班 级 09通信工程（2）班
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指导老师
1.为何要测量煤炭水含量 . . . . . . . . . . . . .3
2.间接法测量包括哪些方法 . . . . . . . . . . 4
3.微波法原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
4.总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
用微波法测量煤炭中水分
人类的智慧是无止境的。从工业革命开始以后，科学技术飞速发展。我们发现了许多大自然赋予我们的东西，掌握了很多能够让我们更好生存的科学技术。微波就是其中之一。微波最重要的应用是雷达和通信。此外，在工农业生产、科学研究、医学、生物学以及人民生活等方面都有广泛的应用。在工农业生产上的应用主要包括测量和加热两个方面。测量属于弱功率应用，利用微波可以测量包括温度、湿度、厚度、速度、长度等各种非电量，其特点是测量设备不需要与被测量的对象接触(非接触式测量)，特别适宜在生产流水线上连续监测并进行实时自动控制。
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，作为相关专业的当代大学生，该尽自己的一份责任去解决。
（1）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。
（2）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。
（3）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。
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，我们能否采取更为优化的方法去测量水分含量呢？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。
图1 250C水的复介电常数与频率的关系
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形式表示为： （1）
（1）式中（图1中实线）代表介质的储能特性；(图1中虚线)是弛豫损耗造成的，代表介质的耗能特性。和大小与电场频率有关。在微波频段（109～1011 Hz）内水的损耗因子出现峰值，在 时≈40，而对于一般的介质，＜1。另一方面，水的介电常数的实部w也非常大，时，≈64，一般介质＜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、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。
电磁波在电介质材料中传播时，其传播常数，可由材料的介电常数的特性来表示。在自由空间：
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