红外水分仪简介

红外水分仪是一种以水分子的红外吸收光谱为原理，以滤光片为分光元件，由光电传感器将光信号转化为电信号，*通过数据采集处理并转化为水分百分比显示出来的一种仪器。

图1 水分子伸缩振动示意图

水分子不是静止的，水分子中束缚的两个氢原子和一个氧原子可以进行伸缩振动(如图1)、弯曲振动。水分子在进行振动时会吸收电磁波中特定波段的能量，波长不同吸收的强度也不同，有的波段吸收异常强烈，有的波段吸收十分微弱，其中的氢--氧键对红外线中1.90um到1.98um的光吸收较为强烈。由于在该光谱范围内水分子吸收红外线的能量与水分子的含量成正比，因此可以通过返回的红外线计算被吸收红外线的多少进而计算被测量物料的含水率。

光学原理

1)红外光：一种介于红光和微波之间的电磁波。包含分子振动的多重信息。是分析分子振动的良好光谱范围。红外水分分析仪选取了近红外谱中的特定光谱(如图2)进行水分分析。

图2.红外水分仪光谱选择

2)滤光片：一种选择性透过某段光谱的光学元件。

红外水分仪通常从以下六种波段中选取两种或两种以上作为水分分析的特征光谱，选取的波段必须包含水分特征吸收光谱1.4和1.9中的一个或多个(如图3)，其选择的波长精度与带宽决定了仪器的稳定性、准确性、物料兼容性。

图3.红外水分仪滤光片选择

3)光电传感器：一种将光信号转化为可采集的电信号的光电器件。光电传感器与放大器的选择与设计决定了整个系统的信噪比和测量的线性。

图4.红外水分仪放大电路及信号示意

红外水分仪是一种基于近红外光谱技术的光电检测仪器，是一种快速高效、绿色无损、稳定可靠、安全精密的水分检测仪器。

近红外光是*早发现的非可见光，但是由于技术的限制直到上世纪80年代对近红外光谱技术的研究才逐渐增多。到本世纪初近红外技术的商业化仪器应用开始呈现大幅度增长。红外水分仪由*初的烟草、钢铁行业推广到玻璃、木材、食品、化工、纺织等工业。

红外水分仪的出现，填补了工业在线实时检测的空白，真正实现了实时在线闭环控制。在红外水分仪出现之前，对水分的检测也有多种方式：

1).烘箱法，也是大多产品检测的国标。整个检测流程时间长，一般情况都要超过1个小时才能出结果，用到天平等精密仪器。优点是对物料的兼容性强，误差小。

2).化学滴定法，长用于不适合烘干法的特殊物料作为国标，*性非常强，检测人员要经过*培训。测量优点：误差小。

3).电阻、电容式测水分。比烘箱法时间短，实现了快速检测。缺点是受人为因素影响大，密度、形态、测试人员都会引入较大误差。

4).红外烘干法，该方法与烘箱法相似，都是采用烘干测水分。时间比烘箱法大大缩短。但是也仅仅限于在实验室、化验室使用，仍然无法实时检测。

5).微波水分仪，微波是一种比红外线波长更长的电磁波,可以实现在线实时测量，由于电磁波的穿透性随着物体的密度变化而变化，因此微波水分仪适用于密度均匀的测量场合。

与上述方法相比较，红外水分仪采用的红外光谱技术具有无法替代的优越性。红外水分仪可以在线测量，避免了取样过程；无人自动测量，避免了人为因素干扰；非接触式测量，避免对样品损坏或污染；快速响应以秒计，实时反馈可以优化控制工艺。

红外水分仪已经*的应用多种行业，帮助各行业提高了生产效率和工艺控制水平。

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