为什么水分仪等测量仪器的表显总是跳个不停?而且跳动毫无规律可寻, 为什么不能输出一个稳定值?

发布时间 2023-06-18 10:42:54作者: 裘庄三少

  为什么水分仪的表显值都是跳动不规律的跳动值,而不是稳定值的输出 ? 尤其像带有杂质的物料的水分测量,测量值的跳动更是非常夸张, 要回答这个问题, 则需要从源头起。 目前常用的水分测量设备分为接触式和非接触式的, 在线与非在线的; 从应用上来说,最常用的分类方式就是这两种。 从测量原理来讲,现有水分仪多采用的是微波、红外、电容介质等方式来测量水分的。


  下面以微波、红外原理来分析水分测量的原理,水分测量是有理论依据的,水分测量最为简单的一个公式,即y=ax+b; 再复杂一个档次就是y=ax2 + bx + c。 根据实际应用情况来看, 物料都是含有杂的,还有其它一些环境影响等因素,实际的测量理论曲线,则更趋近于一元二次方程。 最理想的物料+最理想的环境,才可以达到最理想的测量效果就是y = ax+b。

 

  下面再说一下物料,微波水分仪和红外水分仪应用的行业,有钢铁、煤炭、造纸、烟草、面粉等等行业; 这些行业中需要测量的物料,几乎没有不含有杂质的, 而像面粉行业算是比较理想的物料了,但面粉含水量样本却是很难提供的,尤其是精度方面,面粉达到一定水分时很难达到混水均匀度。 说到这里要说一下微波和红外最怕受到什么样的干扰,微波最敏感的是金属物质和水,这两样东西都可以完全吸收微波; 而红外比较受深颜色物料和环境的影响,因为深颜色的物质吸收红外线的能力更强一些,就像在夏天大家穿黑色衣服会感觉更热一些。


  方程原理有了, 下面就是如何实现这个方程了。工艺中物料需要加多少水分,这个属于理论值, 工厂为了知道水分是否达到要求,一般通过是在实验室通过烘干物料,计算出质量的变化,从而算出水分的含量; 这个属于实验值,同时这个实验值,也是提供给在线测量设备的样本值,这个样本值很关键,样本值精度越高,水分仪生成的曲线越接近理论曲线。 不过,很多人认知是设备拿过来,设置几个参数就可以高精度地测量水分了。 不好意思, 你所想的这种设备,现阶段只存在于科幻世界中。 测量值---->实验值----->理论值, 这是一个趋近地过程,只能无限地接近。 就像黄金也只能99.9999......% 这样趋近地过程一样。因为物料中都会含有杂质,像钢铁厂炼铁工艺中,添加的煤炭料中都会含有金属, 而煤炭开采出来本身就含有少量的铁矿。 而像造纸中,很容易形成水膜,一旦形成了水膜,由于微波水分仪的功率原因,微波几乎会被全部吸收,造成测量误差。

 

  微波测量属于穿透式,而红外测量属于反射式的, 即红外只能测量物料表面的水分含量。 红外测量时对物料的均匀程度的要求比微波要高一些。 红外要求物料中水分均匀度要高一些, 这样在测量时,表面的的水分含量值更趋近于理论值。 微波在穿透物料时, 能量的衰减与水分含量呈近似线性关系; 红外则是反射回去的能量与水分含量呈近似线性关系。 提供样本时,需要对物料混水的均匀度有要求的,越均匀越好,这里的均匀度是我们在宏观世界里的要求,但微波与红外是微米与纳米级的,微波如果用2.4G的,理论上它的波长可以算作100mm左右,但其振幅受功率的影响,却达不到毫米级别的; 红外则使用的是1700~2200nm这个区别的,所以它们的测量是在微观世界完成的。 微波与红外测量的频率受限于各个公司研发水平,一般范围在4~32次/秒; 就是一秒内测量的次数越多,测量的精度越好。 这里的测量频率, 你可以理解为每秒对物料的测量次数, 工厂一般用皮带传送,皮带的速度一般都取1~6米/秒,但这个速度在光线面前都是弟弟, 这就相当于微波探头一秒内对物料取样4~32次,然后再对物料水分值做平均,插值等等算法处理,这要看公司的研发功力了。

 

  总体来说,工业应用的测量设备的开发与平常应用的硬件开发,有一个比较大的需求就是前期算法模型,这个模型很重要! 如果前期算法没有处理好,后面测量的结果就会有相当大的误差,显示的水分值根本不着调。 国内很多测量设备都是少了这一步, 开发出来的设备受限环境与物料, 只能在一段很小的闭区间内才能调试出来, 这也是没办法的。 这种测量都是从微观世界--->宏观测量值量化的过程,微观世界越准确,那宏观世界则没得问题撒。