水分測定儀詳解

縱觀各行各業(ye) ，從(cong) 一項新技術出現到產(chan) 品實現，再到大眾(zhong) 爆發必然會(hui) 經曆多個(ge) 階段，想知道水分檢測術現在處於(yu) 哪一個(ge) 階段呢，一起來看看吧。

有損檢測

則是指在測量的過程中待測物粉碎或發生了化學變化，致使其不能保持原有的形狀、結構或組分。在這兩(liang) 類中，無損檢測的方法更經濟、快捷，發展也最為(wei) 迅速，是當今世界水分檢測的主流。

直接幹燥法

直接幹燥法是指將待測樣品置於(yu) 烘箱中，根據ASAE標準，在130℃的溫度下保持19h，測量前後的質量差，即為(wei) 其水分含量。

電容法

電容法是根據水分的介電常數遠遠大於(yu) 糧食中其它成分的介電常數，水分含量的變化勢必引起電容量變化的原理，通過測量與(yu) 樣品中水分變化相對應的電容變化即可知糧食的水分含量。代表儀(yi) 器為(wei) 電容法水分儀(yi) ，其測量精度≤0.3%，測量時間為(wei) 5s，測水範圍為(wei) 10%~20%，主要影響因素為(wei) 溫度、品種和緊實度，該法可進行在線測量。以上兩(liang) 種方法的測量原理非常簡單，技術相對來說也比較成熟，但都存在不足之處。直接幹燥法測量周期較長，人為(wei) 幹擾因素多，並且不能進行在線測量；電容法的影響因素較多，在精度和重複性等方麵難以達到國家規定標準。隨著人工智能和數據融合技術的發展，為(wei) 數據綜合處理提供了新的途徑，目前也取得了一些可喜的結果。

紅外線加熱幹燥法

紅外線加熱幹燥法是利用紅外線加熱樣品使其失水，從(cong) 而達到測量水分含量的目的。代表儀(yi) 器為(wei) 紅外線水分測定儀(yi) ，測量精度為(wei) ±0.1%，測量時間為(wei) 1200s，測水範圍為(wei) 0~100%，主要影響因素為(wei) 溫度和加熱時間。該法不能進行在線測量。

微波加熱法

微波加熱法是利用微波爐的磁控管所產(chan) 生的2450MHz或915MHz的超高頻率微波快速振蕩糧食中的水分子，使分子相互碰撞和摩擦，進而去除糧食中的水分。代表儀(yi) 器為(wei) 實驗室微波水分測定儀(yi) ，測量精度≤0.01%，測量時間為(wei) 100s，測水範圍為(wei) 12%~100%，主要影響因素為(wei) 微波爐的功率、穀物質量、密度和介電特性。該法不能進行在線測量。與(yu) 傳(chuan) 統幹燥法相比，這兩(liang) 種方法縮短了測量周期、減少了能耗。其中，紅外法不需加熱介質，提高了熱能利用率；微波法操作方便，並可同時測量多種樣品，但它存在溫層效應和棱角效應，造成微波的不均勻，從(cong) 而影響測量精度。

介電損失角法

研究表明：穀物含水率不同，介電損失角也不同，並且呈單值分段線性關(guan) 係。該方法經濟實用、測量精度高，尤為(wei) 適合測量高水分穀物。代表儀(yi) 器穀物水分測定儀(yi) ，測量時間為(wei) 0.1s，測水範圍為(wei) 1%~30%，主要影響因素為(wei) 溫度和品種。該法可進行在線測量。

複阻抗分離電容法

複阻抗分離電容法通過複阻抗分離電路的設計，有效消除電阻參量的影響，而隻保留電容參量的變化。這種方法對提高電容式水分計測量精度具有重要意義(yi) 。

高頻阻抗法

高頻阻抗法是依據在敏感頻帶(100k~250kHz)施以外加電場的情況下糧食水分與(yu) 其交流阻抗呈現對數關(guan) 係這一理論來測量其水分的。測量精度≤0.5%，測量時間為(wei) 1.2s，主要影響因素為(wei) 溫度、品種、緊實度與(yu) 電極間距。該法不能進行在線測量。

摩擦阻力法

糧食的動態摩擦阻力與(yu) 含水率成線性關(guan) 係，含水率高，摩擦阻力大。該法幹擾因素少，幹擾強度低微，傳(chuan) 感技術穩定、可靠，標定方便，調整靈活，壽命長，價(jia) 格低，便於(yu) 實現自動控製。

聲學法

1986年，Harrenstein和Brusewitz研究了流動穀物碰撞噪聲的測量方法。研究表明：糧食籽粒的彈性和振動特性取決(jue) 於(yu) 糧食水分，不同水分的糧食在流動過程中碰撞物體(ti) 表麵時所產(chan) 生的聲壓不同。聲學法測量重複性好，但噪聲信號的屏蔽是一個(ge) 難題。代表儀(yi) 器為(wei) 聲學法水分測試儀(yi) ，測量精度≤0.25%，測量時間為(wei) 0.007s，主要影響因素為(wei) 噪聲、籽粒大小與(yu) 形狀。該法可進行在線測量。以上3種方法是目前有待於(yu) 進一步發展且很有潛力的方法。摩擦阻力法與(yu) 聲學法在理論上都有望實現在線測量，隻是目前幹擾因素較多，有些問題還需要進一步探討。高頻阻抗法已經開發出了一種智能插杆式快速水分測定儀(yi) ，產(chan) 品已經通過糧油行業(ye) 的測試檢驗並在糧油係統推廣使用，並被評為(wei) 重點新產(chan) 品。

核磁共振法

核磁共振法是在一定條件下原子核自旋重新取向，從(cong) 而使糧食在某一確定的頻率上吸收電磁場的能量，吸收能量的多少與(yu) 試樣中所含的核子數目成比例。該法檢測迅速、精度高、測量範圍寬，可區分自由水和結合水；其不足之處是儀(yi) 器昂貴，保養(yang) 費用大，需精確標定。代表儀(yi) 器為(wei) 核磁共振水分測試儀(yi) ，測量精度≤0.5%，測水範圍為(wei) 0.05%~100%，主要影響因素為(wei) 物料流量、堆密度和溫度，可進行在線測量。

射線法

近紅外線反射光譜（NIRS）是在1964年應用於(yu) 糧食水分測定的。由於(yu) 不同的分子對不同波長的近紅外光具有不同特征的吸收，當用近紅外光（波長為(wei) 1940nm）照射樣品時，慢反射光的強度與(yu) 樣品的成分含量有關(guan) ，服從(cong) 朗伯—比爾定律。該方法測量快速、簡單，無需對糧食進行烘幹，隻需在儀(yi) 器前流動即可檢測，但僅(jin) 屬於(yu) 表麵測量技術，很難反映整個(ge) 物料的體(ti) 積水分（內(nei) 部水分），測量精度受糧食籽粒的大小、形狀和密度影響。代表儀(yi) 器，測量精度≤0.2%，測量時間為(wei) 0.04s，測水範圍為(wei) 0~45%，主要影響因素為(wei) 籽粒大小、形狀和密度。該法可進行在線測量。

微波吸收法始於(yu) 19世紀40年代，它利用糧食中的水分對微波能量的吸收或微波空腔諧振頻率和相位等參數隨水分的變化來間接地測量水分含量的。其優(you) 點為(wei) 靈敏度高、速度快、安全、不損壞物料、可在線連續測量、測量信號易於(yu) 聯機數字化和可視化；缺點是檢測下限不夠低，易引起駐波幹擾，測量值與(yu) 物料成分有關(guan) ，不同品種需單獨標定。代表儀(yi) 器為(wei) 在線微波水分儀(yi) ，測量精度為(wei) ±0.1%，測量時間為(wei) 0.5s，測水範圍為(wei) 0~40%，主要影響因素為(wei) 品種、物料、形狀和密度，並可進行在線測量。

中子式水分儀(yi)

自20世紀40年代由美國研究成功中子式水分儀(yi) 以來，世界各國也相繼研製出成各種用途的中子水分儀(yi) 並商品化。它通過計量慢中子探測器中產(chan) 生的電壓脈衝(chong) 個(ge) 數測量糧食的水分含量。中子式水分儀(yi) 具有線性度高、高水分段儀(yi) 器靈敏、冰凍狀態糧食水分仍然可測、不破壞糧食結構、不影響糧食正常運行狀態等優(you) 點；缺點在於(yu) 氫的散射特性不穩定，理論尚未完善，需要人工標定，而且糧食密度和測量體(ti) 積大小對其精度影響較大。代表儀(yi) 器，測量精度為(wei) ±0.5％，測水範圍為(wei) 0～20%，主要影響因素為(wei) 密度和體(ti) 積。該法可進行在線測量。

105℃恒重法

用比水沸點略高的溫度（105°±2℃）使經過粉碎的定量式樣中的水分全部汽化蒸發，根據所失水分的質量來計算水分含量。該方法是水分檢測常用的標準方法之一。

定溫定時烘幹法

該方法又稱130°±2℃電烘箱法。其原理為(wei) ：在一定規格的烘盒內(nei) 稱取經過粉碎的試樣，在規定加熱溫度的烘箱內(nei) 烘幹一定時間，烘幹前後質量差即為(wei) 水分含量。

雙烘法

雙烘法主要用於(yu) 測量高含水量糧食。測量時，先稱取整粒試樣20～30g，放入105℃烘箱中烘幹30min，取出冷卻稱質量，然後粉碎，再用105℃恒重法進行烘幹測量。

隧道式烘箱法

隧道式烘箱法也是定溫定時法的一種，它將象限秤與(yu) 烘箱結合起來，烘幹試樣後無需冷卻可直接用象限秤稱量，並可在象限秤上直接讀出試樣的水分含量。

快速失重法

該方法是在物料的極限失重溫度下烘幹物料，與(yu) 經典烘箱法的主要區別是烘幹溫度不同。它可以測量一切粉體(ti) 物料，目前主要用來測量玉米水分。

減壓幹燥稱重法

該方法利用真空處理技術、微小定量測定技術和數據處理技術來測定水分的。它不受被測物料形狀影響，無需特殊的預處理，操作簡便，可靠性高，並可檢測微量水分。代表儀(yi) 器為(wei) VME型，測量精度為(wei) ≤0.01%，測水範圍為(wei) 0.01%~10%。該法不能進行在線測量。

直流電阻法

幹燥糧食的直流電阻很大，而水的電阻很小，被測樣品的含水量的變化勢必引起其導電能力的變化。含水量越高，電阻越小，通過測量樣品的電阻，即可以間接地測定含水量。由於(yu) 被測樣品的電阻較大，影響檢測取樣，必須降低電阻以獲得更大的取樣信號，因此該方法一般要求將樣品粉碎後再進行測量。代表儀(yi) 器，測量精度為(wei) ±0.5%，測水範圍為(wei) 10%~20%，主要影響因素為(wei) 溫度、品種、緊實度和電極間距。該法可進行在線測量。

甲苯蒸餾法

這是一種較常用的化學測水方法，利用與(yu) 水分不相溶的溶劑(甲苯、二甲苯)組成沸點較低的二元共沸體(ti) 係，將試樣中的水分蒸餾出來。測量精度比一般幹燥法略高，主要用於(yu) 油脂中水分測量。由於(yu) 該方法容器壁易附著蒸餾出來的水分，會(hui) 造成一定的誤差。

卡爾·費休法

卡爾·費休（Karl Fischer）法是一種經典的水分測定方法，應用十分廣泛。它利用甲醇和吡啶存在的情況下，水與(yu) 碘和亞(ya) 硫酸發生定量化學反應的原理，根據碘的消耗量測出水分含量。卡爾·費休法水分計分為(wei) 容量法和庫侖(lun) 法兩(liang) 大類，都需要用水分標準物質進行標定。該法主要用於(yu) 微量水分測量，檢測精度很高，但試劑的成本也很昂貴，安裝麻煩，電路複雜。代表儀(yi) 器，測量精度為(wei) ±0.015%，測水範圍為(wei) 10%~100%，主要影響因素為(wei) 試劑測量誤差。該法不能進行在線測量。

壓力法

水與(yu) 碳化鈣發生化學反應生成乙炔，在一定條件下，乙炔氣體(ti) 的壓力與(yu) 其含水量呈線性關(guan) 係。以上3種方法都是依據化學反應來進行糧食水分測定的。壓力法處於(yu) 研究階段，卡爾·費休法已經作為(wei) 某些國家的標準方法。甲苯蒸餾法由於(yu) 誤差較大，所以目前應用不是很多。

水分檢測技術的發展趨勢

水分儀(yi) 的種類雖然很多，但其市場潛力卻不盡相同，計算機技術、原子技術與(yu) 半導體(ti) 技術的飛速發展，給水分檢測技術的發展提供了廣闊的空間。為(wei) 了實現全數字、實時在線測量，就必須要有快速無損檢測技術作為(wei) 保證。隨著對無損檢測技術的需要，無損檢測儀(yi) 器將逐步實現標準化、通用化和係列化，大規模可編程邏輯器件和數字信號處理器的推廣和成本的降低，必將加速其在無損檢測技術上的應用，不僅(jin) 提高信號采集和處理速度，滿足市場大量實時性要求，也將縮短開發時間，增加硬件的功能和擴展性。計算機軟件及硬件在無損檢測技術上的應用，將實現溫度等重要檢測因素的自動補償(chang) ，使檢測儀(yi) 器由過去的單一化向多用途方向發展，適用於(yu) 多種不同環境下的無損檢測。互聯網技術的迅猛發展會(hui) 為(wei) 無損檢測技術帶來質的飛躍，實現多用戶共享和遠程控製，避免人力、物力和財力的浪費。