專利名稱：一種松脂含水量測試儀的制作方法
技術領域：
本發明屬于物理量測量技術領域，具體地說涉及一種松脂含水量的測量裝置。
從林區收購松脂，為防止松節油揮發，農民要往松脂中加水，由于摻水是隨意的，不同容器的摻水量相差很大，一般松脂中的水份含量在5%～20%之間。
公知松脂含水量的測量方法及裝置采用蒸餾法。取少量含水松脂稱重后用松節油稀釋，放入蒸餾器中，蒸餾出水份，再稱水份的重量，用水份重量除以松脂原重量，得出水份的含量。這種公知的測量方法及裝置明顯的缺點是用的時間長，測一次需要30～60分鐘。
這種公知的測量方法及裝置的另一個缺點需用大量的松節油及電爐、天秤、蒸餾器等笨重的實驗設備，不便于在鄉村、野外收購現場使用。
本發明的目的是為避免這些缺點和困難，提供一種輕便、易于攜帶、適于鄉村野外收購現場使用的、能快速準確地測出松脂中水份含量的松脂含水量測試儀。
本發明的任務是這樣實現的由于待測松脂中含水量不同而引起電參數的變化量，用這個變化量與一個已知含水量的松脂的電參數的變化量進行比較，當平衡時、兩個量值相等。設計原理對于電容器，兩平行極板間的電容C∝εrε. (S)/(d)
其中ε.為真空介電常數、εr為相對介電常數、S為極板的面積d為兩極板間的距離。
設電容兩極板間是含有水份的松脂，若含水量不同，根據上述關系式對應的εr和C的量值也不同。通過事先實驗找出C和εr與含水量之間的對應關系，測出了電容量C就能知道松脂的含水量，從而實現非電量轉換為電參量的測量，換句話說，松脂含水量可以通過測量電容C的量來確定。
電容C的測量可通過比較兩個電路的時間常數求得，即設US＝RC (dU(t))/(dt) +US(t)其中US為電壓源，RC＝τ為時間常數(當RC值不同時、τ也不同)、UC為電容兩端的電壓，(t)為單位時間。
對于RA、CA、τA＝RACA對于RB，CB，τB＝RBCB若τA＝τB，則CA= (RB)/(RA) CB若CB已知， (RB)/(RA) 已知，則可求出CA。
根據上述設計原理采取下述技術解決方案一個試樣電容盒，其等效電容與一個電阻相串聯，形成一個時間常數等于τ的RC電路，接入電壓源，在電容兩端得到按指數規律變化的鋸齒形脈沖送入取樣電路，取樣電路輸出一個方波脈沖，其脈寬由τ決定;一個已知τ標準脈沖發生器，輸出一個τ標準方波脈沖，其脈寬可調節選定;一個觸發器，輸出觸發脈沖同時送入所述取樣電路和所述τ標準脈沖發生器，觸發這兩個電路同步工作;一個比較器，對所述取樣電路和所述τ標準脈沖發生器送來的方波脈沖進行脈寬比較，比較結果送至顯示器;一個所述顯示器由一個延遲器控制延遲一段時間后顯示比較結果;一個直流穩壓源用于向所述的取樣電路、τ標準脈沖發生器、觸發器、比較器、延時器、顯示器供電。
使用本發明測定松脂的含水量不用任何添加劑，操作方便，快速簡捷，測一次僅需1分鐘，工效比蒸餾法提高30～60倍;準確度高，測量精度可達0.1%，由于抽取測量的樣品總量多，因而更能代表整個樣本;成本低，每臺造價約200元，不需用笨重、昂貴的實驗設備;重量輕，2kg/臺，便于攜帶，不受環境和使用條件限制，可廣泛用于有大批量樣本的野外收購現場。
圖1是松脂含水量測量儀的結構示圖。
圖2是A型試樣電容盒的結構示圖。
圖3是電容極板的軸測圖。
圖4是B型試樣電容盒的結構示圖。
圖5是電容極板的軸測圖。
圖6是測量原理方框圖。
圖7是測量電路原理圖。
下面結合附圖詳細描述本發明給出的實施例。
圖1示出本發明松脂含水量測量儀的結構。插座〔1〕、指示燈〔4〕、調節扭〔5〕、電源開關〔8〕安裝于殼體〔7〕的正面板上，印刷電路板〔2〕、電池盒〔6〕安裝于殼體〔7〕的腹腔內，同軸電纜〔10〕用于連接試樣電容盒〔9〕與插座〔1〕，殼體上面前端留有窗口〔3〕，以便于觀察讀數。
在圖2、圖3中，試樣電容盒〔9〕用介質損耗小的絕緣材料制成，盒體上面是蔽口的，盒體兩側平行對稱安裝絕緣板〔9-1〕和絕緣板〔9-3〕之間夾入導電金屬薄板的電容極板〔9-2〕，在邊端引出電極〔9-4〕和電極〔9-5〕，四周邊封閉，極板〔9-2〕可做成各種平面幾何形狀，但必需保證其面積在1cm2～1000cm2之間，兩極板之間的距離在1cm～15cm之間。
試樣電容盒〔9〕也可以做成圖4那樣的結構。盒體上面蔽口，在圖2的基礎上于盒體腔內加裝一塊如圖5那樣的在絕緣板〔9-6〕和絕緣板〔9-8〕之間夾入導電金屬薄板的電容極板〔9-7〕，邊端引出電極〔9-10〕，兩側的極板在邊端用導體相連接引出電極〔9-9〕，這種結構可以增加容積和電容量。
圖6是測量原理方框圖。圖中試樣電容盒〔9〕用于盛裝待測試樣、外加金屬盒屏蔽，防止外部電磁干擾。試樣電容盒〔9〕通過同軸電纜〔10〕與電阻R1相串聯接入電壓源，組成一個時間常數等于τ的RC電路，試樣電容盒〔9〕的輸出端接入取樣電路〔11〕的輸入端〔RC〕，在此輸入端產生一按指數規律變化的鋸齒形脈沖，該信號進入取樣電路〔11〕，在其輸出端〔Q〕將輸出一個脈寬由RC決定的負脈沖方波;τ標準脈沖發生器〔12〕用于產生一個已知τ標準由輸出端〔Q〕輸出負脈沖方波，其脈寬可以調節選定;觸發器〔14〕產生一窄負脈沖同時送至取樣電〔11〕和τ標準脈沖發生器的〔B〕端，以觸發這兩個電路同步工作;比較器〔13〕對取樣電路〔11〕和τ標準脈發生器〔12〕送來的負方波脈沖進行脈寬比較，比較結果由其輸出端〔Q〕、〔Q〕分別送至顯示器〔15〕、〔16〕顯示;延時器〔17〕用于控制顯示器〔15〕、〔16〕延遲一段時間待試樣穩定后才工作;直流穩壓源〔18〕用于向上述電路提供工作電源。
圖7是測量電路原理圖。試樣電容盒〔9〕通過同軸電纜〔10〕連接的插頭插入插孔CZ1與電阻R1相串聯接入電壓源組成RC電路，合上開關K，電源E由U5穩壓、C6濾波后經R1向電容盒〔9〕的等效電容CN充電、充至一定電平后等效電容CN又通過U1A的〔RC〕端放電，在此輸入端產生一個按指數規律變化的鋸齒形脈沖信號送入U1A的〔RC〕端;取樣電路由U1A、R1、CN組成的一個多諧振蕩器構成，在其〔Q〕輸出方波脈沖中，其脈寬由輸入端〔RC〕的τ決定;U1B、R2、W1、C1、C2、C7組成的多諧振蕩器構成τ標準脈沖發生器，用于產生一個已知的τ標準，τ由R1、W1、C2的取值決定，在可變電容C2的調節旋扭上裝有標示松脂含水率與電容值相對應刻度的刻度盤，調節C2可改變U1B輸出端〔Q〕輸出的脈沖寬度，C1、C7為補償電容，用于平衡測量輸入端因接線引起的分布電容、以減少誤差;U2A、R3、C3、R4構成觸發電路、也是一個多諧振蕩器，其中R3、C3組成RC網絡，觸發脈沖由U2A的〔Q〕輸出同時送至U1A、U1B的〔B〕端，以觸發取樣電路和τ標準脈沖發生器同步工作;U3A是D觸發器構成的比較器，其輸入端〔D〕與U1A的〔Q〕端相連接，輸入端〔CLK〕與U1B的〔Q〕端相連接，對由U1A構成的取樣電路與U1B構成的τ標準脈沖發生器送來的負方波脈沖進行脈寬比較，比較結果送入顯示器顯示;顯示器由與非門U4A、U4B和發光二極管LED1、LED2、電阻R6、R7組成，當取樣電路與τ標準脈沖發生器輸出的方波脈沖經比較器進行比較，脈寬一致時，U4A的輸入端〔15-1〕為高電平，輸出端〔15-3〕為脈沖方波，U4B的輸入端〔16-1〕為高電平，輸出端〔16-3〕為脈沖方波，發光二極管LED1、LED2都有脈沖電流，由于肉眼視覺的惰性作用，所以感覺兩個發光二極管同時發光，此時表示待測試樣已與標準達到平衡;從C2調節旋扭刻度盤上標示的讀數得知待測松脂的含水率;R6、R7起限流作用;U2B、C4、R5、C5、R8組成延時電路，U2B的〔Q〕端與U4A〔15-2〕端、U4B的〔16-2〕相連接，由U2B的〔Q〕端控制顯示器延遲一段時間例如1分鐘才工作，目的是給試樣穩定一段時間，以減小誤差。
權利要求
1.一種松脂含水量的測量裝置，其特征在于-一個盒體側面裝有至少兩塊平行對稱極板的試樣電容盒[9]，它是分離于殼體外的部件，用于盛裝待測試樣，其邊端引出電極與同軸電纜[10]的一端相連接，所述試樣電容盒[9]通過所述同軸電纜[10]的另一端與一個電阻R1相串聯接入電壓源，所述試樣電容盒[9]的輸出端與取樣電路[11]的[RC]輸入端相連接；-一個有兩個輸入端[RC]、[B]的所述取樣電路[11]，用于取出按指數規律變化的RC=τ的鋸齒形脈沖信號，在其輸出端[Q]輸出一個脈沖寬度由RC決定的負方波信號；-一個輸出脈寬可調的RC=τ的標準脈沖發生器[12]，用于產生一個已知τ標準負脈沖方波信號，由其輸出端[Q]輸出；-一個觸發器[14]，由其輸出端[Q]送出一窄負脈沖同時輸至所述取樣電路[11]的輸入端[B]與所述τ標準脈沖發生器[12]的輸入端[B]，用于觸發這兩個電路同步工作；-一個比較器[13]，其輸入端[D]與所述取樣電路[11]的輸出端[Q]相連接，輸入端[CLK]與所述的τ標準脈沖發生器[12]的輸出端[Q]相連接，用于對所述采樣電路[11]與所述τ標準脈沖發生器[12]送來的負方波脈沖信號進行脈寬比較，比較結果由其輸出端[Q]、[Q]分別送入顯示器[15]、[16]的輸入端[15-1]、[16-1]；-一個所述顯示器[15]、[16]的輸入端[15-2]、[16-2]分別與所述比較器[13]的輸出端[Q]、[Q]相連接，所述顯示器[15]、[16]的輸出狀態由其輸入端[15-1]、[16-1]的狀態所決定；-一個延時器[17]的[Q]端與所述顯示器[15]、[16]的[15-2]、[16-2]端相連接，用于控制所述顯示器[15]、[16]延遲一段時間才顯示比較結果；-一個直流穩壓源[18]、用于向所述RC電路，取樣電路[11]、τ標準脈沖發生器[12]、觸發器[14]、比較器[13]、延時器[17]、顯示器[15]、[16]供電；-一個殼體[7]，用于安裝電氣零、部件。
全文摘要
本發明公開了一種松脂含水量的測量裝置，它由試樣電容盒、同軸電纜、采樣、標準、觸發、比較、延時、顯示及電源電路所組成。利用松脂中含水量不同而引起電參數的變化量，通過與一個已知含水量的松脂的電參數進行比較，從而確定被測松脂含水量。該測量裝置操作簡單、快速準確、自重輕、便于攜帶，不受環境和使用條件限制，可廣泛用于有大批松脂樣本的鄉村、野外收購現場。
文檔編號G01N27/22GK1065528SQ9110254
公開日1992年10月21日 申請日期1991年3月29日 優先權日1991年3月29日
發明者龔少楠 申請人:龔少楠