微波水分测量仪的设计
基于微波的粮食水分检测系统设计
基于微波的粮食水分检测系统设计粮食水分含量是粮食质量的关键指标，直接影响粮食的收购、运输、储藏、加工、贸易等过程。
目前在国内粮食收购时，凭手摸牙咬或者传统检测方法来判断粮食的水分，存在测定结果极不可靠、检测时间长、浪费人力物力等问题。
为了快速、准确检测粮食水分，设计了基于微波的粮食水分检测系统，通过检测微波信号与被测粮食相互作用前后微波幅值、相位等变化，推算出粮食水分含量。
1 微波水分检测微波水分检测是近几年发展起来的一项无损检测新技术，它具有检测精度高、测量范围广、稳定性好、便于动态检测、对环境的敏感性小、可以在相对恶劣环境条件下进行等优点。
微波作为一种频率非常高的电磁波具有很强的穿透性，它所检测的不仅仅是粮食表面的水分，还能够在无损的情况下检测到粮食内部的水分含量。
粮食中水的介电常数和衰减因子比其中干物质的介电特性值高很多，且作为极性分子的水在微波场作用下极化，表现出对微波的特殊敏感性。
微波粮食水分检测正是利用水对微波能量的吸收、反射等作用，引起微波信号相位、幅值等参数变化的原理进行水分含量检测的。
微波水分检测正在逐步取代精度低、取样要求高、适应性差的电容法、电阻法等传统水分检测方法，成为一种理想的粮食水分检测技术。
微波水分检测可以采用透射式和反射式检测方法，其微波传感器布置如图1 所示。
一般物料厚度比较薄时，采用透射式检测方法；物料厚度比较厚，密度比较大时采用反射式检测方法。
微波检测是一种深度测量技术，所测结果为体积总体水分而具有代表性，这比之表面测量技术要优越得多。
2 系统设计2．1 系统结构设计在理论分析和大量实验基础上，设计了基于微波的粮食水分检测系统，如图2 所示。
该系统主要由微波发生器器、微波传感器天线、温度传感器、检测控制器及分析处理等部分组成。
Sartorius 微波水分仪 LMA200PM 说明书
操作手册Sartorius 微波水分仪LMA200PM使用目的LMA200PM实验室水分测定仪是专门为水分含量在8%——100%的水溶液做快速水分分析而设计的。
使用玻璃纤维膜制的样品盘，用微波技术均匀加热样品而使水分蒸发。
分布均匀的微波能快速干燥，分析时间约40——120秒。
样品的水分含量通过计算由内置称重系统测得的样品加热前后的重量差而得到。
内置，低噪音的热敏打印机根据用户自定义GLP兼容的打印输出模式来记录分析结果。
LMA200PM尤其耐用且容易操作。
内容2使用目的3安全预警3仪器的整体结构图4使用入门6操作设计9设置16设置菜单下的参数18操作24数据输出功能26 数据界面28 保存数据28 故障分析29 维护30 技术参数30 附件32 机型尺寸安全预警安全信息注释：操作LMA200PM前务必仔细阅读操作说明书。
不正确的使用及操作会损坏仪器。
LMA200PM只能由专业人员安装、操作。
同时也要了解当地的国家相关法律，标准，规则，指导以及环境保护条文。
所有操作该仪器的人员都必须了解该安全预警。
警告LMA200PM的重量约22kg。
运输和安装过程中需要两个人搬动。
遵循安全规则操作。
移动LMA200PM前必须断开电源。
在稳定，水平，光滑的表面上安装LMA200PM。
不要在户外操作LMA200PM，也不要在有危险物的地方操作。
化学品包括气体和灰尘会腐蚀水分仪的外形和电缆。
LMA200PM不要暴露在强电磁场中（例如，靠近高压电线的地方），不能将其安装在靠近有磁场物质的地方。
不能将其安装在易燃易爆物体的附近。
不能将其暴露在腐蚀性化学气体或高温、高水分、高振动的环境中。
参考“技术参数”中的重要技术数据。
保证安装地点具有足够空间来散发实验产生的热。
仪器和墙之间至少间隔20厘米，与顶墙至少留有1米的距离。
保证冷却风扇能一直正常运行，若风扇有故障请立即关闭仪器并专业人士维修。
如果使用由别的厂家制造的电缆，必须先检查电缆的pin 分配图，若分配图与sartorius的不同请立即断开连接。
微波水分测定仪简介及技术参数 水分测定仪操作规程
微波水分测定仪简介及技术参数水分测定仪操作规程简介PreeKem的Q2水分测定仪突破了传统水分测定仪的瓶颈，利用微波加热的方法测定样品中的水分或固体物的含量，具有升温快、能耗低、对工作环境污染小的优势。
接受自主研发的六角形专用微波炉腔，真正非简介PreeKem的Q2水分测定仪突破了传统水分测定仪的瓶颈，利用微波加热的方法测定样品中的水分或固体物的含量，具有升温快、能耗低、对工作环境污染小的优势。
接受自主研发的六角形专用微波炉腔，真正非脉冲连续微波输出，高频闭环掌控等手段，精准明确掌控干燥全过程，适用于生产过程水分快速测定及质量签定技术参数1. 水份/固体物测量范围：0.01%到99.99%；2. 样本称量范围：0—200g，精度：±0.1mg；3. 测温范围：0—200℃；4. 测温精度：±0.1℃；5. 样品分析时间：≤5min（依据样品和水分含量不同而不同）；6. 微波功率：0—500W；7. 微波频率：2450MHz；8. 电源：AC220V±10%、50Hz；9. 整机重量：55kg。
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电解池磨口是纸张水分测定仪的一个紧要元件，在日常操作中需要多加保养，以下介绍了几点清洗方法。
1、排去电解池中的电解液并冲洗干净。
2、在磨口结合处周电解池磨口是纸张水分测定仪的一个紧要元件，在日常操作中需要多加保养，以下介绍了几点清洗方法。
1、排去电解池中的电解液并冲洗干净。
2、在磨口结合处四周注入少量的丙酮然后轻轻的转动磨口处零件即可拆卸。
微波水分测定仪的原理、测试方式及对人体的危害
微波水分测定仪的原理、测试方式及对人体的危害人们发现落雨气候对雷达波有吸收作用，后来有人利用这种原理测量物质的水分，制成微波式水分仪。
它采用的微波频率为2.45千兆赫(S波段)、8.9—10.68千兆赫(X波段)、及20.3—22.3千兆赫(K 波段)。
当微波在传输中通过含有水分的物质时，一部分电磁能就被水分子吸收而使微波强度有所衰减。
在K波段时，水分子将产生分子谐振，这时的波长为1.35—1.5厘米，电磁波通过波导管传输。
微波式水分仪主要由微波振荡器及微波衰减器组成，微波信号由波导管发射经过试样衰减接收，经放大器和检波器后指示。
被测材料放在发射器和接收器中间。
仪器精度为指示值的±0.5%(在量程1 5%以上)；仪器测量范围为0—1%至0—70%；这种水分仪最初用于土壤、水泥、墙壁及其它建筑材料中水分的测量以后用于多种物质如纸张、木材、饲料、谷物、煤炭等水分的测量。
微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米(不含1米)到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。
微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。
微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。
微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。
对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。
对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。
而对金属类东西，则会反射微波。
微波毕竟是一种电磁波，在用于仪器时，就会产生泄漏，人们使用起来不知道微波对人体造成哪些伤害，因此有必要把微波会对人体造成哪些伤害公之于众。
一、热效应损害：微波辐射作用于生物体后，一部分被被反射，一部分被吸收。
被吸收的微波辐射能量是组织内的分子和电介质的偶极子产生震动，美智的磨擦把动能变为热能，从而引起温升。
微波辐射的功率、频率、波形，环境温度以及被照射的部位等对伤害的浓度和层度产生一定的影响。
主要危害是：1、危害心脏；2、引起眼睛损伤；二、微波辐射的非热效应损害：人体暴露在强度不大的微波辐射环境中，体温没有明显升高，但往往会出现一些生理反应，主要表现在：1、对神经系统的作用：长时间接触微波辐射可破坏脑组织细胞，使大脑皮质细胞活动能减弱，已形成的条件反射受到抑制。
微波水分测定仪
微波水分测定仪微波水分测定仪微波水分测定仪 鹤壁市天鑫煤质化验设备厂微波干燥快速水分测定仪测定方法是称取一定量的空气干燥煤样，置于微波测水仪内，炉内磁控管发射非电离微波，使水分子超高速振动，产生磨檫离微波，使水分子超高速振动，产生磨檫热，使煤中水分迅速蒸发，根据煤样的质量损失计算水分。
热，使煤中水分迅速蒸发，根据煤样的质量损失计算水分。
微波水分测定仪（以下简称测水仪）：带程序控制器，输入功率约1000 w 。
仪器内配有微晶玻璃转盘，转盘上置有带标记圈、厚约2 mm 的石棉垫。
棉垫。
玻璃称量瓶：直径40 mm ，高，高25 mm ，并带有严密的磨口盖，并带有严密的磨口盖，并带有严密的磨口盖测定步骤测定步骤称取粒度小于0.2 mm 的空气干燥煤样1±o.l g （精确至o ．000 2 g ），置于预先干燥并称量过（精确至o ．000 2 g ）的称量瓶内并摊平。
）的称量瓶内并摊平。
将一个盛有约80 mL 蒸馏水、容量为250 mL 的烧杯置于测水仪内的转盘上，用预热程程序加热10 min 后，取出烧杯。
如连续进行数次测定，只需在第一次测定前进行预热o' 1将带煤样的称量瓶开着盖放在测水仪的转盘上，并使称量瓶与石棉垫上的标记圈相内切。
放满一圈后，多余的称量瓶可紧挨第一圈称量瓶内侧放置。
在转盘中心放一盛有蒸馏水的带表面皿盖的250 mL 烧杯（盛水量与测水仪说明书规定一致），并关上测水仪门。
，并关上测水仪门。
按微波测水仪说明书规定：用测定烟煤、褐煤的程序进行烟煤和褐煤的水分测定；用测定无烟煤程序进行无烟煤和用氯化锌重液减灰煤样的水分测定。
的水分测定。
5.5 加热程序结束后，打开测水仪门，立即盖上称量瓶盖并取出放加热程序结束后，打开测水仪门，立即盖上称量瓶盖并取出放入干燥器中，冷却到室温（约20 min)，称量。
，称量。
，称量。
5.6结果计算结果计算空气干燥煤样的水分空气干燥煤样的水分(Mad (Mad (Mad，，%)%)计算式计算式计算式Mad=m m 1×100×100式中：式中：式中：m1m1m1——煤样干燥后失去的质量’g；——煤样干燥后失去的质量’g；——煤样干燥后失去的质量’g；m ——煤样的质量，——煤样的质量，g g 。
德国MOSYE频谱微波在线微波水分检测仪的原理和技术特点
德国MOSYE频谱微波在线微波水分检测仪的原理和技术特点MS-560是MOSYE公司最新研发的500系列在线水分仪之一，这款水分仪采用全球最新的多频谱微波分析技术和独特的专利算法，利用多年积累的数据模型，实现宽量程、高精度的要求。
测量原理MS-560的两个棒式传感器通过微波发射-接收系统向被测介质发射微波信号，该信号在被测介质的四周不断的进行传递及反射形成传播回路，由于电磁能在介质中的能量衰减与其含水率为正比关系，因此通过计算传播电磁能量的衰减建立起来的数学模型和特殊算法就能够确定被测介质的含水率。
MS-560产品最大的特点是标定简易、可测量高温介质、定制特殊材料，可用于防腐场合，本安型设计，安装灵活，适合管道内、罐内、搅拌设备内使用。
方案组成产品特点1）插入式安装，不堵管；插入方向、角度可以按照工况调整2）适用高温环境，可定制传感器长度和材质，可选则是否带自动清洗装置3）拥有智能自学习功能校准模型，一次校准成功后，无需经常校准4）高可靠性：无任何可动部件和易损件，最高可达10年使用寿命5）高精度：最高精度0.1%；宽量程比：测量范围可以从0%-100%6）多种通讯和控制模式可选，支持各种工业通讯协议，可以与智能设备配套组网，最多可16台仪器连接，远程遥控一体化微波水分仪------MS-560-1一体化设计，安装简易、减少了可动部件和易损件，可选自动清洗探头；传感器为304不锈钢材质，可选PE、聚四氟乙烯、哈氏合金等特种材质；智能主机为压铸铝结构，集就地显示、参数设置、数据传输功能为一体，防护等级IP67。
分体式微波水分仪------MS-560-2分体设计，可以应用在高温、强腐蚀、等特殊工况，方便安装；传感器为304不锈钢材质。
可选PE、聚四氟乙烯、哈氏合金等特种材质；主机为压铸铝结构，集就地显示、参数设置、数据传输功能为一体。
防护等级IP67。
产品应用：◆应用行业：各种化工液体行业的甲醇、乙醇、丙酮等；石油工业的汽、柴油、润滑油；食品行业的糖浆、植物油；◆应用设备：罐体、管道、搅拌设备，也可安装在开放的池子中；◆安装形式：固定法兰安装或螺纹安装。
微波水分测试仪的原理 测试仪工作原理
微波水分测试仪的原理测试仪工作原理原理微波是一种高频电磁波，微波透射介质时产生的衰减、相位更改紧要由介质的介电常数、介质损耗角正切值决议。
水是一种极性分子，水的介电常数和介质损耗角正切值都远高于一般介质。
通常情况，含水介质的介电常数和损耗角正切值的大小紧要由它的水分含量决议。
微波从位于输送皮带下方的UM微波水分仪C型框架下臂的微波发射源发射出来，透过皮带及物料后被皮带上端的位于C型框架上臂的微波接收器接收。
依据微波功率的衰减和相位移的更改，即可计算物料中的水分含量。
由于微波完全穿透过程物料，所以全部的物理性水份都能被测定。
这不仅适用于表面的水份，而且也适于内部的水份。
该技术保证了装置很高的测量精准性和精度，物料的颜色和表面结构不会影响测量结果。
运用把这项技术运用于检测仪上，就研发出了在线微波水分检测仪。
相对于传统的红外线技术，红外线检测仪。
它的优点是显而易见的，比如说，在检测煤粉的时候，红外线检测仪检测的范围是特别有限的，但是微波可以穿透检测全部的煤粉。
这样就保证了检测的性。
可以检测几乎全部固体的含水量。
它是一种具有高牢靠性的非接触式水分测试仪，坚固耐用，响应快，测量精度较好，被设计用来在生产过程中对产品水分进行连续测量。
线微波水分仪的另一大特点是可选择穿透模式或反射模式测量。
可以广泛运用于煤、烧结（球团）混合料、铁矿石、化学品、铝土矿、镍矿、糖、烟草、蔗渣、谷物、硅、木料、羊毛、食品、砂、聚合物、棉花和其他非传导材料。
环保测试仪使用过程中的注意事项1、工作环境需干净在用环保测试仪进行测试之前，首先要确保工作台和仪器是干净的，假如发觉有杂物和灰尘等，可以使用干的软布或酒精棉球将其擦拭干净。
假如环保测试仪的工作环境中有较多的杂质，会影响测试结果，造成结果的不精准。
同时，测试仪在工作的过程中也要保持其四周环境的干净，室内温度和湿度可以掌控在确定范围内。
2、使用期间需谨慎由于国内资深的环保测试仪是精密仪器，因此在使用的时候必需轻拿轻放，假如不当心将工作台窗口的薄膜损坏，就需停止工作进行检修，否则样品会掉入仪器内部，对仪器造成损坏。
德国MOSYE在线微波水分、密度测量仪的技术特点和应用范围
德国MOSYE在线微波水分、密度测量仪的技术特点和应用范围MS-590是一款非接触式多频谱微波水分、密度测量仪。
采用当今全球最新的多频谱硬件技术和基于模糊数据分析的专利算法，并结合实用的数据分析模型可实现含水率与密度完全独立测量，互不影响。
是目前全球最新的在线微波多谱频水分分析仪。
一、产品原理微波传感器向被测介质发射微波信号，介质中的水分子的极性分子会在电磁场中吸收能量，水分子吸收的这部分能量和水分子含量保持着线性关系，不同的电磁频段在不同的含水率和介质间其特性都不同，通过同时发射多段不同频率的频谱，在根据此建立的数学模型和特殊算法就能够准确计算被测介质的水份含量与密度。
二、方案组成三、产品特点全球唯一不受被测物质的高度、大小、密度、温度、品种、重量等因索的影响；全球唯一无需进行高度补偿、密度补偿及温度补偿就能精确测量水分；全球唯一可以同时测量水份、密度两个参数的在线水分仪，且水份和密度各自有独立数据模型和校准曲线；拥有智能自学习功能校准模型，一次校准成功后，无需经常校准；高可靠性：无任何可动部件和易损件，最高可达10年使用寿命；高精度：最高精度0.2%；宽量程比：水份测量范围宽至0%-100%；可展示被测物质的截面水份分布及密度分布，并依此推断被测物质水份含量的全面分析；多种通讯和控制模式可选，支持各种工业通讯协议通讯端口及组网方式；可进行简单的自动控制和系统集成，可与其它智能设备配套或对接。
四、标准多频谱微波水分仪------MS-590-1非接触穿透式水份分析仪表、专为皮带上的厚实物料、大型运动过程中成包、成块的物料水分分析而设计；标准矩形天线，最大穿透距离可达测量2000MM，最小可测10MM（视介质含水率）。
外壳由PE材料构成，本安型设计，防水防尘（IP67）；主机，压铸铝结构，按键薄膜和液晶显示。
五、小型多频谱微波水分仪------MS-590-2非接触穿透式水份分析仪表、专为皮带上的宽薄物料、小型运动过程中的成包、成块的物料水分分析而设计；小型发射天线，最大穿透距离可达测量500MM，最小可测1MM（视介质含水率）。
水份检测仪报告
水份检测仪报告1. 引言水份检测是许多行业中重要的一环，包括食品、化妆品、制药以及建筑材料等领域。
通过准确地检测和控制产品中的水份含量，可以保证产品质量的稳定和可靠性。
为了满足不同行业的需求，水份检测仪器应具备高精度、快速响应和易于操作等特点。
本报告将介绍一种新型的水份检测仪器，该仪器采用了先进的技术和算法，能够准确地测量各类物质的水份含量。
2. 设计原理水份检测仪器采用了电磁波测量原理。
基于物质对电磁波（尤其是微波）的吸收特性与水份含量的相关性，该仪器可以通过测量电磁波在物质中传播的特性来推断物质的水份含量。
具体来说，仪器通过发送微波信号进入物质样品中，并测量信号在物质中传播的衰减情况。
根据信号的衰减程度，可以推算出物质中的水份含量。
3. 仪器性能3.1 精度本水份检测仪器具备高精度的特点。
经过多次实验和校准，其测量误差小于0.5%。
这意味着在水份含量较低的样品中，仪器的测量结果与实际值之间的差异不会超过0.5%。
3.2 响应时间水份检测仪器的响应时间非常快，通常在几秒钟之内完成一次测量。
这使得仪器可以在生产线上实时监测产品的水份含量，以确保产品质量的稳定性。
3.3 操作简便性该水份检测仪器设计简洁，操作非常方便。
仪器操作界面直观明了，只需输入相关参数和样品信息，即可开始测量。
同时，仪器还提供了数据保存和导出功能，方便用户进行数据分析和记录。
4. 应用领域水份检测仪器可广泛应用于多个行业，包括但不限于以下领域：4.1 食品行业在食品加工过程中，控制产品中的水份含量对于保证产品的口感和质量至关重要。
水份检测仪器可以测量各类食品中的水份含量，帮助食品生产商合理控制产品的水份含量，提高产品的口感和保质期。
4.2 化妆品行业对于一些液体化妆品，特别是乳液和面霜等产品，水份含量的准确控制对于产品的稳定性和有效性非常重要。
水份检测仪器可以帮助化妆品生产商测量产品中的水份含量，确保产品的质量和效果。
4.3 制药行业在药物的研发和生产过程中，水份含量的准确控制对于保证药物的稳定性和有效性至关重要。
微波水分测量仪的设计
微波水分测量仪的设计
黎泽伦;黄志诚;黄友均;邓善熙
【期刊名称】《农业机械学报》
【年(卷),期】2009(040)002
【摘要】简述了微波干燥法测量物料含水率的原理,进行了微波水分测量仪的整体设计,设计了微波干燥装置、高精度质量传感器及调理电路,同时进行了仪器单片机控制电路的软硬件设计,并制作了仪器实体.从试验结果可以看出,微波水分测量仪对物料含水率的测量时间为4min左右,测量误差小于0.05%.与常规微波衰减法含水率测量仪相比,采用微波干燥法测量物料含水率具有速度快、精度高的优点.
【总页数】3页(P81-83)
【作者】黎泽伦;黄志诚;黄友均;邓善熙
【作者单位】重庆科技学院机械与动力工程学院,重庆,401331;景德镇陶瓷学院机械电子工程学院,景德镇,333001;重庆科技学院机械与动力工程学院,重庆,401331;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥,230009
【正文语种】中文
【中图分类】TM931
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2009年2月农业机械学报第40卷第2期微波水分测量仪的设计黎泽伦1 黄志诚2 黄友均1 邓善熙3(1.重庆科技学院机械与动力工程学院,重庆401331; 2.景德镇陶瓷学院机械电子工程学院,景德镇333001;3.合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥230009)摘要 简述了微波干燥法测量物料含水率的原理,进行了微波水分测量仪的整体设计,设计了微波干燥装置、高精度质量传感器及调理电路,同时进行了仪器单片机控制电路的软硬件设计,并制作了仪器实体。
从试验结果可以看出,微波水分测量仪对物料含水率的测量时间为4min 左右,测量误差小于0 05%。
与常规微波衰减法含水率测量仪相比,采用微波干燥法测量物料含水率具有速度快、精度高的优点。
关键词:含水率 测量 微波干燥 设计中图分类号:T M 931文献标识码:ADesign of Microwave Moistu re Measuring Instru mentLi Zelun 1 Huang Zhicheng 2 Huang Youjun 1 Deng Shanx i 3(1.School of M echanical Engineer ing ,Chongqing University of Science and T echnology ,Chongqing 401331,China 2.College of M echanical and Electronic Engineer ing,Jingdez hen Cer amic I nstitute,Jingdez hen 333001,China 3.School of I nstr ument Science and Op to electr onic Engineer ing,H ef ei Univ ersity of T echnology ,H ef ei 230009,China)AbstractThe principle of the mo isture measuring w ith microwave drying was analyzed theoretically,and the microw ave heater,the pow er supply system,the hig h precision w eight sensor and the single chip microcom puter (SCM)system w ere all designed.The softw are and hardw are of the moisture measuring instrument w ere developed in the lab.Through the ex perimental data,it takes only about 4minutes to measure the moisture ratio with the microw ave moisture measuring instrument,and the measurement errors are less than 0 05%.Compared w ith the traditional moisture measuring instrument using microw ave attenuation m ethod,the new instrument w ith microw ave drying can detect the moisture of solid m aterial rapidly w ith hig h precision.Key words Moisture,M easurement,M icrow ave dry ing,Desig n收稿日期:2008 02 18 修回日期:2008 03 10作者简介:黎泽伦,讲师,博士,主要从事精密仪器及机械的研究,E mail:instru@引言目前,微波水分仪测量物体中含水率大多利用微波衰减原理,即在微波频率下,水的介电常数要比其他物质高得多,大多数物质在含有水分后,介电常数都会明显增加,微波在这种媒质中传输时衰减就会增大,通过检验微波的衰减量就可以得到物料的含水率[1~2]。
但是这种水分测量方法易受物料密度、形变、厚度影响,且仪器复杂,体积大,价格高,同时精度较低。
由此本文设计一种基于微波干燥的水分测量仪,综合水分测量的经典方法及微波干燥的优点。
1 仪器的工作原理在微波加热干燥作用下,物料水分迅速脱离物料而逸失,即物料的含水率为M =m 0-m 1m 0!100%(1)式中 m 0∀∀∀物料干燥前质量m 1∀∀∀物料干燥后质量微波在物料中传输时,单位体积内介质损耗所消耗的微波功率为[3]P =2 0 r f E 2tan (2)式中 0∀∀∀真空的介电常数r ∀∀∀介质的介电常数 E ∀∀∀电场强度f ∀∀∀电场频率 ∀∀∀介质损耗角式(2)表明,微波加热产生的热能(即介质消耗的微波功率)取决于电场的频率、电场强度以及介质的介电常数、损耗角。
由于微波加热时电场强度和频率都很高,所以微波加热速度非常快。
同时,微波加热具有选择性,水的介电常数为75 84,远大于其他物质,所以水能强烈地吸收微波热量能。
另外,微波具有穿透能力,微波的穿透深度近似为[4]D =0 318! r tan(3)式中 !∀∀∀微波波长由式(3)可知,微波的穿透深度D 与波长!是同一数量级,微波加热的波长是厘米级,从几厘米到几十厘米的物体,微波都能内外一起加热,所以微波加热均匀,热效率高。
2 微波水分仪系统设计2 1 总体设计微波水分仪系统如图1所示,由高精度电源系统、微波磁控管、微波干燥腔、质量传感器系统以及单片机控制系统组成。
其中,微波磁控管和高精度电源可以直接选型,微波水分仪设计的重点是微波干燥装置、传感器调理电路以及单片机系统的硬件和软件。
图1 微波水分仪系统总体框图Fig.1 System of microwave moisture measuring i nstrument2 2 微波干燥装置微波水分仪干燥装置,也就是微波加热器,它是微波电磁场和物料相互作用的空间,是物料吸收微波能而得到加热干燥的工作区域,设计原则是:加热均匀,微波利用率高,微波泄漏小。
本文选择箱型微波加热器,箱型微波加热器是一种多模腔,适当选择腔体尺寸,可使腔中电磁场分布均匀,功率密度低。
设箱型加热器矩形腔的边长分别为a 、b 、c,腔的谐振频率为f c =v 2m a2+n b2+p c2(4)式中 v ∀∀∀光速 m 、n 、p ∀∀∀模式标号由于在加热时,磁控管输出的频率除中心频率外,还会由负载变动引起频率牵引,所以工作在2450MH z 的磁控管,会产生30MH z 左右的频率牵引。
以此段频率作为磁控管的工作频率,可计算出一定腔体尺寸的可能模式数。
本文编制了一个专用程序,在磁控管工作频率范围内,可以直接由谐振腔的边长计算出谐振腔的模式数m 、n 、p 以及其谐振频率f c 。
根据所设计的微波水分测量仪的具体情况,通过计算机进行模式计算,结合硬件条件,最终选用微波加热器谐振腔边长为31cm 、31cm 、31cm 。
经过改进和测试,最终设计出的微波水分仪干燥装置性能指标为:OM 75S31型磁控管;工作频率(2450#30)MHz ;额定微波输出功率700W ;外形尺寸470mm !325mm !340m m ;使用电源220!(1#0 10)V ,50!(1#0 10)H z ;工作环境温度0~40∃;输入电压驻波比1 4~1 8;微波泄漏符合国家标准,在距装置5cm 处,微波泄漏量在1mW/cm 2以下。
2 3 高精度质量传感器及调理电路微波水分仪选用GZL 608 0 5型质量传感器,质量传感器接口电路选用INA114和AD654,并由此制作了调理电路。
微波水分仪在连续测量时仪器外壳温度会有15∃左右变化,从而引起传感器调理电路的漂移,针对这一情况,采用硬件和软件补偿方案解决了测量稳定性和温度漂移问题。
2 4 单片机控制系统硬件电路微波水分仪是以AT 89C52微型单片机为数据采集测定和控制中心,外加输入输出接口辅助电路,其原理如图2所示。
图2 微型单片计算机控制系统原理框图F ig.2 Pr inciple and constitution of SCM system微波水分测量仪根据图2制作PCB 图,进行系统仿真调试后加工印刷电路板,再进行安装调试,在安装前将元器件进行筛选及老化处理,最终制作仪器实体。
2 5 系统软件微波水分测量仪单片机控制系统软件完成的功能主要有:称皮重、称料重(自动去皮)和物料含水率82农 业 机 械 学 报 2009年的测量计算,其中前两部分实现了电子秤的功能,称料重时程序自动判断物料是否完全干燥。
而软件设计就是围绕此3部分展开,单片机控制系统软件由主程序框架和子程序组成,包括中断服务子程序在内,共有17个子程序,目的是为了软件的清晰化、高效率,和较好的编程延续性。
3 试验结果与讨论为了对基于微波干燥法的水分测量仪与传统微波水分测量仪的性能进行比较,本文同时开展了基于微波衰减法的水分测量仪研制。
基于微波衰减法水分测量仪工作流程如下:微波信号源发射的微波信号经过隔离后到达衰减器,衰减器将微波信号的传输功率衰减到一定值后送至料盒。
微波信号穿透料盒中物料,经过物料吸收后的微波信号由接收天线接收,再传递至检波器。
检波器将高频的电磁信号转换成低频的直流信号,A/D 转换器将模拟信号转换成单片机能够识别的数字信号后送入单片机。
单片机芯片内部已经存入了物料含水率的标准曲线,不同含水率对应着不同的地址,传递到单片机的每个数字信号对应着相应的地址,单片机将最终的物料含水率值显示出来。
采用微波衰减法测量物料含水率,关键在于得到微波衰减曲线数据库,但本文在绘制含水率与接收微波功率曲线时发现,物料大小、密度、含水率高低对微波衰减功率都有很大影响,特别是在物料含水率较高时,个别功率值甚至出现波动情况,说明这种水分测量方法精度较低。
选取不同含水率的物料,在不同的环境温度下,利用基于微波干燥法的水分仪测量其含水率,并与由烘箱法得到的物料含水率标准值作比较,得出试验数据如表1所示。
表1 物料含水率测量数据Tab.1 Measurement data of microwave m oisturemeasuring instrument样品序号标准含水率/%测量温度/∃测量结果/%误差/%128 962028 990 03228 722028 700 02317 272517 230 04416 982516 930 05527 702727 720 02627 512727 530 02752 493052 460 03852 863052 810 05基于微波干燥的水分测量仪对物料含水率测量时间在4min 左右,从试验数据可以看出,其测量误差小于0 05%。