專利名稱：高頻電容式水分快速測定儀的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種快速測定物質水分含量的物性分析儀器。適用于測定各種低介電常數物料；尤其是陶瓷可塑泥料、粉料、漿料以及坯體的水分含量。
現有的電容式水分儀其特性及功能各異。國內外亦有報導。例如中國專利ZL86200819所述的“電容式快速水分儀”、采用低頻電橋法，物料電導影響大；探頭結構較復雜，需要雙層屏蔽；它的測量精度雖然較好，但量程比較小且不能對陶瓷可塑泥料、坯體等物料的水分含量進行測定。GG87205091號所述的水分儀，結構雖簡單但僅適用于測定一般的固體物料。又如湖南《陶瓷》八七年第一期報導的“陶瓷粉料水分快速測定儀”，也只局限于測定陶瓷粉料，其適用范圍小，功能也不全。
目前公知的電容式水分測定儀普遍存在傳感器分辨率差、噪音干擾偏大，物料和雜質電導及溫度變化影響測量精度、量程小、線性度差等問題，至今嘗未很好地解決。
本實用新型目的就是針對上述不足，提供一種即具有分辨率高、能排除分布電容和噪音干擾、量程寬、線性度好、溫度和雜質電導影響小、使用范圍廣；又能對陶瓷可塑泥料、粉料、漿料等各種物料的水分含量進行快速測定的多功能水分儀。
本實用新型是這樣實現的傳感器和主機采用分體式結構，傳感器由探頭、高頻振蕩電路和金屬屏蔽盒構成一體，可以提高振蕩頻率，減小物料中電導對測量精度的影響。探頭由內電極和外電極構成，外電極固定在金屬屏蔽盒的前端，內電極用絕緣密封物固定在外電極中央，探頭的幾何形狀可為針狀、平板狀、圓筒狀、圓孤等不同形式，以滿足在各種場合，對不同物料、尤其是陶瓷物料的水分測定。
主機系統電路中有整形分頻電路、積分電路、采樣保持電路、平方運算電路、差動放大電路、基準電壓源、門控電路、調零電位器、A／D轉換器、數字顯示裝置和探頭指示與斷頭報警電路，它們之間成電氣連接。
直接使用18～22MHZ的頻率作為傳感信號輸入主機，由積分器對其積分運算后變成傳感信號的周期量，再經平方運算，就可保證在寬量程范圍具有良好的線性度。
在差動放大電路中有由熱敏電阻構成的溫度自動補償電路，可以在較寬的溫度范圍內保持良好的線性度；通過調零電位器，可隨時實現調零，不怕環境溫度對傳感器和主機電路產生的零點漂移，以適應不同溫度下的測量，提高測量精度，通過調整定標、校準電位器，即可對不同的物料進行校準定標，使得顯示值與真值一致，確保測量精度。
由電子元件和時基集成電路組成的探頭指示與斷頭報警電路，可隨時發現故障，便于維修。
本實用新型的優點是克服了現有技術中存在的不足，它具有良好的分辨能力和線性關系、量程寬、精度高、性能穩定、定標、校準簡單、使用方便等特點。它不僅可用在陶瓷工業中心試驗室和車間生產線，隨時進行現場抽樣和連續測定，同時也完全適用于糧食、建材、農業、食品等行業對各種低介電常數物料的含水率進行測定。如谷物、油類、酒類、土壤、砂粒、水泥等。本儀器的主要技術參數詳見表一。
圖面說明附
圖1水分測定儀的整體狀態示意圖；附圖2傳感器探頭的結構圖；附圖3高頻振蕩電路原理圖；附圖4主機系統方框圖；附圖5主機電路原理圖；附圖6探頭指示及斷頭報警電路原理圖；本實用新型的具體實施例結合附圖描述如下如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示金屬屏蔽盒［4］內有高頻振蕩電路［3］，它的前端是探頭［2］、由［2］、［3］、［4］組成一體化結構形式的傳感器［1］其工作電源由主機［7］通過導線［5］提供，傳感信號fx通過單芯電纜線［6］輸入機［7］。
探頭［2］由內電極［8］、外電極［9］構成，二個電極之間有絕緣密封物［10］、并通過螺母［11］將探頭固定在金屬屏蔽盒［4］上，探頭的幾何形狀和結構可根據被測物料的性質而定，如圖2(a)針式適用于可塑泥料，(b)平板式適用于坯體，(c)圓筒式適用于漿料、粉料和顆粒物料，(d)圓孤式可以固定在練泥機出口處，適用于連續測定泥料的水分。
在傳感器［1］的高頻振蕩電路［3］中，電極［8］和［9］分別接在電感［12］的兩端，組成LC選頻回路。晶體管［13］和［14］組成振蕩電路，信號從晶體管［14］的集電極輸出，與LC回路無直接的電磁聯系，提高了振蕩頻率的穩定性。晶體管［14］接成共集電極電路形式，具有低電阻和強的負載能力，從而保證了可塑料、漿料等低電阻介質仍能穩定地振蕩。晶體管［13］接成共基極電路組態，保證了振蕩的幅值和相值條件。晶體管［13］與［14］采用直接藕合，并由電阻［15］產生直流負反饋，穩定了電路的工作點。晶體管［16］接成共集電極電路組態，進一步減小了對LC振蕩電路的影響，同時保證了能用較長的電纜線經電容［17］把高頻傳感信號輸送給主機。
在主機電路系統中，整形分頻電路［18］中有晶體管［29］、［30］和史密特觸發器［31］及計數、分頻器［32］、［33］、門控電路［26］由JK觸以器［34］、［35］、比較器［36］、反相器［37］和摸擬開關［39］、［40］所組成，積分電路［19］有運算放大器［41］、采樣保持電路［20］有運算放大器［42］、［43］、平方運算電路［21］中有模擬乘法器［44］和運算放大器［45］、差動放大電路［22］中有運算放大器［46］、［47］、［51］、和由熱敏電阻［48］、電阻［49］、［50］組成的溫度補嘗電路以及定標電位器［53］、校準電位器［54］，基準電壓源［27］有穩壓管［38］。
在A／D轉換器［24］第14腳的轉換周期結束標志脈沖feoc的控制F，來自傳感器的高頻傳感信號fx經整形分頻電路［18］變為低頻方波傳感信號f′x開啟門控電路［26］，在此信號的一個周期內，積分器［19］對基準電壓源［27］進行積分運算，獲取傳感信號的周期量，并通過采樣保持電路［20］不斷傳送給差動放大電路［22］，放大后送到A／D轉換器［24］變成數字量后，由顯示屏［25］顯示出來。當傳感器、探頭未插入物料時，調整調零電位器［23］，使差動放大電路［22］輸出為零，顯示屏［25］顯示為零，然后把探頭插入物料，［22］便有輸出，［25］顯示出數字，只要事先通過調整定標、校準電位器［53］、［54］，就可保證顯示值與真值一致。熱敏電阻［48］和電阻［49］、［50］組成溫度補償電路，開關［52］為校、測轉換開關，撥1為測量位置，撥2為定標校準位置。
傳感器工作正常時，傳感信號fx由電纜線［6］送給探頭指示和斷頭報警電路［28］中的晶體管［55］、［56］，經放大整流后控制晶體管［58］導通，探頭指示發光管［57］亮，同時［58］輸出低電平，控制時基電路［59］、［60］仃振，揚聲器［61］不響。當傳感器電路發生故障或與主機的聯接線［5］或［6］開路時，由于收不到信號，晶體管［58］截止，輸出高電平，探頭指示發光管［57］不亮，同時控制時基電路［59］、［60］起振，揚聲器［61］發出“嘟、嘟……”的警報聲。
表一主要技術參數1、量程0～100％2、測量精度＜±0.3％3、分辨率0.1％4、重現性＜0.2％5、溫度補償自動6、反應時間＜0.3秒7、讀數方式三位數字動態掃描顯示8、電源電壓 220
±10％ 50HZ9、功率消耗＜5W10、工作條件1)環境溫度0～40℃2)環境濕度5～95％RH11、工作時間＞24小時12、重量＜4Kg
權利要求1.一種由傳感器和主機系統組成的電容式水分快速測定儀，其特征在于(a)、傳感器[1]由探頭[2]高頻振蕩電路[3]和金屬屏蔽盒[4]組成一體化結構；(b)、主機系統電路由整形分頻電路[18]、門控電路[26]、基準電壓源[27]、積分電路[19]、采樣保持電路[20]、平方運算電路[21]、差動放大電路[22]、調零電位器[23]、A/D轉換器[24]、顯數裝置[25]、探頭指示與斷頭報警電路[28]所組成。
2.按照權利要求1所述的水分快速測定儀，其特征在于傳感器探頭［2］的外電極［9］用螺母［11］固定在金屬屏蔽盒［4］的前端，內電極［8］用絕緣密封物［10］固定在外電極的中央。
3.按照權利要求1、2所述的探頭〔2〕，其特征在于可以是針狀、平板狀、圓筒狀、圓弧狀等不同幾何形狀。
4.按照權利要求1所述的水分快速測定儀，其特征在于傳感器［1］的高頻振蕩電路［3］中晶體管［13］接成共基極電路組態，晶體管［14］和［16］接成共集電極電路組態，［13］與［14］直接藕合，探頭［2］的內、外電極［8］和［9］與電感［12］并聯直接在［14］的發射極組成選頻回路，信號從［14］的集電極引出。
5.按照權利要求1所述的水分快速測定儀，其特征是在差動放大電路［22］中設有定標電位器［53］、校準電位器［54］、和由熱敏電阻［48］、電阻［49］、［50］組成的溫度補償電路。
6.按照權利要求1所述的水分快速測定儀，其特征是門控電路［26］由JK觸發器［34］、［35］和運算放大器［36］、［37］以及摸擬開關［39］、［40］所組成。
7.按照權利要求6所述的水分快速測定儀，其特征是JK觸發器［34］、［35］的清零端與A／D轉換器［24］的轉換周期結束標志脈沖信號端第14腳相連接。
專利摘要本實用新型是一種快速測定物質水分含量的物性分析儀器。適用于測定各種低介電常數物料；尤其是陶瓷可塑泥料、粉料、漿料以及坯體的水分含量。其特征在于傳感器由探頭，高頻振蕩電路和金屬屏蔽盒構成一體形式，主機測量系統采用集成模擬運算電路和數字顯示技術，并設有探頭指示和斷頭報警電路；探頭可做成各種形狀。具有量程寬、精度高、線性度好、分辨率高、溫度與雜質影響小，適用范圍廣、使用操作簡便等優點。
文檔編號G01N27/22GK2035087SQ8820536
公開日1989年3月29日 申請日期1988年5月6日 優先權日1988年5月6日
發明者張邦宏 申請人:景德鎮陶瓷學院