紅外水分儀簡(jiǎn)介

紅外水分儀是一種以水分子的紅外吸收光譜為原理，以濾光片為分光元件，由光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，*通過(guò)數(shù)據(jù)采集處理并轉(zhuǎn)化為水分百分比顯示出來(lái)的一種儀器。

圖1 水分子伸縮振動(dòng)示意圖

水分子不是靜止的，水分子中束縛的兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子可以進(jìn)行伸縮振動(dòng)(如圖1)、彎曲振動(dòng)。水分子在進(jìn)行振動(dòng)時(shí)會(huì)吸收電磁波中特定波段的能量，波長(zhǎng)不同吸收的強(qiáng)度也不同，有的波段吸收異常強(qiáng)烈，有的波段吸收十分微弱，其中的氫--氧鍵對(duì)紅外線中1.90um到1.98um的光吸收較為強(qiáng)烈。由于在該光譜范圍內(nèi)水分子吸收紅外線的能量與水分子的含量成正比，因此可以通過(guò)返回的紅外線計(jì)算被吸收紅外線的多少進(jìn)而計(jì)算被測(cè)量物料的含水率。

光學(xué)原理

1)紅外光：一種介于紅光和微波之間的電磁波。包含分子振動(dòng)的多重信息。是分析分子振動(dòng)的良好光譜范圍。紅外水分分析儀選取了近紅外譜中的特定光譜(如圖2)進(jìn)行水分分析。

圖2.紅外水分儀光譜選擇

2)濾光片：一種選擇性透過(guò)某段光譜的光學(xué)元件。

紅外水分儀通常從以下六種波段中選取兩種或兩種以上作為水分分析的特征光譜，選取的波段必須包含水分特征吸收光譜1.4和1.9中的一個(gè)或多個(gè)(如圖3)，其選擇的波長(zhǎng)精度與帶寬決定了儀器的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、物料兼容性。

圖3.紅外水分儀濾光片選擇

3)光電傳感器：一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為可采集的電信號(hào)的光電器件。光電傳感器與放大器的選擇與設(shè)計(jì)決定了整個(gè)系統(tǒng)的信噪比和測(cè)量的線性。

圖4.紅外水分儀放大電路及信號(hào)示意

紅外水分儀是一種基于近紅外光譜技術(shù)的光電檢測(cè)儀器，是一種快速高效、綠色無(wú)損、穩(wěn)定可靠、安全精密的水分檢測(cè)儀器。

近紅外光是*早發(fā)現(xiàn)的非可見(jiàn)光，但是由于技術(shù)的限制直到上世紀(jì)80年代對(duì)近紅外光譜技術(shù)的研究才逐漸增多。到本世紀(jì)初近紅外技術(shù)的商業(yè)化儀器應(yīng)用開(kāi)始呈現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)。紅外水分儀由*初的煙草、鋼鐵行業(yè)推廣到玻璃、木材、食品、化工、紡織等工業(yè)。

紅外水分儀的出現(xiàn)，填補(bǔ)了工業(yè)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)的空白，真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線閉環(huán)控制。在紅外水分儀出現(xiàn)之前，對(duì)水分的檢測(cè)也有多種方式：

1).烘箱法，也是大多產(chǎn)品檢測(cè)的國(guó)標(biāo)。整個(gè)檢測(cè)流程時(shí)間長(zhǎng)，一般情況都要超過(guò)1個(gè)小時(shí)才能出結(jié)果，用到天平等精密儀器。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)物料的兼容性強(qiáng)，誤差小。

2).化學(xué)滴定法，長(zhǎng)用于不適合烘干法的特殊物料作為國(guó)標(biāo)，*性非常強(qiáng)，檢測(cè)人員要經(jīng)過(guò)*培訓(xùn)。測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)：誤差小。

3).電阻、電容式測(cè)水分。比烘箱法時(shí)間短，實(shí)現(xiàn)了快速檢測(cè)。缺點(diǎn)是受人為因素影響大，密度、形態(tài)、測(cè)試人員都會(huì)引入較大誤差。

4).紅外烘干法，該方法與烘箱法相似，都是采用烘干測(cè)水分。時(shí)間比烘箱法大大縮短。但是也僅僅限于在實(shí)驗(yàn)室、化驗(yàn)室使用，仍然無(wú)法實(shí)時(shí)檢測(cè)。

5).微波水分儀，微波是一種比紅外線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的電磁波,可以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測(cè)量，由于電磁波的穿透性隨著物體的密度變化而變化，因此微波水分儀適用于密度均勻的測(cè)量場(chǎng)合。

與上述方法相比較，紅外水分儀采用的紅外光譜技術(shù)具有無(wú)法替代的優(yōu)越性。紅外水分儀可以在線測(cè)量，避免了取樣過(guò)程；無(wú)人自動(dòng)測(cè)量，避免了人為因素干擾；非接觸式測(cè)量，避免對(duì)樣品損壞或污染；快速響應(yīng)以秒計(jì)，實(shí)時(shí)反饋可以優(yōu)化控制工藝。

紅外水分儀已經(jīng)*的應(yīng)用多種行業(yè)，幫助各行業(yè)提高了生產(chǎn)效率和工藝控制水平。

鄒：15335330602