自动化与仪表第l6卷200t年第1期文章编号：1001—99l4(2D01)0l一∞O9—02纯碱水分的近红外非接触测量研究何为，孟宪昌。(1．北京工商大学信息工程学院，北京100037；2．中国建筑材料研究院，北京100024)摘要：本文对玻璃工业用纯碱原料水分提出一种非接触式在线快速测量方法即近红外粉末反射法。该方法对纯碱的吸附水和结晶水可同时测量，并具有线性好，分辨率高几乎不受纯碱温度、粒度及表观密度等因素影响。文中还给出测量装置的设计方案及其实验室样机的测水结果。关键词：测量；水分；纯碱；近红外中圉分类号：TP212．t文献标识码：B1；I言并得到相应的关系曲线，如图1所示。纯碱水分在线快速测量是玻璃工业生产过程中迫切需要解决的技术难题。本研究在测定纯碱极化频谱特性⋯的基础上提出一种非接触式近红外粉末反射测量方法。该方法不仅能同时对纯碱的吸附水和结晶水进行在线快速测量，而且具有线性好，分辨率高，受纯碱温度、粒度及表观密度等因素影响小等特点。下面对近红外粉末反射法的测水机理与方法进行讨论。2近红外粉末反射法测水的机理与方案2．1近红外粉来反射法测水机理实验证，玻璃纯碱原料中只含吸附水和圈l基墁法拉台曲线与宴撤据结晶水，二者间有一定的转化关系；纯碱吸附水和结晶水的分子振动基频在近红外区的1．95和由此，可提出近红外粉末反射法测水机理为：1．57两波长处形成了组合频和倍频，样本水分纯碱粉末反射光谱中的两处反射峰均由纯碱中水与样本反射率之间存在一定联系。为建立这种联分所致，且同时包含了吸附水和结晶水的全部信系的数学模型，采用基线法对实验数据进行处理，息；在这两个波长上，反射参数P与水分之得到样品反射率与样品水分之间的函数关系：间构成的特性曲线呈线性关系。=I．95：=24．20～0．27P，2．2近红外粉来反射法测水方案r=一0．9958(1)本研究采用I．95波长的溉水方案。近红外^=1．57：=36．30～O．38p，区光谱实验表明，使用1．95波长检测纯碱水分r=一0．9810(2)比使用1．57波长至少具有以下两个重要优点：式中^——红外波长(1)特性曲线斜率高，易得到较高的测量精——水分含量HO度和分辨率，从而相对简化测水仪的光电放大环P——反射率节，提高仪器可靠性；r——相关系数。(2)特性曲线在低水分区仍具有较好的线性收稿日期：2000—08—2l(磁盘稿)仪器仪表与装置关系，固而可满足较宽的测量范围。粉末在3．5×10kg／cm压力下压制成薄片状进行测水实验．其结果与粉末状样品的完全相同，这3别水效果与影响因素分析表明样品表观密度的变化不影响测水效果。3．1测水效果(4)颗粒度变化对测水影响极小使用分光光度计对13个样品进行测定．将反纯碱吸湿后易结成颗粒，取不同颗粒度样品射率代入式(1)计算出样品的水分值．并与烘干法进行测水实验．图2给出的实验结果表明．样品颗测定值进行比较，结果列于表1。粒较细时对测水结果影响显著。这是由于当被测表1近红外Ii}末反射法与烘干法剁水结果比较物料颗粒直径接近红外绂辐射波长时．散射现象急剧增加，但这种影响对实际应用并不重要，因为洋品近红外法烘干法绝对误差生产工艺中遇到的实际情况是颗粒度增大。实验编号测量()测量(，6)()证明．当颗粒度的增加量小于1×10时，颗粒度l0．100．13—0．O3变化的影响可以忽略。20．680．70—0．0230．760．73+0．0341．371．23+0．1451．201．30一O．1061．451．31+O．1474．1O3．90+。_2084．84．03+0．8295．525．70—0．08lO7．988．80—0．821l7．998．82—0．83l214．35l4．02+0．33l314．86l4．54+0．32在本项研究实验条件下，经统计处理初步得圈2不同厨幢鹰样品测禾苗果对比到测试标差为：水分标差3．3动态应用条件下测水影响因素讨论O～4<士0．3测水仪表在线使用时．会受到一些不确定因4～8<士0．5素的影响。倒如，固物料移动而出现测距、视界、表>8<士0．6面状态等变化。为消除这些干扰固素的影响，设计上述精度已能满足我国玻璃生产需要。中应再增加一种不被水分吸收的参照红外光．构3．2被测物料状态对测水的影响成双光路或多光路测试系统。由于干扰因素对不(1)温度波动对测水基本无影响同波长红外光的影响成一定比倒．因而可以被测物料的温度变化对于测水结果无影响，通过适当的硬件或软件方法消除干扰的影响。是红外测水技术的一个重要优点：。通常将这一温度变化范