Fugtanalysator

Værdier for absolut og relativ fugtighed

Værdier for vandindholdet kan angives enten i absolutte tal i gram, liter eller i relative tal i procent af massen eller volumenet. I tilfælde af relative værdier er det vigtigt at bemærke, om den oprindelige værdi for procentdelen er det fugtige eller det tørre stof. Jo højere vandindholdet er, jo større er afvigelsen mellem tallene for forskellige referenceværdier.

Tabel 1: Eksempler på absolutte og relative fugtighedsværdier

Hvis fugtigheden bestemmes ved tørring af prøverne, kan både den absolutte og den relative fugtighed bestemmes ved hjælp af de formler, der er vist med blå farve i tabellen. I nogle tørrevægte, der anvendes som fugtanalysatorer, kan det ikke vælges, om værdien af den relative fugtighed er relateret til den tørre eller den fugtige tilstand. Begge værdier kan dog let beregnes ud fra den våde og tørre masse.

Særlig funktion for gasformige stoffer

For gasformige stoffer afhænger den mængde vanddamp, der kan absorberes, af temperaturen og også af trykket. For gasser angives den relative fugtighed derfor ikke i forhold til masse eller volumen, men i forhold til den mætningsmængde af vanddamp, der kan opnås ved de aktuelle temperatur- og trykforhold. Hvis temperatur- og trykværdierne er kendt, kan den absolutte fugtighed også bestemmes ud fra den relative fugtighed af gasser eller gasblandinger.

Rådgivning om køb af en elektronisk fugtanalysator

Mange materialer indeholder vand under normale omgivelsesforhold og kan også optage visse mængder fugt og afgive det mere eller mindre hurtigt tilbage til omgivelserne.

Da vandindholdet spiller en vigtig rolle for mange fysiske, kemiske og biologiske processer og dermed bestemmer stoffernes holdbarhed og forarbejd bar hed, overvåges det ofte ved hjælp af en elektronisk fugtanalysator. Sammenlignet med ovntørringsmetoden har elektroniske fugtanalysatorer den fordel, at de kan anvendes til meget hurtige og ofte ikke-destruktive eller lavt-destruktive målinger på stedet. De forskellige typer adskiller sig bl.a. med hensyn til måleprincippet. I de fleste tilfælde har det anvendte måleprincip en afgørende indflydelse på egnetheden til bestemte anvendelser.

Vigtige udvælgelseskriterier for en elektronisk fugtanalysator

På grund af materialets fugtigheders betydning for materialers anvendelighed og holdbarhed er der udviklet en række forskellige måleinstrumenter til forskellige opgaver og anvendelsesbetingelser. Før man beslutter sig for at købe en bestemt type apparat, bør man bestemme, hvilke krav fugtanalysatoren skal opfylde. Dette omfatter f.eks. en præcisering af, om udstyret skal kalibreres til den påtænkte anvendelse.

Her er en liste over vigtige kriterier, der bør tages i betragtning:

• Kalibreret eller ikke-kalibreret
• Nøjagtighed for de tilsigtede materialer
• Mulighed for justering
• Måleprincippet og dets begrænsninger
• Måletid pr. aflæsning
• Måling på stedet eller i laboratoriet
• Undersøgelse af prøver eller på uforstyrret materiale
• Ikke-destruktiv/lavt-destruktiv måling
• Målingens repeterbarhed
• Kontinuerlig måling på bevægeligt materiale
• Tilpasning til specifikke materialer og miljøforhold
• Beregningsfunktioner • Yderligere målefunktioner
• Håndtering af instrumentet
• Opbevaring af måledata
• Grænseflader til datatransmission
• Tilgængeligt tilbehør

Til brug på skiftende steder, til forskellige typer materialer eller til materialer, hvis nøjagtige sammensætning ikke er kendt, er det ofte tilrådeligt at bruge flere fugtanalysatorer med forskellige måleprincipper eller en kombineret enhed med flere måleprincipper. I tilfælde af f.eks. fugtskader på bygninger eller lagervarer kan fugtindtrængningens udbredelse bestemmes med et apparat, der arbejder efter modstandsmetoden. Derefter kan der udtages prøver fra repræsentative steder, og deres fugtindhold kan bestemmes med en fugtmålervægt.

Fordele og ulemper ved elektroniske fugtanalysatorer

I de følgende afsnit forklares fordelene og begrænsningerne ved de mest almindeligt anvendte metoder til fugtbestemmelse kort for at vise deres egnethed og også deres begrænsninger i forbindelse med visse anvendelser.

Fugtighedsbalancer

Fugtighedsbalancer gør det lettere at udføre ovntørringsmetoden, men er ofte begrænset til meget små prøvetagemængder. Disse fugtanalysatorer kombinerer præcisionsvægt og tørrekammer i én enhed. Prøver af det materiale, der skal testes, tørres, indtil der ikke længere er vægttab. Vægtforskellen svarer til andelen af fordampet vand for de fleste materialer, og når det udføres korrekt.

Da prøvens mængde i fugtbalancer normalt er meget lille, er tørretiden i de fleste tilfælde kortere end ved tørring i en ovn. Desuden er vejningen automatisk, og der kan vælges forskellige tørreprogrammer, som kører automatisk efter start. Anlæggene bestemmer normalt ikke kun den oprindelige og endelige vægt, men beregner også vandindholdet i den undersøgte prøve.

Kapacitive eller dielektriske fugtanalysatorer

Materialer, der kan absorbere fugt, ændrer deres egenskaber i det elektriske felt afhængigt af fugtindholdet. Fugtanalysatorer, der bestemmer kapacitansen, fungerer hurtigt og ikke-destruktivt. Målingerne kan gentages så ofte som ønsket på samme eller tilstødende punkter. Målingens dybde og resultater påvirkes af både materialets type og struktur. De kan ændres af fremmede materialer og af salte, der er indlejret i måleområdet. Ved kendte materialer og definerede miljøforhold er det muligt at opnå pålidelige måleresultater. Under andre forhold er disse apparater gode til hurtigt at bestemme og isolere områder med øget fugt.

Fugtanalysatorer med modstandsmåling

Den elektriske modstand eller ledningsevne stiger eller falder i takt med, at fugtindholdet stiger eller falder. Da disse elektriske værdier imidlertid også påvirkes af temperatur og materialesammensætning, skal der tages hensyn til nogle vigtige punkter, når man anvender denne metode. Påvirkningen som følge af temperaturforskelle kan kompenseres for nogle modeller via sensorer, specielle komponenter eller manuelle indstillinger. Lagrede referencelinjer for materialer eller materialegrupper giver en højere nøjagtighed for de materialer, der kan vælges. Kun få fugtanalysatorer med modstandsmåling giver dog mulighed for at lagre deres egne referencelinjer.

Fugtanalysatorer med modstands- eller ledningsevne måling giver hurtige resultater med ikke-destruktiv måling. Værdierne gør det muligt at påvise fugtforskelle og indsnævre deres omfang. Delvis isolerede sonder er velegnede til bestemmelse af værdier i forskellige dybder. Dette gør det muligt at drage konklusioner om, hvorvidt der er mere fugt indenfor end udenfor. Dette gør det lettere at vurdere udtørringsadfærden og årsagerne til fugten.

Tilsvarende fugtighed (KRL-metode) til bestemmelse af fugtighed

Fugtindholdet i mange materialer afhænger af temperaturen og fugtigheden i omgivelserne. Hvis materialet kan optage fugt fra luften og afgive den tilbage til luften, vil der efter et stykke tid blive etableret en vis materialefugtighed som en kompenserende fugtighed for et bestemt omgivende klima. Det betyder, at fugtige materialer afgiver fugt i et tørt miljø, og omvendt absorberer tørre materialer fugt i et fugtigt miljø. Målinger i henhold til KRL-metoden kan bruges til at fastslå, om fugtige materialer allerede har nået deres ligevægtsfugtindhold, og om materialer eller komponenter viser forhøjede fugtværdier på grund af andre påvirkninger end det omgivende klima. Målingen er gentagelig, så det er muligt at udtale sig om tørringsforløbet eller fugtoptagelsen.

Bestemmelsen af den tilsvarende luftfugtighed kan foretages ved hjælp af materialeprøver, i bulkmaterialer såvel som i borehuller eller på materialeoverfladen. Prøverne anbringes sammen med sensoren i lufttætte beholdere eller folieposer. Ved målinger i borehuller eller på overflader skal luftudveksling også forhindres ved hjælp af lufttæt afmaskering. Industrieverband Klebstoffe e.V. beskriver i TKB-rapport 2 "KRL-metode til bestemmelse af fugtigheden i afretningslag" en procedure for udtagning af prøver af fugtige afretningslag analogt til calciumcarbidmetoden. I forbindelse med afretningslag er det obligatorisk at bestemme restfugtigheden før flise- eller gulvlægningsarbejde for at undgå skader på gulvet på grund af efterfølgende udligning af fugt.

Hvis materialets fugtighedsværdier er højere end den karakteristiske ligevægtsfugtighed, stiger den relative fugtighed i den indesluttede luft, indtil materialet ikke længere afgiver fugt til den. Hvis materialet derimod er mere tørt end normalt for de herskende omgivelsesforhold, absorberer det fugt fra den indesluttede luft, og dets fugtighed falder.

Fugtanalysatorer med mikrobølgeteknologi

Mikrobølger af visse bølgelængder påvirkes af vandmolekyler og omvendt. De kan ikke kun bruges til opvarmning af vandholdige fødevarer, men også til målrettet fugtanalyse. De mikrobølger, der rammer vandmolekyler, bliver bremset, dæmpet og delvist reflekteret. Disse ændringer kan måles. Vandindholdet i elektrisk ikke-ledende stoffer kan således bestemmes præcist, hurtigt og ikke-destruktivt. Afhængigt af antallet af vandmolekyler i det undersøgte stof bliver resonansfrekvensen, transmittansen og refleksionen af mikrobølgestråling højere eller lavere. Styrken af ændringen afhænger imidlertid ikke kun af vandindholdet, men også af andre påvirkninger. Derfor skal en fugtanalysator, der arbejder på basis af mikrobølgeteknologi, tilpasses til materialet og de konkrete målebetingelser ved hjælp af referencemålinger.

Generelt er det kun nødvendigt med en lav mikrobølgeeffekt til målingen, så materialet næppe opvarmes eller på anden måde påvirkes af målingen. Målingen kan gentages så ofte som ønsket på den samme position, giver meget hurtige resultater og fungerer også med bevægeligt materiale. Derfor anvendes fugtanalysatorer med mikrobølgeteknologi ofte til inline-fugtmålinger i produktions-, tørre- og opbevaringsprocesser. For følsomme produkter er meget korte måleintervaller i millisekunder og en nøjagtighed på 0,1 fugtprocent muligt. Analoge eller koblingsinterfaces kan sikre, at der meget hurtigt kan træffes modforanstaltninger i tilfælde af fugtoverskridelser.

Kalibrering af elektroniske fugtanalysatorer

Kalibrering er kontrol af nøjagtigheden af måleinstrumenter i overensstemmelse med specificerede procedurer og betingelser. Kalibrering har til formål at sikre, at de værdier, der bestemmes med apparaterne, er korrekte. Kalibreret måleudstyr er ofte obligatorisk, især når de målte værdier har betydning for et materiales eller produkts anvendelighed.

På grund af målemetodens art kræver nogle typer af fugtanalysatorer, at de faktiske målte værdier vurderes ved hjælp af ikke-lineære materialeegenskaber. Disse apparater skal altid kalibreres til de materialer og fugtighedsområder, som de skal anvendes til. Her kan ovntørring tjene som referencemetode, uanset materiale.

For fugtvægte afhænger nøjagtige resultater bl.a. af, om vejeresultaterne har samme nøjagtighed inden for det måleområde, hvor de anvendes. Ved kalibrering af disse instrumenter anvendes der derfor forskellige præcisionsvægte til at kontrollere, hvor nøjagtigt de vejer. For visse materialer kan det også være vigtigt, at de angivne maksimumtemperaturer ikke overskrides under tørringen. Ellers kan resultatet forfalskes ved kemiske omdannelser af materialet. Hvis varmefølsomme materialer som f.eks. gips, plast eller træmaterialer regelmæssigt tørres med fugtanalysatoren, skal temperaturværdierne også kalibreres.

Hvis fugtanalysatorer anvendes i handelen, f.eks. ved køb af korn, til at bestemme priserne, skal de kalibreres. Kalibrering er også en kontrol af målingens nøjagtighed. I modsætning til kalibrering udføres og overvåges verifikationen imidlertid af verifikationsmyndigheden. Kalibreringsperioden for kornfugtighedsmålere er et år for apparater med spektral måleteknologi og to år for apparater med anden måleteknologi.

Fordele ved tørrevægte som fugtanalysatorer

Når der skal foretages fugtmålinger på små prøvetagningsmængder, har fugtvægte betydelige fordele i forhold til andre måleinstrumenter. De kompakte vægte, hvor prøvematerialet tørres i et kammer ved opvarmning og vejes kontinuerligt, fungerer uafhængigt af materialet. Det betyder, at der ikke skal tages hensyn til materialespecifikke karakteristiske kurver ved evalueringen af resultaterne.

Der skal kun tages hensyn til de tilladte temperaturer til tørring, og de skal være korrekt indstillet på fugtanalysatorens vægt. Materialer, for hvilke der i standarderne er angivet temperaturer for ovntørring, bør også tørres i fugtanalysatoren ved denne temperatur. Ellers er der med nogle materialer risiko for, at ikke kun frit vand fra porerne, men også kemisk bundet vand opløses og fordamper.

Materialets fugtighed er et resultat af masseforskellen mellem den fugtige og den tørre prøve. Dette gør resultatet let at forstå og kontrollere. Det er dog vigtigt at bemærke, at den angivne relative materialefugtighed i procent kan relateres til tørvægten såvel som til den samlede vægt af den fugtige prøve. På nogle fugtanalysatorvægte kan det vælges, i hvilken af de to varianter resultatet vises.

Hvis en fugtanalysatorvægt kun tilbyder én visningsmulighed for resultatet, er det let at kontrollere, om procentværdien er relateret til den tørre eller den samlede masse. Efter tørring af en prøvepande fyldt med vand skal resultatet for vandindholdet være enten omkring 100 % eller langt over. Værdien tæt på 100 % står for fugtigheden i forhold til den samlede masse af den våde prøve.

På grund af den hurtige tørring af de små prøvestørrelser og den parallelle automatiske vejning er fugtbestemmelsen med fugtanalysatorvægten hurtigere end den klassiske ovntørring i ovnen. Apparaterne fylder lidt og er lette at betjene. Det gør dem ideelle ikke kun til fugtanalyse i laboratoriet, men også til stikprøvekontrol af tørresystemer, i indgående varer, på lageret og i produktionen.

Anvendelsesområder for fugtanalysatorer

Fugtanalysatorer til indgående inspektion af rå- og hjælpematerialer

Fugtindholdet i visse råvarer og hjælpematerialer påvirker deres holdbarhed, opbevaringsmuligheder eller anvendelighed. Hvis råvarer eller hjælpematerialer faktureres efter vægt, skal der i mange tilfælde også tages hensyn til vandindholdet ved prisfastsættelsen. I dette tilfælde anvendes en fugtanalysator eller ovntørringsmetoden til at kontrollere materialernes vandindhold ved levering. Der er faktorer til priskorrektion for et for højt eller for lavt vandindhold, og leveringen kan afvises, hvis materialet er ubrugeligt, fordi det over- eller underskrider grænseværdierne for vandindhold.

Vandindholdet i fugtfølsomme rå- og hjælpematerialer kontrolleres med en fugtanalysator ved levering for at:

• tage korrekt hensyn til vandindholdet i vægt i tilfælde af vægtafhængige priser,
• tildele materialet til et egnet oplagringssted
• at kunne planlægge tørre- eller befugtningsprocessen efter type og varighed, eller
• til at vurdere materialets holdbarhed.

Især med animalske og vegetabilske råvarer er der en risiko for, at de bliver ubrugelige, hvis vandindholdet er for højt eller for lavt. Selv plastgranulater kan ikke forarbejdes uden videre, hvis de indeholder for meget fugt. Gips, kalk og cement reagerer og hærder, hvis vandindholdet er for højt, og kan så ikke længere forarbejdes.

Kalibrerede fugtighedsanalysatorer ved køb af korn

Ved køb af korn efter vægt skal der anvendes kalibrerede vægte og kalibrerede fugtighedsanalysatorer. For de fleste kornsorter er et vandindhold på 14,5 procent grundværdien, for rapsfrø er det 9 procent. Afvigelser fra disse grundværdier for vandindholdet tages i prisen i betragtning via faktorer som tillæg eller fradrag. Nødvendige tørringsforanstaltninger faktureres desuden.

Fugtanalysatorer til levering af træ i snedker- og tømrerværksteder

Bygningstømmer faktureres som regel ikke efter vægt, men efter volumen. Det er dog meget vigtigt at bestemme træets fugtindhold med en fugtmåler, da træ, der er for fugtigt, kan blive ødelagt af svampe og insekter. Desuden ændrer træet sine dimensioner, når fugtindholdet ændres. Det svulmer op, når det absorberer vand, og krymper under tørringsprocessen. Under processen kan der opstå svindrevner og krumninger. Derfor kræver forskellige standarder, at træets vandindhold skal begrænses. I henhold til DIN 18 334 må massive træelementer i isolerede tage have et maksimalt træfugtindhold på 20 % under monteringen, i træhusbyggeri maksimalt 18 %. For limede komponenter gælder derimod en maksimal træfugtighed på 15 %.

Vægte til fugtanalysatorer i laboratoriet

Fugtanalysatorer fungerer i princippet uafhængigt af materialet. De kan bruges i laboratoriet til at teste en lang række forskellige prøver. Ligesom ved den oprindelige ovntørringsmetode skal de temperaturer, der anvendes til tørring, dog tilpasses materialet. Med mange af fugtanalysatorvægtene kan parametrene for forskellige testprocedurer lagres permanent. De gemte tørreprogrammer kan nemt genkaldes senere, når prøver af det samme materiale skal testes igen.

De fleste modeller af fugtanalysatorvægte er beregnet til meget små prøvetagningsmængder. De små mængder forkorter tørretiden og gør det således muligt at få en hurtig opgørelse over vandindholdet. Ved større prøvetagningsmængder kan der foretages flere individuelle målinger. Det er vigtigt for målingens validitet, at prøven ikke ændrer sit vandindhold, før målingen påbegyndes. Materialeprøverne skal derfor ankomme til laboratoriet så hurtigt som muligt, ved en konstant temperatur og pakket lufttæt.

Hvis der er behov for fugtmålinger i den igangværende produktionsproces eller til kvalitetssikring, bør målingerne foretages så hurtigt som muligt efter prøvetagningen. Hvis fabrikslaboratoriet er for langt væk, anbefales det at opstille en ekstra teststation. Pladsbehovet og kravene til en fugtanalysatorvægt på opstillingsstedet er næppe højere end for en brevvægt.

Fugtanalysatorer i fødevareindustrien

Ved produktion og forarbejdning af fødevarer er vandindholdet vigtigt for både holdbarhed og forarbejde barhed. Alle ved, at friske fødevarer har en begrænset holdbarhed. Enhver, der af og til køber for mange kartofler eller gulerødder, ved også, at de er svære at skrælle, hvis de har mistet for meget vand. Hvis fødevarerne skal kunne bruges i lang tid, skal de opbevares under særlige forhold eller forarbejdes og konserveres så hurtigt som muligt.

Før og under forarbejdningen kan fødevarernes vandindhold bestemmes med en fugtanalysator, der er egnet til dette formål. I højt automatiserede processer anvendes der normalt inline-fugtsensorer, som sender de aktuelle fugtighedsdata direkte til processtyringsstationen. Dette gør det muligt automatisk at justere temperaturen og tørringens varighed eller tilsætningen af vand til blandinger til den målte fugtighed.

Uanset om en fugtanalysator anvendes til kontinuerlige eller individuelle målinger, skal særlige hygiejnekrav altid overholdes i fødevareindustrien. Især hvis målingerne ikke foretages på udtagne prøver, men direkte i det materiale, der skal behandles, skal det være muligt at rengøre kontaktfladerne i overensstemmelse med de respektive hygiejnebestemmelser. Mange modeller af fugtanalysatorer er derfor konstrueret således, at kontaktfladerne kan steriliseres med væsker såvel som ved høje temperaturer.

Sammenkobling af fugtanalysatorer med ERP-systemer

For mange brugere gemmes fugtværdierne for materialeprøven, der er bestemt med fugtanalysatoren, på computeren enten til dokumentationsformål eller som grundlag for yderligere behandling af materialet i brugerprogrammer. Flere og flere virksomheder bruger et enkelt ERP-system, såsom SAP, Infor eller ebootis, til at registrere, behandle og dokumentere deres driftsdata. For de virksomheder, der anvender et sådant ERP-system, giver det mening at overføre prøvernes fugtværdier direkte fra fugtanalysatoren til det modul i varestyringssystemet, der er beregnet til materialeværdierne.

Gennem den direkte elektroniske overførsel er måledataene straks tilgængelige for alle brugere af ERP-systemet. Afhængigt af det anvendte systems udformning kan de materialespecifikke fugtværdier, der registreres for prøven, så f.eks:

• til bestemmelse af den nødvendige type og varighed af efterbehandlingen,
• til valg af opbevaringssted,
• til dokumentation for kvalitetssikring og
• kombineret med vægtværdierne med henblik på korrekt fakturering eller beregning.
• kan anvendes.

For at kunne sende de målte data direkte til ERP-systemet skal den anvendte fugtmåler være udstyret med en grænseflade til dataoverførsel. Mange af de fugtanalysatorer, der tilbydes, har en sådan grænseflade enten som en RS232- eller USB-forbindelse. De digitalt overførte data skal derefter læses korrekt ind og fortolkes af ERP-systemet. Dette kræver normalt en indstillingsmulighed for dataimport i ERP-systemet eller yderligere software, der overtager denne indstilling.