Як відкалібрувати вологомір на новий матеріал

Щоб не витрачатися щоразу на покупку нових приладів для вимірювання вологості, кожен з яких спроектований під конкретний вид матеріалів (дерева, бетонної стяжки, гіпсокартону, сипучих сумішей), будівельники вважають за краще користуватися універсальними вологомірами, для яких досить просто встановити потрібне калібрування, клацнувши кілька разів натиснувши кнопку, залежно від конструктивного виконання.
Це швидко та зручно. Тим більше що в інтернет-магазинах вимірювальних приладів України зараз спостерігається повне насичення - бренди конкурують один з одним, пропонуючи любителям і професіоналам все більше функцій.

Як калібрувати вологомір на інший матеріал

Але рано чи пізно, зустрінеться завдання, коли або потрібного вимірника немає під рукою або розроблено новий матеріал (прогрес не стоїть на місці) і виникає проблема - немає потрібного калібрування і навіть після довгих пошуків, виявити у продажу відповідний пристрій не вдається. Або через його надзвичайно вузьку сферу застосування, купити можна тільки на замовлення, оскільки продавцям немає сенсу затоварювати склад, якщо потрібний вологомір запитують 1 раз на рік, а чекати місяць немає можливості.

Ось кілька прикладів.

1. Сажа. Ні так часто зустрічається у переліку продуктів, вологість яких потрібно вимірювати. Можна спробувати використовувати стандартний вологомір для сипучих матеріалів, але якщо в переліку калібрувань немає саме сажі, а є пісок, цемент, то ніхто не дасть гарантії, що результат "не поїде" на кілька відсотків в плюс або мінус.
2. Цукор. Часто знадобиться чимало часу, щоб знайти вимірювач вологи в цукрі, причому ціна може зашкалювати, а якщо закуповується велика партія цукрового піску в мішках, у кожному по 50 кг, то платити за зайву воду немає жодного бажання. До того ж непорядні торговці, знаючи гігроскопічність цукру, можуть навмисне зберігати його у вологому середовищі.

Найпростіше з вологомірами для зернових культур – виробники зерна точно знають, що вони працюють із пшеницею, ячменем, кукурудзою, рисом, соєю тощо. І так буде завтра і за 10 років. А якщо від селекціонерів надійшов новий сорт, то сучасні прилади допускають можливість коригування калібрувань. Ввів поправку та похибка одразу зменшилася в рази. Можна далі виміряти з упевненістю, що буде отримано достовірний результат.

Практично існує різновид стаціонарного обладнання, який є практично в кожній лабораторії, де на постійній основі або періодично приходити вимірювати вологість різнорідних продуктів.

Це сушильна шафа – всеїдний нагрівальний прилад, у комірки якого можна помістити все що завгодно – від продуктів харчування до перемеленого на лабораторному млині зерна, розсипчастих та порошкоподібних матеріалів.

Рішення знайдено? У лабораторії так. Але як бути якщо виміри вологості поставлені на потік? Той же цукор, сіль, сажа, а якщо нова будівельна суміш або суміш тирси, отриманої від невідомої породи деревини? Кожен вимір триває не менше години, та й до того ж вимагає досить високої кваліфікації персоналу, витратних матеріалів, посуду. Якщо підсумувати - це довго та дорого.

Але ми ведемо мову виключно про переносні вологоміри. Вони і були винайдені для того, щоб позбутися "довгограючого" термогравіметричного методу. І це вдається. Якщо, як ми зазначили, є необхідне калібрування. А якщо ні?

Алгоритм калібрування на нову речовину

Спочатку з'ясуємо, що таке ці калібрування. І побачимо, що їх можна отримати, навіть якщо заводом вони не передбачені.

• Теоретично на кожен матеріал має бути єдине калібрування. Це забезпечує максимальну точність. Але щоб забезпечити баланс - швидкість зручності, доводиться йти на компроміси. Наприклад, якщо розглядати вологомір деревини, часто до одного калібрування "прикріплено" 2-4 сортів дерева, приблизно схожих за щільністю, твердістю, структурою волокон. Навіщо потрібне це спрощення? Якщо проектувати прилад на 250-300 порід (приблизно стільки їх у світі), то складно уявити багатопозиційний перемикач на таку величезну кількість позицій.
• Сенс калібрування полягає в тому, щоб зіставити силу струму, що проходить через вимірювальні електроди або потужність електромагнітного випромінювання (залежно від того, який застосовується вологомір - голчастий або НВЧ) з вибраним матеріалом.

Але що робити, якщо в переліку матеріалів, наведених у додатку до інструкції користувача, немає потрібного нам ?

Допустимо у нас в наявності вологомір для тирси. Хоча описаний метод підійде для інших приладів. Невід'ємним елементом конструкції є пара довгих стрижнів, щоб по-перше, вони проникали в глибину (оскільки верхній шар зазвичай підсушений), а по-друге, чим більше частинок стосується голок, тим більш точні ми отримуємо показання.

Читаємо в посібнику користувача, що прилад вимірює вологу у стружці. Що за стружка, після якої механічної обробки деревини – не відомо. Після рубанка - один розмір, форма та електропровідність, після деревообробного верстата - інший.

Серед вихідних даних ми точно знаємо діапазон вимірювання – верхню та нижню межу. Нехай буде 5-30% (завжди наведено у технічних характеристиках).

Потрібно буде кілька зразків з різною вологістю. Краще, щоб ці значення були розподілені більш-менш рівномірно по всьому інтервалу вимірювального. Але не обов'язково. За допомогою сушильної шафи та ваги отримуємо еталонний набір цифр: 8, 10, 17.5, 21, 24.9 %. Ця процедура виконується один раз на кожен новий матеріал.
Тепер занурюємо голки вологоміра у кожен зразок і записуємо отримане значення вологи. Маємо таку порівняльну таблицю з розбіжностями.

Це табличний вид залежності, але функцію можна за вказаними точками відобразити і у вигляді графіка.

Засобами Excel можна вивести лінію тренда. З точки зору калібрування вологомірів, а також аналізаторів зерна, ця так звана лінія калібрувальної прямої. залежність може бути і нелінійною (наприклад описуватися частинами парабол), але для спрощення налаштування приладів цим нехтуємо.

Це в ідеалі. Ми ж бачимо, що у нас є ламані лінії і, крім того, вони не збігаються. Чому? Наш прилад отримав для дослідження новий матеріал, з яким він не знайомий. Зрозуміло він видаватиме помилку. Виробник не запрограмував його на це. Перепрограмувати ми його не будемо і взагалі втручатися в роботу електронної схеми немає потреби.

Наше завдання – зблизити ці прямі, щоб помилка прагнула нуля в кожній точці.

Точніше, нуля досягти неможливо і самі вологоміри недосконалі. Але якщо відхилення від істинного значення буде 0,1%, це можна вважати чудовим результатом. Особливо враховуючи те, що ми не витрачаємось на придбання нового приладу.

Беремо, наприклад, точку 2. Нижній графік (еталонний) має значення 10%, верхній - 10,7%. Тобто наш пристрій трохи завищив показання, а саме на 0,7%. Значить, якщо цю цифру відняти, ми отримуємо точне значення. А якби еталонний графік у цій точці був вищим? Значить, треба було б цифру різниці відібрати.

Так, нам потрібний розрахунок. Ці зайвий крок. З іншого боку ми отримуємо унікальну можливість оперувати з різними матеріалами. Та й не такі вже й великі витрати часу - лише кілька секунд на розрахунки в умі. Навіть калькулятор не потрібний.

Є варіант взагалі обійтись без графіка. І тому існує математичний апарат інтерполяції. Суть його у тому, що у набору точок, створюється поліном (аналітична функція). Це калібрувальне рівняння.