专利名称:用于测定精煤中全水份的微波测水仪的制作方法
本实用新型属于微波测量仪表。
在本实用新型以前，选煤厂发车的商品精煤全水份的测定，一直是沿用传统的烘干称重法(如国际GB211－84《煤中全水份的测定方法》，需要煤样量大、操作麻烦、测定时间长，一般双样测定至少需要80分钟以上。
最近国内出现一种WB－1型微波煤水份快速测定仪(“选煤技术”1986年一期)，它是直波导、喇叭天线结构，利用衰减测量方法，并以模拟表指示，操作复杂，要求被测煤样的粒度小于3毫米，测量精度为±1％，不能满足国标GB211－84的规定，只能应用于生产工艺的检查。
其他领域，如粮食、石油、土壤、化肥、水泥等物料所使用的微波测水仪的结构与本实用新型不同，因为这些物料的粒度组成、含水状态与精煤比较相差很大，不能直接转用于精煤全水份的测定。
本实用新型的任务是提供一种快速测定精煤中全水份的微波测水仪，测量精度满足国标GB211－84的要求，用以代替现行的烘干称重法。
用微波测定煤的水份是把煤看作微波波段里的电介质，通常煤的介电常数是3，水的介电常数是65－75，则煤和水混合后介电常数主要取决于水的介电常数。微波通过含水的煤炭传输，对微波信号的影响程度，也主要取决于煤炭含水的大小。本仪器采用了E－H调谐器，它依据微波测量理论，微波在测量系统中的反射系数r＝Acos(K－φ)eJ(K－φ)式中A是常数；K是E－H调谐器的H臂反射相位角；φ是E－H调谐器的E臂反射相位角。
微波信号通过不同含水量的煤样时，将引起E－H调谐器H臂端的阻抗变化，并使其反射系数发生变化。
根据上述原理，本实用新型的特征微波源［1］发出的微波信号，经E－H调谐器［5］馈入自动平衡取样器［7］中的被测物料试样传输，其反射信号经E－H调谐器［5］2端口馈入微波探头［8］，并将其转变为直流毫伏信号，该信号经前置放大器［21］、反相器［22］、校正放大器［23］的处理转变为数字信号，一路由显示器［24］直接显示出被测物料试样的全水分测量值，另一路经V／F转换器［25］、读数寄存器［26］、程控器［27］及打印机［28］顺序打印出试样全水份测定值。
以下将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
附图一所示，本实用新型的原理方框图。
附图二所示，自动平衡取样器的结构。
附图三所示，附图二沿A－A的剖面图。
参照附图一，本仪器划分为微波测量系统、信号处理及显示打印系统、总控系统及电源系统。
1.微波测量系统它由微波源［1］、E－H调谐器［5］、自动平衡取样器［7］及微波探头［8］所组成。其中微波源［1］采用频率范围fo＝4.0－4.3GHz波导型耿氏固态源。所说的E－H调谐器［5］是由频率范围3.95－5.85GHz的ED－5／008型魔T［3］、BD－5／018型可变电抗［4］及隔离器［2］、［6］所构成。一个前隔离器［2］的输入端口与微波源［1］的输出端口连接，该隔离器［2］的输出端口与魔T［3］的1端口连接；另一个后隔离器［6］的输入端口与魔T［3］的2端口连接，该隔离器［6］的输出端口与微波探头［8］的输入端口连接；魔T［3］的E臂端口与可变电抗［4］端口连接，魔T［3］的H臂端口与自动平衡取样器［7］的测量口［10］(见附图3)连接。
影响本仪器测量精度的主要因素是试样颗粒的均匀性及装样的松散程度，对于精煤试样一般粒度为0－13毫米，每次装样必出现颗粒排列不匀、松散程度不一，将影响测量精度。针对上述问题，为消除人为装样的影响，本仪器采用了自动平衡取样器［7］，它的结构如附图2、附图3所示，是取样盒［9］、测量口［10］、平衡支撑器［11］、磁力器［12］、磁力器绕组导线［13］、接线柱［14］及壳体［15］所构成；其中取样盒［9］是用聚四氟乙烯材料制成，这种材料对微波传输衰减很小。所说的磁力器［12］实际上就是由E型铁芯和线径0.6－0.8毫米、560－750匝的绕组构成的电磁铁。磁力器绕组导线［13］通过接线柱［14］与附图1所示的总控源［16］和速度控制器［20］连接。当试样随意装入取样盒［9］，并使其装满为止，随后按下复位钮［17］，总控器［18］开始工作，将输出一连串工作脉冲去控制TF控制器［19］的工作周期和频率，在TF控制器［19］授控期内，TF控制器［19］将把周期和频率的信号馈入速度控制器［20］，使其控制自动平衡取样器［7］的磁力器［12］，使磁力器［12］产生冲力，使其取样盒［9］沿垂直方向振动，振动频率为0.5－0.8Hz，振幅10－15毫米，振动周期45秒就能有效地保证进入取样盒［9］中的试样的松散度及粒度排列。支撑平衡器［11］能保持取样盒［9］沿垂直方向振动时，起到定位和复原的作用。
2.信号处理及显示打印系统它由前置放大器［21］、反相器［22］、校正放大器［23］、显示器［24］、V／F转换器［25］、计数寄存器［26］、程控器［27］及打印机［28］所组成。
微波探头［8］把反射的微波信号转变为直流毫伏信号，并把这个信号馈入前置放大器［21］，该前置放大器［21］是由两支XFC78D固体电路构成，它采用了二级深度反馈进行微信号的放大，放大后的信号馈入由一支XFC78D固体电路构成的反相器［22］的负端，同时由ZF40稳压电源组件所构成的电源［29］输出的1.5V电压作为基准电压而馈入反馈入反相器［22］的正端，进行倒相，使试样的水份测量值与其输出值同步。倒相后的信号输入至由两支XFC78D固体电路组成的校正放大器［23］，用以校正反相器［22］的输出信号，以达到实际输出的显示值与试样水份值相符，它实际是一种导数单调上升的函数复制电路，由一节精密整流器和一支加法运算器构成，通过该校正放大器［23］较容易地订出本仪器测定水份的下限，即仪器的订标。
从校正放大器［23］输出的信号分两路，一路馈入显示器［24］直接以数字显示试样水份测量值；另一路馈入V／F转换器［25］，该转换器［25］受控于总控器［18］，总控器［18］产生的指令信号馈入V／F转换器［25］后，该转换器［25］把其输入的试样水份模拟信号转换成相应的数字脉冲，这个数字脉冲馈入计数寄存器［26］寄存起来，待程控器［27］发出指令脉冲时，将依次打开计数寄存器［26］中的三态门，数字信号通过光电隔离器馈入打印机［28］，顺次的打印出试样水份测量值。前文所述的V／F转换器［25］是由一支DL8105B固体电路构成；计数寄存器［26］是四支cc4017B或MC4017B固体电路构成，此外尚有八支74LS367A固体电路组成的四个三态门；所述的程控器［27］是由二支CD4017B，三支CD4011B及二支CD4081B固体电路构成；打印机［28］可以是任何型号的，以CASI0FR－120打印机为佳。
3.总控系统是由复拉钮［17］及总控器［18］组成。如前文所述，按下复位钮［17］，总控器［18］开始工作，并发出一连串工作脉冲，指令TF控制器［19］、速度控制器［20］及自动平衡取样器［7］工作，另方面指令V／F转换器［20］工作，待程控器［27］发出指令脉冲时，计数寄存器［26］及打印机［28］工作。总控器［18］是由一支5G601固体电路组成。
4.电源系统本仪器外接交流220V电源，通过W317集成稳定器形成＋20V的微波源电源［30］、－11V～16V总控源电源［16］、－24V总控器电源［31］、－12V总控器电源［32］、±15V的放大器电源［33］，由ZF40稳压电源组件组成的1.5V基准电压和由W317组成的＋5V计数寄存器电源［29］。
本仪器为台式箱体结构，机箱采用电子工业部标准TFF机箱，整机是一体性的，对于各高频及微信号联结处均采用屏蔽电缆和插头座联结，整个微波系统均采用法兰联结并加封。
本仪器对于煤炭测水的主要技术指标煤炭全水份测定范围6－14.5％(精煤全水份一般为8－13.5％)；测量精度当煤炭水份＜10％时，绝对误差＜±0.4％，双样平行误差＜0.4％；当煤炭水份＞10％时，绝对误差＜±0.5％，双样平行误差＜0.5％；被测煤样的粒度0－13毫米；测量时间≤55秒。
本仪器的测量精度完全满足国标GB211－84的要求，与传统的烘干称重法比较，本仪器的突出优点是测量速度快、设备轻巧、操作简便、减轻化验人员的繁重劳动，它是选煤厂测定发车商品精煤全水份的一种新型仪器。
权利要求
1.一种微波测水仪，它是由微波源[1]、总控系统及电源系统组成，其特征是微波源[1]的输出端联结一个E-H调谐器[5]，在E-H调谐器[5]的H臂端联结自动平衡取样器[7]，在E-H调谐器[5]的2端口联结微波探头[8]，构成微波测量系统，微波探头[8]的输出信号，经前置放大器[21]、反相器[22]、校正放大器[23]、显示器[24]直接以数字显示试样全水份测量值，另一路由校正放大器[23]输出信号，经V/F转换器[25]、计数寄存器[26]、程控器[27]及打印机[28]打印出试样全水份测定值。
2.按照权利要求
1所述的微波测水仪，其特征是E－H调谐器［5］由魔T［3］与魔T［3］1端口联结的前隔离器［2］、与2端口联结的后隔离器［6］、与E臂端口联结的可变电抗［4］所构成。
3.按照权利要求
1或2所述的微波测水仪，其特征是E－H调谐器［5］组件的频率范围3.95－5.85GHz。
4.按照权利要求
1所述的微波测水仪，其特征是自动平衡取样器［7］的取样盒［9］通过测量口［10］安设在磁力器［12］的顶部，采用平衡支承器［11］，使取样盒［9］沿垂直方向振动时的定位和复原。
5.按照权利要求
4所述的微波测水仪，其特征是磁力器［12］由E型铁芯、线径0.6－0.8毫米、560－750匝的绕组构成。
6.按照权利要求
4或5所述的微波测水仪，其特征是磁力器［12］绕组与速度控制器［20］、TF控制器［19］电联结。
专利摘要
一种用于测定精煤全水份的微波测水仪，它是由微波源、E-H调谐器、自动平衡取样器、微波探头及数据处理系统所组成，并以数字显示和打印机给出煤样全水份的测量值。本仪器对煤炭全水份测量范围为6-14.5％，被测煤样粒度0-13毫米，测量时间不超过55秒。具有测量精度高、测量速度快、操作简便的特点，完全满足国标GB211-84的要求。
文档编号G01N22/00GK86205895SQ86205895
公开日1987年7月8日 申请日期1986年8月12日
发明者王金柱 申请人:煤炭部煤炭科学研究院唐山分院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan