專利名稱:高頻電容式水分快速測定儀的制作方法
技術領域:
本實用新型是一種快速測定物質水分含量的物性分析儀器。適用于測定各種低介電常數(shù)物料;尤其是陶瓷可塑泥料、粉料、漿料以及坯體的水分含量。
現(xiàn)有的電容式水分儀其特性及功能各異。國內外亦有報導。例如中國專利ZL86200819所述的“電容式快速水分儀”、采用低頻電橋法,物料電導影響大;探頭結構較復雜,需要雙層屏蔽;它的測量精度雖然較好,但量程比較小且不能對陶瓷可塑泥料、坯體等物料的水分含量進行測定。GG87205091號所述的水分儀,結構雖簡單但僅適用于測定一般的固體物料。又如湖南《陶瓷》八七年第一期報導的“陶瓷粉料水分快速測定儀”,也只局限于測定陶瓷粉料,其適用范圍小,功能也不全。
目前公知的電容式水分測定儀普遍存在傳感器分辨率差、噪音干擾偏大,物料和雜質電導及溫度變化影響測量精度、量程小、線性度差等問題,至今嘗未很好地解決。
本實用新型目的就是針對上述不足,提供一種即具有分辨率高、能排除分布電容和噪音干擾、量程寬、線性度好、溫度和雜質電導影響小、使用范圍廣;又能對陶瓷可塑泥料、粉料、漿料等各種物料的水分含量進行快速測定的多功能水分儀。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的傳感器和主機采用分體式結構,傳感器由探頭、高頻振蕩電路和金屬屏蔽盒構成一體,可以提高振蕩頻率,減小物料中電導對測量精度的影響。探頭由內電極和外電極構成,外電極固定在金屬屏蔽盒的前端,內電極用絕緣密封物固定在外電極中央,探頭的幾何形狀可為針狀、平板狀、圓筒狀、圓孤等不同形式,以滿足在各種場合,對不同物料、尤其是陶瓷物料的水分測定。
主機系統(tǒng)電路中有整形分頻電路、積分電路、采樣保持電路、平方運算電路、差動放大電路、基準電壓源、門控電路、調零電位器、A/D轉換器、數(shù)字顯示裝置和探頭指示與斷頭報警電路,它們之間成電氣連接。
直接使用18~22MHZ的頻率作為傳感信號輸入主機,由積分器對其積分運算后變成傳感信號的周期量,再經(jīng)平方運算,就可保證在寬量程范圍具有良好的線性度。
在差動放大電路中有由熱敏電阻構成的溫度自動補償電路,可以在較寬的溫度范圍內保持良好的線性度;通過調零電位器,可隨時實現(xiàn)調零,不怕環(huán)境溫度對傳感器和主機電路產(chǎn)生的零點漂移,以適應不同溫度下的測量,提高測量精度,通過調整定標、校準電位器,即可對不同的物料進行校準定標,使得顯示值與真值一致,確保測量精度。
由電子元件和時基集成電路組成的探頭指示與斷頭報警電路,可隨時發(fā)現(xiàn)故障,便于維修。
本實用新型的優(yōu)點是克服了現(xiàn)有技術中存在的不足,它具有良好的分辨能力和線性關系、量程寬、精度高、性能穩(wěn)定、定標、校準簡單、使用方便等特點。它不僅可用在陶瓷工業(yè)中心試驗室和車間生產(chǎn)線,隨時進行現(xiàn)場抽樣和連續(xù)測定,同時也完全適用于糧食、建材、農(nóng)業(yè)、食品等行業(yè)對各種低介電常數(shù)物料的含水率進行測定。如谷物、油類、酒類、土壤、砂粒、水泥等。本儀器的主要技術參數(shù)詳見表一。
圖面說明附
圖1水分測定儀的整體狀態(tài)示意圖;附圖2傳感器探頭的結構圖;附圖3高頻振蕩電路原理圖;附圖4主機系統(tǒng)方框圖;附圖5主機電路原理圖;附圖6探頭指示及斷頭報警電路原理圖;本實用新型的具體實施例結合附圖描述如下如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示金屬屏蔽盒[4]內有高頻振蕩電路[3],它的前端是探頭[2]、由[2]、[3]、[4]組成一體化結構形式的傳感器[1]其工作電源由主機[7]通過導線[5]提供,傳感信號fx通過單芯電纜線[6]輸入機[7]。
探頭[2]由內電極[8]、外電極[9]構成,二個電極之間有絕緣密封物[10]、并通過螺母[11]將探頭固定在金屬屏蔽盒[4]上,探頭的幾何形狀和結構可根據(jù)被測物料的性質而定,如圖2(a)針式適用于可塑泥料,(b)平板式適用于坯體,(c)圓筒式適用于漿料、粉料和顆粒物料,(d)圓孤式可以固定在練泥機出口處,適用于連續(xù)測定泥料的水分。
在傳感器[1]的高頻振蕩電路[3]中,電極[8]和[9]分別接在電感[12]的兩端,組成LC選頻回路。晶體管[13]和[14]組成振蕩電路,信號從晶體管[14]的集電極輸出,與LC回路無直接的電磁聯(lián)系,提高了振蕩頻率的穩(wěn)定性。晶體管[14]接成共集電極電路形式,具有低電阻和強的負載能力,從而保證了可塑料、漿料等低電阻介質仍能穩(wěn)定地振蕩。晶體管[13]接成共基極電路組態(tài),保證了振蕩的幅值和相值條件。晶體管[13]與[14]采用直接藕合,并由電阻[15]產(chǎn)生直流負反饋,穩(wěn)定了電路的工作點。晶體管[16]接成共集電極電路組態(tài),進一步減小了對LC振蕩電路的影響,同時保證了能用較長的電纜線經(jīng)電容[17]把高頻傳感信號輸送給主機。
在主機電路系統(tǒng)中,整形分頻電路[18]中有晶體管[29]、[30]和史密特觸發(fā)器[31]及計數(shù)、分頻器[32]、[33]、門控電路[26]由JK觸以器[34]、[35]、比較器[36]、反相器[37]和摸擬開關[39]、[40]所組成,積分電路[19]有運算放大器[41]、采樣保持電路[20]有運算放大器[42]、[43]、平方運算電路[21]中有模擬乘法器[44]和運算放大器[45]、差動放大電路[22]中有運算放大器[46]、[47]、[51]、和由熱敏電阻[48]、電阻[49]、[50]組成的溫度補嘗電路以及定標電位器[53]、校準電位器[54],基準電壓源[27]有穩(wěn)壓管[38]。
在A/D轉換器[24]第14腳的轉換周期結束標志脈沖feoc的控制F,來自傳感器的高頻傳感信號fx經(jīng)整形分頻電路[18]變?yōu)榈皖l方波傳感信號f′x開啟門控電路[26],在此信號的一個周期內,積分器[19]對基準電壓源[27]進行積分運算,獲取傳感信號的周期量,并通過采樣保持電路[20]不斷傳送給差動放大電路[22],放大后送到A/D轉換器[24]變成數(shù)字量后,由顯示屏[25]顯示出來。當傳感器、探頭未插入物料時,調整調零電位器[23],使差動放大電路[22]輸出為零,顯示屏[25]顯示為零,然后把探頭插入物料,[22]便有輸出,[25]顯示出數(shù)字,只要事先通過調整定標、校準電位器[53]、[54],就可保證顯示值與真值一致。熱敏電阻[48]和電阻[49]、[50]組成溫度補償電路,開關[52]為校、測轉換開關,撥1為測量位置,撥2為定標校準位置。
傳感器工作正常時,傳感信號fx由電纜線[6]送給探頭指示和斷頭報警電路[28]中的晶體管[55]、[56],經(jīng)放大整流后控制晶體管[58]導通,探頭指示發(fā)光管[57]亮,同時[58]輸出低電平,控制時基電路[59]、[60]仃振,揚聲器[61]不響。當傳感器電路發(fā)生故障或與主機的聯(lián)接線[5]或[6]開路時,由于收不到信號,晶體管[58]截止,輸出高電平,探頭指示發(fā)光管[57]不亮,同時控制時基電路[59]、[60]起振,揚聲器[61]發(fā)出“嘟、嘟……”的警報聲。
表一主要技術參數(shù)1、量程0~100%2、測量精度<±0.3%3、分辨率0.1%4、重現(xiàn)性<0.2%5、溫度補償自動6、反應時間<0.3秒7、讀數(shù)方式三位數(shù)字動態(tài)掃描顯示8、電源電壓 220
±10% 50HZ9、功率消耗<5W10、工作條件1)環(huán)境溫度0~40℃2)環(huán)境濕度5~95%RH11、工作時間>24小時12、重量<4Kg
權利要求1.一種由傳感器和主機系統(tǒng)組成的電容式水分快速測定儀,其特征在于(a)、傳感器[1]由探頭[2]高頻振蕩電路[3]和金屬屏蔽盒[4]組成一體化結構;(b)、主機系統(tǒng)電路由整形分頻電路[18]、門控電路[26]、基準電壓源[27]、積分電路[19]、采樣保持電路[20]、平方運算電路[21]、差動放大電路[22]、調零電位器[23]、A/D轉換器[24]、顯數(shù)裝置[25]、探頭指示與斷頭報警電路[28]所組成。
2.按照權利要求1所述的水分快速測定儀,其特征在于傳感器探頭[2]的外電極[9]用螺母[11]固定在金屬屏蔽盒[4]的前端,內電極[8]用絕緣密封物[10]固定在外電極的中央。
3.按照權利要求1、2所述的探頭〔2〕,其特征在于可以是針狀、平板狀、圓筒狀、圓弧狀等不同幾何形狀。
4.按照權利要求1所述的水分快速測定儀,其特征在于傳感器[1]的高頻振蕩電路[3]中晶體管[13]接成共基極電路組態(tài),晶體管[14]和[16]接成共集電極電路組態(tài),[13]與[14]直接藕合,探頭[2]的內、外電極[8]和[9]與電感[12]并聯(lián)直接在[14]的發(fā)射極組成選頻回路,信號從[14]的集電極引出。
5.按照權利要求1所述的水分快速測定儀,其特征是在差動放大電路[22]中設有定標電位器[53]、校準電位器[54]、和由熱敏電阻[48]、電阻[49]、[50]組成的溫度補償電路。
6.按照權利要求1所述的水分快速測定儀,其特征是門控電路[26]由JK觸發(fā)器[34]、[35]和運算放大器[36]、[37]以及摸擬開關[39]、[40]所組成。
7.按照權利要求6所述的水分快速測定儀,其特征是JK觸發(fā)器[34]、[35]的清零端與A/D轉換器[24]的轉換周期結束標志脈沖信號端第14腳相連接。
專利摘要本實用新型是一種快速測定物質水分含量的物性分析儀器。適用于測定各種低介電常數(shù)物料;尤其是陶瓷可塑泥料、粉料、漿料以及坯體的水分含量。其特征在于傳感器由探頭,高頻振蕩電路和金屬屏蔽盒構成一體形式,主機測量系統(tǒng)采用集成模擬運算電路和數(shù)字顯示技術,并設有探頭指示和斷頭報警電路;探頭可做成各種形狀。具有量程寬、精度高、線性度好、分辨率高、溫度與雜質影響小,適用范圍廣、使用操作簡便等優(yōu)點。
文檔編號G01N27/22GK2035087SQ8820536
公開日1989年3月29日 申請日期1988年5月6日 優(yōu)先權日1988年5月6日
發(fā)明者張邦宏 申請人:景德鎮(zhèn)陶瓷學院