Dielettrico ad alta frequenza

Il metodo dielettrico ad alta frequenza è una tecnica per misurare l’umidità dei materiali che sfrutta il modo particolare in cui l’acqua risponde a un campo elettrico che oscilla molto velocemente. Come nel metodo capacitivo, il principio si basa sulle proprietà dielettriche dell’acqua, molto diverse da quelle dei materiali secchi; ma usando frequenze elevate si sfrutta un comportamento specifico delle molecole d’acqua, che sotto un campo oscillante veloce si orientano e disorientano continuamente, assorbendo energia in modo caratteristico. Misurando questa risposta ad alta frequenza si ottiene una stima dell’umidità più selettiva e meno disturbata rispetto ai metodi a frequenza più bassa. È un principio usato in misuratori di umidità avanzati per materiali come carta, legno, cereali e materiali edili. Capire come funziona aiuta a comprendere una tecnica di misura dell’umidità evoluta.

Questa pagina spiega come l’acqua risponde a un campo ad alta frequenza, perché questo aiuta la misura, e a cosa serve. È una guida per il tecnico che misura l’umidità dei materiali.

Come l’acqua risponde al campo oscillante

La molecola d’acqua è polare, cioè ha una parte più positiva e una più negativa, e in un campo elettrico tende a orientarsi come un piccolo ago di bussola. Se il campo oscilla, cambiando direzione molte volte al secondo, le molecole d’acqua cercano di seguirlo, orientandosi e disorientandosi continuamente. A frequenze molto alte, questo movimento incessante delle molecole d’acqua assorbe energia dal campo in un modo che dipende fortemente da quanta acqua è presente. Lo strumento genera un campo ad alta frequenza nel materiale e misura come questo campo viene influenzato dalla presenza dell’acqua, ricavandone l’umidità. Rispetto ai metodi capacitivi a frequenza più bassa, l’alta frequenza rende la misura più specifica per l’acqua e meno sensibile ad altri fattori, come la conduttività dovuta ai sali, che disturbano molto le misure a bassa frequenza e in corrente continua.

Perché l’alta frequenza aiuta

Il vantaggio principale dell’alta frequenza è la minore sensibilità ai disturbi. Nelle misure di umidità a resistenza e a bassa frequenza, la presenza di sali disciolti nell’acqua altera molto la conduzione e può falsare la lettura, facendo sembrare il materiale più umido di quanto sia. Ad alta frequenza, invece, la misura dipende soprattutto dall’orientamento delle molecole d’acqua e molto meno dalla conduzione dei sali, risultando più selettiva per l’acqua vera e propria. Questo rende il metodo più robusto su materiali salini o con composizione variabile. Inoltre, come tutte le tecniche dielettriche, è non distruttivo: si appoggia la sonda senza forare. Il metodo ad alta frequenza combina quindi i vantaggi della misura capacitiva, rapidità e non invasività, con una maggiore specificità per l’acqua, ed è per questo usato negli strumenti di umidità più evoluti, dove serve misurare l’acqua senza essere ingannati dai sali o da altre variabili.

Aspetto	Alta frequenza
Grandezza sfruttata	Orientamento delle molecole d’acqua
Sensibilità ai sali	Ridotta rispetto alla bassa frequenza
Metodo	Non distruttivo, più selettivo

A cosa serve

Il metodo dielettrico ad alta frequenza si usa dove serve una misura dell’umidità affidabile e non distruttiva, anche su materiali difficili. Nell’industria della carta e del cartone permette di controllare in continuo l’umidità del prodotto senza toccarlo, importante per la qualità della stampa e della lavorazione. Sul legno e sui materiali edili offre una misura superficiale non invasiva più robusta rispetto ai metodi semplici. Nell’agroalimentare, su cereali e granaglie, misura l’umidità in modo rapido. In generale è apprezzato dove i sali o la variabilità del materiale renderebbero incerte le misure a resistenza, e dove non si vuole danneggiare il prodotto. Come tutti i metodi dielettrici, fornisce spesso una misura che va tarata sul materiale specifico per dare valori assoluti accurati, ma la sua maggiore specificità per l’acqua ne fa una scelta di qualità per la misura non distruttiva dell’umidità.

• Sfrutta la risposta dell’acqua a un campo veloce.
• È meno disturbato dai sali della bassa frequenza.
• È non distruttivo come il metodo capacitivo.
• Usato su carta, legno, cereali e materiali edili.
• Va tarato sul materiale per valori assoluti.

Affidabilità della misura

Anche il metodo ad alta frequenza va usato con criterio: pur essendo meno sensibile ai sali, la misura dipende dal materiale, dalla sua densità e dalla profondità di penetrazione del campo, e va tarata sul materiale specifico quando serve un valore assoluto. Conta il buon appoggio della sonda e la conoscenza dello strato misurato. Come le altre tecniche dielettriche, è ottimo per confronti rapidi e mappature, e va confermato con metodi di riferimento nelle situazioni critiche. Documentare materiale, taratura e condizioni rende le misure confrontabili. Con questi accorgimenti, il metodo dielettrico ad alta frequenza offre una misura dell’umidità non distruttiva più robusta e selettiva, complementare ai metodi capacitivo e a resistenza.

Dalla tecnologia allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Tecnologie elettriche e dielettriche del ramo Tecnologie e principi di misura, ed è collegato all’impedenza e misura capacitiva non distruttiva. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

Nel catalogo i misuratori di umidità per prodotti in nastro fanno capo ai misuratori per carta, cartone e tessili, nella famiglia misuratori di umidità e igrometri. Se devi misurare l’umidità in modo non distruttivo su materiali salini o difficili, il modulo di richiesta consente di ricevere un’indicazione mirata.