一種水分含量測定裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及水分測定技術領域，特別是涉及一種水分含量測定裝置及方法。
【背景技術】
[0002]在藥品、食品、化工原料等工業(yè)部門，材料的水分含量對材料的可處理性、保存期、質量以及使用都有很大關系，如農業(yè)部門各種糧食的儲藏也需要有含水量的要求。另外，水分含量也關系到材料的價格，具有經濟影響。因此，精確測量材料的水分含量非常重要。
[0003]現(xiàn)行的測量水分的方法有間接法和直接法兩類。間接法是通過測量材料的某些物理特性來間接的感知材料的含水量，例如紅外線測量材料的表面反射，含水量不同的材料會產生不同的表面反射，還有電磁法利用水和材料的介電常數(shù)的不同來間接的測量材料的含水量。該間接法的缺點是所有的采用間接法測量水分含量的儀器都需要標定，在測量未知水分之前，需要通過測量已知含水量的材料來建立標定曲線。而每種材料的標定曲線都不盡相同，對每種材料都建立標定曲線使得儀器的使用非常繁瑣。
[0004]直接法是加熱稱重法(Thermogravimetric)，該方法把被分析樣品放在天平上監(jiān)測重量，同時采用紅外輻射源給樣品加熱。通過測量樣品在加熱過程中的重量變化，來得到樣品的水分含量。但該方法也有很多缺點，例如材料加熱的溫度不易控制，溫度太低，水分蒸發(fā)慢，測量時間長，溫度太高，很多材料在高溫下會分解和揮發(fā)，造成重量不斷減少，影響水分含量測量的準確度。另外，很多材料在高溫下會被破壞，不能采用加熱稱重法。并且使用加熱稱重法測量水分含量的儀器需要高精度天平，價格高;還需要強紅外加熱源;該方法測量時間長，每當待測量材料變化，儀器都需要標定，使用不方便。
[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種的新的直接測量水分含量的原理和裝置，能夠在室溫下方便，快速，精確地完成材料水分測量，不需要標定，并且儀器成本降低。
[0006]由此可見，上述現(xiàn)有的水分含量測定方法均存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。如何能創(chuàng)設一種新的操作簡單、精度高的水分含量測定裝置及方法，成為當前業(yè)界極需改進的目標。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種操作簡單、精度高的水分含量測定裝置，使其克服現(xiàn)有的水分含量測定方法的不足。
[0008]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種水分含量測定裝置，包括水分測量室、壓力平衡室、真空栗、絕對壓力傳感器、信號放大器和微處理器，
[0009]所述水分測量室為密閉容器，用于放置待測量材料；
[0010]所述水分測量室、壓力平衡室和真空栗依次連接，且在所述壓力平衡室與水分測量室和壓力平衡室與真空栗之間的連接管道上分別安裝真空閥門；
[0011]所述絕對壓力傳感器的一端與所述壓力平衡室相連，其另一端通過信號放大器與微處理器相連。
[0012]作為本發(fā)明的一種改進，還包括所述差分壓力傳感器，所述差分壓力傳感器分別通過兩根連接管道與所述水分測量室相連，且其中一根連接管道上安裝有真空閥門，所述差分壓力傳感器還通過導線與所述信號放大器連接。
[0013]進一步改進，還包括溫控裝置，所述溫控裝置為恒溫加熱裝置，設置在所述水分測量室的底部。
[0014]進一步改進，所述溫控裝置與所述微處理器相連并由其控制。
[0015]進一步改進，所述真空閥門為真空電磁閥。
[0016]本發(fā)明還提供一種水分含量測定方法，所述方法步驟包括:
[0017](I)先將待測量材料放入密閉容器中，再將所述密閉容器抽真空；
[0018](2)通過壓力傳感器實時測量所述密閉容器中的壓力變化，并將所述壓力傳感器測量到的壓力信號傳送至微處理器，通過所述微處理器計算所述待測量材料中的水分含量。
[0019]作為本發(fā)明的一種改進，所述步驟(I)中所述密閉容器通過壓力平衡室與抽真空裝置連接。
[0020]進一步改進，所述步驟(2)中通過差分壓力傳感器實時測量所述密閉容器中的壓力變化。
[0021]采用上述的技術方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:
[0022]本發(fā)明通過設置密閉容器，并利用水的沸點隨壓力減低而降低的原理，通過給密閉容器抽真空，并采用壓力傳感器實時檢測該密閉容器的壓力變化，最后通過微處理器計算待測量材料的含水量。該裝置設備簡單，方法測量精確度高，且測量成本大大降低。
【附圖說明】
[0023]上述僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，以下結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0024]圖1是本發(fā)明水分含量測定裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明水分含量測定方法利用水的沸點隨壓力減低而降低的原理，先將待測量材料置于密閉容器中，該密閉容器通過電磁閥門與真空栗相連，通過真空栗的運行使該容器和待測量材料處于低壓力狀態(tài)，此時待測量材料中的水分極易蒸發(fā)。由于待測量材料處于密閉容器中，當其水分蒸發(fā)，會改變密閉容器的壓力.再通過使用壓力傳感器測量密閉容器的壓力變化，以及密閉容器中壓力變化與待測量材料水分蒸發(fā)量的對應關系，計算出該待測量材料中的水分含量。例如，在常壓下(0.1MPa)水的沸點是100攝氏度，而當容器內的壓力達到3450Pa時，水的沸點是25攝氏度，從而使得待測量材料中的水分在室溫下就能進行氣化蒸發(fā)。當密閉容器的體積和溫度一定時，密閉容器內的壓力和待測量材料的水分蒸發(fā)量可以用理想氣體定律描述，如下式(I)
[0026]PV = NRT (I)
[0027]其中，P是密閉容器內的壓力;V是密閉容器的體積;T是密閉容器和待測量材料的溫度;R是理想氣體常數(shù)(Boltzmann constant) ;N是所蒸發(fā)水分的摩爾(mole)數(shù)。
[0028]容器的體積V是一個固定的設計常數(shù)，若實時、同步、高頻率的測量密閉容器的壓力和溫度，通過公式(I)的計算可以得到任一瞬間材料所蒸發(fā)的水分摩爾數(shù)。而水的摩爾重量(18克/摩爾)是已知物理常數(shù)，通過換算所蒸發(fā)的水分摩爾數(shù)，可以得到任一瞬間所蒸發(fā)水分的重量，如克、毫克或微克等。
[0029]再利用微處理器中嵌入式軟件對水分蒸發(fā)的瞬間重量進行時間積分(累加)，則可得到截止到當前時間為止材料蒸發(fā)的所有水分總量。同時，嵌入式軟件也實時監(jiān)測蒸發(fā)量隨著時間的變化，當待測量材料蒸發(fā)的水分量不再變化時，說明待測量材料中的水分已經完全蒸發(fā)，停止測量過程，此時的水分蒸發(fā)總量即是待測量材料的含水量。
[0030]且本發(fā)明水分測量的精度也大大高于常規(guī)的加熱稱重法。由理想氣體定律(公式I)，對壓力和摩爾數(shù)取導數(shù)，壓力的變化(dP)和氣體摩爾數(shù)的變化(dN)比值(dP/dN)是單位氣體摩爾數(shù)的變化所對應的壓力變化靈敏度，如下式(2):
[0031]dP/dN=RT/V(2)
[0032]當待測量材料的體積很小時，密閉容器的體積(V)可以很小，此時由公式(2)可得出，壓力變化靈敏度可以達到很大，即使微克甚至納克的水分蒸發(fā)也會引起壓力變化，從而使得高精度水分測量成為可能。而常規(guī)的加熱稱重法測量微克至納克的水分含量會非常困難，即使可能，也需要昂貴的高精密天平，成本很高。
[0033]參照附圖1所示，本實施例水分含量測定裝置包括水分測量室1、溫控裝置9、壓力平衡室4、真空栗5、絕對壓力傳感器3、信號放大器10和微處理器8。
[0034]水分測量室I是一密閉容器，用來放置待測量材料2。且其上設置真空電磁閥門15與外界連通，用于平衡水分測量室內外的壓力。
[0035]溫控裝置9是一恒溫加熱裝置，設置在水分測量室I的底部，其溫度變化通過微處理器8控制。本實施例選用300瓦的脈沖加熱裝置，能夠補償待測量材料蒸發(fā)時所消耗的熱量和環(huán)境溫度的變化，保證水分測量室I在測定過程中始終保持恒溫。
[0036]壓力平衡室4用于壓力平衡，其通過空氣管道6分別連接水分測量室I和真空栗5，且在壓力平衡室4與水分測量室I和壓力平衡室4與真空栗5之間的空氣管道6