一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备的制作方法

【技术领域】

本发明涉及材料性能检测设备技术领域，尤其涉及一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备。

背景技术：

砂石集料占普通水泥混凝土的质量分数约为70-80％，砂石含水率对混凝土质量的影响较大，在混凝土生产工艺中，需要通过砂石含水率来确定配合比中的加水量，因此需要对砂石原料的含水率进行测试。

目前，测试含水率的方法可以分为两类：直接测量法、间接测量法。直接测量法主要是人工烘干法，在混凝土实际生产过程中常使用该方法，但是，人工烘干法不仅仅耗时长，并且操作步骤繁琐。间接测量法主要是通过砂石材料的电化学性质与水的差别来实现的，主要有电导法、微波法。电导法(如中国实用新型专利cn202020889544.9)是根据含水物料的电阻随其含水率变化而变化的原理而来，因此就可以通过测量物料的电导率来间接地得到其含水率，但该方法容易受到环境的温度、湿度、样本松散程度的影响，故测量的精度较低；微波法(如中国实用新型专利cn202010513548.1)成本较高，而且测量结果受物料堆积密度的影响较大。

本发明就是基于这种情况作出的。

技术实现要素：

本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种仪器结构简单、成本低廉、检测步骤简单、检测快速、检测精度高的基于叉指电容的砂石含水率的检测设备。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备，包括盛装待测砂石的绝缘的检测盒，所述检测盒中设有将待测砂石作为电容介质的电容结构的电容组件，所述电容组件包括叉指电极板，所述叉指电极板包括裸露的梳状的正极板和负极板，所述正极板和负极板梳齿交错设置且互不接触；所述电容组件上连接有能给正极板施加不同频率的电压且能测量所述电容组件电容值的阻抗分析仪，所述正极板和负极板分别和阻抗分析仪的相应的触点连接，所述阻抗分析仪通过数据线连接有能处理数据和拟合曲线的plc，所述plc连接有用于显示的工控屏，所述阻抗分析仪和plc连接有电源并由电源供电。

如上所述的一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备，所述正极板和负极板之间还设有不与二者接触的用于屏蔽外部电磁干扰的屏蔽电极板。

如上所述的一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备，所述叉指电极板还包括绝缘的板状基底，所述正极板、负极板和屏蔽电极板都固定在基底上，所述基底固定在检测盒侧壁上。

如上所述的一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备，所述检测设备还包括有用于对检测盒内的砂石进行搅拌的搅拌组件，所述搅拌组件包括能伸缩的搅拌杆，所述搅拌杆一端连接有驱动电机而另一端连接有搅拌叶；所述检测盒左侧壁设有通孔，所述搅拌杆伸长时驱使搅拌叶穿过通孔伸入到检测盒中，且所述搅拌杆缩短时将搅拌叶拉离检测盒。

如上所述的一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备，所述搅拌杆包括中空的固定部，所述固定部中设有能在其中旋转且能伸缩的活动部，所述活动部包括右部中空的内杆和套设在内杆右部的中空的外杆，所述内杆左端穿过固定部并与驱动电机连接，所述搅拌叶固定在外杆的右部，所述外杆上还设有驱动外杆在内杆上左右滑动的伸缩驱动装置。

如上所述的一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备，所述伸缩驱动装置包括和搅拌杆平行设置的伸缩驱动源，所述伸缩驱动源的右端设有驱动连接杆，所述驱动连接杆右端为环状且该环状套设在外杆上，所述外杆上设有将驱动连接杆右端的环状夹在中间的挡板。

如上所述的一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备，所述伸缩驱动源为电动推杆或气缸。

如上所述的一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备，所述搅拌组件连接有用于给检测盒内的砂石注水的注水组件，所述注水组件包括用于存水的储水盒，所述储水盒底部设有用于对其进行称重的重量测量装置，所述储水盒中设有对水加压的注水加压装置，所述注水加压装置连接有输水管，所述输水管另一端和搅拌杆的固定部连接，所述搅拌杆中设有用于输水的输水通道，所述输水通道的左端和输水管贯通，并且所述输水通道从固定部与输水管的接口处向右依次贯穿内杆和外杆并延伸到外杆右端，且所述外杆右端设有和输水通道贯通的喷水口。

如上所述的一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备，所述plc还分别与驱动电机、伸缩驱动装置和注水加压装置电性连接并控制驱动电机、伸缩驱动装置和注水加压装置的运行。

如上所述的一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备，所述检测盒右边设有用将阻抗分析仪、plc、搅拌组件、伸缩驱动装置和注水加压装置包围在内的仪器仓，所述工控屏设在仪器仓外侧壁上，所述仪器仓上端设有可拆卸的顶盖。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

1.本发明使用电容法测量砂石含水率，电容法利用了水分的导电性，含水砂石与叉指电极板板形成了一个电容器，通过测量该电容器电容的变化来得到测试砂石的含水率，其测试仪器结构简单、成本低廉、反应迅速。所述叉指电极板包括正极板和负极板，是一种电容结构，含水砂石放在正极板和负极板之间作为电容介质，阻抗分析仪能给正极板施加不同频率的电压且能测量所述电容组件电容值。而且，plc能根据阻抗分析仪测量的数据对含水率与电容值的关系建立数学模型并拟合成标定曲线，得出含水率与电容值的关系式。测待测砂石含水率时，含水率能够由plc直接计算得出，并由交互界面工控屏直接显示，无需人工计算，测量快速、准确，操作简单。

2.本发明先配置几组不同含水率的标准样品，对几组不同含水率的标准样品进行测量标定，拟合成标定曲线，并得出标准样品含水率和电容组件电容值的关系式，并存储。以后需要测量未知含水率的待测砂石时，只需测得待测砂石作为电容组件的电容介质时的电容组件电容值，plc会自动将该值代入含水率和电容值的关系式计算，自动得出待测砂石的含水率并显示在工控屏，此时无需再使用样品标定，测量过程简单快速、测量结果精确。

3.除了测砂石含水率外，本发明还可测其他材料的含水率。所述plc将含水率和电容值的关系式进行保存后，以后在测不同的材料时，可根据不同的材料切换不同的关系式以实现不同种材料的测试。

【附图说明】

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1是本发明正面立体示意图；

图2是本发明背面立体示意图；

图3是本发明俯视图；

图4是本发明叉指电极板立体示意图

图5是本发明搅拌杆和搅拌叶立体示意图

图6是本发明搅拌杆和搅拌叶剖视图。

【具体实施方式】

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图6所示的一种基于叉指电容的砂石含水率的检测设备，包括盛装待测砂石的绝缘的检测盒1，所述检测盒1中设有将待测砂石作为电容介质的电容结构的电容组件2，所述电容组件2包括叉指电极板21，所述叉指电极板21包括裸露的梳状的正极板211和负极板212，所述正极板211和负极板212梳齿交错设置且互不接触；所述电容组件2上连接有能给正极板211施加不同频率的电压且能测量所述电容组件2电容值的阻抗分析仪3，所述正极板211和负极板212分别和阻抗分析仪3的相应的触点连接，所述阻抗分析仪3通过数据线连接有能处理数据和拟合曲线的plc4，所述plc4连接有用于显示的工控屏41，所述阻抗分析仪3和plc4连接有电源并由电源供电。

本发明使用电容法测量砂石含水率，电容法利用了水分的导电性，含水砂石与叉指电极板21板形成了一个电容器，通过测量该电容器电容的变化来得到测试砂石的含水率，其测试仪器结构简单、成本低廉、反应迅速。所述叉指电极板21包括正极板211和负极板212，是一种电容结构，含水砂石放在正极板211和负极板212之间作为电容介质，阻抗分析仪3能给正极板211施加不同频率的电压且能测量所述电容组件2电容值。而且，plc4能根据阻抗分析仪3测量的数据对含水率与电容值的关系建立数学模型并拟合成标定曲线，得出含水率与电容值的关系式。测待测砂石含水率时，含水率能够由plc4直接计算得出，并由交互界面工控屏41直接显示，无需人工计算，测量快速、准确，操作简单。

本发明先配置几组不同含水率的标准样品，对几组不同含水率的标准样品进行测量标定，拟合成标定曲线，并得出标准样品含水率和电容组件2电容值的关系式，并存储。以后需要测量未知含水率的待测砂石时，只需测得待测砂石作为电容组件2的电容介质时的电容组件2电容值，plc4会自动将该值代入含水率和电容值的关系式计算，自动得出待测砂石的含水率并显示在工控屏41，此时无需再使用样品标定，测量过程简单快速、测量结果精确。

除了测砂石含水率外，本发明还可测其他材料的含水率。所述plc4将含水率和电容值的关系式进行保存后，以后在测不同的材料时，可根据不同的材料切换不同的关系式以实现不同种材料的测试。

具体的，所述正极板211和负极板212之间还设有不与二者接触的用于屏蔽外部电磁干扰的屏蔽电极板213。所述屏蔽电极板213用来屏蔽外部电磁的干扰，保证测量结果准确性。

具体的，所述叉指电极板21还包括绝缘的板状基底214，所述正极板211、负极板212和屏蔽电极板213都固定在基底214上，所述基底214固定在检测盒1侧壁上。所述基底214背面优选设有金属屏蔽层，用来屏蔽外部电磁的干扰，保证测量结果准确性。所述正极板211、负极板212和屏蔽电极板213都是裸露的，保证和含水砂石接触导通。

具体的，所述检测设备还包括有用于对检测盒1内的砂石进行搅拌的搅拌组件5，所述搅拌组件5包括能伸缩的搅拌杆51，所述搅拌杆51一端连接有驱动电机52而另一端连接有搅拌叶53；所述检测盒1左侧壁设有通孔，所述搅拌杆51伸长时驱使搅拌叶53穿过通孔伸入到检测盒1中，且所述搅拌杆51缩短时将搅拌叶53拉离检测盒1。所述驱动电机52优选为步进电机或伺服电机。所述搅拌组件5可以使待测砂石和水混合均匀，提高含水率测量的准确性。

所述搅拌组件5主要在配置预定含水率的标准砂石样品时使用。

具体的，所述搅拌杆51包括中空的固定部511，所述固定部511中设有能在其中旋转且能伸缩的活动部512，所述活动部512包括右部中空的内杆5121和套设在内杆5121右部的中空的外杆5122，所述内杆5121左端穿过固定部511并与驱动电机52连接，所述搅拌叶53固定在外杆5122的右部，所述外杆5122上还设有驱动外杆5122在内杆5121上左右滑动的伸缩驱动装置54。

具体的，所述伸缩驱动装置54包括和搅拌杆51平行设置的伸缩驱动源541，所述伸缩驱动源541的右端设有驱动连接杆542，所述驱动连接杆542右端为环状且该环状套设在外杆5122上，所述外杆5122上设有将驱动连接杆542右端的环状夹在中间的挡板5123。这样，所述伸缩驱动源541在不影响搅拌杆51的转动的情况下，驱动搅拌杆51的伸缩。

具体的，所述伸缩驱动源541为电动推杆或气缸。

具体的，所述搅拌组件5连接有用于给检测盒1内的砂石注水的注水组件6，所述注水组件6包括用于存水的储水盒61，所述储水盒61底部设有用于对其进行称重的重量测量装置，所述储水盒61中设有对水加压的注水加压装置，所述注水加压装置连接有输水管62，所述输水管62另一端和搅拌杆51的固定部511连接，所述搅拌杆51中设有用于输水的输水通道513，所述输水通道513的左端和输水管62贯通，并且所述输水通道513从固定部511与输水管62的接口处向右依次贯穿内杆5121和外杆5122并延伸到外杆5122右端，且所述外杆5122右端设有和输水通道513贯通的喷水口5124。所述注水加压装置优选为微型水泵，所述注水加压装置中优选设有电磁阀，用来控制水流通断。所述储水盒61中的水通过注水加压装置泵出，依次经输水管62、固定部511、内杆5121和外杆5122中的输水通道513输送至搅拌叶53处的喷水口5124喷出，可以边搅拌边喷水，实现搅拌均匀，自动配置预设含水率的标准样品。

所述注水组件6的作用为：通过给含水率为零的砂石加水并搅拌调配成预定含水率的标准砂石样品。

具体的，所述plc4还分别与驱动电机52、伸缩驱动装置54和注水加压装置电性连接并控制驱动电机52、伸缩驱动装置54和注水加压装置的运行。用户可以通过工控屏41以及控制按钮和plc4交互。

具体的，所述检测盒1右边设有用将阻抗分析仪3、plc4、搅拌组件5、伸缩驱动装置54和注水加压装置包围在内的仪器仓，所述工控屏41设在仪器仓外侧壁上，所述仪器仓上端设有可拆卸的顶盖。

本发明使用步骤示例如下：

1)首先进行标定，操作者将配置好被检材料含水率为0的样品，将样品放置至检测盒1中，振实后使样品刚好装满至检测盒的上边缘，在工控屏41中点击开始标定即可。

2)阻抗分析仪3向正极板211施加2v的1khz-100khz电压，并将10khz时的电容值传输至plc4，plc4进行记录，此时则有一组含水率为0对应的电容值。

3)接下来plc4控制可伸缩搅拌杆51伸长，使搅拌叶53插入至检测盒1中被检材料内部，plc4控制注水组件6开启，将储水盒内部的水通过搅拌杆51压至其顶端的喷水口5124，水从喷水口5124中喷洒至被检材料中，根据检测盒1中的被检材料的重量按照含水率的比例进行加水，例如被检材料为砂子时，检测盒中干砂重量为2kg，则按照干砂重量的2％加水，即加水量为40g。在加水过程中，plc4控制驱动电机52开始运转，搅拌叶53开始旋转，注水与搅拌同步进行，使得被检材料与水混合更加均匀。

4)所述plc4通过储水盒1下方的重量测量装置读取储水盒1内部重量变化，当重量变小40g时，即加水量为40g，则控制注水组件6停止供水，但驱动电机52继续运转，充分搅拌后，被检材料与水混合均匀后，plc4控制搅拌杆51停止搅拌并缩回。

5)所述阻抗分析仪3向正极板211施加2v的1khz-100khz电压，并将10khz时的电容值传输至plc4，plc4进行记录，此时则有一组含水率为2％对应的电容值；

6)按上述步骤循环进行，一直到含水率为10％时，plc4一共有6组含水率和电容值数据，对该数据进行拟合分析后得到拟合曲线，经过经验函数补偿优化后确定标定曲线，则完成该种材料的标定流程。

7)标定完成后，将标定后的标准砂石样品去除，并将检测盒1用毛刷清理干净，将该材料的未知含水率的样品放置至检测盒1中，振实后使样品刚好装满至检测盒1的上边缘，在工控屏41中选择该标定曲线然后点击开始测定即可获得测量结果。

8)操作者可以根据不同的材料来选择不同的标定曲线，并且可以将每次标定的曲线进行保存数据库，后续测定可以根据材料的不同直接选择标定曲线，无须再进行自动标定。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。