專利名稱：電荷轉(zhuǎn)移脈沖式紙張水份測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種紙張水份測定儀，具體涉及一種電荷轉(zhuǎn)移脈沖式紙 張水份測定儀。
技術(shù)背景
紙張含水量是紙張產(chǎn)品的一項重要指標(biāo)，已有的測量紙張水分的方法有 烘干化驗法、紅外線法以及微波方法等。這些方法各有優(yōu)缺點和局限性，使 之不能很好的實施并反映出紙張在生產(chǎn)過程中水份含量的大小，對生產(chǎn)的指 導(dǎo)很不利。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種電荷轉(zhuǎn)移脈沖式紙張水份測定儀，通過陽 極板、陰極板的設(shè)置能夠?qū)崿F(xiàn)紙張生產(chǎn)過程中水份含量的在線測量。 上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)
電荷轉(zhuǎn)移脈沖式紙張水份測定儀，其組成包括L型支架，所述的支架 上固定陽極屏蔽箱和陰極屏蔽箱并且兩箱體之間連接導(dǎo)紙機構(gòu)，所述的陽極 屏蔽箱底面上放置陽極板，所述的陰極屏蔽箱頂面上放置陰極板，所述的陽 極屏蔽箱內(nèi)連接電源和內(nèi)裝電路板的電路板箱，所述的陽極板、陰極板、電 源和電路板之間具有電路連接關(guān)系。
本實用新型的有益效果
1. 本實用新型基于電容式傳感器的原理，采用新技術(shù)，新思維，通過對 被測陽極板、陰極板反復(fù)充放電，放大和處理轉(zhuǎn)移電荷脈沖的方法，避開了 傳統(tǒng)測量放法的一些弊端，實現(xiàn)了紙張生產(chǎn)過程中水份含量的在線測量。
2. 本實用新型結(jié)構(gòu)比較簡單，承載著陽極板、陰極板的陽極屏蔽箱和陰 極屏蔽箱分別安裝在L型支架的上端和下端。陰極板安裝在支架的下方，陽 極板安裝在掃描架的上方，陽極板與屏蔽箱絕緣，陰、陽兩極板相互絕緣。 兩平行板相互平行且水平，紙張從中間通過，構(gòu)成了在線測量方式。測量電
3路板裝于密封的電路板箱內(nèi)且恒溫，與為測量電路供電的電源分別固定在機 箱兩側(cè)。測量電路與陽極引線就近相連，使引線產(chǎn)生的分布電容最小。屏蔽 箱邊緣加了導(dǎo)紙裝置，保證了被測紙張不與陽極板相接觸。
附圖1是本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖2是陰極板、陽極板的工作原理圖。 附圖3是本產(chǎn)品電荷轉(zhuǎn)移法的等效電路圖。 附圖4是本產(chǎn)品的電路工作波形圖。 附圖5是測量電路簡要框圖。
具體實施方式
實施例1:
電荷轉(zhuǎn)移脈沖式紙張水份測定儀，其組成包括L型支架l，所述的支架 上固定陽極屏蔽箱2和陰極屏蔽箱3并且兩箱體之間連接導(dǎo)紙機構(gòu)4,所述的 陽極屏蔽箱底面上放置陽極板5,所述的陰極屏蔽箱頂面上放置陰極板6，所 述的陽極屏蔽箱內(nèi)連接電源7和內(nèi)裝電路板的電路板箱8，所述的陽極板、陰 極板、電源和電路板之間具有電路連接關(guān)系。
所述的陰極板的尺寸為180X120mm，安裝在掃描架的下方，其固定引 線沿支架的溝槽引到支架的上端并與所述的儀器地相連，線長度越短越好， 以減少引線分布電容的影響。陽極板的尺寸為180X60mm，它作為儀器機箱 的下底面的一部分安裝在支架的上方，其固定引線由支架下方引出并就近與 測量電路相連。陽極板與支架絕緣，陰、陽兩極板相互絕緣。陰、陽兩極板 相互平行且水平，間距4mm,紙張從中間通過，構(gòu)成了在線測量方式。
所述的電荷轉(zhuǎn)移脈沖式紙張水份測定儀的原理是將被測的非電量的物理 量轉(zhuǎn)換為電荷容量變換的一種傳感器，實際上就是一個具有可變參數(shù)的電荷 容器。此儀器就是以兩塊平行純鋁板(即陽極板與陰極板)組成的以空氣為 介質(zhì)的平行板電荷容器。圖2所示。
當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)的影響時，平行板電荷容器的電荷為Q=HU=￡^U - (1)
式中Q"電荷量(F); U—外加在A、 B兩端電壓；d—兩塊平行純鋁板之
間的距離(m); S—兩塊平行純鋁板相互覆蓋的有效面積(m2); e—極板間 介質(zhì)的介電常數(shù)(F^"); ^—相對介電常數(shù)；s。一真空介電常數(shù)，￡a=8.85>d0'12 (F*m-1)。
由式(1)可見，當(dāng)外加電壓U，兩塊平行純鋁板之間的距離為d，兩塊 平行純鋁板相互覆蓋的有效面積s恒定不變時，則儀器的電荷量只與板間的 介質(zhì)e呈一種函數(shù)關(guān)系，那么被測物理量就可由電荷量Q的變化反映出來。
該儀器的紙張水分的測量應(yīng)用了介質(zhì)變化這一特性。由于水分的相對介 電常數(shù)比其它物質(zhì)的相對介電常數(shù)大許多，水分的變化會引起電荷量Q的明 顯變化。表l列出了水與其它一些物質(zhì)的相對介電常數(shù)。
表l
材料材料￡ r材料s r
真空1.0聚乙烯2.3硅油 ， -2.7
石英玻璃3.5二氧化硅3.8石英4.5
瓷5.5~7.0云母7.0三氧化二鋁8.5
水80鈦酸鋇1000~10000
紙張水分的實際測量方法:
所述的電荷轉(zhuǎn)移脈沖式紙張水份測定儀的電荷量很小，需經(jīng)電子學(xué)電路 處理將它轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率，然后才能進一步作量化處理，顯示被測 物理量的值。
傳統(tǒng)的測量電路包括有調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)寬等方法。傳統(tǒng)的測量電路通常 需要高頻的激勵電源。因此測量結(jié)果受激勵電壓、頻率以及傳感器的漏抗影 響較大。
本產(chǎn)品的工作原理采用電荷轉(zhuǎn)移方法或脈沖分析方法，通過模擬轉(zhuǎn)換開
5關(guān)周期性向傳感器兩平行板電極充電，繼而將充電電荷轉(zhuǎn)移給運算放大器進 行放大處理，從而產(chǎn)生周期性的脈沖串。這種方法回避了傳統(tǒng)測量電路的一
些缺點。圖3所示，Ro為充電電源Vc的內(nèi)阻，很小，R^為傳感器和被測物 的總漏阻，很大且不穩(wěn)定，C為傳感器電容，Ro為運算放大器的輸入阻抗， K,和K2為模擬開關(guān)。當(dāng)K,閉合K2斷開瞬間，直流電源向平行板充電，由于
電源內(nèi)阻Ro很小以及Ri^Ro,充電很快結(jié)束；平行板上的電壓很快達到電源 電壓Vc，平行板上的電荷Q-CVc。當(dāng)K,斷開K2閉合瞬間，平行板上的電荷 迅速放電，平行板上的電荷轉(zhuǎn)移到運算放大器的輸入端，進行放大和處理。 可以看出平行板上的電荷僅與充電電壓和電荷容量有關(guān)，而電荷容量的大小 與被測物理量相關(guān)，充電電壓可以保持很穩(wěn)定，因此測量結(jié)果完全避免了傳 統(tǒng)方法的缺點。
當(dāng)供電為+24V，通過三個電壓變換器分別產(chǎn)生模擬土12V、數(shù)字土12V及 +5V電壓為相關(guān)單元供電。微處理器提供的每秒1000周的方波通過充放電控 制電路驅(qū)動模擬開關(guān)、反復(fù)對測量電容和補償電容進行充電和放電，測量電 容僅充電電荷在放電時產(chǎn)生的電壓脈沖被主放大器放大。補償電容的充電電 荷經(jīng)脈沖補償放大器反相放大后也給主放大器進行脈沖補償，已扣除又分布 電容寄生電容等產(chǎn)生的本底。此外主放大器還進行直流補償，以消除溫度變 化帶來的影響。放大后的電壓脈沖信號經(jīng)積分保持和VFC變換及光電隔離后 產(chǎn)生的間斷脈沖常作水分信號輸出給微處理器。積分保持電路需在測量電容 放電時進行保持而充電時復(fù)原，這個控制也由橛處理器提供。微處理器通過 串行通訊口與計算機相連。微處理器經(jīng)DAC變換等又給出模擬量輸出。圖4 為電路工作波形圖，位處理器提供電容充放電控制及積分保持/復(fù)原控制等時 序信號。平行板放電時產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移脈沖經(jīng)放大后進行積分保持和VFC變 換從而產(chǎn)生水分的信號脈沖串輸出。
本實用新型的設(shè)計原則
1在結(jié)構(gòu)設(shè)計上和確定幾何尺寸時應(yīng)盡力提高傳感器的電荷容量，極板 之間的距離應(yīng)根據(jù)工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計條件盡可能地減小。提高傳感器的電荷容量并降低傳感器的輸出阻抗、減輕對測量電路及傳感器的絕緣要求、有利于 提高測量靈敏度。
2極板之間應(yīng)固定牢固。絕緣良好，盡量減小極間漏電阻。絕緣材料常 選用聚四氟乙烯。
3為保持極板之間的間距不變，基板材料應(yīng)選用線膨脹系數(shù)小的材料， 以減小傳感器因溫度變化引起的零點漂移。
4為保持傳感器工作穩(wěn)定應(yīng)防止腐蝕氣體、塵埃、潮氣進入極板的間隙內(nèi)。
5傳感器的工作電壓應(yīng)盡量低一些，以防產(chǎn)生擊穿。允許工作電壓與傳 感器的幾何參數(shù)、熱參數(shù)及電參數(shù)有關(guān)。
6本實用新型的初始電荷容量很小， 一般為20"100PF，應(yīng)盡量較少引 線分布電容的影響。應(yīng)將測量電路緊靠近平行板安放，如實現(xiàn)不了應(yīng)采用雙 層屏蔽等位傳輸技術(shù)。
7為防止干擾需進行適當(dāng)?shù)钠帘魏徒拥亍?br>
權(quán)利要求1.一種電荷轉(zhuǎn)移脈沖式紙張水份測定儀，其組成包括L型支架，其特征是所述的支架上固定陽極屏蔽箱和陰極屏蔽箱并且兩箱體之間連接導(dǎo)紙機構(gòu)，所述的陽極屏蔽箱底面上放置陽極板，所述的陰極屏蔽箱頂面上放置陰極板，所述的陽極屏蔽箱內(nèi)連接電源和內(nèi)裝電路板的電路板箱，所述的陽極板、陰極板、電源和電路板之間具有電路連接關(guān)系。
專利摘要電荷轉(zhuǎn)移脈沖式紙張水份測定儀，已有的紙張水份的測定方法不能很好的實施并反映出紙張在生產(chǎn)過程中水份含量的大小，對生產(chǎn)的指導(dǎo)很不利。電荷轉(zhuǎn)移脈沖式紙張水份測定儀，其組成包括L型支架(1)，所述的支架上固定陽極屏蔽箱(2)和陰極屏蔽箱(3)并且兩箱體之間連接導(dǎo)紙機構(gòu)(4)，所述的陽極屏蔽箱底面上放置陽極板(5)，所述的陰極屏蔽箱頂面上放置陰極板(6)，所述的陽極屏蔽箱內(nèi)連接電源(7)和內(nèi)裝電路板的電路板箱(8)，所述的陽極板、陰極板、電源和電路板之間具有電路連接關(guān)系。本產(chǎn)品用于紙張生產(chǎn)過程中水份含量的在線測量。
文檔編號G01N27/22GK201322736SQ200820091329
公開日2009年10月7日 申請日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者侯躍新, 巖 李, 鋼 李, 丹 肖 申請人:黑龍江省科學(xué)院技術(shù)物理研究所