Как откалибровать влагомер на новый материал

Чтобы не тратиться каждый раз на покупку новых приборов для измерения влажности, каждый из который спроектирован под конкретный вид материалов (дерева, бетонной стяжки, гипсокартона, сыпучих смесей), строители предпочитают пользоваться универсальными влагомерами, для которых достаточно просто установить нужную калибровку, щелкнув переключателем, в зависимости от конструктивного исполнения.
Это быстро и удобно. Тем более что в интернет-магазинах измерительных приборов Украины, сейчас наблюдается полное насыщение - бренды конкурируют друг с другом, предлагая любителям и профессионалам все больше функций.

Как калибровать влагомер на другой материал

Но рано или поздно, встретится задача, когда или нужного измерителя нет под рукой или разработан новый материал (прогресс не стоит на месте) и возникает проблема - нет нужной калибровки и даже после долгих поисков, обнаружить в продаже соответствующее устройство не удается. Или в виду его чрезвычайно узкой сферы применения, купить можно только под заказ, поскольку продавцам нет смысла затоваривать склад, если нужный влагомер спрашивают 1 раз в год, а ждать месяц нет возможности.

Вот несколько примеров.

1. Сажа. Нет так часто встречается в перечне продуктов, влажность которых нужно измерять. Можно попробовать использовать стандартный влагомер для сыпучих материалов, но если в перечне калибровок нет именно сажи, а есть песок, цемент, то никто не даст гарантию, что результат не уедет на несколько процентов в плюс или минус.
2. Сахар. Зачастую потребуется немало времени, чтобы найти измеритель влаги в сахаре, причем цена может зашкаливать, а если закупается большая партия сахарного песка в мешках, в каждом по 50 кг, то платить за лишнюю воду нет никакого желания. К тому же непорядочные торговцы, зная гигроскопичность сахара, могут умышленно хранить его во влажной среде.  

Проще всего с влагомерами для зерновых культур - производители зерна точно знают, что они работают с пшеницей, ячменем, кукурузой, рисом, соей и т.д. И так будет завтра и через 10 лет. А если от селекционеров поступил новый сорт, то современные приборы допускают возможность корректировки калибровок. Ввел поправку и погрешность сразу уменьшилась в разы. Можно дальше измерять с уверенностью, что будет получен достоверный результат.

Практически существует разновидность стационарного оборудования, которая имеется практически в каждой лаборатории, где на постоянной основе или периодически приходить измерять влажность разнородных продуктов.

Это сушильный шкаф - всеядный нагревательный прибор, в ячейки которого можно поместить все что угодно - от продуктов питания до перемолотого на лабораторной мельнице зерна, рассыпчатых и порошкообразных материалов.

Решение найдено ? В лаборатории да. Но как быть если замеры влажности поставлены на поток ? Тот же сахар, соль, сажа, а если новая строительная смесь или смесь опилок, полученных от неизвестной породы древесины ? Каждое измерение длится не меньше часа, да к тому же требует достаточно высокой квалификации персонала, расходных материалов, посуды. Если подытожить - это долго и дорого.

Но мы ведем речь исключительно о переносных влагомерах. Они и были изобретены для того, чтобы избавиться от "долгоиграющего" термогравиметрического метода. И это удается. Если как мы отметили, есть необходимая калибровка. А если нет ?

Алгоритм калибровки на новое вещество

Для начала выясним, что такое эти калибровки. И увидим, что их можно получить, даже если заводом они не предусмотрены.

• Теоретически на каждый материал должна быть единственная калибровка. Это обеспечивает максимальную точность. Но чтобы обеспечить баланс - скорость удобство, приходится идти на компромиссы. К примеру, если рассматривать влагомер древесины, зачастую к одной калибровке “прикреплено” 2-4 сортов дерева, приблизительно похожих по плотности, твердости, структуре волокон. Зачем нужно это упрощение ? Если проектировать прибор на 250-300 пород (приблизительно столько их в мире), то сложно себе представить многопозиционный переключатель на столь огромное количество позиций.
• Смысл калибровки заключается в том, чтобы сопоставить силу тока, проходящего через измерительные электроды или мощность электромагнитного излучения (в зависимости от того, какой применяется влагомер – игольчатый или СВЧ) с выбранным материалом.

Но что делать, если в перечне материалов, приведенных в приложении к инструкции пользователя, нет нужного нам ?

Допустим у нас в наличии влагомер для опилок. Хотя описанный метод подойдет и для других приборов. Неотъемлемым элементом конструкции являются пара длинных стержней, чтобы во-первых, они проникали в глубину (поскольку верхний слой обычно подсушен), а во-вторых, чем большее число частиц касается игл, тем более точные мы получаем показания.

Читаем в руководстве пользователя, что прибор измеряет влагу в стружке. Что за стружка, после какой механической обработки древесины – не известно. После рубанка - один размер, форма и электропроводимость, после деревообрабатывающего станка - другой.

Среди исходных данных мы точно знаем диапазон измерения – верхний и нижний предел. Пусть будет 5-30 % (всегда приведено в технических характеристиках).

Будет нужно несколько образцов с разной влажностью. Лучше, чтобы эти значения были распределены более-менее равномерно по всему измерительному интервалу. Но не обязательно. С помощью  сушильного шкафа и весов получаем эталонный набор цифр: 8, 10, 17.5, 21, 24.9 %. Это процедура выполняется один раз на каждый новый материал.
Теперь погружаем иглы влагомера в каждый образец и записываем полученное значение влаги. Имеем такую сравнительную таблицу с расхождениями.

Это табличный вид зависимости, но функцию можно по указанным точкам отобразить и в виду графика.

Средствами Excel можно также вывести линию тренда. С точки зрения калибровки влагомеров, а также анализаторов зерна, эта так называемая линия калибровочной прямой. зависимость может быть и нелинейной (например описываться частями парабол), но для упрощения настройки приборов, этим пренебрегаем.

Это в идеале. Мы же видим, что у нас есть ломаные линии и кроме того они не совпадают. Почему ? Наш прибор получил для исследования новый материал, с которым "он не знаком". Разумеется он будет выдавать ошибку. Производитель не запрограммировал его на это. Перепрограммировать мы его не будем и вообще вмешиваться в работу электронной схемы нет надобности.

Наша задача - сблизить эти прямые, чтобы ошибка стремилась к нулю в каждой точке.

Точнее, нуля достичь невозможно и сами влагомеры несовершенны. Но если отклонение от истинного значения будет 0,1 %, это можно считать отличным результатом. Особенно учитывая то, что мы не тратимся на приобретение нового прибора.

Берем например точку 2. Нижний график (эталонный) имеет значение 10%, верхний - 10,7 %. То есть наше устройство немного завысило показания, а именно на 0,7 %. Значит если эту цифру вычесть, мы получаем точное значение. А если бы эталонный график в данной точке был выше ? Значит нужно было было бы цифру разницы отнять.

Да, нам нужен расчет. Эти лишний шаг. С другой стороны мы получаем уникальную возможность оперировать с самыми разными материалами. Да и не такие уж большие затраты времени - всего несколько секунд на расчеты в уме. Даже калькулятор не нужен.

Ест вариант вообще обойтись без графика. Для этого существует математический аппарат интерполяции. Суть его в том, что по набору точек, создается полином (аналитическая функция). Это калибровочное уравнение.