低定量水份测量装置

1、低定量水份测量装置1 、引言随着科技是第一生产力这一观念的形成， 科技在实践中的应 用迅速发展，在造纸工业中，水份测量领域内，纸业的水份含量 是一个重要的质量指标，目前运用较广泛的是微波法（谐振）和 红外测湿， 并在此基础上与计算机组成系统控制， 可改善纸页质 量，节省纤维，节约能源，提高纸机效率，降低纸机断纸次数， 提高生产效率。 因此， 在生产过程中纸页水份仪的在线连续测量 是造纸行业的重要一环。因此我们采用了微波法测量纸页水份2、微波测量水份的原理： 当被测量物体在有一定的微波能量通过的传感器的开槽口 上经过时，会导致微波能量衰减，。微波能量衰减常数a质的介电特性可以由复合介电常数表示。

2、式中 代表物料的电场形式 蓄能有关的一个量。 则表示以热能形式损耗有关的量。介电常 数和介电损耗的数值是决定物料的微波能量反射、 传输和吸收有 关的量值，即对微波能量损耗有关的量值，在微波频率为10GHZ时，由于水 含的水份对纸的复合介电 常数影响很大，即纸中水份越大，则它的介电常数也就越大。当 纸通过传感器的传感元件时将导致微波能量的损耗增大。 据衰减 量即可得到该纸含水量。 也即通过测量含水物质的介电特性而测得含水量本仪器应用本所研制的 T-1 型微波体效应振荡器产生的微 波功率经隔离器及衰减器调节在一定的功率值， 经传感器元件至 测功率探头， 当被测纸经过传感器元件的开槽处， 导致微波功

3、率 损耗，并有功率探头检测，计算机处理在主机上显示出水份值。3、传感器的设计、安装及测量电路 传感器主要由五个部件组成（3.1 ）微波发生器：我们采用 T-1 型微波震荡器。它是使用2ETX3体效应管（Gunndiode ）做成的微波发生器。体效应或 称耿氏效应（Gunns effect ）是1963年GunnJB在实验中研究 N型GaAS匀匀样品的高场电流关系时，耿氏观察到了电流震动。 在六十年代后期国外市场上有耿氏振荡器商品出售。 由于它的寿 命长（5万小时以上） 。比以往用以发生微波的调速管寿命长 100 多倍。 T-1 是我们所设计制造的工业用微波发生器。工作电压低（ 11 伏直流），

4、性能稳定及可靠性高、耐震，比使用调速管能 减少大量的日常维护工作， 使微波测水能实际用于工业上。 它的 震荡腔是同轴腔（TEM波）转换入波导腔（TE10波）。体效应震荡器的腔体设计， 主要是对于已选定的体效应管求 出输出功率最大时的频率 Fm和对应的腔体内径 Do腔体心直径 do,腔长三个参数。（3.2 ）隔离器（BG-Ic。型）使T-1型产生的微波能是向前 方行进时衰减极小（w 1db） 但如有能量返回时则反向 衰减很 大（ ?20db）. 这样，就使 T-1 可靠和稳定的工作。（3.3 ）衰减器（ BG-1 型）、内部装有一个可调节的电阻性 衰减片。它调节（即衰减）微波的能量至一定值 （本

5、仪器为 16mw）.（3.4 ）功率探头采用双电桥式测量座加补偿的办法消除环 境影响如图：这是直流替代测量电路， 电路闭环设计为正反馈形式， 当加 在Rt上的微波功率P变化时，Rt将发生变化，导致Uab发 生变化， U1 就随之变化，同时通过 Rt 上的电流 I 也变化 I 。 但其变化规律总是要使 Rt 等于桥路设计阻值 R。 ，保持桥路 平衡，这一自动平衡过程可表示如下：PT- RJ- Vjf SI - RT,根据替代原理， R上的电流I 的变化引起的直流功率就等效与加在 R上的微波功率。而我们的 设计有V仁Rt?=，因此，测出 V就得到微波功率 P.（3.5 ） 传感器开槽波导，开槽宽度

6、，波导覆盖材料的选用开槽波导采用U型波导，如图：U型波导的窄缝开在波导宽面的中心线位置上，由于在波导 宽面中心线上的电场强度最大， 因此， 当被测物从窄缝中心穿过 时，很小的水份变化即可引起吸收功率的很大变化，因此，这种 测量方式的灵敏度较高， 所以可用于薄带状， 线列等总含水量较 低，而精度要求较高的场合，U型波导的窄缝宽度要求能通过被 测物，但又不向外辐射微波能量，因此缝宽一般不超过6mm， z在传感器开槽上必须覆盖上一层绝缘材料薄膜， 让被测物在覆盖材料上滑动过去进行测量， 否则被测物料会掉入波导内， 使测量 无法进行或引起很大的误差，这个覆盖材料必须有合适的?及较小的 ?，满足上述条件

7、外还需要有较好的机械耐磨性和强度，以 免物料通过时磨损而换覆盖层造成维修量大， 另外我们注意到覆 盖材料必须对水份有吸着性小， 附着性小的特性， 否则由于覆盖 材料的吸着水和附着水的影响，将队测量指标值引入附加误差， 我们参阅了一些绝缘材料的物理性能， 并做了些实验， 选用聚四 氟已烯为覆盖材料。4、仪器的定标：（ 4.1 ） 静态定标：用于曲线拟合，定标后检验仪器的重复 性等各项性能，并可在实验室测定纸张，其定标方法如下： 将不同水份的湿纸样覆盖在传感器元件上进行检验， 记录仪 器读数。按国际标准 ISO 及轻工业部部颁标准指定的纸页水份测定方法（烘箱法）测得 样品的水份值，和仪器读数相比较

8、。（ 4.2 ）动态定标：多次在线随机取样， 按部颁标准用烘箱法测得 %水份值及 含 水量。并列表用图解法或计算器，计算机算出有关系数，因为在 生产线上采样， 很难多次取得较大和较小的水份值， 所以必须参 阅静态诺模图。由于涂布纸含水量合格产品 1%-2%H2，O 优质产品0.8%-1%H2O而本仪器在线动态实测时的精度为0.6%H2O （标准离差6),满足水份测量的要求。由于仪器能显示反映纸页水 份情况，给生产工人及时地调整纸机的烘干程度，纸浆浓度，使 厂方因水份超标而造成的副品大大降低，为我国造纸行业簿纸的水份测定填补了空白。结束语本文设计了一种针对纸张定量必较低的簿纸的新型传感器波导接收装置，