应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法，涉及铸造领域。解决了传统电容法测量装置在对湿型砂含水量进行测量时，存在电阻参数对电容的影响而造成含水量测试精度不高的问题。它由电容水分传感器、信号调理单元、激励信号源、数据采集模块、通信模块、控制模块和计算机组成。首先对由电容水分传感器、激励信号源和信号调理单元组成的测量电路的输出电压进行采样，并经通信模块送至计算机，计算机对获得的采样序列进行FFT变换，提取采样序列的基波分量，并对实部与虚部进行分离，得到仅与电容相关的基波分量虚部值，可准确求得湿型砂的电容，消除了湿型砂电阻对电容法测量的干扰，大大提高了电容法测量湿型砂含水量的精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是铸造湿型砂水分测量领域，具体涉及一种应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法。
技术介绍
含水量是湿型砂的重要组分参数，也是对铸件性能影响最为关键的参数之一。湿型砂水分控制的好坏直接关系到铸件的质量，准确而快速的测量湿型砂含水量是提高铸件质量、降低铸件废品率的重要手段。目前，电容法是被广泛应用的湿型砂含水量的快速测量方法之一，它具有成本低和测量速度快的优点。其基本原理是在交流源激励作用下，根据被测湿型砂的含水量变化时会引起传感器电容值的变化，用阻抗电桥、电容电桥或振荡回路等方法测得湿型砂的电容值，再根据湿型砂的含水量与电容值之间的已有关系来计算含水量的大小。然而，湿型砂是由硅砂、膨润土、水、煤粉和多种添加剂组成的一种复杂的混合物，因此，由电容传感器所形成的物理量不仅仅是电容参数，同时还存在着电阻参数，而传统的电容法常将电容传感器看作为理想电容，即将电阻分量忽略不计，这样大大降低了电容法测量湿型砂含水量的测试精度。因此，发展一种应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有电容法湿型砂含水量测量装置在对湿型砂含水量进行测量时，存在电阻参数对电容的影响而造成含水量测试精度不高的问题，提出了一种消除电阻参数影响，而仅保留电容参数的应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法。应用电容法测量湿型砂含水量的装置，它包括电容水分传感器、信号调理单元、激励信号源、数据采集模块、通信模块、控制模块和计算机，电容水分传感器的信号输出端与信号调理单元的第一信号输入端连接，激励信号源的激励信号输出端与信号调理单元的第二信号输入端连接、同时与数据采集模块的第一信号采集输入端连接，信号调理单元的信号输出端与数据采集模块的第二信号采集输入端连接，数据采集模块的信号输出端与通信模块的信号输入端连接，通信模块的控制信号输出端与控制模块的控制信号输入端连接，控制模块的控制信号输出端与激励信号源的控制信号输入端连接，计算机的双向信号输入/输出端与通信模块的双向信号输入/输出端连接。应用电容法测量湿型砂含水量的装置实现电容法测量湿型砂含水量的方法，该方法中应用到的由电容水分传感器、信号调理单元和激励信号源组成的测量电路，它包括构成电容水分传感器并联等效模型的电阻Rx和电容Cx、反馈电阻Rf、放大器A、平衡电阻R0和正弦波激励信号源Ui，反馈电阻Rf的一端与放大器A的输出端连接，另一端与放大器A的反相输入端连接、同时与构成电容水分传感器并联等效模型的电阻Rx和电容Cx的一端连接，构成电容水分传感器并联等效模型的电阻Rx和电容Cx的另一端与正弦波激励信号源Ui的一端连接、同时接地，正弦波激励信号源Ui的另一端与平衡电阻R0的一端连接，平衡电阻R0的另一端与放大器A的同相输入端连接，放大器A的输出端输出电压U0和正弦波激励信号源Ui接数据采集模块。所述的电容法测量湿型砂含水量的方法包括以下步骤：步骤一、将电容水分传感器插入被测湿型砂中；步骤二、在计算机控制下，通过通信模块、控制模块向激励信号源发出控制信号，启动激励信号源，激励信号源产生正弦波激励信号Ui=Uimsin(ωt)；步骤三、数据采集模块对放大器A的输出端输出电压U0采样n次，得到采样序列U0(n)，并通过通信模块送至计算机；步骤四、计算机对采样序列U0(n)进行FFT变换，提取复数形式的基波分量，并对基波分量的实部和虚部进行分离，得到虚部对应着步骤五、由公式，可求得湿型砂的电容，再通过已有的湿型砂电容Cx与含水量之间的关系，即可求得湿型砂的含水量。优选的，所述的步骤三，在任意时刻φi，对正弦波激励信号Ui=Uimsin(ωt+φi)和放大器A的输出端输出电压U0=a0cos(ωt+φ+φi)同时采样n次，得到采样序列U0(n)和Ui(n)。优选的，所述的步骤四，对采样序列U0(n)和Ui(n)都进行FFT变换，可求得U0(n)的FFT变换结果的模为Z、相位为φ+φi，Ui(n)的FFT变换结果的相位为φi，由(φ+φi)-φi=φ可得出在任意时刻采样的初始相位φ，又因任意时刻采样FFT变换结果的模不变，可将Z与φ重新组合可得到U0(n)的FFT变换。本专利技术的优点：通过对由电容水分传感器、激励信号源和信号调理单元组成的测量电路的输出电压进行采样，并经通信模块送至计算机，计算机对获得的采样序列进行FFT变换，提取出信号的基波分量，然后对基波分量的实部与虚部进行分离，得到仅与电容相关的基波分量虚部值，可准确求得湿型砂的电容，消除了传统电容法测量湿型砂含水量时湿型砂电阻的干扰，从而大大提高了电容法测量湿型砂含水量的测试精度。附图说明图1是本专利技术中应用电容法测量湿型砂含水量的装置构成框图。图2是本专利技术中由电容水分传感器、信号调理单元和激励信号源组成的测量电路原理图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的应用电容法测量湿型砂含水量的装置，它包括电容水分传感器1、信号调理单元2、激励信号源3、数据采集模块4、通信模块5、控制模块6和计算机7，电容水分传感器1的信号输出端与信号调理单元2的第一信号输入端连接，激励信号源3的激励信号输出端与信号调理单元2的第二信号输入端连接、同时与数据采集模块4的第一信号采集输入端连接，信号调理单元2的信号输出端与数据采集模块4的第二信号采集输入端连接，数据采集模块4的信号输出端与通信模块5的信号输入端连接，通信模块5的控制信号输出端与控制模块6的控制信号输入端连接，控制模块6的控制信号输出端与激励信号源3的控制信号输入端连接，计算机7的双向信号输入/输出端与通信模块5的双向信号输入/输出端连接。具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一的进步一说明，本实施方式所述的激励信号源3为正弦波激励信号源。具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一的进步一说明，本实施方式所述的数据采集模块4为采样频率150kHz以上的高速数据采集模块。具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的应用实施方式一所述的应用电容法测量湿型砂含水量的装置实现电容法测量湿型砂含水量的方法，该方法中应用到的由电容水分传感器1、信号调理单元2和激励信号源3组成的测量电路，它包括构成电容水分传感器1并联等效模型的电阻Rx和电容Cx、反馈电阻Rf、放大器A、平衡电阻R0和正弦波激励信号源Ui，反馈电阻Rf本文档来自技高网...
【技术保护点】
应用电容法测量湿型砂含水量的装置，其特征在于，它包括电容水分传感器（1）、信号调理单元（2）、激励信号源（3）、数据采集模块（4）、通信模块（5）、控制模块（6）和计算机（7），电容水分传感器（1）的信号输出端与信号调理单元（2）的第一信号输入端连接，激励信号源（3）的激励信号输出端与信号调理单元（2）的第二信号输入端连接、同时与数据采集模块（4）的第一信号采集输入端连接，信号调理单元（2）的信号输出端与数据采集模块（4）的第二信号采集输入端连接，数据采集模块（4）的信号输出端与通信模块（5）的信号输入端连接，通信模块（5）的控制信号输出端与控制模块（6）的控制信号输入端连接，控制模块（6）的控制信号输出端与激励信号源（3）的控制信号输入端连接，计算机（7）的双向信号输入/输出端与通信模块（5）的双向信号输入/输出端连接。
【技术特征摘要】
1.应用电容法测量湿型砂含水量的装置，其特征在于，它包括电容水分传感器（1）、信
号调理单元（2）、激励信号源（3）、数据采集模块（4）、通信模块（5）、控制模块（6）和计算机
（7），电容水分传感器（1）的信号输出端与信号调理单元（2）的第一信号输入端连接，激励信
号源（3）的激励信号输出端与信号调理单元（2）的第二信号输入端连接、同时与数据采集模
块（4）的第一信号采集输入端连接，信号调理单元（2）的信号输出端与数据采集模块（4）的
第二信号采集输入端连接，数据采集模块（4）的信号输出端与通信模块（5）的信号输入端连
接，通信模块（5）的控制信号输出端与控制模块（6）的控制信号输入端连接，控制模块（6）的
控制信号输出端与激励信号源（3）的控制信号输入端连接，计算机（7）的双向信号输入/输
出端与通信模块（5）的双向信号输入/输出端连接。
2.根据权利要求1所述的应用电容法测量湿型砂含水量的装置，其特征在于，所述的激
励信号源（3）为正弦波激励信号源。
3.根据权利要求1所述的应用电容法测量湿型砂含水量的装置，其特征在于，所述的数
据采集模块（4）为采样频率150kHz以上的高速数据采集模块。
4.基于权利要求1所述的应用电容法测量湿型砂含水量的装置实现电容法测量湿型砂
含水量的方法，其特征在于：
该方法中应用到的由电容水分传感器（1）、信号调理单元（2）和激励信号源（3）组成的
测量电路，它包括构成电容水分传感器（1并联等效模型的电阻Rx和电容Cx、反馈电阻Rf、放
大器A、平衡电阻R0和正弦波激励信号源Ui，反馈电阻Rf的一端与放大器A的输出端连接，另
一端与放大器A的反相输入端连接、同时与构成电容水分传感器（1）并联等效模型的电阻Rx和电容Cx的一端连接，构成电容水分传感器（1）并联等效模型的电阻...
【专利技术属性】
技术研发人员：石德全，康凯娇，高桂丽，董静薇，李大勇，石蒋伟，刘成前，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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