微波水份測試技術(shù)開(kāi)創(chuàng )水分測定儀的新紀元

 1 前言

長(cháng)期以來(lái)水份測試多以烘干稱(chēng)量法為主；其他還有烘箱法、蒸餾法、光譜法、電化學(xué)等，但這些方法都比較繁瑣，而且費時(shí)，無(wú)法實(shí)現現場(chǎng)測試，利用微波測量水份是一個(gè)嶄新的測量理論和方法，能夠快速準確地實(shí)現水份含量的快速測試。不用烘干、不用任何試劑，快速準確，同時(shí)能在現場(chǎng)進(jìn)行測試。
    微波水份測試是我國獨立自主創(chuàng )新的測試技術(shù)，由于其具有快速準確，無(wú)可比擬的優(yōu)越性?？梢哉f(shuō)它開(kāi)創(chuàng )了水份測試的新紀元。

2 微波測試原理

水分子是極性分子，在受到微波場(chǎng)的作用下會(huì )反復取向，造成微波信號的衰減。

介電常數表征為：ε=ε’+aε”

式中：ε’為儲能的度量；ε”為衰減的度量；a為常數。

ε’ 與ε”不僅與材料有關(guān)，還與測試信號頻率有關(guān)。所有極性分子均有此特性，一般干燥的物體，如橡膠、木材、皮革、谷物、塑料等，其ε’在1~5范圍內，而水的ε’則高達64~80，因此，材料中含有少量水分時(shí)，其ε’將顯著(zhù)上升，ε”也有類(lèi)似性質(zhì)。使用微博傳感器，測量干燥物體與含一定水分的潮濕物體所引起的微波信號的衰減量，就可以換算成物體的含水量。

3 儀器原理及先進(jìn)性

由于水在微波波段呈現寬帶旋轉松弛左右，微波被水分子強烈地吸收和散射。完全干燥的基質(zhì)材料在相同的頻率范圍是可以透過(guò)的，從而適度測量技術(shù)就成為可能。該項技術(shù)可應用于連續過(guò)程和實(shí)驗室樣件濕度測量，用9.4GHz的微波穿透法，可以測得其固體的性狀、稀漿和液體。由于水是極化分子，其介電性質(zhì)是穩定的函數，所以，若基體材料存在溫度的變化，儀器校正時(shí)必須進(jìn)行溫度補償。圖1為穿透法測濕應用示意圖。

以乳膠測試為例：

微波測濕在乳膠測試中，應用衰減法測定乳膠中的干膠含量，實(shí)質(zhì)上是測定其含水量對微波的衰減。由于橡膠烴分子的外層吸附有一薄層蛋白質(zhì)與類(lèi)脂物的緣故，干膠中絕大部分是橡膠烴，常吸附少量的水、蛋白質(zhì)、碳水化合物和無(wú)機鹽等，這些非膠組分往往隨樹(shù)齡、物候、土壤、季節、割膠強度和化學(xué)保護劑含量等因素的不同而變化。大部分非膠組分是極性分子，如白堅木皮醇、堿性蛋白質(zhì)、丙酮溶物等，介電常數均較高，可以將它們折合成含水量來(lái)處理，這樣使得干膠含量的測定誤差大為減少。微波的量化零點(diǎn)偏差與溫度關(guān)系、微波強度量化電壓與干膠含量關(guān)系如圖2、圖3所示。

4 流體微波水分測定儀系列

①   流體微波水份測定儀系列可以快速智能測定各種流體的水份含量，單次測量時(shí)間在1~3s內實(shí)現含量數字化。

②   微波水份測定儀利用各種流體中的水分子、固形物等在不同溫度下對微波的不同反應進(jìn)行測量，運用計算機進(jìn)行快速修正計算，得出正確的測量結果。

③   微波水份測定儀運用計算機控制波導振蕩器輻射出一固定頻率、固定強度且與被測樣品相匹配的微波。

④   微波水份測定儀運用自動(dòng)進(jìn)料器將待測定的流體均勻穩定地送入測量管，最大限度地減少了手工操作所帶來(lái)的不確定性誤差。

⑤   微波水份測定運用先進(jìn)的數字技術(shù)直觀(guān)地顯示出正確的測量結果。

⑥   在測量完成后自動(dòng)的對流體進(jìn)行回收，最大限度地減少對原料的浪費。

5 微波水份測定技術(shù)指標

①   量程：10%~55%（D.R.C）；

②   分辨率：0.01%（D.R.C）；

③   測量精度：1%（D.R.C）；

④   讀數方式：TFT-LCD數字顯示；

⑤     通過(guò)USB數據上傳到計算機，并可控。
    常規水份測定法方法與快速微波水份測定法的對比如圖4所示。

    從對比中可以看出微波測試具有無(wú)可匹敵的優(yōu)越性，可以充分肯定微波測試水份開(kāi)創(chuàng )了水份測試新時(shí)代，在不久的將來(lái)會(huì )在眾多領(lǐng)域中得到應用和發(fā)展，成為水份測定最有效的測試手段。

---------------------------------------------------------------------------------------- 

作者簡(jiǎn)介：尋繼勇，現任湖南赫西儀器裝備有限公司技術(shù)顧問(wèn)。負責離心機專(zhuān)業(yè)高速電機及動(dòng)力測控設備、煤采樣機等產(chǎn)品設計、加工；各類(lèi)天平、顯微鏡、離心機設計、加工制造及銷(xiāo)售技術(shù)支持工作。曾參加超速（30000r/min）臺式冷凍離心機的開(kāi)發(fā)工作，并參與離心機等機械行業(yè)國家標準的起草及編寫(xiě)工作。

==================================================

更多摘抄文章：

儀器儀表行業(yè)在醫改中將發(fā)揮重要作用(一)
儀器儀表行業(yè)在醫改中將發(fā)揮重要作用(二)
儀器儀表行業(yè)在醫改中將發(fā)揮重要作用(三)