水分传感器制造技术

一种装置根据电荷从棉花中流过的速度来测量棉花的水分含量。该装置包括一个水分传感器，它具有第一电极，第二电极和相互交叉在第一和第二电极之间的接地电极。该装置还包括水分含量确定电路，它向第一电极提供第一电荷，并且向第二电极提供第二电荷。水分含量确定电路确定电荷从各自的第一和第二电极通过棉花流到接地电极的速度，并且根据电荷流经棉花的速度来确定棉花的水分含量。借助于向第一电极提供第一电荷，并且向第二电极提供第二电荷，该装置能够在很宽的水分含量范围内精确地测量出棉花的水分含量。这一宽范围是这样实现的，将第一电极上的第一电荷的等级设定在适当的水分等级，它是所需测量范围的上限，而将第二电极上的第二电荷的等级设定在适当的水分等级，它是所需测量范围的下限。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到测量流动材料物理特性的
本专利技术特别涉及到对轧棉机中加工的棉花测量其水分含量的
确定由轧棉工业生产的棉花纤维质量的一个因素是皮棉在清洁和轧棉过程中存在的水分含量。如果在清洁过程中能够将皮棉的水分含量维持在优选的范围内，皮棉清洁机器就能更高效地工作，并且对棉花纤维的损伤很小。如果能根据皮棉在干燥设备出口处的水分含量而连续地调节皮棉干燥设备，就能将皮棉水分含量维持在优选的范围内。典型的水分测量系统是根据棉花的电阻来确定水分含量。这种系统从流动的棉花中捕捉棉花的采样，并且将采样压在一个阴极和一个阳极之间。然后，系统测量阴极和阳极之间的电阻。由于棉花的水分含量与棉花的电阻是成反比的，根据凭经验确定的公式就能计算出水分含量。遗憾的是，电阻测量系统只能在比较小的水分含量范围内保证精确。随着水分含量的增大，电阻会下降。这样，如果系统不能精确地测量小电阻值，测量精度就会变劣。因此，随着水分含量的增大，还需要增大采样的电阻，例如是增大阴极和阳极之间的间隙。反之，随着水分含量的减小，棉花的电阻会增大。通过缩小阴极和阳极之间的间隙从而降低通过采样的电阻，就可以补偿增大的电阻。遗憾的是，这种方案会加重高水分测量的问题。由于这些相互矛盾的设计问题，典型的水分测量系统是在低水分等级和高水分等级的测量精度之间达成一种折衷。其结果是，这些系统的精确性被限制在靠近预期水分等级范围中心的一个比较小的范围内。如果水分测量系统不能在一个足够宽的水分等级范围内精确地确定水分含量，皮棉干燥机控制系统就只能在棉花中维持小于适当水分等级的水分。如果皮棉干燥机在清洁操作期间不能将水分含量维持在一个最佳范围之内，棉花纤维就会比适当水分等级范围之内的棉花更容易受到损伤。因而就需要有这样一种方法和装置，它能够在一个足够宽的水分等级范围内精确地测量棉花的水分含量，从而适当地控制轧棉机中的皮棉干燥机。上述和其他需要是用这样一种装置来实现的，它可以测量诸如棉花等材料的水分含量，材料的电阻是材料的水分含量的一个函数。水分含量是根据电荷通过材料的速度来测量的。该装置有一个包含第一电极，第二电极和接地电极的水分传感器。接地电极在第一和第二电极之间是相互交叉的。该装置还包括水分含量确定电路，它向第一电极提供第一电荷，并且向第二电极提供第二电荷。水分含量确定电路确定电荷从各自的第一和第二电极通过材料流到接地电极的速度，并且根据电荷流经材料的速度来确定棉花的水分含量。借助于向第一电极提供第一电荷，并且向第二电极提供第二电荷，本专利技术能够在很宽的水分含量范围内精确地测量出棉花的水分含量。这一宽范围是这样实现的，将第一电极上的第一电荷的等级设定在适当的水分等级，它是所需测量范围的上限，而将第二电极上的第二电荷的等级设定在适当的水分等级，它是所需测量范围的下限。这样就避免了根据电阻来测量水分含量时所面临的上述那些典型的问题。在最佳实施例中，水分含量确定电路具有第一电荷充电电路和第二电极充电电路。第一电极充电电路将第一电容器充电到第一电压电平，每个第一电极都有一个相应的第一电容器。按照这种方式将第一电压电平提供给每个第一电极。同样，第二电极充电电路将第二电容器充电到第一电压电平，每个第二电极都有一个相应的第二电容器。这样就也能将第一电压电平提供给每个第二电极。水分含量确定电路还包括一个传感器放电定时器，用来确定与第一电极有关的第一放电时间。用第一放电时间测量第一电极上的第一电压电平由于第一电容器的放电而下降到第二电压电平的速度。传感器放电定时器还要确定与第二电极有关的第二放电时间。用第二放电时间测量第二电极上的第一电压电平由于第二电容器的放电而下降到第二电压电平的速度。传感器放电定时器包括一个用来产生周期性时钟脉冲的时钟，和一个在第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数的计数器。计数器还要在第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的同时对时钟脉冲计数。最佳实施例的水分含量计算器根据选定的第一和第二放电时间的次数来确定材料的水分含量。选定的第一和第二放电时间处在选定的时钟脉冲范围之内。水分含量计算器采用这样一种方法来确定水分含量，该方法按照以下的公式将选定的第一和第二放电时间与水分含量相联系M=Σm=1n1M1(m)+Σm=1n1M2(m)n1+n2(1)]]>其中的M是用按湿量计算的重量百分数表示的材料中的水分含量，M1(m)是用第m个选定的第一放电时间来确定的材料的水分含量，m是包括1和n1在内的1和n1之间的一个整数，而M2(m)是用第m个选定的第二放电时间来确定的材料的水分含量，m是包括1和n2在内的1和n2之间的一个整数。在其他最优选实施例中，第一和第二电极包括平行的线性导体。每个第一和第二电极导体在电路上与其他所有导体都是绝缘的。接地电极包括离散的平行线性导体，它们与第一和第二电极导体保持平行并且相互绝缘。每个接地电极处在一个接地电位。本专利技术还提供了根据电荷流过材料的速度来测量材料的水分含量的一种方法。为第一电极提供第一电荷，为第二电极提供第二电荷。第一和第二电荷通过材料向相互交叉地连接在第一和第二电极之间的接地电极放电。确定电荷从第一和第二电极通过材料流到接地电极的速度。根据电荷流过第一电极的速度，并且根据电荷流过第二电极的速度来确定材料中的水分含量。在本专利技术的最佳实施例中，向第一电极提供第一电荷的步骤中包括将第一电容器充电到第一电压电平并且将第一电压电平提供给第一电极的步骤。向第二电极提供第二电荷的步骤中包括将第二电容器充电到第一电压电平并且将第一电压电平提供给第二电极的步骤。在某些优选实施例中，确定电荷从第一电极通过材料流到接地电极的速度的步骤中包括确定与第一电极有关的第一放电时间的步骤。用第一放电时间测量第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的速度。同样，确定电荷从第二电极通过材料流到接地电极的速度的步骤中包括确定与第二电极有关的第二放电时间的步骤。用第二放电时间测量第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的速度。某些实施例的第一放电时间是在第一电极上的第一电压电平随着第一电容器放电而下降到第二电压电平的同时通过产生周期性的时钟脉冲并且对时钟脉冲计数而确定的。按照同样的方式，第二放电时间是在第二电极上的第一电压电平随着第二电容器放电而下降到第二电压电平的同时通过产生周期性的时钟脉冲并且对时钟脉冲计数而确定的。根据落入一个指定的时钟脉冲范围内的选定的第一和第二放电时间的次数来确定材料的水分含量。在最佳实施例中，材料的水分含量是用以下的公式根据选定的第一和第二放电时间而确定的M=Σm=1n1M1(m)+Σm=1n2M2(m)n1+n2,(2)]]>其中的M是用按湿量计算的重量百分数表示的材料中的水分含量，M1(m)是用第m个选定的第一放电时间来确定的材料的水分含量，m是包括1和n1在内的1和n1之间的一个整数，而M2(m)是用第m个选定的第二放电时间来确定的材料的水分含量，m是包括1和n2在内的1和n2之间的一个整数。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，它根据电荷通过材料的速度来测量材料的水分含量，该装置包括： 水分传感器，它具有： 第一电极， 第二电极和 相互交叉在第一电极和第二电极之间的接地电极；以及 水分含量确定电路，它向第一电极提供第一电荷，并且向第二电极提供第二电荷，其中的第一电荷和第二电荷处在不同的电荷水平，用来确定电荷从各自的第一和第二电极通过材料流到接地电极的速度，并且根据电荷流经材料的速度来确定材料的水分含量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：HM戈拉希，ME加尔约恩，TV布拉洛克，
申请(专利权)人：乌斯特技术股份公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]