本發(fā)明屬于煤炭檢測技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域。尤其是涉及一種微波漏能法水分檢測儀。

背景技術(shù)：

在煤炭中，水分是最容易變化的成分之一，卻又是煤質(zhì)重要的指標之一，對煤炭貿(mào)易、運輸和加工利用都有重要影響。在煤炭進出口貿(mào)易中，收到基低位發(fā)熱量是主要的結(jié)算依據(jù)，水分增加會使煤中的可燃成分減少，導致低位發(fā)熱量降低，在通常情況下，煤中每增加l％的水分，煤的發(fā)熱量會降低250.29kj/kg，煤的發(fā)熱量越大，水分對低位發(fā)熱量的影響也越大，因此煤中水分變化直接影響供需雙方的經(jīng)濟利益。在電廠鍋爐燃燒時，煤中水分在加熱蒸發(fā)過程中吸收爐內(nèi)溫度使爐溫下降，延遲煤的著火時間，影響火焰穩(wěn)定性，對鍋爐安全運行不利，水分增加，煤粉不完全燃燒，增加不完全燃燒損失，排煙量增加，排煙熱損失增加，導致鍋爐效率下降，同時增加了廢氣、廢固的排放量。近幾年來，京津冀地區(qū)冬季的霧霾天氣頻繁，很大原因與冬季取暖時燃煤排放的廢氣、廢固有關(guān)。因此，煤中水分檢測是一個基礎(chǔ)性但又十分重要的項目，但由于過程檢測和過程控制發(fā)展的需求，傳統(tǒng)的離線煤炭水分檢測方法己不能滿足生產(chǎn)過程要求，迫切希望生產(chǎn)出能準確、快速、在線檢測煤炭中水分的設(shè)備。

目前，實驗室中檢測煤樣含水分含量的方法是烘干法，需要粉碎煤顆粒到200-300目后，取樣稱重，烘干60-120分鐘，再稱重，計算水分丟失量，算出含水量。因此在實驗中存在一些缺點：①人工測量勞動強度大，導致人為誤差影響較大；②取樣代表性難以保證，工業(yè)生產(chǎn)過程中的煤炭流量大，而每次取樣的數(shù)量非常有限，從而使得實際的取樣代表性差；③操作周期長，結(jié)果滯后，無法與生產(chǎn)同步進行物料品質(zhì)在線監(jiān)測。

國內(nèi)外實際操作中用于測量物質(zhì)水分含量的方法按照原理可分兩大類：熱烘干法，微波透射法。熱烘干法包括微波加熱法、紅外加熱法；微波透射法包括微波衰減法、微波介電常數(shù)(電容)法、微波諧振腔法，其特點、適用范圍、測量精度等各不相同。

(1)紅外加熱干燥法

紅外加熱干燥法原理是利用水分對特定波長的紅外輻射有強烈的吸收帶，當紅外輻射頻率與被加熱物質(zhì)的基本質(zhì)點的固有運動頻率相匹配時，會很好地吸收輻射能并產(chǎn)生強烈的共振，物質(zhì)迅速升溫，使物體達到快速均勻加熱干燥的目的。其特點是不與被測物料接觸，最高精度可達0.1％，物料溫度和密度對測量結(jié)果的影響小，但該法僅屬于表面測量技術(shù)，很難反映整個物料的體積水分(內(nèi)部水分)。

(2)微波加熱干燥法

微波加熱干燥法是水分子隨微波電場方向改變而高速振動，交變電場的頻率越高，極性分子反復轉(zhuǎn)向的極化也就越快，分子的熱運動和相鄰分子間的摩擦作用就越劇烈，完成了電磁能向熱能的轉(zhuǎn)化，水分迅速蒸發(fā)。該法特點穿透能力強、干燥均勻迅速，具有選擇性，但是儀器將微波干燥技術(shù)與電子天平質(zhì)量稱量技術(shù)結(jié)合，通過取樣、稱重、干燥、再稱重，完成檢測，此過程操作時間長，結(jié)果滯后，尤其是要求快速檢測水分、迅速調(diào)整含水量的生產(chǎn)過程，無法實現(xiàn)實時在線監(jiān)測。

(3)微波衰減法(電容法)

微波衰減法是基于水的介電常數(shù)比通常介質(zhì)材料的介電常數(shù)要大得多，因此，即使材料中自由水含量有微小變化,也會導致材料介電特性發(fā)生變化，反應(yīng)非常靈敏，但是精度較低，只有1％。，并且介電常數(shù)受溫度、材質(zhì)密度、材料純度、被檢測物與檢測傳感器的距離的干擾。當前國外(英國、德國)基于此檢測方法的產(chǎn)品很多，但都有上述困擾問題存在。

(4)微波反射法

微波反射法依據(jù)微波反射參量如相位移、衰減量與物料水分之間的非線性函數(shù)關(guān)系，通過測量反射物料后的微波相位移與衰減量確定物料水分含量，檢測速度快，靈敏度高，不需要接觸被測物，屬于無損檢測，不受檢測距離影響，但受物料密度、材質(zhì)純度、溫度影響。

(5)微波諧振腔法

微波諧振腔法通過測量諧振頻率的偏移和諧振腔的品質(zhì)因數(shù)確定物料含水率。該方法的分辨力和測量精度較高。通過計算介電常數(shù)和衰減因子的比值可消除密度對測量結(jié)果的影響，從而實現(xiàn)與密度無關(guān)的微波諧振腔水分測量。但是，電場對水分子中氧離子、氫離子正反的轉(zhuǎn)化影響諧振頻率，物料純度雜質(zhì)也會干擾諧振頻率，從而也會影響檢測精度。實際檢測中，檢測同樣含水量的產(chǎn)品，由于被檢測樣品的材質(zhì)密度、材質(zhì)純度、檢測距離的微小變化，都會干擾介電常數(shù)，干擾諧振頻率，最終干擾含水量檢測結(jié)果。實際應(yīng)用時檢測精度較低、一般精度不超過1％場合，且使用這些原理檢測的儀器，校準非常頻繁。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了彌補上述對于煤炭檢測方面的缺陷，本發(fā)明提出一種微波漏能法水分檢測儀。

其技術(shù)方案為，一種微波漏能法水分檢測儀，包括檢測室和與檢測室設(shè)置到一起的微波發(fā)生組件，所述檢測室包括檢測腔，所述檢測腔為中空結(jié)構(gòu)，其一側(cè)鉸接有試樣門托，所述試樣門托上固定有檢測盒，所述檢測腔上方設(shè)有感應(yīng)腔，所述檢測腔下方設(shè)有微波發(fā)射腔，所述感應(yīng)腔上方還對應(yīng)設(shè)置的a/d轉(zhuǎn)換腔，所述感應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有感應(yīng)線圈和與所述感應(yīng)線圈連接的氖燈，所述a/d轉(zhuǎn)換腔內(nèi)設(shè)有用于檢測氖燈光照強度的檢測器；所述微波發(fā)生裝置組件包括微波發(fā)生器，與所述微波發(fā)生器設(shè)置到一起的波導管，與所述波導管設(shè)置到一起的微波天線，所述微波天線固定在所述微波發(fā)射腔內(nèi)，且所述微波天線的發(fā)射方向?qū)?yīng)朝向所述檢測腔。

所述檢測腔還鉸接有校正門托，所述校正門托上固定有校驗盒。

還包括觸摸屏和與所述觸摸屏電連接的控制器，所述控制器還分別電連接有檢測器和微波發(fā)生器。

所述檢測盒內(nèi)還固定有溫度探頭，所述溫度探頭電連接控制器。

還包括稱重天平，所述稱重天平與所述控制器電連接。

本發(fā)明中，微波漏能法采用一定強度的微波，能使氖燈發(fā)光，發(fā)光的亮度與微波強度相關(guān)。比如微波透過含有一定水分的煤粉，微波能量強度會被煤粉中的水分子高速震動摩擦而被消耗，含水量變化使得漏過煤粉的微波強度同時發(fā)生變化，同時使得氖管發(fā)光亮度也發(fā)生變化，通過檢測發(fā)光強度的變化，測出漏過煤粉微波能量的變化，反推檢測出煤粉中水分含量值的大小。

本發(fā)明具體操作如下：微波發(fā)生器發(fā)射強度穩(wěn)定的2.4ghz微波信號，該頻率的微波是最容易被水吸收的頻率。通過波導管引入發(fā)射腔，發(fā)射腔內(nèi)安裝發(fā)射天線，通過發(fā)射腔與檢測腔對接，其目的是使發(fā)射天線發(fā)出的微波全面積通過裝有被檢測樣品的檢測腔體。檢測腔體設(shè)計制作保證對微波不反射、不泄露。檢測腔的檢測口兩側(cè)裝有兩個半開的旋轉(zhuǎn)門托分別是試樣門托和校準門托。試樣門托上裝卡測量盒。校準門托上裝卡校驗盒。當關(guān)閉試樣門時，測量盒被送入檢測腔。同理，不關(guān)閉試樣門托而關(guān)閉校準門托時，校準盒被送入檢測腔。檢測腔連接換能腔。換能腔連接a/d轉(zhuǎn)換腔。微波信號進入檢測腔，穿過測量盒或校驗盒，盒中樣品水分子劇烈振動摩擦吸收消耗了一定量的微波，使得微波透過樣品的能量強度發(fā)生衰減，微波透過的能量與水分含量大小產(chǎn)生反比例變化，強度衰減的微波信號進入換能腔，換能腔裝有氖泡，把微波泄漏的能量信號轉(zhuǎn)換成光強度信號，即氖泡產(chǎn)生明暗變化，通過a/d轉(zhuǎn)換腔,將光強度信號轉(zhuǎn)換成控制器能夠識別的數(shù)字電信號后送入控制器，進行觸摸屏顯示、運算、存儲等。

溫度探頭安裝在測量盒上。測出測量盒內(nèi)部溫度，用于補償調(diào)整含水量精度，是因為溫度的干擾會減少樣品含水量。

稱重天平安裝在微波發(fā)生組件的外殼上，可以稱量樣品測量盒的重量值，用于補償調(diào)整含水量精度，是因為密度的干擾減少樣品含水量

觸摸屏以及控制器的數(shù)據(jù)庫內(nèi)部已經(jīng)存入物料含水率的計算方法，修正函數(shù)，校準數(shù)據(jù)。不同樣品類型對應(yīng)不同含水率修正曲線，不同材質(zhì)樣品對應(yīng)著不同的調(diào)用編號，調(diào)用不同編號的計算程序，可以計算修正不同樣品的含水量曲線圖以及補償合成計算后的高精度含水量結(jié)果，并通過觸摸屏顯示出來。

因此，微波漏能法水分在線快速檢測儀彰顯其優(yōu)點:

1、采用微波透過漏能原理檢測速度快，實現(xiàn)在線實時測量，每分鐘不小于10次。

2、采用漏能透過原理對樣品檢測距離遠近要求不高，檢測結(jié)果不受檢測距離的干擾。

3、通過旋轉(zhuǎn)校驗盒對標準樣品含水量數(shù)據(jù)重復高速采集標定，對實測樣品含水量零點進行實時修正，使得材質(zhì)純度干擾很小。

4、通過對樣品的溫度采集修正，使得含水量計算結(jié)果不受溫度影響。

5、對樣品重量隨機測量，結(jié)合使用等體積標準試樣盒測量，使得含水量計算結(jié)果不受密度影響。

該發(fā)明對生產(chǎn)過程進行水分含量快速調(diào)控，對產(chǎn)品質(zhì)量、檢測效率的提高非常明顯。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、成本低。結(jié)合人工智能計算機修正運算、優(yōu)化結(jié)果，計算水分含量更準確，一致性更好。重量輕、一體化設(shè)計、采用溫度補償，檢測過程對現(xiàn)場條件，如樣品溫度、純度、密度，檢測距離等適應(yīng)性更強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明a-a位置剖視俯視示意圖；

圖3為本發(fā)明一種實施方式的側(cè)視示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種實施方式。

一種微波漏能法水分檢測儀，包括檢測室和與檢測室設(shè)置到一起的微波發(fā)生組件16，所述檢測室包括檢測腔5，所述檢測腔為中空結(jié)構(gòu)，其一側(cè)鉸接有試樣門托6，所述試樣門托上固定有檢測盒13，所述檢測腔上方設(shè)有感應(yīng)腔8，所述檢測腔下方設(shè)有微波發(fā)射腔3，所述感應(yīng)腔上方還對應(yīng)設(shè)置的a/d轉(zhuǎn)換腔9，所述感應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有感應(yīng)線圈和與所述感應(yīng)線圈連接的氖燈17，所述a/d轉(zhuǎn)換腔內(nèi)設(shè)有用于檢測氖燈光照強度的檢測器；所述微波發(fā)生裝置組件包括微波發(fā)生器1，與所述微波發(fā)生器設(shè)置到一起的波導管2，與所述波導管設(shè)置到一起的微波天線4，所述微波天線固定在所述微波發(fā)射腔內(nèi)，且所述微波天線的發(fā)射方向?qū)?yīng)朝向所述檢測腔。

所述檢測腔還鉸接有校正門托7，所述校正門托上固定有校驗盒12。

還包括觸摸屏14和與所述觸摸屏電連接的控制器15，所述控制器還分別電連接有檢測器和微波發(fā)生器。

所述檢測盒內(nèi)還固定有溫度探頭10，所述溫度探頭電連接控制器。

還包括稱重天平11，所述稱重天平與所述控制器電連接。

該設(shè)備具體操作：微波源1發(fā)射強度穩(wěn)定的2.4ghz微波信號，該頻率的微波是最容易被水吸收的頻率。通過波導管2引入發(fā)射腔3，發(fā)射腔3內(nèi)安裝發(fā)射天線4，通過發(fā)射腔3與檢測腔5對接，其目的是使發(fā)射天線發(fā)出的微波全面積通過裝有被檢測樣品的檢測腔體5。檢測腔體5設(shè)計制作保證對微波不反射、不泄露。檢測腔5的檢測口兩側(cè)裝有兩個半開的旋轉(zhuǎn)門托分別是試樣門托6和校準門托7。試樣門托6上裝卡測量盒13。校準門托7上裝卡校驗盒12。當關(guān)閉試樣門托6時，測量盒13被送入檢測腔5。同理，不關(guān)閉試樣門托6而關(guān)閉校準門托7時，校準盒12被送入檢測腔5。檢測腔5連接換能腔8。換能腔8連接a/d轉(zhuǎn)換腔9。微波信號進入檢測腔5，穿過測量盒13或校驗盒12，盒中樣品水分子劇烈振動摩擦吸收消耗了一定量的微波，使得微波透過樣品的能量強度發(fā)生衰減，微波透過的能量與水分含量大小產(chǎn)生反比例變化，強度衰減的微波信號進入換能腔8，換能腔8裝有氖泡17，把微波泄漏的能量信號轉(zhuǎn)換成光強度信號，即氖泡17產(chǎn)生明暗變化，通過a/d轉(zhuǎn)換腔9,將光強度信號轉(zhuǎn)換成控制器能夠識別的數(shù)字電信號后送入控制器15，進行觸摸屏14顯示、運算、存儲等。

溫度探頭10安裝在測量盒13上。測出測量盒13內(nèi)部溫度，用于補償調(diào)整含水量精度，是因為溫度的干擾會減少樣品含水量。

稱重天平11安裝在微波發(fā)生組件16的外殼上，可以稱量樣品測量盒13的重量值，用于補償調(diào)整含水量精度，是因為密度的干擾減少樣品含水量

觸摸屏14以及控制器15的數(shù)據(jù)庫內(nèi)部已經(jīng)存入物料含水率的計算方法，修正函數(shù)，校準數(shù)據(jù)。不同樣品類型對應(yīng)不同含水率修正曲線，不同材質(zhì)樣品對應(yīng)著不同的調(diào)用編號，調(diào)用不同編號的計算程序，可以計算修正不同樣品的含水量曲線圖以及補償合成計算后的高精度含水量結(jié)果，并通過觸摸屏14顯示出來。

因此，微波漏能法水分在線快速檢測儀彰顯其優(yōu)點:

1、采用微波透過漏能原理檢測速度快，實現(xiàn)在線實時測量，每分鐘不小于10次。

2、采用漏能透過原理對樣品檢測距離遠近要求不高，檢測結(jié)果不受檢測距離的干擾。

3、通過旋轉(zhuǎn)校驗盒對標準樣品含水量數(shù)據(jù)重復高速采集標定，對實測樣品含水量零點進行實時修正，使得材質(zhì)純度干擾很小。

4、通過對樣品的溫度采集修正，使得含水量計算結(jié)果不受溫度影響。

5、對樣品重量隨機測量，結(jié)合使用等體積標準試樣盒測量，使得含水量計算結(jié)果不受密度影響。

該發(fā)明對生產(chǎn)過程進行水分含量快速調(diào)控，對產(chǎn)品質(zhì)量、檢測效率的提高非常明顯。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、成本低。結(jié)合人工智能計算機修正運算、優(yōu)化結(jié)果，計算水分含量更準確，一致性更好。重量輕、一體化設(shè)計、采用溫度補償，檢測過程對現(xiàn)場條件，如樣品溫度、純度、密度，檢測距離等適應(yīng)性更強。本發(fā)明技術(shù)實現(xiàn)：1、無需粉碎過細煤樣，減少勞動強度、減少實驗室環(huán)境污染。由于微波的高穿透特性，大顆粒煤樣直接測量不影響檢測結(jié)果。2、測量樣品含水量，只需開合測量盒剎那之間就可以得到含水量，無需長時間烘烤煤樣即可得到水分含量值，真正做到幾秒鐘完成一次水分含量測試，尤其對每天成百上千的煤樣測量，大幅提高工作效率。3、溫度補償，重量密度補償克服了密度、溫度波動條件下對精度的干擾，使含水量精度達到0.1％，這點比現(xiàn)在市場微波檢測法1％的精度大幅提高，與微波、紅外烘干法水分測量精度相當。4、檢測全過程人為干預(yù)少、操作界面人性化，即使非專業(yè)人員也可操作，減少技術(shù)員工用量。5、檢測時間快，實現(xiàn)實時對含水量進行分析，檢測結(jié)果在線同步生成，針對生產(chǎn)型企業(yè)，指導生產(chǎn)調(diào)整含水量無滯后失調(diào)現(xiàn)象。6、本機帶有校驗盒，具備高速校準功能，使得檢測樣品含水率數(shù)據(jù)校準快捷，一致性好，更加穩(wěn)定可靠。

上述技術(shù)方案僅體現(xiàn)了本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)方案，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對其中某些部分所可能做出的一些變動均體現(xiàn)了本發(fā)明的原理，屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。