硅谷杂志:压缩空气对红外水分仪测量误差影响 |
| 2012-11-02 08:44 作者：肖 辉 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网11月2日讯】据《硅谷》杂志2012年第16期刊文称，压缩空气能够保持红外水分仪探头窗口的清洁无污染，但是压缩空气开启与否以及压力大小会对测量精度造成不同程度的影响。在仪器各项指标和参数固定的情况下，压缩空气压力越大，测量显示值越小；物料水分越大，受压缩空气压力影响越大；压缩空气从关闭到开启至0.1Mpa区间内对物料水分测量误差影响最大。
TM710e水分仪是NDC公司研发的一种在线水分测量仪器，其工作原理是利用水分子对近红外光选择吸收的特点，通过测量吸收波长与参考波长的光强度之比，将光信号转换为水分的测量值（如图1所示）。近红外测量的特点决定了水分仪只能测量物料表层水分，在测量过程中，由于引入压缩空气对探头窗口进行清洁，而压缩空气的喷吹会对探测光路中的水分和物料表层水分造成一定影响，本实验中选取烟草加工制丝生产线三个不同含水率的工序点，将水分仪探头压缩空气分别调至不同的压力，观察水分仪测量显示值变化情况，并采用烘箱法对比，探寻压缩空气对水分仪探测精度的影响规律。
图1TM710e红外水分仪测量原理示意图
1材料与方法
1.1材料与设备仪器
许昌卷烟厂A牌号梗丝、某牌号叶片和叶丝；TM710e红外水分仪（英国NDC公司）、HANGPINGFA2004电子天平（上海天平仪器厂）、BINDER多功能烘箱（德国BINDER公司）。
1.2方法
1）选取水分值大小不同的三个工序点，将水分仪探头压力在0-0.3Mpa范围内调整，在不同压力条件记录水分仪显示值，并在相应的压力条件取样做烘箱对比，计算显示值与烘箱值误差的变化情况，此时仪器显示值代表水分仪检测值，烘箱法测量的水分值代表物料的实际水分，显示值与烘箱值之差相当于测量误差，该误差值的变化情况反映了仪器测量值接近实际值的程度。
2）工序点的选取：梗丝加料入口、叶片加料出口、叶丝加香出口，这三个工序点的水分值工艺范围分别为32.0±1.5%、19.5±1.0%、12.6±0.5%，且这三个工序点实际水分值不受自动加水控制程序的影响，在生产过程稳定的条件下，物料实际水分能够保持在较为稳定的状态值，以便在物料在实际水分相对稳定条件下，观察红外水分仪测量显示值变化情况。
3）水分仪安装条件与内部参数：探头与被测物料距离：250mm；探头与物料平面夹角：15°；TM710e参数：斜率：1，算法：1，响应时间：20s，Trim值：按日常生产时的修正值，实验时不作任何调整。
4）采样与烘箱测定：使用HMI和OWS界面进行采样，采样时间设置为10s，延时3s，采样时间段内连续抓取测量区域后面表层物料，并将样品迅速装入密封袋内并记录测量显示值，然后平衡水分30min后，按照实验室烘箱法对所取样品进行测定。
2结果与分析
表1各工序在不同压力条件下显示值与烘箱值数据
压缩空气压力（Mpa） 序号 梗丝加料入口 叶片加料出口 叶丝加香出口
显示值（%） 烘箱值（%） 差值（%） 显示值（%） 烘箱值（%） 差值（%） 显示值（%） 烘箱值（%） 差值（%）
0.00 1 33.67 32.15 1.52 20.68 19.82 0.86 12.97 12.59 0.38
2 33.82 32.17 1.65 20.73 19.75 0.98 12.94 12.63 0.31
3 33.81 32.26 1.55 20.66 19.84 0.82 12.93 12.60 0.33
4 33.80 32.05 1.75 20.69 19.77 0.92 12.98 12.64 0.34
5 33.64 32.12 1.52 20.71 19.79 0.92 12.89 12.61 0.28
0.10 1 32.18 31.87 0.31 19.99 19.78 0.21 12.68 12.58 0.10
2 32.18 31.80 0.38 19.98 19.83 0.15 12.63 12.55 0.08
3 32.31 31.96 0.35 19.99 19.79 0.20 12.65 12.59 0.06
4 32.31 32.01 0.30 20.03 19.86 0.17 12.62 12.58 0.04
5 32.18 31.95 0.23 19.96 19.84 0.12 12.65 12.56 0.09
0.20 1 31.91 32.13 -0.22 19.75 19.77 -0.02 12.59 12.63 -0.04
2 31.82 31.98 -0.16 19.59 19.74 -0.15 12.57 12.59 -0.02
3 31.86 31.95 -0.09 19.93 19.98 -0.05 12.59 12.63 -0.04
4 31.65 31.81 -0.16 19.64 19.83 -0.19 12.63 12.60 0.03
5 31.84 32.01 -0.17 19.57 19.69 -0.12 12.60 12.61 -0.01
0.30 1 31.69 31.99 -0.30 19.53 19.76 -0.23 12.51 12.69 -0.18
2 31.64 31.95 -0.31 19.47 19.60 -0.13 12.47 12.57 -0.10
3 31.86 32.07 -0.21 19.68 19.62 0.06 12.44 12.62 -0.18
4 31.79 32.07 -0.28 19.56 19.78 -0.22 12.48 12.58 -0.10
5 31.77 32.17 -0.40 19.55 19.76 -0.21 12.44 12.53 -0.09
2.1探头压缩空气压力对测量误差的影响
由图2可以看出，随着压缩空气压力的逐步开启与增大，显示值与烘箱值之间的误差值呈下降趋势，且从开启到0.1Mpa范围内对测量显示影响最大。压缩空气的喷吹作用，加速了物料表层空气的流动，进而使物料表层水分散发较快，而水分仪测量的仅为表层水分，因此水分仪测量值与烘箱值之间的差值会下降。
图2各工序水分在不同压力条件下误差值变化趋势图
2.2不同含水率物料受压缩空气压力影响规律
由图3可以看出，物料含水率越大，受压缩空气压力影响变化越大。本试验中，大水分物料在0-0.3Mpa内误差平均值变化量可达到1.9%，小水分物料在0-0.3Mpa内误差平均值变化量可达到0.46%。推测高水分物料受平衡含水率的影响，水分子蒸发速度远远大于水分子凝结速度，受压缩空气影响表层水分散失更快；低水分物料在制丝环境固定的温湿度条件下，吸湿速度与放湿速度接近平衡，水分散失相对较慢，受压缩空气压力影响相对较小。
图3不同含水率受压缩空气压力影响柱状图
3结论
在实验范围内，随着压缩空气压力的升高，水分仪显示值下降，且物料含水率越大，变化程度越大，尤其是0-0.1Mpa范围内压缩空气压力对测量误差影响最大。压缩空气的压力大小状况对于红外水分仪的零点标定具有十分重要的意义，在不开启压缩空气或者压缩空气压力极小的情况下，水分仪对应一个修正值（Trim值）来满足测量精度要求；当压缩空气压力改变以后，水分仪的修正值需要重新标定才能满足测量精度的要求。因此，严格控制水分仪探头压缩空气压力，对于保证探头窗口的清洁干燥和稳定在线测量精度、降低零点漂移等具有重大意义。
作者简介：
肖辉（1980-），男，汉族，大学本科，现为许昌卷烟厂助理工程师，主要从事制丝线关键设备工艺性能点检工作。
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