專利名稱：電容式物料水分測定儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種物料水分測定儀，具體說是涉及一種電容式物料水分測定儀。
背景技術：
電容法是一種常用的測試物料水分的方法，它利用物料含水率高時介電常數增高的原理進行測量。中國專利86101309《松散物質水分測定儀》、86200819《電容式快速水分儀》、86210321《量杯式微電腦谷物水分測定儀》、87205091《袖珍式固體物質水分快速測定儀》、87206844《袖珍式糧食水分快速測定儀》、88205362.0《高頻電容式水分快速測定儀》、93212522《電容式物質水分測定儀》、93235926.4《寬溫低功耗糧食水分測量儀》、95201164.6《分體式電腦水分速測儀》、96206503.X《糧食在線水分測定儀》、96246614.X《糧食水分多點在線檢測儀》等均采用了測量電容的方法。但用電容法測試物料水分時物料的視密度也極大地影響粉粒狀物料的介電常數，從而粉粒狀物料的密實程度將造成含水率的測量誤差。這是電容式水分測定儀精度不高的主要原因。溫度變化使物料介電常數與水分的關系發生變化，另外溫度也會使測量電路的參數發生變化，造成測量誤差。
發明內容本實用新型的目的就在于克服上述現有技術中的不足之處而提供一種在利用電容法測量含水率時，不但測量介電常數，而且測量物料的介質損耗和環境溫度，并利用這三個參數與含水率的函數關系求出物料的含水率的電容式物料水分測定儀。
本實用新型的目的可通過以下措施來實現本實用新型的電容式物料水分測定儀包括與測量電容組成分壓電路的固定電容器、緩沖放大器、波形發生器、A/D轉換器、物料探測器、數字式溫度傳感器、單片機、接口電路、顯示儀表或上位計算機；其中由單片機控制的波形發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量電容組成的分壓電路；測量電容輸出的電壓波形經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轉換器的模擬電壓輸入端；單片機的I/O端口分別與A/D轉換器的數字量輸出端、物料探測器的輸出端和數字式溫度傳感器的數字量輸出端相連接；單片機采集的數據信號通過接口電路接入顯示裝置；由顯示裝置完成數學處理工作，并計算顯示出物料的含水率。
本實用新型中所述物料探測器是由相對安裝在支架上的紅外發光二極管、紅外接收管組成。所述測量電容是由位于物料探測器下方的其內包裹有外電極的環形外電極絕緣殼、通過連接支承件安裝在環形外電極絕緣殼中軸線位置處的其內包裹有中心電極的中心電極絕緣殼組成。
本實用新型中所述顯示裝置為外接顯示儀表，也為外接上位計算機。
本實用新型中所述環形外電極絕緣殼的截面形狀也可為其它任意合適的形狀，諸如八角形結構等。
本實用新型將被測物料置于環形外電極絕緣殼與中心電極絕緣殼之間，儀器具有可測量電容量和介質損耗的電路波形發生器、緩沖放大器、A/D轉換器和溫度傳感器。
本實用新型的優點在于在利用電容法測量含水率時，不但可測量介電常數，而且還可測量物料的介質損耗和環境溫度，并利用這三個參數與含水率的函數關系求出物料的準確含水率。
圖1是本實用新型的電容式物料水分測定儀的電路原理框圖。
圖中1是固定電容器，2是測量電容，3是緩沖放大器，4是波形發生器，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轉換器，6是物料探測器，7是溫度傳感器，8是單片機，9是接口電路，10是顯示裝置(可以是顯示儀表或上位計算機)。
圖2是本實用新型的電容式物料水分測定儀的結構圖。
圖3是圖2的A向視圖。
圖中11是物料探測器的支架，12是物料探測器的紅外發光二極管，13是紅外接收管，14是電路板，15是中心電極絕緣殼，16是包在絕緣殼內的中心電極，17是外電極絕緣殼，18是包在絕緣殼內的外電極，19是用于連接顯示儀表或上位計算機電纜線插座。
圖4是本實用新型的電路原理圖(采用方波方式測電容量和介質損耗的圖中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組成的波形發生器和測量電容放電電路，5是包含在PIC17F873單片機內的A/D轉換器，6是由紅外發光二極管和紅外接收管組成的物料探測器，7是溫度傳感器，采用LM77集成溫度傳感器，8是PIC16F873單片機，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。
具體實施方式
本實用新型以下將結合實施例(附圖)作進一步描述，但并不限制本實用新型。
如圖1所示，本實用新型的電容式物料水分測定儀包括與的測量電容(2)組成分壓電路的固定電容器(1)、緩沖放大器(3)、波形發生器(4)、A/D轉換器(5)、物料探測器(6)、數字式溫度傳感器(7)、單片機(8)、接口電路(9)、顯示儀表或上位計算機(10)；其中由單片機(8)控制的波形發生器(4)輸出的幅值恒定的方波波形加到由固定電容器(1)和測量電容(2)組成的分壓電路；測量電容(2)上的電壓波形經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轉換器(5)的模擬電壓輸入端；單片機(8)的I/O端口分別與A/D轉換器(5)的數字量輸出端、物料探測器(6)的輸出端和數字式溫度傳感器(7)的數字量輸出端相連接；單片機(8)采集的數據信號通過接口電路(9)接入上位計算機(10)；由上位計算機完成數學處理工作，并計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定儀的支架(11)上相對安裝有由紅外發光二極管(12)、紅外接收管(13)組成的物料探測器(6)，位于物料探測器下方設置有由其內包裹有外電極(18)的環形外電極絕緣殼(17)、通過連接支承件安裝在環形外電極絕緣殼(17)中軸線位置處的其內包裹有中心電極(16)的中心電極絕緣殼(15)組成的測量電容(2)，在電容式物料水分測定儀的殼體上設置有用于連接上位計算機的電纜線插座(19)，電路板(14)通過連接件安裝在殼體內。
本實用新型系統工作原理如下參考圖2，在環形外電極絕緣殼(17)與中心電極絕緣殼(15)之間充填著被測物料，形成了測量電容2；紅外發光二極管12和紅外接收管13組成了物料探測器6，當然，也可采用其它形式的物料探測器，比如電容式接近開關。參考圖1、圖4，模擬開關MAX314在單片機PIC16F873的控制下產生一系列的方波，方波的高電平為電源20輸出的8伏電壓，低電平為0伏；方波通過云母固定電容器1加到測量電容2上，測量電容2上的電壓波形經過增益為1的緩沖放大器3緩沖后送入單片機PIC16F873的A/D轉換器輸入端，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PIC16F873的A/D轉換器參考電壓輸入端，因此A/D轉換器的輸出只與固定電容1和測量電容2的分壓比有關，與方波電壓的幅值無關，減少了誤差來源。為了減少測量電路對測量電容2的影響，緩沖放大器3采用低偏置電流的軌至軌運算放大器AD820，并且不用偏置電路，只是在方波的低電平時期通過低泄漏電流的模擬開關MAX314將測量電容2短路放電。在方波的高電平時期，方波電壓通過電容1加到測量電容2上，由于電容2的介質損耗的影響，電容2的電壓呈指數曲線下降，起始電壓與測量電容2的電容量有關，電壓下降的程度與電容2的介質損耗即被測物料的介質損耗有關。單片機PIC16F873控制A/D轉換器，采集測量電容2波形起始時的電壓和高電平波形結束前的電壓，這兩個數據與測量電容2的電容量和介質損耗相關，也就是與物料的介電常數和介質損耗有關，而這兩個參數與物料的含水率有關。如果波形發生器輸出的是正弦波，則可通過A/D轉換器測量出測量電容2上正弦波電壓波形的幅值和相位角，即可測出測量電容2的電容量和介質損耗。數字溫度傳感器LM77通過I2C總線將環境溫度數據送入單片機。當物料遮擋住物料探測器6的紅外發光二極管12和紅外接收管13之間的光路時，物料探測器輸出高電平，表示采集的數據有效；無物料時，物料探測器輸出低電平，表示采集的數據無效。非在線式的水分測試儀可省略物料探測器。單片機PIC16F873通過9接口電路MAX485和電纜插座19將測量數據傳輸到上位計算機或專用顯示儀表10。上位計算機或專用顯示儀表利用電容、介質損耗和環境溫度與含水率的函數關系求出物料的含水率。
電容、介質損耗和環境溫度與含水率的函數關系可以通過標定的辦法求得。標定時，先制備若干份含水率不同的物料樣本并用標準方法精確測定樣本的含水率，然后在不同的環境溫度下測試各樣本在不同充填密實程度下的介電常數和介質損耗，通過數學的方法即可求出它們之間的函數關系。
權利要求1.一種電容式物料水分測定儀，其特征在于它包括與測量電容(2)組成分壓電路的固定電容器(1)、緩沖放大器(3)、波形發生器(4)、A/D轉換器(5)、物料探測器(6)、數字式溫度傳感器(7)、單片機(8)、接口電路(9)、顯示儀表或上位計算機(10)；其中由單片機(8)控制的波形發生器(4)的輸出端接入由固定電容器(1)和測量電容(2)組成的分壓電路；測量電容(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轉換器(5)的模擬電壓輸入端；單片機(8)的I/O端口分別與A/D轉換器(5)的數字量輸出端、物料探測器(6)的輸出端和數字式溫度傳感器(7)的數字量輸出端相連接；單片機(8)采集的數據信號通過接口電路(9)接入顯示裝置(10)。
2.根據權利要求1所述的電容式物料水分測定儀，其特征在于所述物料探測器(6)是由相對安裝在支架(11)上的紅外發光二極管(12)、紅外接收管(13)組成。
3.根據權利要求1所述的電容式物料水分測定儀，其特征在于所述測量電容(2)是由位于物料探測器(6)下方的其內包裹有外電極(18)的環形外電極絕緣殼(17)、通過連接支承件安裝在環形外電極絕緣殼(17)中軸線位置處的其內包裹有中心電極(16)的中心電極絕緣殼(15)組成。
4.根據權利要求1所述的電容式物料水分測定儀，其特征在于所述顯示裝置(10)為外接顯示儀表。
5.根據權利要求1所述的電容式物料水分測定儀，其特征在于所述顯示裝置(10)為外接上位計算機。
專利摘要一種電容式物料水分測定儀，其特征在于它包括與測量電容(2)組成分壓電路的固定電容器(1)、緩沖放大器(3)、波形發生器(4)、A/D轉換器(5)、物料探測器(6)、數字式溫度傳感器(7)、單片機(8)、接口電路(9)、顯示儀表或上位計算機(10)；其中由單片機控制的波形發生器的輸出端接入由固定電容器和測量電容組成的分壓電路；測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轉換器的模擬電壓輸入端；單片機的I/O端口分別與A/D轉換器的數字量輸出端、物料探測器的輸出端和數字式溫度傳感器的數字量輸出端相連接；單片機采集的數據信號通過接口電路接入顯示裝置。
文檔編號G01N27/22GK2618165SQ0323528
公開日2004年5月26日 申請日期2003年1月16日 優先權日2003年1月16日
發明者徐平均, 王飛軍 申請人:徐平均, 王飛軍