专利名称：电荷转移脉冲式纸张水份测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种纸张水份测定仪，具体涉及一种电荷转移脉冲式纸 张水份测定仪。
技术背景
纸张含水量是纸张产品的一项重要指标，已有的测量纸张水分的方法有 烘干化验法、红外线法以及微波方法等。这些方法各有优缺点和局限性，使 之不能很好的实施并反映出纸张在生产过程中水份含量的大小，对生产的指 导很不利。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种电荷转移脉冲式纸张水份测定仪，通过阳 极板、阴极板的设置能够实现纸张生产过程中水份含量的在线测量。 上述的目的通过以下的技术方案实现
电荷转移脉冲式纸张水份测定仪，其组成包括L型支架，所述的支架 上固定阳极屏蔽箱和阴极屏蔽箱并且两箱体之间连接导纸机构，所述的阳极 屏蔽箱底面上放置阳极板，所述的阴极屏蔽箱顶面上放置阴极板，所述的阳 极屏蔽箱内连接电源和内装电路板的电路板箱，所述的阳极板、阴极板、电 源和电路板之间具有电路连接关系。
本实用新型的有益效果
1. 本实用新型基于电容式传感器的原理，采用新技术，新思维，通过对 被测阳极板、阴极板反复充放电，放大和处理转移电荷脉冲的方法，避开了 传统测量放法的一些弊端，实现了纸张生产过程中水份含量的在线测量。
2. 本实用新型结构比较简单，承载着阳极板、阴极板的阳极屏蔽箱和阴 极屏蔽箱分别安装在L型支架的上端和下端。阴极板安装在支架的下方，阳 极板安装在扫描架的上方，阳极板与屏蔽箱绝缘，阴、阳两极板相互绝缘。 两平行板相互平行且水平，纸张从中间通过，构成了在线测量方式。测量电
3路板装于密封的电路板箱内且恒温，与为测量电路供电的电源分别固定在机 箱两侧。测量电路与阳极引线就近相连，使引线产生的分布电容最小。屏蔽 箱边缘加了导纸装置，保证了被测纸张不与阳极板相接触。
附图1是本产品的结构示意图。 附图2是阴极板、阳极板的工作原理图。 附图3是本产品电荷转移法的等效电路图。 附图4是本产品的电路工作波形图。 附图5是测量电路简要框图。
具体实施方式
实施例1:
电荷转移脉冲式纸张水份测定仪，其组成包括L型支架l，所述的支架 上固定阳极屏蔽箱2和阴极屏蔽箱3并且两箱体之间连接导纸机构4,所述的 阳极屏蔽箱底面上放置阳极板5,所述的阴极屏蔽箱顶面上放置阴极板6，所 述的阳极屏蔽箱内连接电源7和内装电路板的电路板箱8，所述的阳极板、阴 极板、电源和电路板之间具有电路连接关系。
所述的阴极板的尺寸为180X120mm，安装在扫描架的下方，其固定引 线沿支架的沟槽引到支架的上端并与所述的仪器地相连，线长度越短越好， 以减少引线分布电容的影响。阳极板的尺寸为180X60mm，它作为仪器机箱 的下底面的一部分安装在支架的上方，其固定引线由支架下方引出并就近与 测量电路相连。阳极板与支架绝缘，阴、阳两极板相互绝缘。阴、阳两极板 相互平行且水平，间距4mm,纸张从中间通过，构成了在线测量方式。
所述的电荷转移脉冲式纸张水份测定仪的原理是将被测的非电量的物理 量转换为电荷容量变换的一种传感器，实际上就是一个具有可变参数的电荷 容器。此仪器就是以两块平行纯铝板(即阳极板与阴极板)组成的以空气为 介质的平行板电荷容器。图2所示。
当忽略边缘效应的影响时，平行板电荷容器的电荷为Q=HU=￡^U - (1)
式中Q"电荷量(F); U—外加在A、 B两端电压；d—两块平行纯铝板之
间的距离(m); S—两块平行纯铝板相互覆盖的有效面积(m2); e—极板间 介质的介电常数(F^"); ^—相对介电常数；s。一真空介电常数，￡a=8.85>d0'12 (F*m-1)。
由式(1)可见，当外加电压U，两块平行纯铝板之间的距离为d，两块 平行纯铝板相互覆盖的有效面积s恒定不变时，则仪器的电荷量只与板间的 介质e呈一种函数关系，那么被测物理量就可由电荷量Q的变化反映出来。
该仪器的纸张水分的测量应用了介质变化这一特性。由于水分的相对介 电常数比其它物质的相对介电常数大许多，水分的变化会引起电荷量Q的明 显变化。表l列出了水与其它一些物质的相对介电常数。
表l
材料材料￡ r材料s r
真空1.0聚乙烯2.3硅油 ， -2.7
石英玻璃3.5二氧化硅3.8石英4.5
瓷5.5~7.0云母7.0三氧化二铝8.5
水80钛酸钡1000~10000
纸张水分的实际测量方法:
所述的电荷转移脉冲式纸张水份测定仪的电荷量很小，需经电子学电路 处理将它转换成电压、电流或频率，然后才能进一步作量化处理，显示被测 物理量的值。
传统的测量电路包括有调频、调幅、调宽等方法。传统的测量电路通常 需要高频的激励电源。因此测量结果受激励电压、频率以及传感器的漏抗影 响较大。
本产品的工作原理采用电荷转移方法或脉冲分析方法，通过模拟转换开
5关周期性向传感器两平行板电极充电，继而将充电电荷转移给运算放大器进 行放大处理，从而产生周期性的脉冲串。这种方法回避了传统测量电路的一
些缺点。图3所示，Ro为充电电源Vc的内阻，很小，R^为传感器和被测物 的总漏阻，很大且不稳定，C为传感器电容，Ro为运算放大器的输入阻抗， K,和K2为模拟开关。当K,闭合K2断开瞬间，直流电源向平行板充电，由于
电源内阻Ro很小以及Ri^Ro,充电很快结束；平行板上的电压很快达到电源 电压Vc，平行板上的电荷Q-CVc。当K,断开K2闭合瞬间，平行板上的电荷 迅速放电，平行板上的电荷转移到运算放大器的输入端，进行放大和处理。 可以看出平行板上的电荷仅与充电电压和电荷容量有关，而电荷容量的大小 与被测物理量相关，充电电压可以保持很稳定，因此测量结果完全避免了传 统方法的缺点。
当供电为+24V，通过三个电压变换器分别产生模拟土12V、数字土12V及 +5V电压为相关单元供电。微处理器提供的每秒1000周的方波通过充放电控 制电路驱动模拟开关、反复对测量电容和补偿电容进行充电和放电，测量电 容仅充电电荷在放电时产生的电压脉冲被主放大器放大。补偿电容的充电电 荷经脉冲补偿放大器反相放大后也给主放大器进行脉冲补偿，已扣除又分布 电容寄生电容等产生的本底。此外主放大器还进行直流补偿，以消除温度变 化带来的影响。放大后的电压脉冲信号经积分保持和VFC变换及光电隔离后 产生的间断脉冲常作水分信号输出给微处理器。积分保持电路需在测量电容 放电时进行保持而充电时复原，这个控制也由橛处理器提供。微处理器通过 串行通讯口与计算机相连。微处理器经DAC变换等又给出模拟量输出。图4 为电路工作波形图，位处理器提供电容充放电控制及积分保持/复原控制等时 序信号。平行板放电时产生的电荷转移脉冲经放大后进行积分保持和VFC变 换从而产生水分的信号脉冲串输出。
本实用新型的设计原则
1在结构设计上和确定几何尺寸时应尽力提高传感器的电荷容量，极板 之间的距离应根据工艺和结构设计条件尽可能地减小。提高传感器的电荷容量并降低传感器的输出阻抗、减轻对测量电路及传感器的绝缘要求、有利于 提高测量灵敏度。
2极板之间应固定牢固。绝缘良好，尽量减小极间漏电阻。绝缘材料常 选用聚四氟乙烯。
3为保持极板之间的间距不变，基板材料应选用线膨胀系数小的材料， 以减小传感器因温度变化引起的零点漂移。
4为保持传感器工作稳定应防止腐蚀气体、尘埃、潮气进入极板的间隙内。
5传感器的工作电压应尽量低一些，以防产生击穿。允许工作电压与传 感器的几何参数、热参数及电参数有关。
6本实用新型的初始电荷容量很小， 一般为20"100PF，应尽量较少引 线分布电容的影响。应将测量电路紧靠近平行板安放，如实现不了应采用双 层屏蔽等位传输技术。
7为防止干扰需进行适当的屏蔽和接地。
权利要求1.一种电荷转移脉冲式纸张水份测定仪，其组成包括L型支架，其特征是所述的支架上固定阳极屏蔽箱和阴极屏蔽箱并且两箱体之间连接导纸机构，所述的阳极屏蔽箱底面上放置阳极板，所述的阴极屏蔽箱顶面上放置阴极板，所述的阳极屏蔽箱内连接电源和内装电路板的电路板箱，所述的阳极板、阴极板、电源和电路板之间具有电路连接关系。
专利摘要电荷转移脉冲式纸张水份测定仪，已有的纸张水份的测定方法不能很好的实施并反映出纸张在生产过程中水份含量的大小，对生产的指导很不利。电荷转移脉冲式纸张水份测定仪，其组成包括L型支架(1)，所述的支架上固定阳极屏蔽箱(2)和阴极屏蔽箱(3)并且两箱体之间连接导纸机构(4)，所述的阳极屏蔽箱底面上放置阳极板(5)，所述的阴极屏蔽箱顶面上放置阴极板(6)，所述的阳极屏蔽箱内连接电源(7)和内装电路板的电路板箱(8)，所述的阳极板、阴极板、电源和电路板之间具有电路连接关系。本产品用于纸张生产过程中水份含量的在线测量。
文档编号G01N27/22GK201322736SQ200820091329
公开日2009年10月7日 申请日期2008年11月13日 优先权日2008年11月13日
发明者侯跃新, 岩 李, 钢 李, 丹 肖 申请人:黑龙江省科学院技术物理研究所