一種便攜式糧食含水率測量儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種便攜式糧食含水率測量儀，其屬于糧食水分檢測的技術領域，用于糧庫檢測糧食樣品的含水率。本實用新型公開的含水率測量儀，包括電容傳感器、電容檢測電路、質量檢測電路、溫度檢測電路、信號調理、A/D轉換、單片機、顯示器和打印機，其中，電容傳感器和質量傳感器輸出信號為模擬型，因此需對其輸出信號進行信號調理和A/D轉換；溫度檢測采用單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18820，可以直接與單片機通信，單片機對信號處理后可由顯示器顯示含水率。本實用新型公開的電容式糧食含水率測量儀通過檢測電容量，可以間接得到糧食的含水率。該測量儀檢測速度快，易于實現(xiàn)在線測量，逐漸成為糧食水分檢測的主流方法。
【專利說明】
一種便攜式糧食含水率測量儀
技術領域
[0001]本實用新型涉及一款便攜式糧食含水率測量儀，尤其涉及用于戶外糧食水分檢測的便攜式測量儀。
【背景技術】
[0002]目前，糧食水分檢測技術總體上分為直接法和間接法，直接法是一種基準法，通過熱干燥后直接測出糧食中的絕對含水量，檢測準確度高不會改變樣品的性質，但不適用于現(xiàn)場和在線檢測，間接法是通過測量與水分變化相關的物理量來得到水分含量，由于影響糧食水分檢測的因素(溫度、粒度、品種等)較多，所以設計時要使輸出信號有效地反映水分特性，基于電容式傳感器的糧食水分測量儀是測量效果較好的水分檢測裝置，具有結構簡單、成本低、準確度高、能夠在線測量等優(yōu)點。檢測時，將糧食樣品作為電容器中的電介質，糧食中所含水分將影響容器的電容值，在溫度為103°C條件下加熱干燥一段時間，通過測量烘干過程中糧食的電容值，即可測量得到糧食的含水量。本產品以單片機為控制器，采用同軸圓筒型電容傳感器為含水率檢測裝置，設計了能夠同時檢測糧食的電容、溫度和容積密度的檢測電路，并基于信息融合技術，設計了能根據(jù)三者結果計算，顯示含水率的運行軟件。
[0003]目前測定糧食水分含量的方法有很多，主要包括加熱干燥法、蒸餾法、微波法、核磁共振法以及近紅外分子光吸收法。采用這些方法測量結果雖精確，但所用儀器多、測量時間長，影響糧食流轉速度，尤其是不適合戶外流動糧食水分檢測，而本實用新型發(fā)明的快速室外水分測量儀測量水分時，時間短、操作簡便、檢測結果準確，且攜帶方便。

【發(fā)明內容】

[0004]本實用新型介紹的一種以單片機為控制器，采用同軸圓筒型電容傳感器為含水率檢測裝置，設計了能夠同時檢測糧食的電容、溫度和容積密度的檢測電路，并基于信息融合技術，設計了能根據(jù)三者結果計算，顯示含水率的運行軟件。
[0005]本實用新型公開了一種便攜式糧食含水率測量儀，包括電容傳感器、電容檢測電路、質量傳感器、質量檢測電路、溫度傳感器、信號調理電路、A/D轉換器、單片機、顯示器和打印機，其中，采集的被測谷物樣本經過電容傳感器輸出電容傳感信號，將電容傳感信號經電容檢測電路檢測輸入信號調理電路中，采集的被測谷物樣本經過質量傳感器輸出質量傳感信號，將質量傳感信號經質量檢測電路檢測輸入信號調理電路中，電容傳感器和質量傳感器輸出的電容傳感信號和質量傳感信號為模擬信號，將電容傳感信號和質量傳感信號分別依次經過信號調理電路處理和A/D轉換生成的電容數(shù)字信號和質量數(shù)字信號輸入單片機;采集的被測谷物樣本經過溫度傳感器輸出溫度信號，溫度信號輸入到單片機中，單片機通過對輸入的電容數(shù)字信號、質量數(shù)字信號以及溫度信號進行處理后可由顯示器顯示采集的被測谷物樣本的含水率;打印機對單片機輸出的采集的被測谷物樣本的含水率及電容數(shù)據(jù)、質量數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)進行打印。
[0006]本實用新型實現(xiàn)的一種便攜式糧食含水率測量儀進一步包括電容傳感器的設計:電容傳感器由兩個同心銅圓筒組成，為了提高檢測精度，電容傳感器在制作的時候應滿足如下要求:①取R = er(e-2.718)，以增大電容變化量，提高傳感器的靈敏度;?L>R-r，電極厚度充分小，減小兩端的邊緣效應;③極板加金屬屏蔽罩，減小外界寄生電壓的干擾;④采用具有較好抗氧化性能的材料，增加使用時間，其中R，r分別為兩個同心銅圓筒的半徑，L為電極厚度。
[0007]本實用新型實現(xiàn)的一種便攜式糧食含水率測量儀進一步包括電容檢測電路的設計:本產品采用脈沖寬度調制方法檢測電容值，脈沖寬度調制電路主要由電壓比較器AdPAs、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、電容充放電回路以及低通濾波器組成。
[0008]本實用新型實現(xiàn)的一種便攜式糧食含水率測量儀進一步包括容積密度檢測電路的設計:容積密度采用定容積的方法來確定。每次測量時，將被測樣品以自由落體的方式倒入傳感器裝置內，使被測樣品均勻地充填整個裝置。本產品所采用的電容傳感器體積為663.51cm3。因此，通過檢測被測糧食的質量，可以得到被測糧食的容積密度。
[0009]本實用新型實現(xiàn)的一種便攜式糧食含水率測量儀進一步包括濕度檢測電路的設計:在溫度檢測電路中，選用單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18820。該傳感器測溫范圍在-55-+125°C，獨特的單總線接口僅需一個端口引腳進行通訊，溫度值以9位數(shù)字量輸出，精度達到
0.1°C;不需要對信號進行濾波、放大和模數(shù)轉換，極大地簡化了硬件電路;采用外部供電方式，可以提高測量速度，能夠在I s內將溫度轉換成數(shù)字輸出。
[0010]本實用新型實現(xiàn)的一種便攜式糧食含水率測量儀進一步包括數(shù)據(jù)處理和數(shù)字化輸出:采用單片機C語言編寫系統(tǒng)軟件程序。程序主要包括系統(tǒng)主程序，鍵盤輸入子程序，含水率計算子程序和液晶顯示子程序，其功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和運算。并控制各輸入輸出設備實現(xiàn)人機交互。
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明
[0012]圖1為本實用新型便攜式糧食含水率測量儀的基本結構的
【具體實施方式】
[0013]圖2為本實用新型便攜式糧食含水率測量儀中電容檢測電路的【具體實施方式】
[0014]圖3為本實用新型便攜式糧食含水率測量儀中質量檢測電路的【具體實施方式】
[0015]圖4為本實用新型便攜式糧食含水率測量儀中濕度檢測電路的【具體實施方式】
[0016]圖5為本實用新型便攜式糧食含水率測量儀中利用單片機計算含水率的程序流程圖【具體實施方式】
[0017]本實用新型介紹的一種便攜式糧食含水率測量儀通過將糧食樣品作為電容器中的電介質，糧食中所含水分將影響容器的電容值，在溫度為103°C條件下加熱干燥一段時間，通過測量烘干過程中糧食的電容值，即可測量得到糧食的含水量。
[0018]圖1所示本實用新型便攜式糧食含水率測量儀的基本結構的【具體實施方式】，其中，包括電容傳感器、電容檢測電路、質量檢測電路、溫度檢測電路、信號調理、AVD轉換、單片機、顯示器和打印機。每次測量時，將被測樣品以自由落體的方式倒入傳感器裝置內，使被測樣品均勻地充填整個裝置。通過檢測被測糧食的質量，可以得到被測糧食的容積密度。在溫度檢測電路中，選用單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18820，由于采集到的溫度信號為數(shù)字信號，可以直接與單片機通信;采集到的電容和容積密度為模擬電壓信號，通過A/D轉換器進行模數(shù)轉換后送給單片機通信。利用單片機C語言編寫系統(tǒng)軟件程序。程序主要包括系統(tǒng)主程序，鍵盤輸入子程序，含水率計算子程序和液晶顯示子程序，其功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和運算。并控制各輸入輸出設備實現(xiàn)人機交互。
[0019]圖2所示為本實用新型便攜式糧食含水率測量儀中電容檢測電路的【具體實施方式】。該檢測電路采用脈沖寬度調制方法檢測電容值，脈沖寬度調制電路主要由電壓比較器AjPA2、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、電容充放電回路以及低通濾波器組成。
[0020]圖3為本實用新型便攜式糧食含水率測量儀中質量檢測電路的【具體實施方式】。其中，容積密度采用定容積的方法來確定。每次測量時，將被測樣品以自由落體的方式倒入傳感器裝置內，使被測樣品均勻地充填整個裝置。本產品所采用的電容傳感器體積為663.51cm3。因此，通過檢測被測糧食的質量，可以得到被測糧食的容積密度。
[0021]圖4為本實用新型便攜式糧食含水率測量儀中濕度檢測電路的【具體實施方式】。在溫度檢測電路中，選用單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18820。該傳感器測溫范圍在-55-+125°C，獨特的單總線接口僅需一個端口引腳進行通訊，溫度值以9位數(shù)字量輸出，精度達到0.1°C;不需要對信號進行濾波、放大和模數(shù)轉換，極大地簡化了硬件電路;采用外部供電方式，可以提高測量速度，能夠在I s內將溫度轉換成數(shù)字輸出。
[0022]圖5為本實用新型便攜式糧食含水率測量儀中利用單片機計算含水率的程序流程圖。其中，采用單片機C語言編寫系統(tǒng)軟件程序。程序主要包括系統(tǒng)主程序，打印輸出子程序，含水率計算子程序和液晶顯示子程序，其功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和運算，實現(xiàn)人機交互。
【主權項】
1.一種便攜式糧食含水率測量儀，包括電容傳感器、電容檢測電路、質量傳感器、質量檢測電路、溫度傳感器、信號調理電路、A/D轉換器、單片機、顯示器和打印機，其中， 采集的被測谷物樣本經過電容傳感器輸出電容傳感信號，將電容傳感信號經電容檢測電路檢測輸入信號調理電路中，采集的被測谷物樣本經過質量傳感器輸出質量傳感信號，將質量傳感信號經質量檢測電路檢測輸入信號調理電路中，電容傳感器和質量傳感器輸出的電容傳感信號和質量傳感信號為模擬信號，將電容傳感信號和質量傳感信號分別依次經過信號調理電路處理和A/D轉換生成的電容數(shù)字信號和質量數(shù)字信號輸入單片機； 采集的被測谷物樣本經過溫度傳感器輸出溫度信號，溫度信號輸入到單片機中，單片機通過對輸入的電容數(shù)字信號、質量數(shù)字信號以及溫度信號進行處理后可由顯示器顯示采集的被測谷物樣本的含水率； 打印機對單片機輸出的采集的被測谷物樣本的含水率及電容數(shù)據(jù)、質量數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)進行打印。2.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式糧食含水率測量儀，其特征在于:電容傳感器由兩個同心銅圓筒組成，為提高檢測精度，電容傳感器在制作的時候滿足如下要求:①取R = er(e-2.718)，以增大電容變化量，提高傳感器的靈敏度;?L>R-r，電極厚度充分小，減小兩端的邊緣效應;③極板加金屬屏蔽罩，減小外界寄生電壓的干擾；以及④采用具有較好抗氧化性能的材料，增加使用時間，其中R，r分別為兩個同心銅圓筒的半徑，L為電極厚度。3.根據(jù)權利要求2所述的一種便攜式糧食含水率測量儀，其特征在于:每次測量時，將被測谷物樣品以自由落體的方式倒入傳感器裝置內，使被測谷物樣品均勻地充填整個裝置，采用電容傳感器體積為663.51cm3，通過檢測被測糧食的質量獲得被測糧食的容積密度。4.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式糧食含水率測量儀，其特征在于:溫度傳感器采用單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18820，該傳感器測溫范圍在-55°C至+125°C，單總線接口僅需一個端口引腳進行通訊，溫度值以9位數(shù)字量輸出，精度達到0.1°C;不需要對信號進行濾波、放大和模數(shù)轉換，采用外部供電方式，提高測量速度，在Is內將溫度轉換成數(shù)字輸出。
【文檔編號】G01N27/22GK205484176SQ201620034800
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月15日
【發(fā)明人】郭樹巖
【申請人】遼寧科技學院