專(zhuān)利名稱(chēng)：電容式物料水分測(cè)定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物料水分測(cè)定儀，具體說(shuō)是涉及一種電容式物料水分測(cè)定儀。
背景技術(shù)：
電容法是一種常用的測(cè)試物料水分的方法，它利用物料含水率高時(shí)介電常數(shù)增高的原理進(jìn)行測(cè)量。中國(guó)專(zhuān)利86101309《松散物質(zhì)水分測(cè)定儀》、86200819《電容式快速水分儀》、86210321《量杯式微電腦谷物水分測(cè)定儀》、87205091《袖珍式固體物質(zhì)水分快速測(cè)定儀》、87206844《袖珍式糧食水分快速測(cè)定儀》、88205362.0《高頻電容式水分快速測(cè)定儀》、93212522《電容式物質(zhì)水分測(cè)定儀》、93235926.4《寬溫低功耗糧食水分測(cè)量?jī)x》、95201164.6《分體式電腦水分速測(cè)儀》、96206503.X《糧食在線(xiàn)水分測(cè)定儀》、96246614.X《糧食水分多點(diǎn)在線(xiàn)檢測(cè)儀》等均采用了測(cè)量電容的方法。但用電容法測(cè)試物料水分時(shí)物料的視密度也極大地影響粉粒狀物料的介電常數(shù)，從而粉粒狀物料的密實(shí)程度將造成含水率的測(cè)量誤差。這是電容式水分測(cè)定儀精度不高的主要原因。溫度變化使物料介電常數(shù)與水分的關(guān)系發(fā)生變化，另外溫度也會(huì)使測(cè)量電路的參數(shù)發(fā)生變化，造成測(cè)量誤差。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種在利用電容法測(cè)量含水率時(shí)，不但測(cè)量介電常數(shù)，而且測(cè)量物料的介質(zhì)損耗和環(huán)境溫度，并利用這三個(gè)參數(shù)與含水率的函數(shù)關(guān)系求出物料的含水率的電容式物料水分測(cè)定儀。
本實(shí)用新型的目的可通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的電容式物料水分測(cè)定儀包括與測(cè)量電容組成分壓電路的固定電容器、緩沖放大器、波形發(fā)生器、A/D轉(zhuǎn)換器、物料探測(cè)器、數(shù)字式溫度傳感器、單片機(jī)、接口電路、顯示儀表或上位計(jì)算機(jī)；其中由單片機(jī)控制的波形發(fā)生器輸出的幅值恒定的正弦波或方波波形加到由固定電容器和測(cè)量電容組成的分壓電路；測(cè)量電容輸出的電壓波形經(jīng)輸出端接入緩沖放大器的輸入端；緩沖放大器的輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入端；單片機(jī)的I/O端口分別與A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸出端、物料探測(cè)器的輸出端和數(shù)字式溫度傳感器的數(shù)字量輸出端相連接；單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)接口電路接入顯示裝置；由顯示裝置完成數(shù)學(xué)處理工作，并計(jì)算顯示出物料的含水率。
本實(shí)用新型中所述物料探測(cè)器是由相對(duì)安裝在支架上的紅外發(fā)光二極管、紅外接收管組成。所述測(cè)量電容是由位于物料探測(cè)器下方的其內(nèi)包裹有外電極的環(huán)形外電極絕緣殼、通過(guò)連接支承件安裝在環(huán)形外電極絕緣殼中軸線(xiàn)位置處的其內(nèi)包裹有中心電極的中心電極絕緣殼組成。
本實(shí)用新型中所述顯示裝置為外接顯示儀表，也為外接上位計(jì)算機(jī)。
本實(shí)用新型中所述環(huán)形外電極絕緣殼的截面形狀也可為其它任意合適的形狀，諸如八角形結(jié)構(gòu)等。
本實(shí)用新型將被測(cè)物料置于環(huán)形外電極絕緣殼與中心電極絕緣殼之間，儀器具有可測(cè)量電容量和介質(zhì)損耗的電路波形發(fā)生器、緩沖放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和溫度傳感器。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于在利用電容法測(cè)量含水率時(shí)，不但可測(cè)量介電常數(shù)，而且還可測(cè)量物料的介質(zhì)損耗和環(huán)境溫度，并利用這三個(gè)參數(shù)與含水率的函數(shù)關(guān)系求出物料的準(zhǔn)確含水率。


圖1是本實(shí)用新型的電容式物料水分測(cè)定儀的電路原理框圖。
圖中1是固定電容器，2是測(cè)量電容，3是緩沖放大器，4是波形發(fā)生器，其輸出的幅值恒定的波形可以是正弦波也可以是方波，5是A/D轉(zhuǎn)換器，6是物料探測(cè)器，7是溫度傳感器，8是單片機(jī)，9是接口電路，10是顯示裝置(可以是顯示儀表或上位計(jì)算機(jī))。
圖2是本實(shí)用新型的電容式物料水分測(cè)定儀的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是圖2的A向視圖。
圖中11是物料探測(cè)器的支架，12是物料探測(cè)器的紅外發(fā)光二極管，13是紅外接收管，14是電路板，15是中心電極絕緣殼，16是包在絕緣殼內(nèi)的中心電極，17是外電極絕緣殼，18是包在絕緣殼內(nèi)的外電極，19是用于連接顯示儀表或上位計(jì)算機(jī)電纜線(xiàn)插座。
圖4是本實(shí)用新型的電路原理圖(采用方波方式測(cè)電容量和介質(zhì)損耗的圖中1是云母固定電容器，2是由中心電極和外電極形成的測(cè)量電容，3是用AD820組成的緩沖放大器，4是由MAX314組成的波形發(fā)生器和測(cè)量電容放電電路，5是包含在PIC17F873單片機(jī)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器，6是由紅外發(fā)光二極管和紅外接收管組成的物料探測(cè)器，7是溫度傳感器，采用LM77集成溫度傳感器，8是PIC16F873單片機(jī)，9是MAX485電路組成的RS-485接口電路，19是電纜插座，20是電源部分。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型以下將結(jié)合實(shí)施例(附圖)作進(jìn)一步描述，但并不限制本實(shí)用新型。
如圖1所示，本實(shí)用新型的電容式物料水分測(cè)定儀包括與的測(cè)量電容(2)組成分壓電路的固定電容器(1)、緩沖放大器(3)、波形發(fā)生器(4)、A/D轉(zhuǎn)換器(5)、物料探測(cè)器(6)、數(shù)字式溫度傳感器(7)、單片機(jī)(8)、接口電路(9)、顯示儀表或上位計(jì)算機(jī)(10)；其中由單片機(jī)(8)控制的波形發(fā)生器(4)輸出的幅值恒定的方波波形加到由固定電容器(1)和測(cè)量電容(2)組成的分壓電路；測(cè)量電容(2)上的電壓波形經(jīng)輸出端接入緩沖放大器(3)的輸入端；緩沖放大器(3)的輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器(5)的模擬電壓輸入端；單片機(jī)(8)的I/O端口分別與A/D轉(zhuǎn)換器(5)的數(shù)字量輸出端、物料探測(cè)器(6)的輸出端和數(shù)字式溫度傳感器(7)的數(shù)字量輸出端相連接；單片機(jī)(8)采集的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)接口電路(9)接入上位計(jì)算機(jī)(10)；由上位計(jì)算機(jī)完成數(shù)學(xué)處理工作，并計(jì)算顯示出物料的含水率。如圖2、3所示，在電容式物料水分測(cè)定儀的支架(11)上相對(duì)安裝有由紅外發(fā)光二極管(12)、紅外接收管(13)組成的物料探測(cè)器(6)，位于物料探測(cè)器下方設(shè)置有由其內(nèi)包裹有外電極(18)的環(huán)形外電極絕緣殼(17)、通過(guò)連接支承件安裝在環(huán)形外電極絕緣殼(17)中軸線(xiàn)位置處的其內(nèi)包裹有中心電極(16)的中心電極絕緣殼(15)組成的測(cè)量電容(2)，在電容式物料水分測(cè)定儀的殼體上設(shè)置有用于連接上位計(jì)算機(jī)的電纜線(xiàn)插座(19)，電路板(14)通過(guò)連接件安裝在殼體內(nèi)。
本實(shí)用新型系統(tǒng)工作原理如下參考圖2，在環(huán)形外電極絕緣殼(17)與中心電極絕緣殼(15)之間充填著被測(cè)物料，形成了測(cè)量電容2；紅外發(fā)光二極管12和紅外接收管13組成了物料探測(cè)器6，當(dāng)然，也可采用其它形式的物料探測(cè)器，比如電容式接近開(kāi)關(guān)。參考圖1、圖4，模擬開(kāi)關(guān)MAX314在單片機(jī)PIC16F873的控制下產(chǎn)生一系列的方波，方波的高電平為電源20輸出的8伏電壓，低電平為0伏；方波通過(guò)云母固定電容器1加到測(cè)量電容2上，測(cè)量電容2上的電壓波形經(jīng)過(guò)增益為1的緩沖放大器3緩沖后送入單片機(jī)PIC16F873的A/D轉(zhuǎn)換器輸入端，電阻R1、R2分壓得到的與方波幅值電壓成正比的參考電壓送入單片機(jī)PIC16F873的A/D轉(zhuǎn)換器參考電壓輸入端，因此A/D轉(zhuǎn)換器的輸出只與固定電容1和測(cè)量電容2的分壓比有關(guān)，與方波電壓的幅值無(wú)關(guān)，減少了誤差來(lái)源。為了減少測(cè)量電路對(duì)測(cè)量電容2的影響，緩沖放大器3采用低偏置電流的軌至軌運(yùn)算放大器AD820，并且不用偏置電路，只是在方波的低電平時(shí)期通過(guò)低泄漏電流的模擬開(kāi)關(guān)MAX314將測(cè)量電容2短路放電。在方波的高電平時(shí)期，方波電壓通過(guò)電容1加到測(cè)量電容2上，由于電容2的介質(zhì)損耗的影響，電容2的電壓呈指數(shù)曲線(xiàn)下降，起始電壓與測(cè)量電容2的電容量有關(guān)，電壓下降的程度與電容2的介質(zhì)損耗即被測(cè)物料的介質(zhì)損耗有關(guān)。單片機(jī)PIC16F873控制A/D轉(zhuǎn)換器，采集測(cè)量電容2波形起始時(shí)的電壓和高電平波形結(jié)束前的電壓，這兩個(gè)數(shù)據(jù)與測(cè)量電容2的電容量和介質(zhì)損耗相關(guān)，也就是與物料的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗有關(guān)，而這兩個(gè)參數(shù)與物料的含水率有關(guān)。如果波形發(fā)生器輸出的是正弦波，則可通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器測(cè)量出測(cè)量電容2上正弦波電壓波形的幅值和相位角，即可測(cè)出測(cè)量電容2的電容量和介質(zhì)損耗。數(shù)字溫度傳感器LM77通過(guò)I2C總線(xiàn)將環(huán)境溫度數(shù)據(jù)送入單片機(jī)。當(dāng)物料遮擋住物料探測(cè)器6的紅外發(fā)光二極管12和紅外接收管13之間的光路時(shí)，物料探測(cè)器輸出高電平，表示采集的數(shù)據(jù)有效；無(wú)物料時(shí)，物料探測(cè)器輸出低電平，表示采集的數(shù)據(jù)無(wú)效。非在線(xiàn)式的水分測(cè)試儀可省略物料探測(cè)器。單片機(jī)PIC16F873通過(guò)9接口電路MAX485和電纜插座19將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)或?qū)Ｓ蔑@示儀表10。上位計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ蔑@示儀表利用電容、介質(zhì)損耗和環(huán)境溫度與含水率的函數(shù)關(guān)系求出物料的含水率。
電容、介質(zhì)損耗和環(huán)境溫度與含水率的函數(shù)關(guān)系可以通過(guò)標(biāo)定的辦法求得。標(biāo)定時(shí)，先制備若干份含水率不同的物料樣本并用標(biāo)準(zhǔn)方法精確測(cè)定樣本的含水率，然后在不同的環(huán)境溫度下測(cè)試各樣本在不同充填密實(shí)程度下的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，通過(guò)數(shù)學(xué)的方法即可求出它們之間的函數(shù)關(guān)系。
權(quán)利要求1.一種電容式物料水分測(cè)定儀，其特征在于它包括與測(cè)量電容(2)組成分壓電路的固定電容器(1)、緩沖放大器(3)、波形發(fā)生器(4)、A/D轉(zhuǎn)換器(5)、物料探測(cè)器(6)、數(shù)字式溫度傳感器(7)、單片機(jī)(8)、接口電路(9)、顯示儀表或上位計(jì)算機(jī)(10)；其中由單片機(jī)(8)控制的波形發(fā)生器(4)的輸出端接入由固定電容器(1)和測(cè)量電容(2)組成的分壓電路；測(cè)量電容(2)的輸出端接入緩沖放大器(3)的輸入端；緩沖放大器(3)的輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器(5)的模擬電壓輸入端；單片機(jī)(8)的I/O端口分別與A/D轉(zhuǎn)換器(5)的數(shù)字量輸出端、物料探測(cè)器(6)的輸出端和數(shù)字式溫度傳感器(7)的數(shù)字量輸出端相連接；單片機(jī)(8)采集的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)接口電路(9)接入顯示裝置(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式物料水分測(cè)定儀，其特征在于所述物料探測(cè)器(6)是由相對(duì)安裝在支架(11)上的紅外發(fā)光二極管(12)、紅外接收管(13)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式物料水分測(cè)定儀，其特征在于所述測(cè)量電容(2)是由位于物料探測(cè)器(6)下方的其內(nèi)包裹有外電極(18)的環(huán)形外電極絕緣殼(17)、通過(guò)連接支承件安裝在環(huán)形外電極絕緣殼(17)中軸線(xiàn)位置處的其內(nèi)包裹有中心電極(16)的中心電極絕緣殼(15)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式物料水分測(cè)定儀，其特征在于所述顯示裝置(10)為外接顯示儀表。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式物料水分測(cè)定儀，其特征在于所述顯示裝置(10)為外接上位計(jì)算機(jī)。
專(zhuān)利摘要一種電容式物料水分測(cè)定儀，其特征在于它包括與測(cè)量電容(2)組成分壓電路的固定電容器(1)、緩沖放大器(3)、波形發(fā)生器(4)、A/D轉(zhuǎn)換器(5)、物料探測(cè)器(6)、數(shù)字式溫度傳感器(7)、單片機(jī)(8)、接口電路(9)、顯示儀表或上位計(jì)算機(jī)(10)；其中由單片機(jī)控制的波形發(fā)生器的輸出端接入由固定電容器和測(cè)量電容組成的分壓電路；測(cè)量電容的輸出端接入緩沖放大器的輸入端；緩沖放大器的輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入端；單片機(jī)的I/O端口分別與A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸出端、物料探測(cè)器的輸出端和數(shù)字式溫度傳感器的數(shù)字量輸出端相連接；單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)接口電路接入顯示裝置。
文檔編號(hào)G01N27/22GK2618165SQ0323528
公開(kāi)日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2003年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月16日
發(fā)明者徐平均, 王飛軍 申請(qǐng)人:徐平均, 王飛軍