednou oblastí kondenzátoru (A), vzdáleností mezi nimi (D) a izolačním materiálem, také označovaným jako dielektrikum (e).

Kapacitní kondenzátor pro měření vlhkosti
| Kapacitní kondenzátor pro měření vlhkosti

V závislosti na izolačních vlastnostech dielektrika dochází k odlišné relativní permitivitě ( ε r ). Permektivita charakterizuje propustnost materiálu pro elektrická pole. Další pojmy pro permitivitu jsou dielektrická konstanta nebo dielektrická funkce.

Vzdálenost desek (D) a povrchu kondenzátoru (A) je v kapacitním senzoru vlhkosti vždy konstantní. To lze dosáhnout změnou permitivity, odvozením od obsahu vody v médiu.

Jak je možno vidět na obrázku níže, voda má relativní permitivitu ( εr ) asi 80 (za normálních podmínek okolního prostředí). Mnoho sypkých materiálů má relativní permitivitu ( εr ) v rozmezí mezi dvěma a deseti. Velký rozdíl umožňuje usuzovat na množství obsahu vody v materiálu nosiče pomocí kapacitního principu měření.

Znázornění principu činnosti kapacitního senzoru pro měření vlhkosti.
| Znázornění principu činnosti kapacitního senzoru pro měření vlhkosti.
Měření vlhkosti lze použít k detekci obsahu vody v sypkých látkách, jako jsou piliny, pelety, štěpky, kávová zrna, kakaové boby, sůl, zrno, sádra, písek, beton a mnoho dalších!

Metoda měření kapacitní vlhkosti materiálu je velmi univerzální a flexibilní. Obsah vody nebo vlhkost produktu v mnoha sypkých materiálech, jako jsou piliny, dřevěné štěpky, kakaové boby, sádra a mnoho dalších materiálů, tak lze určit téměř v celém rozsahu vlhkosti (přehled dalších měřitelných materiálů).

Princip měření však dosahuje svých limitů v sypkých materiálech s vysokou vodivostí (např. kovy). Zde měření vlhkosti na základě kapacitního principu provádět nelze. V zásadě si lze představit, že jde o obdobu toho, jako by existoval zkrat mezi dvěma kondenzátorovými deskami. Obsah vody v oxidech kovů, jako je oxid hlinitý, je však snadno měřitelný díky nízké vodivosti.

Jak funguje kapacitní snímač vlhkosti?

Na přední straně senzoru vlhkosti je kondenzátor rozptylového pole, obvykle chráněný ochranným destičkou, který vytváří elektrické pole. Měřený materiál nyní prochází elektrickým polem před čidlem vlhkosti (příklad aplikace: granulovaná struska - sestava vozíku). Výsledkem je ovlivnění rozptylového pole kondenzátoru. Jakmile je senzor kalibrován pro materiál (referenční hodnoty jsou stanoveny pomocí vysoušení), lze analogový standardní signál (4…20 mA / 0…10 V) nebo v případě potřeby použít Profibus DP k přenosu měřicího signálu do PLC nebo jiných ovladačů.

Měření hloubky elektrického pole

Intenzita pole a následně také hloubka měření elektrického pole do značné míry závisí na velikosti kondenzátoru rozptylového pole a materiálu, který má být měřen, stejně jako na jeho oběmové hustotě. U senzoru ACO s průměrem 76 mm je maximální hloubka pronikání elektrického pole asi 150 mm.

Zdroj: ACO News: How does a capacitive moisture measurement work?