低定量水份測(cè)量裝置

1、低定量水份測(cè)量裝置1 、引言隨著科技是第一生產(chǎn)力這一觀念的形成， 科技在實(shí)踐中的應(yīng) 用迅速發(fā)展，在造紙工業(yè)中，水份測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)，紙業(yè)的水份含量 是一個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)，目前運(yùn)用較廣泛的是微波法（諧振）和 紅外測(cè)濕， 并在此基礎(chǔ)上與計(jì)算機(jī)組成系統(tǒng)控制， 可改善紙頁(yè)質(zhì) 量，節(jié)省纖維，節(jié)約能源，提高紙機(jī)效率，降低紙機(jī)斷紙次數(shù)， 提高生產(chǎn)效率。 因此， 在生產(chǎn)過(guò)程中紙頁(yè)水份儀的在線連續(xù)測(cè)量 是造紙行業(yè)的重要一環(huán)。因此我們采用了微波法測(cè)量紙頁(yè)水份2、微波測(cè)量水份的原理： 當(dāng)被測(cè)量物體在有一定的微波能量通過(guò)的傳感器的開槽口 上經(jīng)過(guò)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致微波能量衰減，。微波能量衰減常數(shù)a質(zhì)的介電特性可以由復(fù)合介電常數(shù)表示。

2、式中 代表物料的電場(chǎng)形式 蓄能有關(guān)的一個(gè)量。 則表示以熱能形式損耗有關(guān)的量。介電常 數(shù)和介電損耗的數(shù)值是決定物料的微波能量反射、 傳輸和吸收有 關(guān)的量值，即對(duì)微波能量損耗有關(guān)的量值，在微波頻率為10GHZ時(shí)，由于水 含的水份對(duì)紙的復(fù)合介電 常數(shù)影響很大，即紙中水份越大，則它的介電常數(shù)也就越大。當(dāng) 紙通過(guò)傳感器的傳感元件時(shí)將導(dǎo)致微波能量的損耗增大。 據(jù)衰減 量即可得到該紙含水量。 也即通過(guò)測(cè)量含水物質(zhì)的介電特性而測(cè)得含水量本儀器應(yīng)用本所研制的 T-1 型微波體效應(yīng)振蕩器產(chǎn)生的微 波功率經(jīng)隔離器及衰減器調(diào)節(jié)在一定的功率值， 經(jīng)傳感器元件至 測(cè)功率探頭， 當(dāng)被測(cè)紙經(jīng)過(guò)傳感器元件的開槽處， 導(dǎo)致微波功

3、率 損耗，并有功率探頭檢測(cè)，計(jì)算機(jī)處理在主機(jī)上顯示出水份值。3、傳感器的設(shè)計(jì)、安裝及測(cè)量電路 傳感器主要由五個(gè)部件組成（3.1 ）微波發(fā)生器：我們采用 T-1 型微波震蕩器。它是使用2ETX3體效應(yīng)管（Gunndiode ）做成的微波發(fā)生器。體效應(yīng)或 稱耿氏效應(yīng)（Gunns effect ）是1963年GunnJB在實(shí)驗(yàn)中研究 N型GaAS勻勻樣品的高場(chǎng)電流關(guān)系時(shí)，耿氏觀察到了電流震動(dòng)。 在六十年代后期國(guó)外市場(chǎng)上有耿氏振蕩器商品出售。 由于它的壽 命長(zhǎng)（5萬(wàn)小時(shí)以上） 。比以往用以發(fā)生微波的調(diào)速管壽命長(zhǎng) 100 多倍。 T-1 是我們所設(shè)計(jì)制造的工業(yè)用微波發(fā)生器。工作電壓低（ 11 伏直流），

4、性能穩(wěn)定及可靠性高、耐震，比使用調(diào)速管能 減少大量的日常維護(hù)工作， 使微波測(cè)水能實(shí)際用于工業(yè)上。 它的 震蕩腔是同軸腔（TEM波）轉(zhuǎn)換入波導(dǎo)腔（TE10波）。體效應(yīng)震蕩器的腔體設(shè)計(jì)， 主要是對(duì)于已選定的體效應(yīng)管求 出輸出功率最大時(shí)的頻率 Fm和對(duì)應(yīng)的腔體內(nèi)徑 Do腔體心直徑 do,腔長(zhǎng)三個(gè)參數(shù)。（3.2 ）隔離器（BG-Ic。型）使T-1型產(chǎn)生的微波能是向前 方行進(jìn)時(shí)衰減極?。╳ 1db） 但如有能量返回時(shí)則反向 衰減很 大（ ?20db）. 這樣，就使 T-1 可靠和穩(wěn)定的工作。（3.3 ）衰減器（ BG-1 型）、內(nèi)部裝有一個(gè)可調(diào)節(jié)的電阻性 衰減片。它調(diào)節(jié)（即衰減）微波的能量至一定值 （本

5、儀器為 16mw）.（3.4 ）功率探頭采用雙電橋式測(cè)量座加補(bǔ)償?shù)霓k法消除環(huán) 境影響如圖：這是直流替代測(cè)量電路， 電路閉環(huán)設(shè)計(jì)為正反饋形式， 當(dāng)加 在Rt上的微波功率P變化時(shí)，Rt將發(fā)生變化，導(dǎo)致Uab發(fā) 生變化， U1 就隨之變化，同時(shí)通過(guò) Rt 上的電流 I 也變化 I 。 但其變化規(guī)律總是要使 Rt 等于橋路設(shè)計(jì)阻值 R。 ，保持橋路 平衡，這一自動(dòng)平衡過(guò)程可表示如下：PT- RJ- Vjf SI - RT,根據(jù)替代原理， R上的電流I 的變化引起的直流功率就等效與加在 R上的微波功率。而我們的 設(shè)計(jì)有V仁Rt?=，因此，測(cè)出 V就得到微波功率 P.（3.5 ） 傳感器開槽波導(dǎo)，開槽寬度

6、，波導(dǎo)覆蓋材料的選用開槽波導(dǎo)采用U型波導(dǎo)，如圖：U型波導(dǎo)的窄縫開在波導(dǎo)寬面的中心線位置上，由于在波導(dǎo) 寬面中心線上的電場(chǎng)強(qiáng)度最大， 因此， 當(dāng)被測(cè)物從窄縫中心穿過(guò) 時(shí)，很小的水份變化即可引起吸收功率的很大變化，因此，這種 測(cè)量方式的靈敏度較高， 所以可用于薄帶狀， 線列等總含水量較 低，而精度要求較高的場(chǎng)合，U型波導(dǎo)的窄縫寬度要求能通過(guò)被 測(cè)物，但又不向外輻射微波能量，因此縫寬一般不超過(guò)6mm， z在傳感器開槽上必須覆蓋上一層絕緣材料薄膜， 讓被測(cè)物在覆蓋材料上滑動(dòng)過(guò)去進(jìn)行測(cè)量， 否則被測(cè)物料會(huì)掉入波導(dǎo)內(nèi)， 使測(cè)量 無(wú)法進(jìn)行或引起很大的誤差，這個(gè)覆蓋材料必須有合適的?及較小的 ?，滿足上述條件

7、外還需要有較好的機(jī)械耐磨性和強(qiáng)度，以 免物料通過(guò)時(shí)磨損而換覆蓋層造成維修量大， 另外我們注意到覆 蓋材料必須對(duì)水份有吸著性小， 附著性小的特性， 否則由于覆蓋 材料的吸著水和附著水的影響，將隊(duì)測(cè)量指標(biāo)值引入附加誤差， 我們參閱了一些絕緣材料的物理性能， 并做了些實(shí)驗(yàn)， 選用聚四 氟已烯為覆蓋材料。4、儀器的定標(biāo)：（ 4.1 ） 靜態(tài)定標(biāo)：用于曲線擬合，定標(biāo)后檢驗(yàn)儀器的重復(fù) 性等各項(xiàng)性能，并可在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定紙張，其定標(biāo)方法如下： 將不同水份的濕紙樣覆蓋在傳感器元件上進(jìn)行檢驗(yàn)， 記錄儀 器讀數(shù)。按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 及輕工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)指定的紙頁(yè)水份測(cè)定方法（烘箱法）測(cè)得 樣品的水份值，和儀器讀數(shù)相比較

8、。（ 4.2 ）動(dòng)態(tài)定標(biāo)：多次在線隨機(jī)取樣， 按部頒標(biāo)準(zhǔn)用烘箱法測(cè)得 %水份值及 含 水量。并列表用圖解法或計(jì)算器，計(jì)算機(jī)算出有關(guān)系數(shù)，因?yàn)樵?生產(chǎn)線上采樣， 很難多次取得較大和較小的水份值， 所以必須參 閱靜態(tài)諾模圖。由于涂布紙含水量合格產(chǎn)品 1%-2%H2，O 優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品0.8%-1%H2O而本儀器在線動(dòng)態(tài)實(shí)測(cè)時(shí)的精度為0.6%H2O （標(biāo)準(zhǔn)離差6),滿足水份測(cè)量的要求。由于儀器能顯示反映紙頁(yè)水 份情況，給生產(chǎn)工人及時(shí)地調(diào)整紙機(jī)的烘干程度，紙漿濃度，使 廠方因水份超標(biāo)而造成的副品大大降低，為我國(guó)造紙行業(yè)簿紙的水份測(cè)定填補(bǔ)了空白。結(jié)束語(yǔ)本文設(shè)計(jì)了一種針對(duì)紙張定量必較低的簿紙的新型傳感器波導(dǎo)接收裝置，