专利名称：电容式物料水分测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物料水分测定仪，具体说是涉及一种电容式物料水分测定仪。
背景技术：
电容法是一种常用的测试物料水分的方法，它利用物料含水率高时介电常数增高的原理进行测量。中国专利86101309《松散物质水分测定仪》、86200819《电容式快速水分仪》、86210321《量杯式微电脑谷物水分测定仪》、87205091《袖珍式固体物质水分快速测定仪》、87206844《袖珍式粮食水分快速测定仪》、88205362.0《高频电容式水分快速测定仪》、93212522《电容式物质水分测定仪》、93235926.4《宽温低功耗粮食水分测量仪》、95201164.6《分体式电脑水分速测仪》、96206503.X《粮食在线水分测定仪》、96246614.X《粮食水分多点在线检测仪》等均采用了测量电容的方法。但用电容法测试物料水分时物料的视密度也极大地影响粉粒状物料的介电常数，从而粉粒状物料的密实程度将造成含水率的测量误差。这是电容式水分测定仪精度不高的主要原因。温度变化使物料介电常数与水分的关系发生变化，另外温度也会使测量电路的参数发生变化，造成测量误差。
发明内容本实用新型的目的就在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种在利用电容法测量含水率时，不但测量介电常数，而且测量物料的介质损耗和环境温度，并利用这三个参数与含水率的函数关系求出物料的含水率的电容式物料水分测定仪。
本实用新型的目的可通过以下措施来实现本实用新型的电容式物料水分测定仪包括与测量电容组成分压电路的固定电容器、缓冲放大器、波形发生器、A/D转换器、物料探测器、数字式温度传感器、单片机、接口电路、显示仪表或上位计算机；其中由单片机控制的波形发生器输出的幅值恒定的正弦波或方波波形加到由固定电容器和测量电容组成的分压电路；测量电容输出的电压波形经输出端接入缓冲放大器的输入端；缓冲放大器的输出端连接到A/D转换器的模拟电压输入端；单片机的I/O端口分别与A/D转换器的数字量输出端、物料探测器的输出端和数字式温度传感器的数字量输出端相连接；单片机采集的数据信号通过接口电路接入显示装置；由显示装置完成数学处理工作，并计算显示出物料的含水率。
本实用新型中所述物料探测器是由相对安装在支架上的红外发光二极管、红外接收管组成。所述测量电容是由位于物料探测器下方的其内包裹有外电极的环形外电极绝缘壳、通过连接支承件安装在环形外电极绝缘壳中轴线位置处的其内包裹有中心电极的中心电极绝缘壳组成。
本实用新型中所述显示装置为外接显示仪表，也为外接上位计算机。
本实用新型中所述环形外电极绝缘壳的截面形状也可为其它任意合适的形状，诸如八角形结构等。
本实用新型将被测物料置于环形外电极绝缘壳与中心电极绝缘壳之间，仪器具有可测量电容量和介质损耗的电路波形发生器、缓冲放大器、A/D转换器和温度传感器。
本实用新型的优点在于在利用电容法测量含水率时，不但可测量介电常数，而且还可测量物料的介质损耗和环境温度，并利用这三个参数与含水率的函数关系求出物料的准确含水率。
图1是本实用新型的电容式物料水分测定仪的电路原理框图。
图中1是固定电容器，2是测量电容，3是缓冲放大器，4是波形发生器，其输出的幅值恒定的波形可以是正弦波也可以是方波，5是A/D转换器，6是物料探测器，7是温度传感器，8是单片机，9是接口电路，10是显示装置(可以是显示仪表或上位计算机)。
图2是本实用新型的电容式物料水分测定仪的结构图。
图3是图2的A向视图。
图中11是物料探测器的支架，12是物料探测器的红外发光二极管，13是红外接收管，14是电路板，15是中心电极绝缘壳，16是包在绝缘壳内的中心电极，17是外电极绝缘壳，18是包在绝缘壳内的外电极，19是用于连接显示仪表或上位计算机电缆线插座。
图4是本实用新型的电路原理图(采用方波方式测电容量和介质损耗的图中1是云母固定电容器，2是由中心电极和外电极形成的测量电容，3是用AD820组成的缓冲放大器，4是由MAX314组成的波形发生器和测量电容放电电路，5是包含在PIC17F873单片机内的A/D转换器，6是由红外发光二极管和红外接收管组成的物料探测器，7是温度传感器，采用LM77集成温度传感器，8是PIC16F873单片机，9是MAX485电路组成的RS-485接口电路，19是电缆插座，20是电源部分。
具体实施方式
本实用新型以下将结合实施例(附图)作进一步描述，但并不限制本实用新型。
如图1所示，本实用新型的电容式物料水分测定仪包括与的测量电容(2)组成分压电路的固定电容器(1)、缓冲放大器(3)、波形发生器(4)、A/D转换器(5)、物料探测器(6)、数字式温度传感器(7)、单片机(8)、接口电路(9)、显示仪表或上位计算机(10)；其中由单片机(8)控制的波形发生器(4)输出的幅值恒定的方波波形加到由固定电容器(1)和测量电容(2)组成的分压电路；测量电容(2)上的电压波形经输出端接入缓冲放大器(3)的输入端；缓冲放大器(3)的输出端连接到A/D转换器(5)的模拟电压输入端；单片机(8)的I/O端口分别与A/D转换器(5)的数字量输出端、物料探测器(6)的输出端和数字式温度传感器(7)的数字量输出端相连接；单片机(8)采集的数据信号通过接口电路(9)接入上位计算机(10)；由上位计算机完成数学处理工作，并计算显示出物料的含水率。如图2、3所示，在电容式物料水分测定仪的支架(11)上相对安装有由红外发光二极管(12)、红外接收管(13)组成的物料探测器(6)，位于物料探测器下方设置有由其内包裹有外电极(18)的环形外电极绝缘壳(17)、通过连接支承件安装在环形外电极绝缘壳(17)中轴线位置处的其内包裹有中心电极(16)的中心电极绝缘壳(15)组成的测量电容(2)，在电容式物料水分测定仪的壳体上设置有用于连接上位计算机的电缆线插座(19)，电路板(14)通过连接件安装在壳体内。
本实用新型系统工作原理如下参考图2，在环形外电极绝缘壳(17)与中心电极绝缘壳(15)之间充填着被测物料，形成了测量电容2；红外发光二极管12和红外接收管13组成了物料探测器6，当然，也可采用其它形式的物料探测器，比如电容式接近开关。参考图1、图4，模拟开关MAX314在单片机PIC16F873的控制下产生一系列的方波，方波的高电平为电源20输出的8伏电压，低电平为0伏；方波通过云母固定电容器1加到测量电容2上，测量电容2上的电压波形经过增益为1的缓冲放大器3缓冲后送入单片机PIC16F873的A/D转换器输入端，电阻R1、R2分压得到的与方波幅值电压成正比的参考电压送入单片机PIC16F873的A/D转换器参考电压输入端，因此A/D转换器的输出只与固定电容1和测量电容2的分压比有关，与方波电压的幅值无关，减少了误差来源。为了减少测量电路对测量电容2的影响，缓冲放大器3采用低偏置电流的轨至轨运算放大器AD820，并且不用偏置电路，只是在方波的低电平时期通过低泄漏电流的模拟开关MAX314将测量电容2短路放电。在方波的高电平时期，方波电压通过电容1加到测量电容2上，由于电容2的介质损耗的影响，电容2的电压呈指数曲线下降，起始电压与测量电容2的电容量有关，电压下降的程度与电容2的介质损耗即被测物料的介质损耗有关。单片机PIC16F873控制A/D转换器，采集测量电容2波形起始时的电压和高电平波形结束前的电压，这两个数据与测量电容2的电容量和介质损耗相关，也就是与物料的介电常数和介质损耗有关，而这两个参数与物料的含水率有关。如果波形发生器输出的是正弦波，则可通过A/D转换器测量出测量电容2上正弦波电压波形的幅值和相位角，即可测出测量电容2的电容量和介质损耗。数字温度传感器LM77通过I2C总线将环境温度数据送入单片机。当物料遮挡住物料探测器6的红外发光二极管12和红外接收管13之间的光路时，物料探测器输出高电平，表示采集的数据有效；无物料时，物料探测器输出低电平，表示采集的数据无效。非在线式的水分测试仪可省略物料探测器。单片机PIC16F873通过9接口电路MAX485和电缆插座19将测量数据传输到上位计算机或专用显示仪表10。上位计算机或专用显示仪表利用电容、介质损耗和环境温度与含水率的函数关系求出物料的含水率。
电容、介质损耗和环境温度与含水率的函数关系可以通过标定的办法求得。标定时，先制备若干份含水率不同的物料样本并用标准方法精确测定样本的含水率，然后在不同的环境温度下测试各样本在不同充填密实程度下的介电常数和介质损耗，通过数学的方法即可求出它们之间的函数关系。
权利要求1.一种电容式物料水分测定仪，其特征在于它包括与测量电容(2)组成分压电路的固定电容器(1)、缓冲放大器(3)、波形发生器(4)、A/D转换器(5)、物料探测器(6)、数字式温度传感器(7)、单片机(8)、接口电路(9)、显示仪表或上位计算机(10)；其中由单片机(8)控制的波形发生器(4)的输出端接入由固定电容器(1)和测量电容(2)组成的分压电路；测量电容(2)的输出端接入缓冲放大器(3)的输入端；缓冲放大器(3)的输出端连接到A/D转换器(5)的模拟电压输入端；单片机(8)的I/O端口分别与A/D转换器(5)的数字量输出端、物料探测器(6)的输出端和数字式温度传感器(7)的数字量输出端相连接；单片机(8)采集的数据信号通过接口电路(9)接入显示装置(10)。
2.根据权利要求1所述的电容式物料水分测定仪，其特征在于所述物料探测器(6)是由相对安装在支架(11)上的红外发光二极管(12)、红外接收管(13)组成。
3.根据权利要求1所述的电容式物料水分测定仪，其特征在于所述测量电容(2)是由位于物料探测器(6)下方的其内包裹有外电极(18)的环形外电极绝缘壳(17)、通过连接支承件安装在环形外电极绝缘壳(17)中轴线位置处的其内包裹有中心电极(16)的中心电极绝缘壳(15)组成。
4.根据权利要求1所述的电容式物料水分测定仪，其特征在于所述显示装置(10)为外接显示仪表。
5.根据权利要求1所述的电容式物料水分测定仪，其特征在于所述显示装置(10)为外接上位计算机。
专利摘要一种电容式物料水分测定仪，其特征在于它包括与测量电容(2)组成分压电路的固定电容器(1)、缓冲放大器(3)、波形发生器(4)、A/D转换器(5)、物料探测器(6)、数字式温度传感器(7)、单片机(8)、接口电路(9)、显示仪表或上位计算机(10)；其中由单片机控制的波形发生器的输出端接入由固定电容器和测量电容组成的分压电路；测量电容的输出端接入缓冲放大器的输入端；缓冲放大器的输出端连接到A/D转换器的模拟电压输入端；单片机的I/O端口分别与A/D转换器的数字量输出端、物料探测器的输出端和数字式温度传感器的数字量输出端相连接；单片机采集的数据信号通过接口电路接入显示装置。
文档编号G01N27/22GK2618165SQ0323528
公开日2004年5月26日 申请日期2003年1月16日 优先权日2003年1月16日
发明者徐平均, 王飞军 申请人:徐平均, 王飞军