一種造紙毛毯水分測試儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：包括微處理器和與微處理器相連的鍵盤輸入電路，微處理器的輸入端與WEB服務(wù)器相連，微處理器的輸出端與DAC模塊相連，WEB服務(wù)器的輸入端與溫度傳感器、信號調(diào)理電路相連，WEB服務(wù)器的輸出端通過以太網(wǎng)接口與電腦相連，信號調(diào)理電路的輸入端與測量轉(zhuǎn)換電路相連，測量轉(zhuǎn)換電路與激勵(lì)源相連。其設(shè)計(jì)合理、精確度高、成本較低、通用性好、工作效率高，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
【專利說明】一種造紙毛毯水分測試儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種材料成分測量裝置，尤其是涉及一種造紙毛毯水分測試儀?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著科學(xué)研究的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步水分的定量分析已被列為各類物質(zhì)理化分析的基本項(xiàng)目之一，作為各類物質(zhì)的一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)。紙張水分含量對印刷影響很大，水分太低，紙質(zhì)發(fā)脆，印刷中易產(chǎn)生靜電；含量過高，將會(huì)使油墨難以干燥。水分變化對紙的各種特性影響也很大，隨著水分的變化，其定量、抗張強(qiáng)度、柔韌性、耐折度等都將發(fā)生變化，紙張尺寸也會(huì)發(fā)生伸縮，甚至發(fā)生卷曲、翹邊、起皺、荷葉邊等現(xiàn)象。
[0003]傳統(tǒng)的直接水分測量法周期長，難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)對速度和連續(xù)化的要求，而非電量的電測方法是比直接法更高效的水分測量方法，當(dāng)前應(yīng)用十分廣泛。水分檢測方法原理上可以有:電阻法、電容法、中子法、微波法、紅外法、核磁共振法等。考慮物料對象特性，紅外法主要用于表面水分測量，多見于紙張水分檢測中，但其受物料顏色、粒度和料面蒸氣、表面特性影響較大；中子法和核磁共振法基于水分中氫原子效應(yīng)，系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)高，不能體現(xiàn)檢測對象的專用性。微波法是利用水對微波能量的吸收或作用于物料的微波參量隨水分變化的原理進(jìn)行水分測量，其測量值與物料成分有關(guān)，測量電路及信號處理較復(fù)雜，價(jià)格偏高。
[0004]電阻方法因其快速、準(zhǔn)確、成本低的特點(diǎn)一直是最常用的水分測量方法，但由于電阻方法存在信號強(qiáng)度小、取樣要求高、抗干擾性較差等缺陷，近年來出現(xiàn)了許多新的基于電阻測量原理的創(chuàng)新方法，如兩量程直流電阻法，脈沖電阻法，復(fù)阻抗分離法，交流阻抗法等。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是:提供一種造紙毛毯水分測試儀，其采用電導(dǎo)法測量紙張中水分含量，創(chuàng)新地提出基于脈寬測量的電阻比值法和測量信號的數(shù)據(jù)處理方法，響應(yīng)速度快，成本低。其設(shè)計(jì)合理、精確度高、成本較低、通用性好、工作效率高，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:包括微處理器和與所述微處理器相連的鍵盤輸入電路，所述微處理器的輸入端與WEB服務(wù)器相連，所述微處理器的輸出端與DAC模塊相連，所述WEB服務(wù)器的輸入端與溫度傳感器、信號調(diào)理電路相連，所述WEB服務(wù)器的輸出端通過以太網(wǎng)接口與電腦相連，所述信號調(diào)理電路的輸入端與測量轉(zhuǎn)換電路相連，所述測量轉(zhuǎn)換電路與激勵(lì)源相連。
[0007]上述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:所述微處理器采用Atreel公司的高速嵌入式單片機(jī)AT-megal28。
[0008]上述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:所述激勵(lì)源為由ICL8038芯片構(gòu)成正弦波信號發(fā)生電路。
[0009]上述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:所述溫度傳感器采用DALLAS公司的單總線器件DS18820。
[0010]上述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:所述信號調(diào)理電路采用555芯片構(gòu)成的非重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)觸發(fā)電路。
[0011]上述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:所述鍵盤輸入電路由模式鍵、力口鍵、減鍵、確認(rèn)鍵、退出鍵、測試鍵、平均鍵、清除鍵、停止鍵、修正鍵組成。
[0012]采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果為:
[0013]1、本實(shí)用新型的水分測試儀采用電導(dǎo)法測量紙張中水分含量，創(chuàng)新地提出基于脈寬測量的電阻比值法和測量信號的數(shù)據(jù)處理方法，響應(yīng)速度快，成本低。
[0014]2、本實(shí)用新型增加了以太網(wǎng)接口，可以通過web方式由客戶端訪問控制的跨平臺(tái)、跨瀏覽器；功能全面、操作靈活，具有以下優(yōu)點(diǎn):使用Web控制方式時(shí)，所有計(jì)算都在Web瀏覽器客戶端完成，大大減輕了測試儀處理器的運(yùn)算量。
[0015]綜上所述，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理、精確度高、成本較低、通用性好、使用方便、工作效率高，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的測量轉(zhuǎn)換電路電路圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的信號調(diào)理電路電路圖；
[0019]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的信號采樣波形圖。
[0020]其中:1、微處理器；2、以太網(wǎng)接口 ；3、激勵(lì)源；
[0021]4、測量轉(zhuǎn)換電路；5、溫度傳感器；6、信號調(diào)理電路；
[0022]7、鍵盤輸入電路；8、電腦；9、DAC模塊；10、WEB服務(wù)器。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0024]如圖1所示，一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:包括微處理器I和與所述微處理器I相連的鍵盤輸入電路7，所述微處理器I的輸入端與WEB服務(wù)器10相連，所述微處理器I的輸出端與DAC模塊9相連，所述WEB服務(wù)器10的輸入端與溫度傳感器5、信號調(diào)理電路6相連，所述WEB服務(wù)器10的輸出端通過以太網(wǎng)接口 2與電腦8相連，所述信號調(diào)理電路6的輸入端與測量轉(zhuǎn)換電路4相連，所述測量轉(zhuǎn)換電路4與激勵(lì)源3相連。
[0025]本實(shí)施例中，所述微處理器I采用Atreel公司的高速嵌入式單片機(jī)AT_megal28。它采用先進(jìn)的RISC精簡指令集結(jié)構(gòu)，具有128KB的在線可重復(fù)編程的FLASH、4KB的SRAM和4KB的E2PR0M，同時(shí)具有8 / 16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、PWM輸出模塊、UART, SPI等多種串行通信接口、可編程的看門狗定時(shí)器等功能模塊、豐富的外部和內(nèi)部中斷源、多種工作模式。這些特性使ATmegal28成為功能更強(qiáng)大的微控制器，更好地支持應(yīng)用于脈寬調(diào)制、高速I /
O、遞增/遞減計(jì)數(shù)能力等工業(yè)控制等場合。在程序中主要完成水分的采樣和高速處理、LCD顯示、鍵盤輸人、驅(qū)動(dòng)輸出、與PC機(jī)進(jìn)行通信等工作。該測定儀的測量的范圍在5?30%之間，精度在±0.2%，水分用2個(gè)字節(jié)表示，因此共需要IKB保存在某一溫度條件下的水分值，再加上溫度補(bǔ)償系數(shù)和密碼的設(shè)定。4KB空間已經(jīng)足夠了。它的可編程的看門狗定時(shí)器模塊能保證系統(tǒng)能夠可靠穩(wěn)定的工作。
[0026]本實(shí)施例中，所述激勵(lì)源3為由ICL8038芯片構(gòu)成正弦波信號發(fā)生電路。ICL8038是一種單片多種信號波形發(fā)生器，它內(nèi)部的自激振蕩器發(fā)生三角波和方波，波形變換電路將三角波變成正弦波，正弦波的失真度不大于0.1 %，工作頻率為0.001-300MHZ，信號頻率基本不受電源電壓影響，主要取決于外界恒流源電阻以及定時(shí)電容。
[0027]本實(shí)施例中，所述溫度傳感器5采用DALLAS公司的單總線器件DS18820。用于補(bǔ)償環(huán)境溫度對紙張內(nèi)部水分的影響，環(huán)境溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，省去了溫度傳感器的放大處理等環(huán)節(jié)，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。同時(shí)它只占用單片機(jī)的一個(gè)端口，節(jié)約了系統(tǒng)的硬件資源，因此具有較高的性價(jià)比。
[0028]本實(shí)施例中，所述信號調(diào)理電路6采用555芯片構(gòu)成的非重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)觸發(fā)電路。為提高響應(yīng)速度，555芯片采用CMOS工藝的7555型號，為消除電容由于長期工作所產(chǎn)生的變化誤差，測量采用電阻比值法，即在測量時(shí)首先對標(biāo)準(zhǔn)的精密參考電阻和電容構(gòu)成的電路進(jìn)行測量，測出它的脈沖寬度:
[0029]Tpl=Rref*C*ln3(l)。
[0030]再通過導(dǎo)通電阻為1Ω的電子開關(guān)MAX4624切換到測量輸入電阻的狀態(tài)，測出它的脈沖寬度:
[0031]Tp2=Rin*C*ln3(2)
[0032]式⑴和⑵相除就得到輸入電阻和脈寬的關(guān)系:
[0033]Rin=Tp2*R ref / Tpl (3)
[0034]一般情況下測量電阻和參考電阻都是兆歐級的，因此，由電子開關(guān)引入的測量誤差可以忽略。
[0035]電子開關(guān)和觸發(fā)信號都由單片機(jī)控制。脈寬的測量由單片機(jī)的外中斷和定時(shí)中斷來完成，由于單片機(jī)的外部中斷INTO和INTl均為負(fù)跳沿觸發(fā)中斷，因此在555的輸出端加一級反相器，INTO中斷采樣輸出信號的上跳沿，然后再經(jīng)過一級反相器，INTl采樣輸出信號的下跳沿。兩者采樣的時(shí)間差就是脈沖寬度。時(shí)間差的計(jì)算可由單片機(jī)的定時(shí)中斷來實(shí)現(xiàn)，在INTO的中斷程序里開啟定時(shí)中斷，在INTl的中斷程序里關(guān)閉定時(shí)中斷。信號的采樣波形如圖4所示。
[0036]本實(shí)施例中，所述鍵盤輸入電路7由模式鍵、加鍵、減鍵、確認(rèn)鍵、退出鍵、測試鍵、平均鍵、清除鍵、停止鍵、修正鍵組成。用于實(shí)現(xiàn)測量品種的選擇、參數(shù)的設(shè)定與修改、測試與數(shù)據(jù)處理等工作。
[0037]實(shí)際使用中，激勵(lì)源3產(chǎn)生交流激勵(lì)信號，交流激勵(lì)信號再傳送到測量轉(zhuǎn)換電路4，測量轉(zhuǎn)換電路4由隔離磁罐和補(bǔ)償電容組成，實(shí)現(xiàn)電信號隔離和導(dǎo)線電容補(bǔ)償，激勵(lì)源3經(jīng)過放大變成兩路振幅相同、相位相反的正弦波信號提供給電極和電容補(bǔ)償電路，隔離磁罐隔離現(xiàn)場并與電導(dǎo)儀直接相連，防止現(xiàn)場干擾竄入儀表。測量轉(zhuǎn)換電路4的電極與被測紙張接觸，加入的交流激勵(lì)信號與電極紙張一起組成回路，測得與水分成比例的電導(dǎo)值，再轉(zhuǎn)換成與電導(dǎo)成比例的電壓信號。電壓信號再經(jīng)過信號調(diào)理電路6轉(zhuǎn)換成脈寬信號，并以一定的方式存儲(chǔ)于WEB服務(wù)器10的數(shù)據(jù)庫中。用戶通過電腦8上的客戶端與系統(tǒng)交互通信，當(dāng)嵌入式Web Server服務(wù)器10接收到客戶端接發(fā)送的波形數(shù)據(jù)時(shí)，將調(diào)用底層驅(qū)動(dòng)將數(shù)據(jù)發(fā)送至微處理器1，最后由微處理器I通過內(nèi)部總線控制DAC模塊9轉(zhuǎn)換成所需的波形。
[0038]本實(shí)施例的紙張水分測定儀利用ATmegal28自身的4KB的E2PR0M用來存儲(chǔ)不同種類的紙張的水分的標(biāo)定值、一溫度補(bǔ)償系數(shù)和系統(tǒng)的密碼等參數(shù)。在使用之前需要進(jìn)行水分的標(biāo)定工作，把同一樣本分別在標(biāo)準(zhǔn)測定儀和本測定儀同時(shí)進(jìn)行比對測量，確定水分和電阻的關(guān)系，然后再通過鍵盤把對應(yīng)關(guān)系寫入E2PR0M中的相應(yīng)單元中保存起來，形成標(biāo)準(zhǔn)的測量曲線或數(shù)據(jù)表格。同時(shí)考慮到溫度的影響，必須加上溫度補(bǔ)償系數(shù)以進(jìn)行修正。在實(shí)際測量時(shí)，把當(dāng)前的測量值與這些標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，就可以實(shí)現(xiàn)水分的測量。
[0039]本實(shí)用新型不局限于上述具體的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)，不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)，所作出的種種變換，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:包括微處理器(I)和與所述微處理器(I)相連的鍵盤輸入電路(7)，所述微處理器(I)的輸入端與WEB服務(wù)器(10)相連，所述微處理器⑴的輸出端與DAC模塊(9)相連,所述WEB服務(wù)器(10)的輸入端與溫度傳感器(5)、信號調(diào)理電路(6)相連，所述WEB服務(wù)器(10)的輸出端通過以太網(wǎng)接口(2)與電腦⑶相連，所述信號調(diào)理電路(6)的輸入端與測量轉(zhuǎn)換電路(4)相連，所述測量轉(zhuǎn)換電路(4)與激勵(lì)源⑶相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:所述微處理器(I)采用Atreel公司的高速嵌入式單片機(jī)AT_megal28。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:所述激勵(lì)源(3)為由ICL8038芯片構(gòu)成正弦波信號發(fā)生電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:所述溫度傳感器(5)采用DALLAS公司的單總線器件DS18820。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:所述信號調(diào)理電路(6)采用555芯片構(gòu)成的非重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)觸發(fā)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于:所述鍵盤輸入電路(7)由模式鍵、加鍵、減鍵、確認(rèn)鍵、退出鍵、測試鍵、平均鍵、清除鍵、停止鍵、修正鍵組成。
【文檔編號】G01N27/12GK203786075SQ201420124835
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】劉晨 申請人:劉晨