物料水份测量仪制造技术

物料水份测量仪由探头、变换器和测量－显示器组成。探头是能感受物料因含水率不同而致电容ＣＸ变化的器件；变换器是一种其输出电压ＵＯ正比于输入电压ＵＩ角频率ω和被测电容ＣＸ的虚部法电容测量电路；测量－显示器是能提供各级稳压电源，包括向变换器提供频率稳定的输入电压信号ＵＩ的，能测量显示被测量值的电路。用于对散装、袋装、筐装的粮食或其他细物料所含的水份作现场实时、快速准确的无损检测。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种检测物料中所含水份量的测量仪表，属于非电量电测仪器范畴，特别适用于粮食收购时对散装、筐装、袋装粮食的含水率作现场、实时、无损检测，也可用于对面粉、奶粉或者煤粉、矿粉等细粒度物料的含水率作现场、实时检测。现有粮食水份的检测，多是据检测者的经验咬碎粮食，凭“脆”感作定性评价的；或是用称重-烘干-再称重的方法来定量检定物料的含水率，前者存在人为因素的粗大误差，后者存在速度慢、效率低的问题。用微波法测量，虽然线性好，但造价高。电容振荡法、粉碎测电阻法检测水份则存在着线性差、稳定性不好、实时性差等问题。本技术的任务是基于“虚部法电容测量电路”设计一种能对散装、筐装、袋装的粮食或其它细粒度物料含水率进行现场、实时、快速、准确、无损检测的物料水份测量仪。本技术是以如下方式实现的。其工作原理是，基于水具有比粮食、面粉、矿物粉料有更高的介电系数，而电极之间的电容量与电极之间的介质的介电系数成正比，当粮食等物料填充于电极间时，含水率高的粮食等物料比含水率低的粮食等物料具有更高的介电系数，从而使电极间的电容量在填充含水率高的粮食等物料时，比填充含水率低的粮食等物料有更大的电容量，通过一种输出电压与电容量成正比的测量电路，将粮食等物料的含水率导至的电极间电容量的变化转换为电压，再用数字电压表测量该电压，通过校准标定，则可测定粮食等物料的含水率。本技术由探头、变换器和测量-显示器组成。探头是能受感物料含水率不同而致电容CX线性变化的电容性器件；变换器是一种其输出电压UO正比于输入电压UI、角频率ω、和被测电容CX的、关系式为UO＝jω·RF·CX·UI的“虚部法电容测量电路”；测量-显示器则是能向电路提供各级工作电源、向变换器提供频率稳定的输入电压信号UI的含有滤波、检波、调节放大器等环节的，能测量显示被测量值的电路。探头、变换器、测量-显示器用导线或电缆和接线端子，实现它们间相应的电连接。以下结合附图作进一步详细说明本技术的探头含有由带圆柱和锥头的芯杆1、呈台肩圆筒形的测量极2和手柄极3构成的探针部和手柄4。芯杆、测量极和手柄极同轴线依次叠套，用高强度绝缘胶充填，绝缘地胶接成一体，并保持测量极2的大端端面与芯杆1的锥头圆柱部端面间，以及手柄极小端端面与测量极台肩端面间有5-10mm的间距。而另一端则依次保持芯杆比测量极，测量极比手柄极沿轴向伸出3-5mm作为电接点以便焊接导线，手柄极3与手柄4联接。变换器电路5设置在手柄4内部的空腔中。探针各电极的电接点经导线与变换器相应连接，其中芯杆1、手柄极3的电接点A1，A3均接地成为电容CX的一电位极。测量极2作为被检测电容CX的另一极经电接点A2接至变换器相应的电连接处。芯杆锥端圆柱面、测量极大端圆柱面和手柄极小端圆柱面的直经相同，为6-10mm，测量极大端圆柱面长度为40-150mm，芯杆锥端圆柱面长度和手柄极小端圆柱面长度为测量极大端圆柱面长度的3/5-2/3。整个探针外部涂敷高强度耐磨材料(参见附附图说明图1)。图2示出了变换器电路结构，变换器5含有运放NOA-NOD、电阻器RF、RO、RO1-RO4、电容器CO2和电容CI。是一种输出电压UO正比于输入电压UI、角频率ω、反馈电阻RF和电容CI与被测电容CX之串联值的“虚部法电容测量电路”。其中，NOA的正输入端INP接来自测量-显示器的激励交流信号UI，其负输入端接其输出端作成跟随器，其输出接运放NOB的正输入端，NOB负输入端通过反馈电阻RF接输出端，NOB的负输入端还接电容器CI，电容CI的另一端经端子A2用硬导线就近接探针的测量极2；NOC的正输入端接NOA的输出端，NOC的负输入端经电阻RO接其输出端作成“相移补偿跟随器”；NOC的输出端经电阻RO1接NOD的负输入端，NOD的负输入端还经电阻RO2接其输出端；NOB的输出端经电阻RO3接NOD的正输入端，NOD的正输入端接电阻RO4，RO4的另一端接电容CO2，CO2的另一端接地；NOD的输出端输出本变换器的变换信号到测量-显示器。电路的地线(GND)用硬导线就近接探针的芯杆1、探针手柄极3的电接点A1、A3，测量极2的电接点A2与电容CI一极连接。并有RO＝RF，以便达到NOB和NOC这两个运放构成的放大器有基本相同的相移。为了使NOD成为一个对NOC和NOB的输出信号的减法器电路，而使RO1＝RO2、RO3＝RO4，并尽量使RO1＝RO2＝RO3＝RO4。这样，本电路以如下的原理工作NOA的输出等于NOA的输入UI。减法器电路的输出UO，正是NOB的输出UB与NOC的输出UC的差UO=UB×RO4RO3+RO4×(1+RO2RO1)-UC×RO2RO1]]>=UB×12×(1+1)-UC×11]]>＝UB-UC当NOB对地无被测电容时，亦即等同于NOB的负输入端无电容时，则NOB与NOC的输出信号是同相、同幅的，即UB＝UC。减法器NOD的输出为UO＝0。而当NOB的负输入端有对地的被测电容CX(设CI相对于CX为很大的数值，于是有CI串联CX的值近似于CX)时，其输出为UB=UI(1+RF1/jωCX)=UI(1+jω•RF•CX)]]>而NOC的输出则是UC＝UI因此，减法器电路NOD的输出是UO＝UB-UC＝jω·RF·CX·UI从而决定了本变换电路的输出函数是正比于输入电压UI、角频率ω、反馈电阻RF和电容CI与被测电容CX之串联值的线性函数。电路以可靠措施确保ω、RF不变，则测量输出仅与UI、CX有关。测量-显示器的电路含有激励信号发生器11，抗干扰滤波器12，检波器13，减法调节放大器14、数字电压表15、电源分配器16及电池17。如图3。激励信号发生器11输出频率、幅度稳定的正弦波经端子B1输出再经电缆接到安装在探针手柄4中的变换器5的端子INP，抗干扰滤波器12的输入经电缆接自变换器5的输出OUT，经滤波器12滤除干扰后，送到绝对平均值检波器13，检波输出的直流信号送到减法调节放大器14，减法调节放大器14减去探针位于空气中时的初始电容对应的电平值，并将放大调节后的信号输出到数字电压表15，显示被测物料的含水率。电池17提供的单电源，经电源分配器16产生VDD、VREF、VCC、GND提供所需电路使用，VCC等于电池电压VDD的40％-60％，相对于VCC高出电池电压的1/8-1/10的VREF供数字电压表作标准电压。设计中允许探针的测量极对地有初始电容(探针位于全干的物料中的电容加探针的固有电容)，用减法调节放大器14对检波后的绝对平均值减去这一电容对应的值，使数字电压表显示为O；则在探极插入物料后，因含水率增加而使电容增值时，减法器输出的电压将以一定的线性正比于含水率而增加，从而实现含水率的线性测量。因此，本水分测量仪有，当物料含水率的增量线性地引起测量极对接地极的电容增量时，放大器15的输出电压增量线性地正比于电容的增量，从而线性地正比于物料的含水量。本测量显示器的激励信号发生器11由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物料水份测量仪，由探头、变换器和测量－显示器组成，其特征在于探头是能受感物料含水率不同而致电容ＣＸ线性变化的器件；变换器是一种其输出电压ＵＯ正比于输入电压ＵＩ、角频率ω和被测电容ＣＸ，存在关系式ＵＯ＝ｊω．ＲＦ．ＣＸ．ＵＩ的“虚部法电容测量电路”；测量－显示器则是能向电路提供各级电源、向变换器提供频率稳定的输入电压信号ＵＩ的，含有滤波、检波、调节放大器诸环节、能测量、处理、显示被测量值的电路；探头、变换器、测量－显示器用导线或电缆和接线端子实现它们间相应的电联接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐德尧，彭湘晖，段中海，
申请(专利权)人：彭湘晖，唐德尧，段中海，
类型：实用新型
国别省市：44[中国|广东]