用微波法测量煤炭中水分

用微波法测量煤炭中水分含量

内容摘要: 微波技术可用于测量各种材料的水分。本文利用波长为3cm的微波测量了煤炭含水量。测量微波通过已知含水量的煤粉后的衰减量，标定了煤粉中含水量与微波衰减量的关系曲线；并以此为标准测量了阳泉煤矿提供的煤的含水量。实验结果表明：只需要测量微波功率衰减量，便可实现对煤炭含水量的测量。

关键词: 煤炭粉末微波衰减法水分含量

Use microwave method for measuring the coal water content

Abstract:Microwave technology can be used for measuring various material of moisture. This article use the microwave wavelength for 3cm measured: microwave through after the moisture content of coal known quantity, calibration the attenuation of coal moisture content and microwave attenuation amount of relation curves; According to the standard measurement of yangquan coal mine coal moisture content, provide experimental results show that: only need to measure the microwave power, can achieve attenuation quantity of coal moisture measurement

Keyword: Coal powder Microwave attenuation method Moisture content

1 引言

1.1课题研究背景和意义

随着中国煤炭工业可持续发展政策措施试点在山西的启动，标志着山西将会成为中国实施“煤炭新政”的“样板”，做好山西试点，将对中国煤炭工业改革起着非同寻常的作用。山西是中国的煤炭大省，有着丰富的矿产资源，但是因煤炭所带来的地质灾害、生态环境、水资源污染等一系列不利因素也很多。如何破解这样的难题，学校科研机构应投入自己的力量。①煤质分析中，煤的水分作为不同基础煤质分析结果换算的基础数据;②煤中水分可作为煤质加工利用时加氢液化、加氢气化的供养体;③煤中水分对其加工利用、贸易和储运都有很大影响,煤中水分高会影响燃烧稳定性和热传导。炼焦中水分高会降低焦炭产率,而且由于水分大量蒸发带走热量而延长焦化周期。煤炭贸易中,煤的水分是一个重要的计质计量指标;④煤炭中水分对煤的氧化、蓄热和散热过程都有一定的影响,是研究煤自燃、煤矿火灾防治的重要因素。基于以上原因，我们通过对煤炭水分的研究，得出微波和煤炭中水分的关系，来更好的利用煤炭资源有着非常重要的作用和意义[1]。

1.2课题研究现状

随着科学技术的不断发展，水分测量技术的理论和实践取得了进展，研制出了少量的间断式和连续式水分计，应用于实验室和工业部门[2]。近年来，随着经济的发展，对水分计的需求增多，世界各国研制开发了各种水分计。我国近年来也已有60多个单位从事这方面的研究开发工作，研制了各类水分计，并朝着智能化方向发展，有的产品已接近和达到国外先进产品水平。微波水分计在五十年代初问世，工作原理是针对微波能量的吸收或微波空腔谐振频率随水分变化而制成。它被应用于造纸、纺织、水材、石油、粮食等行业的在线测量[3]。日本已有数家企业研制了微波吸收式，谐振式等方式的微波水分计，分别用于各行各业我国也已有几家研制，主要用来测油中水、浆纱回潮率和织物含水率等。其一般精度为1～2%，表6示出了日本和我国代表产品的主要性能与特点。

表一：微波水分计的性能和特点

厂家产品型号与名称主要性能与特点

(株)地峰电机制作社（日）UAM-100数字式微波谐振在线水

分子计

测量范围：0-40%（随样品），精度±0.1%，响应时间0.5

秒，可测粉粒体和纸张等，可构成数控系统数显-记录

流体工业（株）（日）微波吸收式水分子计精度0.2%，带微机，10秒内数显水分值，密度（25种数据），

操作简便可测液体粉粒体，乳制品等

上海无线电26厂（中）微波石油含水率测量传感器

（基于微波反射理论）

整个传感器安装在一个改装的截止阀上，能方便的接入输

管道进行在线测量，系统误差约2%

成都电讯学院附属工厂（中）2SC-1型微波纸张水分连续测定

仪

测纸定量范围：17-220g/m2，测含水率范围：2-12%，响应

时间<1秒，灵敏度120N/1%,分辨率：0.2%含水率，绝对误

差<0.5%（含水率）

郑州卷烟厂（中）微波烟丝水分连续测定仪测量范围:0-20%,误差±0.5%，动态仪表值示，输入6-10mv

信号

长江大学电子信息学院孙士平和华南理工大学电信学院毛宗源。文中介绍了微波法测量建筑砂石含水量测量系统。该系统由于引入了正交锁定放大器和本底噪声扣除的测量方法，使测量系统避开了因器件的不稳定性、电路的静态漂移、环境干扰噪声和器件噪声等对测量精度和稳定性带来的

影响，实验表明测量精度和稳定性优于传统测量系统[4]。

朱建堂，陈向东的激光、红外、微波NDT新技术的应用与发展对激光、红外、微波NDT新技球的方法、设备、国内外的应用范畴及其发展动态进行了综述，为新材料、新结构、新工艺的质量控制提供了一系列可供选用的无损检测方法，供国内同行们互相交流，促进NDT新技术的进展。国外，约在六十年代中期开始了微波检测技术研究。微波也是一种电磁波，波长在1M～ lmm之间。微波能穿透非金属材料且具有中等程度的衰减，故本法非常适用于非金属材料的无损检测。微波NDT的基本原理是综合研究微波与物质的相互作用[5]。一方面傲波在不连续界面处会产生反射、散射、透射．另一方面微波还能与被检材料产生互作用(产生取向极化、原子极化、电子极化、空回电荷极化等)，此时微波场(振幅、频率、位相)会受到材料中的两个电磁参数(介电常数E和介电损耗角正切tanδ)和一个材料几何参数(材料形状、尺寸)的影响。

材料的电磁参数是材料组分、结构、均匀性、取向、含水量等因数的函数。因此根据微波场的变化可以推断出被检材料内部的质量状况。微波NDT的方法一般有穿透法、反射法、散射法、干涉法和层析法。据报导，美国在六十年代就采用微波进行非电量测量。八十年代采用mm 波段对A3导弹大型固体火箭发动机、“大力神”Ⅲ型烧蚀喷管和飞机轮胎进行了微波检测。79年用镘波检测了高温绝热陶瓷，当频率为100GHz时．可检测到陶瓷内部的气孔，其分辨率为0．5mm．含铁夹杂0．1mm。此外．采用本法可检查复合材料中的脱粘、裂纹；橡胶、陶瓷、推进剂内部缺陷；金褐表面裂纹及非金属材料的厚度、湿度、固化度等；Stmnfore 大学和Rockwell公司用散射模型检测钛合金徽裂纹。美国ASNT于85年曾用调频雷达检测砖砼结构的隧道[6]。国内，七十年代初，首先从国防工业应用开始研究。其主要表征如下：(1)航天部的一些研究所、上海玻璃钢研究所、上海材料研究所、国防科技大学、苏州热工所等单位研制成功了3cm，8mm，3ram微波检测专用设备。(2)开展了微波穿透法、散射法、干涉法和层析法等方法方面的应用研究。(3)采用微波NDT方法检测了塑料与复合材料层压板中的分层和脱粘，火箭固体药柱与包覆层间的脱粘，玻璃钢中的脱粘，复合烧蚀喷管中的脱粘，环氧树脂的固化度，雷达罩的厚度和电性能。(4)通过介电常数检测，测量了非金属材料的厚度，材料性能及成份(密度、湿度含量、纤维含量、弹性模量等)。材料的混炼均匀度、固化度并监控热固性树脂固化过程的工艺质量(脂化、硫化和氧化等)。综上所述．激光、红外、微波NDT在航空、航天也积累了一定的经验，上述三种NDT方法已列入93年出版的《航空工艺检测手册)中。

李基好的利用微波测量中药丸料湿度实验研究：介绍利用波长为3cm 的微波技术对中药丸料湿度的测量，主要有微带式微波固态信号源，微带式测湿传感器，选频放大器，微波透射衰减量与中药丸料湿度的线性关系等。实验结果表明，由于中药丸料密度一致性非常好，因此，只需单一测量微波功率衰减量，便可实现对药料的湿度测量，对于中药生产业具有一定的实际应用意义[7]。

山东大学的高深对电磁波通过煤的试样时产生的衰减和相移与湿度的关系，减小试样密度变化引起的误差的方法和微渡湿度测量模型进行了讨论。黄铭等人详细地介绍了微波技术测定物料水分的原理、技术特点、产品特性及其使用方法。并对该技术在氩氧化铝生产中的应用作了展望。王宏亮提出了将微波测湿技术引进物理实验教学的设想．在分析该设想可行性基础上设计了实验方案。左春英和丁言镁论述了微波测湿原理以及当前微波技术在物质含水量测量中的应用研究现状。希望微波在测湿领域中的应用得到关注[8]。

陆荣林等人简要介绍了微波无损检测原理和应用，利用其中的反射诠释了复合材料的跌陷进行拴刹，证实M Rockwitz等人提出的针对金属介质的微波无损检测理论，同样适用于复合材料，井得出了微波在复合材料中的衰减与跌陷孔径的关系。曾发江等人介绍了红外吸收法是目前常用的一种水分测量方法，但其固有的缺点使其测量精度和范围都受到了影响．微波测量是一种新的水分测量方法：水分子具有很强的极化特性和很大的介电常数，其介电常数值与电磁波频率的变化存在着规律性的关系，通过测量在一频率段内水的较高介电常数所引起的微波传播速度、波长等的变化参数，可间接但是准确地测出物质中水分的含量．该方法构思巧妙，操作简单，测量精度高，应用范围广，

能有效地克服红外吸收法在水分测量中所暴露出来的缺点[9]。

刘文生等人阐述了微波水分检测的原理、特点以及基本的检测模型，设计了一种用于小麦自动着水装置中的微波水分测控系统，分析了其检测器的构成和组件功能，指出了其应用特点。王淑萍提出了一个微波测湿实验方案，讨论了测量原理和方法，并对传感器设计样品取样等关键性问题作了比较具体的介绍[10]。

微波测量技术向相邻波段的扩展，微波测量的参量有了系统的分类，各参量的测量技术有了长足的进展。微波测量正在朝着宽频带、多功能和自动化等方向持续发展。

国内外应用微波法测量各种物质中水分含量的技术已经成熟，但是较少有研究煤炭中水分含量的。本实验将进行煤炭中水分的研究。

1.3论文的主要内容

论文主要研究用微波法测量煤炭中水分含量。论文主要内容安排如下：

（1）第一章为引言部分，简要介绍了本课题的研究背景，总结了目前微波测湿的研究现状，表明了本课题的研究目的和意义。

（2）第二章简介了微波法测量物质中水分含量的技术。比较详细的介绍了用微波法测量煤炭中水分含量的原理。

（3）第三章介绍了实验的原料、实验器材和实验步骤。比较清楚的介绍了整个实验的流程，并注明了实验中的注意事项。

（4）第四章分析了不同水分含量的煤炭粉末对输出信号的影响。分析数据得到水分含量和微波衰减量的关系。

（5）第五章对实验进行了总结和展望。

2 微波技术

2.1微波技术简介

微波与普通的无线电波相比，仅是波长或频率不同而己。但是正是这一区别，才使微波除了与普通无线电波具有共同点之外，还有其本身的一些特点。其主要特点如下：

(1)微波在其传播过程中，若所遇物体的几何尺寸大于或者可与波长相比拟时，就会产生反射，波长越短，传播特性越与几何光学相似(或近于直线传播的特性)。

(2)普通无线电波会被高空电离层所吸收或者被反射回来，而微波则能够穿过电离层至外层空间。电视广播、卫星通信、宇宙航行、射电天文学等等都是利用微波的这一特性才得以实现。

(3) 微波的频率很高，因此可以利用的频带较宽、信息容量大，从而使微波通信得到了广泛的应用和发展。

(4)微波频率高、振荡周期短，因此，低频范围(普通无线电波段)内所使用的元(器)件，对于微波已经不再适用，而必须研制适用于微波的元〔器)件。

(5)某些物质吸收微波后会产生热效应，因此可以利用微波作为加热或者烘干的手段，其特点是穿透性强，可以深入物质内部，加热速度快而且均匀，从而在工农业和食品业等部门得到广泛的应用，此外，微波热效应在生物学、医学等领域的应用前景也十分广阔。

2.1.1 微波的热效应和微波能的应用

高频感应和介质加热早己应用在许多工业部门。在微波波段，材料的介质损耗增大特别是含水的材料对微波能的吸收非常有效，从而使微波成为很好的加热手段。因为微波加热具有效率高、

穿透深度大、加热迅速等一系列优点，所以微波加热和微波烘千正日益广泛地应用于粮食、烟草、木材、纺织等生产部门。微波代替原来所用的煤、蒸汽进行加热或烘烤可以节约能源，提高产品质量，改善劳动条件，便于实现生产过程的自动化等优点。微波在未来的能源的探索和开发中也起着重要的作用，例如，在受控热核聚变研究中利用毫米波电子回旋共振效应加热等离子体，在空间太阳能发电站的设计中用微波作为将能量送回地面的手段。微波检测项目包括增强塑料和各种金属非金属复合胶接结构于蜂窝结构中的分层、脱粘、固体推进剂和飞机轮胎内部气孔、裂缝，金属板与介质板材的厚度，非金属材料的湿度、密度、混合物组分比、固化度;各种线径、微小位移、未消振动、微小体积和等离子体温度等。

2.1.2 微波检测技术在不同领域的应用

微波检测是一门微波技术应用学科。它研究的内容以微波非通讯应用为主，包括微波检测方法和装置的基本原理、结构、类型、特点和范围。也就是将微波作为传递信息的媒介，对各种可适用的材料、构件和产品进行非破坏性检测和故障诊断，对所需要的物理性能及技术工艺参数等非电量进行接触或非接触的快速测量。目前，作为无损检测工具，高分辨微波成像技术的应用能力已经得到验证:微波对微小的运动以及标示生命存在的呼吸运动等信息很敏感，即使是失去意识的生命，也能探测到;冶金工业中需要对高炉的料位，平炉、转炉钢水液位、连续浇铸的钢水液面厚度或高度进行测量。在这种高温多粉尘强噪声的环境下，使用微波技术进行测量也具有其独特的实用性;另外，使用微波技术遥感大气形成过程中的瞬间状态目前也得到应用;在交通管理系统中也出现了微波车辆感知器。微波技术最早应用于军事、国防工业，目前己部分转向民用工业，并且取得了一定的成果。由于微波应用具有广泛的前景，国外许多的研究机构都投入了大量人力物力进行开发。

2.1.3 粉粒物料水分测量研究概况

粉粒物料存在于很多生产领域中，如食品、医药、饲料、化工、冶金等等生产过程都离不开粉粒物料，这些物料中的水分含量对产品质量都有着重要的影响。所以，对粉粒物料水分的在线测量就显得尤为重要，进而实现对整个生产工艺进行在线控制。传统的水分测量方法是烘干法，但是它往往需要很长时间，且不能对水分进行在线测量，无法对产品质量进行在线控制。烘干法是直接测量法，目前应用最多的是间接测

所谓间接法也就是通过测量跟水分含量有关的电量或者非电量的变化，分含量的测量方法。主要有电阻法、电容法、中子法，红外法等，各有特点，但也各有局限性。

(1)电阻法

电阻法是应用最早的水分电测方法。干砂和干土等矿物的导电性均很低，而非结合水和弱物理结合水(即一般所指水分)对物料电阻的影响较大，在一定范围内，这些吸湿物料的水分与电阻的对数成线性关系，当含水量增加时，电阻减小，此即电阻法的测量原理。

(2)电容法

电容法这种方法把物料作为电介质，通过测量物料的介电常数来测量其含水量。由于用电容式传感器测量电容时，在电容两端还有一个并联的电导成分，因此总的变化是由电容与电导的比值来反映的，因此只要测量出相应的值即可以测量出水分的含量。

(3)中子法

中子法是利用水中的氢原子核对快中子的减速作用原理测量物料水分的该法不破坏物质自然结构。物料体积可以很大，其缺点是氢的散射特性不稳，物料中不得含有除水以外的其它含氢物质(如碳氢化合物)，须注意放射性中子源的安全防护。

(4)红外法

红外法又称红外线吸收法，此法是利用造型材料对红外线特征吸收光谱的吸收量随含水量而变的原理测试水分的，测量粉粒态造型材料时一般采用反射式光学结构。红外线吸收法的特点是不与

被测物料接触，响应速度很快，可测导电性物质，物料温度和密度对测量结果的影响小，测量水分范围不受限制，但有些粉粒物料中的物质也具有一定程度的吸收红外线的能力，此外难测物料内部水分，仪器价格也较高。

鉴于以上方法的种种缺欠，微波法就显示出了其优点，在线实时、处理方便、结构简单，近些年来，其成本的迅速下降也是它能广泛应用的一个重要原因。微波非接触测量技术属于低功率微波能的应用范畴，其基本原理是以微波作为信息传递的媒介，根据被测物料对微波有辐射、反射、透射、散射、干涉、衍射、谐振和多卜勒效应等物理特性，利用对非电量有敏感响应的微波传感器将待测物件的非电量转换成微波电参量的变化进行测量。微波最大的优点就是可以通过空间辐射的方式穿过介质的内部，测量过程中传感器可以不与被测物质接触，非常适合于工业生产的在线检测。微波非接触测量的精度高，可靠性好，抗干扰能力强，容易实现无损耗、实时、在线快速测量，又无辐射危险，操作和使用非常安全，因此微波非接触测量技术有着极其广阔的应用前景

[11]

。

2.2微波测湿的基本原理

利用微波判定煤炭粉末水分含量的依据是，在微波频段，水的介电常数远远大于一般材料。在高频电场中，电介质存在弛豫损耗，其介电常数可用复数ε''形式表示为：

εεε''-'=i （1）

（1）式中ε'（图1中实线）代表介质的储能特性；ε''(图1中虚线)是弛豫损耗造成的，代表

介质的耗能特性。ε'和ε''大小与电场频率有关。在微波频段（109～1011

Hz ）内水的损耗因子ε''出

现峰值，在Hz f 10

10= 时ε''≈40，而对于一般的介质，ε''＜1。另一方面，水的介电常数的实部

ε'w 也非常大，Hz f 1010=时，ε'≈64，一般介质ε'＜10。正是由于水的这种微波特性，使材料中

的水分成为决定整个材料介电常数的主要部分。材料湿度的改变往往可以明显改变材料的介电特性。通过测量一些与介电常数密切相关的物理量[

，如功率衰减A 、相位变化?、谐振频率等，就能判断出材料的含水量。这就是微波测湿的基本原理

[12]

。

电磁波在电介质材料中传播时，其传播常数

j γαβ=+，可由材料的介电常数(1tan )r j εεδ'=-的

特性来表示

[13]

。在自由空间：

]

1tan 1[2

22++'

=

δελ

πα

（2）

]1tan 1[2

22-+'

=

δελ

πβ （3）

然而电磁波通过厚度为d 的介质材料时,其衰减量和相移量分别为

()0

d

A l dl d αα==? （4）

图1 250

C 水的复介电常数与频率的关系

()0

d

l dl d

ψββ==? （5）

2.3微波透射衰减法测煤炭含水量原理

根据微波衰减法测湿理论，测量煤炭含水量时，准确测得微波衰减量，找到微波衰减量和含水量的关系，得出测量定标曲线，探讨微波衰减法测量煤炭水分含量的可行性。在实验过程中，取煤炭粉末加水配制出一定水分含量煤炭粉末进行测量，得到微波衰减量，每一个微波衰减量对应一个水分含量值，拟合出直线方程。然后根据直线拟合方程，通过测量微波衰减量，计算出水分含量值，再与用烘干法得到的水分含量准确值进行比较，进行分析

[14]

。

2.4与密度无关湿度测量算法的建立

本文中采用微波透射法进行湿度的测量。在微波湿度的测量中，被测物的介电常数起到了桥梁的作用：一方面穿透被测物料的微波的两个参量（衰减A 和相位移φ）与物料的介电常数有关；另一方面由于水的介电常数远远大于一般物质，因此被测物湿度的变化表现为被测物介电常数的变化。所以通过介电常数可以建立衰减A 和相位移φ与被测物湿度ψ的关系

[15]

。

微波透过物料后的衰减A 、相移φ、复传播常数γ可表示为：

out

in

20log||=10log

(dB)P A P τ= （6） 360(deg)n φδ=- （7）

j γαβ=+ （8）

其中α为衰减常数，β为相位常数。根据电磁波入射有耗媒质的相关原理和近似条件，我们能够得到如下的公式：

'2

"20(

)2βεβαβεβ==

（9）

其中，000/,/,2/A d d αβφββπλ==+=。联立（8、（9）两式可得：

"'

8.686d

A επ

λε

≈?

（10）

图2微波衰减法测量煤炭含水量实验框图

(

)

'0

360

1d

φελ≈- （11）

这样我们建立了透射波衰减A 和相移φ与物料介电常数的关系。实现湿度测量与密度无关的关键是寻找一个算子，该算子不随密度变化而变化，同时要求此算子能够与被测物湿度及被测量（衰减A 和相移φ）建立起函数关系。为了使其不依赖于微波传输参量而更具普遍意义，算子应该和被测物的介电常数直接建立起函数关系。

具有一定体积且含水的物质可近似为由三部分组成的混合物，因此把公式（9）展开成储能因子和损耗因子的形式为：

w A D D D w D v V εεεερψρρρ??

??''''=

++-?? ?????

（12） w D D

D w D εεεερψρρρ??

??''''''

''=+-?

? ?????

（13） 由公式（12）、（13）可以得到被测物的储能因子ε'和损耗因子ε''与其密度ρ及湿度ψ的函数关系。对蓬松类物质，根据微波特性及被测物料的介电特性对其进行进一步的推导可得：

'1(10.5)o o

ρψερψ=+

+ （14）

"0.1)o o

ρψερψ=

?? （15） 其中， 0/ρρ是相对密度，0/ψψ是相对湿度。

图3以ερ'和ερ''分别作为坐标轴，给出了不同频率、温度下曲线的分布情况。数据点分别分布在两条直线附近，且随温度和湿度的增加而沿直线线性增加。且两条直线在横轴上的截距为常量，斜率只受频率影响，因此可以得到如下关系：

f a k εερ

ρ'''??

=- ???

（16） 当频率确定时，f a 和k 可以通过线性拟合的方法求得，计算得到f a 和k 之后，密度ρ即可通过ε'和ε''来确定，且不必考虑被测物湿度和温度的影响。

介质的储能特性和耗能特性可以用能量损耗角正切tan δ来描述，定义为εε'''。当电磁波穿过含水介质时，水是决定物料能量损耗的主要因素。因此从能量观点考虑，与密度无关算子中应该包含tan δ，以便于反映被测物湿度。为了消除密度ρ的影响，定义tan δ与密度ρ的比值为算子ξ：

()tan f f a k

a δ

εξρ

εεε''??

=

=

? ?''''-??

（17）

在频率确定的条件下，a f ，k 是常数，进而得到算子ξ的简化形式：

()

f a εξεεε''

=

''''- （18）

上式中唯一要确定的系数是f a 。ξ与密度ρ的关系如图4所示。从中可以看出算子ξ不受密度ρ的影响。且通过对实验数据的分析可以发现：12

ξ

与湿度成近似的线性关系。

C B ξψ'=+ （19）

图6表明了温度对公式（21）的影响，因此可以将B 改为B(T)，作为曲线在湿度轴上的截距，随温度的变化而变化，进而有：

()C B T ψξ=+ （20）

进一步整理可得到：

00

360()1563.48360 4.343f f

d A

C

B T d

d

a A a ψλφφλ=++-+

（21） 其中衰减A 和相移φ是测量过程中得到的微波传输参量，d 是被测物料厚度，系数C 和f a 则由线性拟合得到。()B T 是环境温度T 的函数，通过观察不同温度对测量结果的影响，可以确定该函数，并在测量结果中进行温度补偿

[16]

。

图3 ερ'

和ερ''的对应关系 图4 与密度无关算子ξ和密度ρ的关系

图5 12ξ和湿度ψ的关系（T=23oC ） 图612ξ和湿度ψ模型(T 变化)

3 实验的原料、实验仪器和实验步骤

3.1煤炭来源

阳泉阳煤集团三矿选煤厂，由同学提供。

3.2实验仪器

图7反射式速调管K-27的结构和管座图

反射式速调协管、隔离器（GLX-2型）果冻盒子用完的中性笔芯电子天平细针较厚的白纸智能水分测定仪（LSC-60D）注射器数字检流计

3.3实验步骤

（1）将煤炭先压碎。

（2）将压碎的煤炭小块用锤子捣成粉末，留下一小部分煤炭粉末。

（3）将其他煤炭粉末干燥，保存在密封的罐子里，避免受潮。

（4）取一定量的煤炭粉末，为了使取得的煤粉几何形状均匀，用细针在白纸上较密集的扎孔，将煤炭粉末倒在白纸上，只有非常细小的煤炭粉末通过，然后制作一定含水量的煤炭粉末，制作10组。（5）测量数据。先测量微波源发射出的信号的大小，然后测放置空样品管时检流计的读数，再将一定含水量的煤炭粉末加到样品管中读出此时检流计的示数。

（6）得出含水量和衰减量之间的关系，做出定标曲线。

（7）测量未干燥的煤炭粉末的衰减量，根据定标曲线得出煤的含水量。

（8）根据定标曲线得出的煤的含水量与干燥法得出的煤的含水量进行比较,分析数据。

3.4注意事项

（1）测量数据是要先将微波源预热以防实验时数字检流计读数漂移。

（2）干燥煤炭时将煤炭粉末分成3部分，分别干燥，这样可以干燥的更充分。

（3）衰减器一直置于5 ，这样数字检流计能有合适的读数。如果衰减器置于0，则数字检流计没有读数。

（4）制作一定含水量的煤炭粉末时，加入的水要充分与煤炭粉末搅拌，尽量使其均匀。（5）使用的中性笔芯的管子要用没有花纹的，有花纹的管子使微波衰减量不稳定。

（6）测量数据时，测量完一次，将煤管取下，要等数字检流计读数稳定后再测下一组数据。4实验数据及分析

表二配置一定含水量的煤炭粉末

编号煤粉质量（g）水质量（g）水分含量（%）

1 4.8 0.

2 4%

2 4.75 0.25 5%

3 4.7 0.3 6%

4 4.6

5 0.35 7%

5 4.

6 0.4 8%

6 4.55 0.45 9%

7 4.5 0.5 10%

8 4.45 0.55 11%

9 4.4 0.6 12%

10 4.35 0.65 13%

表三测量一定含水量的煤炭粉末的微波衰减量

数字检流计读数（nA）

不放管子放空管差值1 放煤前放煤后差值2 衰减量编号水分量

（%）

1 4 865 715 141 837 593 244 103

2 5 851 711 140 842 592 250 116

3 6 841 702 139 837 563 27

4 135

4 7 840 700 140 843 553 290 150

5 8 850 709 141 853 540 313 172

6 9 850 702 148 86

7 532 335 187

7 10 861 716 145 870 505 365 220

8 11 875 715 160 880 480 400 240

9 12 873 722 151 873 467 406 255

10 13 872 713 159 883 454 429 270 对以上数据进行直线拟合得到的图表如图8所示：

图8煤炭中含水量与微波衰减量关系图

拟合直线方程为:

Y=19.552X+18.612

其中X代表含水量，Y代表含水量对应的微波衰减量，这样，测得一个微波衰减量就对应一个水分含量的值。得到拟合直线方程作为测量水含量的定标曲线，这样使用上述系统就可测量任意含水量的煤炭。然后把应用烘干法得到的煤炭含水量作为标准值，分析比较以上两个数值。

为了检验微波法测量水份含量的精确性，我们使用智能水分测定仪，测量了没有干燥的煤炭质量是57.315g，干燥后的煤的质量变为53.590g，说明蒸发掉的水的质量为57.315-53.590=3.725g，这样得出煤炭水分含量是6.5%。用微波衰减法测得未经干燥的煤炭衰减量是141nA,带入定标曲线方程得出水分含量为6.3%。微波衰减法与干燥法的结果非常接近。

5总结

本实验设计方案合理易行，而且设计方案精度较高，成本较低。检测电路机构简单合理、检测速度快、精度高且均有较好的稳定性，能满足实际应用的需要。此方法可以推广到测量很多物质中的含水量。

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