微波水份测试技术开创水分测定仪的新纪元

湖南赫西

2013/06/14

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1 前言

长期以来水份测试多以烘干称量法为主；其他还有烘箱法、蒸馏法、光谱法、电化学等，但这些方法都比较繁琐，而且费时，无法实现现场测试，利用微波测量水份是一个崭新的测量理论和方法，能够快速准确地实现水份含量的快速测试。不用烘干、不用任何试剂，快速准确，同时能在现场进行测试。
微波水份测试是我国独立自主创新的测试技术，由于其具有快速准确，无可比拟的优越性。可以说它开创了水份测试的新纪元。

2 微波测试原理

水分子是极性分子，在受到微波场的作用下会反复取向，造成微波信号的衰减。

介电常数表征为：ε=ε’+aε”

式中：ε’为储能的度量；ε”为衰减的度量；a为常数。

ε’ 与ε”不仅与材料有关，还与测试信号频率有关。所有极性分子均有此特性，一般干燥的物体，如橡胶、木材、皮革、谷物、塑料等，其ε’在1~5范围内，而水的ε’则高达64~80，因此，材料中含有少量水分时，其ε’将显著上升，ε”也有类似性质。使用微博传感器，测量干燥物体与含一定水分的潮湿物体所引起的微波信号的衰减量，就可以换算成物体的含水量。

3 仪器原理及先进性

由于水在微波波段呈现宽带旋转松弛左右，微波被水分子强烈地吸收和散射。完全干燥的基质材料在相同的频率范围是可以透过的，从而适度测量技术就成为可能。该项技术可应用于连续过程和实验室样件湿度测量，用9.4GHz的微波穿透法，可以测得其固体的性状、稀浆和液体。由于水是极化分子，其介电性质是稳定的函数，所以，若基体材料存在温度的变化，仪器校正时必须进行温度补偿。图1为穿透法测湿应用示意图。

以乳胶测试为例：

微波测湿在乳胶测试中，应用衰减法测定乳胶中的干胶含量，实质上是测定其含水量对微波的衰减。由于橡胶烃分子的外层吸附有一薄层蛋白质与类脂物的缘故，干胶中绝大部分是橡胶烃，常吸附少量的水、蛋白质、碳水化合物和无机盐等，这些非胶组分往往随树龄、物候、土壤、季节、割胶强度和化学保护剂含量等因素的不同而变化。大部分非胶组分是极性分子，如白坚木皮醇、碱性蛋白质、丙酮溶物等，介电常数均较高，可以将它们折合成含水量来处理，这样使得干胶含量的测定误差大为减少。微波的量化零点偏差与温度关系、微波强度量化电压与干胶含量关系如图2、图3所示。

4 流体微波水分测定仪系列

① 流体微波水份测定仪系列可以快速智能测定各种流体的水份含量，单次测量时间在1~3s内实现含量数字化。

② 微波水份测定仪利用各种流体中的水分子、固形物等在不同温度下对微波的不同反应进行测量，运用计算机进行快速修正计算，得出正确的测量结果。

③ 微波水份测定仪运用计算机控制波导振荡器辐射出一固定频率、固定强度且与被测样品相匹配的微波。

④ 微波水份测定仪运用自动进料器将待测定的流体均匀稳定地送入测量管，最大限度地减少了手工操作所带来的不确定性误差。

⑤ 微波水份测定运用先进的数字技术直观地显示出正确的测量结果。

⑥ 在测量完成后自动的对流体进行回收，最大限度地减少对原料的浪费。

5 微波水份测定技术指标

① 量程：10%~55%（D.R.C）；

② 分辨率：0.01%（D.R.C）；

③ 测量精度：1%（D.R.C）；

④ 读数方式：TFT-LCD数字显示；

⑤ 通过USB数据上传到计算机，并可控。
常规水份测定法方法与快速微波水份测定法的对比如图4所示。

表1
检测方法	精度	节能环保	实验时间	被检测样品	每台价格（元）
烘箱称重法	0.1%	不	5min以上	破坏	10000
红外烘干称重法	0.1%	不	5min以上	破坏	30000
微波烘干称重法	0.1%	不	5min以上	破坏	48000
蒸馏法	0.1%	不	60min以上	破坏	2000
电化学法	0.1%	不	5min以上	破坏	220000
红外光谱法	0.1%	不	快5min以上	不破坏	200000
快速微波检测法	0.1%	节能环保	更快10s以内	不破坏	50000

从对比中可以看出微波测试具有无可匹敌的优越性，可以充分肯定微波测试水份开创了水份测试新时代，在不久的将来会在众多领域中得到应用和发展，成为水份测定最有效的测试手段。

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作者简介：寻继勇，现任湖南赫西仪器装备有限公司技术顾问。负责离心机专业高速电机及动力测控设备、煤采样机等产品设计、加工；各类天平、显微镜、离心机设计、加工制造及销售技术支持工作。曾参加超速（30000r/min）台式冷冻离心机的开发工作，并参与离心机等机械行业国家标准的起草及编写工作。

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