如何利用微波测量湿度？

大多数非金属材料在生产、应用、运输、储藏过程中，需要保持一定的湿度，以保证物品的性能和质量。如湿度对照相胶片的质量有明显的影响；火箭燃料里要严格控制湿度，如有微量水分，就可能结冰而产生危险；在生产人造橡胶时，混合剂里水分也不能太多，否则反应器里会产生大量的乙炔，容易燃烧爆炸。

1.微波测湿的基本原理

测湿样品通常是某种介质和水的混合物，其复合介电常数介于水的介电常数和某种物质的介电常数之间，在频率为1～30Hz时，常温下水的相对介电常数为30～77，损耗角正切tanδ为0.12～0.17，而大多数绝缘物质的相对介电常数为1～5，损耗角正切为0.001～0.05。因此，水在微波波段的介电常数和损耗角正切比大多数脱水物质高得多，测湿样品中少量的含水量变化将导致复合介电常数很大的变化。故根据测湿样品介电常数的大小和其相关量，便可确定含水量的多少。

若采用透射法（或反射法）：对于TEM波，衰减常数和相移常数分别为

微波通过厚度为d的测湿样品后，其衰减和相移量分别为

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同时，随着样品湿度的不同，ε_r和tanδ数值也不同，也使微波通过样品后的振幅和相位将随样品的湿度而变。

若采用腔体微扰法：在谐振腔内放入测湿样品，则腔的谐振频率f₀和品质因数Q₀值将发生变化。

在实际测湿过程中，并不需要测出介电常数的值，而是直接测量微波衰减或相移，或者谐振频率，然后根据它们与湿度的定标曲线查得湿度。

2.最常用的微波测湿法方框图

微波测湿法有衰减法、相移法、反射波法、平衡桥路法、谐振腔法等。

其中最常用的双T平衡桥路法，其测试电路如图4.4-30所示。双T平衡桥路法测湿灵敏度高，适用于低水分或高分辨率测量。由于采用了桥路平衡，测量数据与晶体检波率无关，可降低对微波信号源稳幅的要求。在毫米波段可测量石油0.002%～0.1%的含水量（质量分数，余同），在3cm波段测粒状固体如磷酸氨含水量为0.2%～1.5%，其精度可达±0.1%。