一种碾压轮调节机构及具备该机构的电阻式水分仪的制作方法

本发明涉及一种电阻式水分仪，特别涉及一种碾压轮调节机构及具备该机构的电阻式水分仪。

背景技术：

在电阻式水分仪中，其检测模块内置有碾压模组，碾压模组的设置，能更精确的检测出所测物品的水分含量。现有的碾压模组中，窄碾压轮与宽碾压轮在碾压模组中，都是固定安装在壳体的内部，当物料从进料口进入碾压模组时，碾压模组进行碾碎物料的操作。通常在检测物料水分含量时，每种物料的直径结构并不一样，导致在检测不同直径的物料时，需要更换碾压轮，以便于适应物料的直径，这样就造成检测操作复杂化，降低了检测效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供了一种碾压轮调节机构及具备该机构的电阻式水分仪，该调节机构能够随时调节宽碾压轮与窄碾压轮之间的距离，使水分仪能够快速的完成检测，提高检测效率。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种电阻式水分仪的碾压轮调节机构，包括壳体，所述壳体内通过传动轴安装有碾压轮，所述碾压轮包括宽碾压轮以及窄碾压轮，所述宽碾压轮与窄碾压轮分别通过一根传动轴转动安装在壳体上，其中与宽碾压轮连接的传动轴的底部安装有齿轮ⅰ，与窄碾压轮连接的传动轴的底部安装有齿轮ⅱ，所述齿轮ⅰ与齿轮ⅱ啮合，齿轮ⅱ远离齿轮ⅰ的一侧与一个齿轮ⅲ啮合；所述壳体的顶部分别设有用于安装宽碾压轮与窄碾压轮的安装孔，所述宽碾压轮与窄碾压轮分别通过轴承以及轴承座安装在安装孔内，其中安装窄碾压轮的安装孔的孔边设有与壳体连为一体的翻边，所述窄碾压轮的轴承座固定安装在翻边上，所述宽碾压轮的轴承座固定安装在一个滑块上，所述滑块的底部固定有推板，所述推板与横向设在壳体侧面的调节螺杆固定，所述壳体的侧面设有用于与调节螺杆螺纹连接的螺纹孔，所述调节螺杆一端与推板固定，另一端穿过螺纹孔，延伸至壳体的外部；所述壳体内设有用于安装推板的滑槽，并且所述滑槽的长度大于推板的长度，滑槽的宽度与推板契合，所述滑块的滑动方向与宽碾压轮圆心和窄碾压轮圆心的连线平行。

作为上述方案的进一步优化，螺纹孔的孔边固定安装有一个调节螺母，所述调节螺杆穿过调节螺母，并与调节螺母螺纹连接。

作为上述方案的进一步优化，窄碾压轮的轮缘设有截面呈三角形的槽口，所述槽口的两个边边长一致，并且两边夹角为90°。

作为上述方案的进一步优化，窄碾压轮在每相邻的两个槽口的之间部分设有滚花。

作为上述方案的进一步优化，滑块呈圆筒状，所述推板为一个中心开有圆孔的平板，所述滑块的边缘与推板的中心圆孔契合。

作为上述方案的进一步优化，滑块与推板连为一体。

本发明还提供了一种电阻式水分仪，具备权利要求1-7任一所述的碾压轮调节机构，所述壳体内置包电机控制模块、温度采集模块、水分采样模块、主控模块；所述水分采集模块，用于采集目标区域待检测谷物的水分值；所述温度采集模块，用于采集所述待检测谷物所在环境的温度值；所述电机控制模块，用于控制电机的运行、以及对流经电机的电流值进行采样；所述主控模块，用于根据所述水分值、所述温度值和所述电流值进行融合，并获得所述待检测谷物的目标含水率。

作为上述方案的进一步优化，所述电机控制模块，包括：继电器电路、电机驱动电路和电流采样电路；

所述继电器电路，用于通过所述主控模块的电机驱动和停止引脚经第一三极管基极输入后，经所述第一三极管的集电极与继电器相连，以达到控制所述继电器的开关选择达到电机的启动和停止的目的；

所述电机驱动电路，用于通过所述主控模块motor_clw引脚与第二三极管的基极相连，并通过所述第二三极管的集电极与继电器相连，以驱动电机的启动；

所述电流采样电路，以所述电机的线圈电流为测试点motor_test，所述motor_test输入第一反向放大器的正向输入端，所述第一反向放大器的反向输入端接地；经所述第一反向放大器输出后与第二反向放大器的正向输入端相连，所述第二反向放大器的反向输入端与第一电阻、第二电阻相连并接地，并在所述第二反向放大器的输出端与所述第一电阻和所述第二电阻的节点相连；所述第二反向放大器的输出端与第三反向放大器的正向输入端相连，所述第三反相放大器的反向输入端与所述第三反相放大器的输出端相连，所述第三反相放大器的输出端与所述主控模块相连。

作为上述方案的进一步优化，所述水分采样模块，包括：水分传感器、开关模块和运放模块；

所述水分传感器的一端通过场效应管q4与三极管q5的集电极相连，所述三极管q5的基极与所述主控模块相连，并通过电容与所述水分传感器的另一端相连，所述水分传感器的所述另一端通过电阻与所述开关模块的s1端相连，所述开关模块的s2端通过电阻与5v电压相连，其中，所述开关模块的型号为：dg419dy；

所述开关模块的输出端与所述运放模块相连，所述运放模块的输出端输入至第四反相放大器的正向输入端；所述第四反相放大器的反向输入端与所述第四反相放大器的正向输出端相连，所述第四反相放大器的输出端与所述主控模块相连。

作为上述方案的进一步优化，所述温度采集模块，包括：温度传感器、放大器；所述温度传感器用于采集所述待检测谷物所在环境的温度，并将所检测到的温度发送至所述放大器进行放大器，并发送至所述主控模块。

与现有技术相比，本发明的一种碾压轮调节机构及具备该机构的电阻式水分仪具有以下有益效果：

(1)本发明的一种碾压轮调节机构在需要调节宽碾压轮与窄碾压轮之间的间距时，通过拧动壳体外侧的调节螺杆，由于调节螺杆的杆身与壳体之间通过螺纹连接，并且调节螺杆的端部与推板固定，因而在旋转调节螺杆时，调节螺杆会带动推板左右移动，而推板则带着滑块一起左右移动，从而实现宽碾压轮靠近或者远离窄碾压轮，从而实现宽碾压轮和窄碾压轮之间的间距，使水分仪能够快速的完成不同直径物料的水分检测，提高了检测效率；

(2)本发明的电阻式水分仪，可以提高谷物含水率的检测准确度；

(3)本发明的提供的电阻式水分分析仪，主控模块融合待检测谷物所在环境的温度，进一步提高待检测谷物的含水率。

附图说明

图1是本发明的碾压轮调节机构的结构示意图；

图2是本发明的碾压模组的俯视图；

图3是本发明的窄碾压轮的结构示意图；

图4是图3的右视图；

图5是本发明的第一种电路图；

图6是本发明的第二种电路图；

图7是本发明的第三种电路图；

图8是本发明的第四种电路图。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中及实施例，对本发明技术方案进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明技术方案，并不用于限制本发明技术方案的范围。

如图1～4所示，本发明公开了一种碾压轮调节机构，包括壳体1，壳体1内通过传动轴2安装有碾压轮，碾压轮包括宽碾压轮3以及窄碾压轮4，宽碾压轮3与窄碾压轮4分别通过一根传动轴2转动安装在壳体1上，其中与宽碾压轮3连接的传动轴2的底部安装有齿轮ⅰ5，与窄碾压轮4连接的传动轴2的底部安装有齿轮ⅱ6，齿轮ⅰ5与齿轮ⅱ6啮合，齿轮ⅱ6远离齿轮ⅰ5的一侧与一个齿轮ⅲ7啮合。

壳体1的顶部分别设有用于安装宽碾压轮3与窄碾压轮4的安装孔，宽碾压轮3与窄碾压轮4分别通过轴承8以及轴承座9安装在安装孔内，其中安装窄碾压轮4的安装孔的孔边设有与壳体1连为一体的翻边10，窄碾压轮4的轴承座9固定安装在翻边10上，宽碾压轮3的轴承座9固定安装在一个滑块11上，滑块11的底部固定有推板12，且滑块11与推板12为一体设置。滑块11为圆筒状，推板12的中心设于与滑块11契合的开孔，推板12为平板，推板12与横向设在壳体1侧面的调节螺杆13固定，壳体1的侧面设有用于与调节螺杆13螺纹连接的螺纹孔，调节螺杆13一端与推板12固定，另一端穿过螺纹孔，延伸至壳体1的外部，螺纹孔的孔边固定安装有一个调节螺母14，调节螺杆13穿过调节螺母14，并与调节螺母14螺纹连接。壳体1内设有用于安装推板12的滑槽15，并且滑槽15的长度大于推板12的长度，滑槽15的宽度与推板12契合，滑块11的滑动方向与宽碾压轮3圆心和窄碾压轮4圆心的连线平行。

本发明的窄碾压轮4的轮缘设有截面呈三角形的槽口16，槽口16的两个边边长一致，并且两边夹角为90°，窄碾压轮4在每相邻的两个槽口16的之间部分设有滚花17，这样的设置能够充分压碎物料，提高仪器的测量精度。

本发明在使用时，通过拧动壳体1外侧的调节螺杆13来实现调节宽碾压轮3与窄碾压轮4之间的间距。由于调节螺杆13的杆身与壳体1之间通过螺纹连接，并且调节螺杆13的端部与推板12固定，因而在旋转调节螺杆13时，调节螺杆13会带动推板12左右移动，而推板12则带着滑块11在滑槽15内一起左右移动，从而实现宽碾压轮3靠近或者远离窄碾压轮4，从而实现宽碾压轮3和窄碾压轮4之间的间距，使水分仪能够快速的完成不同直径物料的水分检测，提高了检测效率。

本发明的一种电阻式水分分析仪，包括上述的碾压轮调节机构，壳体重内置水分采样模块、温度采集模块、电机控制模块、主控模块。水分采集模块1，用于采集目标区域待检测谷物的水分值；温度采集模块，用于采集所述待检测谷物所在环境的温度值；电机控制模块，用于控制电机的运行、以及对流经电机的电流值进行采样；主控模块，用于根据所述水分值、所述温度值和所述电流值进行融合，并获得所述待检测谷物的目标含水率。

需要说明的是，水分采集模块具体的可以通过水分传感器直接测量谷物的水分值，可以理解的是，通过直接获得的方式获得谷物水分值比较片面，因为获得的是局部的水分值，且获得的方式不够准确，所以本发明实施例中，将获得水分值发送至主控模块，以备进行数值处理；同样，还可以通过温度传感器获得谷物周围的温度值。本发发明实施例中，可以将温度传感器或水分传感器安装在水分仪的两个碾压轮之间，以用来碾压待测谷物，并通过该碾压轮在碾压过程中获得的数值，实时对温度和水分的采集，获得采集数据。通过碾压轮的转动，获得不同位置的谷物的水分和温度值，具体的，可以获得多次的平均值，以提高数据的准确性。

可以理解的是，电机的碾压轮在碾压的过程中能够获得实时变化的电流值，另外由物理学知识可以得到，当谷物的电阻值为已知时，即可得到流经谷物的电压值(电压值为电阻值与电流值的乘积)。然后根据主控模块4中电压值和水分值的对应关系，既可以得到对应的水分值。需要说明的是，谷物的含水率与导电率的具有一定的计算关系，而导电率与电阻具有一定的计算关系、电阻与电流可以得到电压值、而电压值与水分值又存在预设的计算公式关系，所以可以得到水分值。具体的数学计算本发明实施例在此不对其进行赘述。

本发明基于谷物水分与电阻的关系研究，发现不同的谷物含水量，其电阻也不相同，谷物含水量越大，其电阻值越小，反之，谷物含水量越小，其电阻值越大，因此，本发明通过测量谷物的电阻值来确定谷物的水分值。

为了简单起见，在根据水分传感器计算到电阻值以后，计算谷物的电阻值，由于电流值为已知的测量值，所以可以得到电压值。再根据主控模块中预先存储的电压和水分值的计算公式，进而可以得到目标水分值。

示例性的，具体的电压值和目标水分值的关系如下：

其中，所述f(z)为所述电压值，pn根据所述待检测谷物的检测环境设定的变量，z为谷物的目标水分值。那么在知道pn的情况下即可得到水分值。

示例性的，得到的电压值为0.45v，在预设的pn的情况下，得到目标水分值为12.15％，可以理解的是，本发明实施例还计算出来了谷物的环境温度，还可以根据温度值对目标水分值进行修正，已得到目标含水率。

本发明实施例中，设置温度对于水分的补偿公式，对目标水分值进行补偿，从而得到目标含水率。示例性的，电阻与水分的关系受到温度的影响，在常温-10～40℃的条件下，温度每升高1℃对电阻值的影响相当于其水分含量增加0.1％，即0.1％(湿度)/℃，因此本发明采用温度补偿处理实现水分的精准测量。

具体的，可以设置温度阈值，δt为温度与当前温度值之差，z为目标含水率，q为预设参数，具体可以为0.1％,公式如下：

z＝z+δt*q

本发明的一种实施例中，所述电机控制模块，包括：继电器电路、电机驱动电路和电流采样电路，如图5所示；

所述继电器电路，用于通过所述主控模块的电机驱动和停止引脚经第一三极管基极输入后，经所述第一三极管的集电极与继电器相连，以达到控制所述继电器的开关选择达到电机的启动和停止的目的；

所述电机驱动电路，用于通过所述主控模块motor_clw引脚与第二三极管的基极相连，并通过所述第二三极管的集电极与继电器相连，以驱动电机的启动；

所述电流采样电路，以所述电机的线圈电流为测试点motor_test，所述motor_test输入第一反向放大器的正向输入端，所述第一反向放大器的反向输入端接地；经所述第一反向放大器输出后与第二反向放大器的正向输入端相连，所述第二反向放大器的反向输入端与第一电阻、第二电阻相连并接地，并在所述第二反向放大器的输出端与所述第一电阻和所述第二电阻的节点相连；所述第二反向放大器的输出端与第三反向放大器的正向输入端相连，所述第三反相放大器的反向输入端与所述第三反相放大器的输出端相连，所述第三反相放大器的输出端与所述主控模块相连。

所述继电器电路，用于通过所述主控模块的电机驱动和停止引脚onoff经电阻r14后连接第一三极管q1的基极，经所述三极管q1的集电极通过二极管d2与24v电压相连，所述继电器与d2进行并联，通过d2上的压降以达到控制所述继电器k1的开关4接通开关5或者开关3，从而达到驱动电机的目的，j4为电机控制的引脚，本发明实施例在此不对其进行赘述。

所述电机驱动电路，用于通过所述主控模块motor_clw引脚与三极管q3的基极相连，并通过所述三极管q3的集电极连接的二极管d2与继电器k3相连，以驱动电机的的开关3和4连同或者开关5和6连通。

所述电流采样电路，如图3所示，以所述电机的线圈电流为测试点motor_test(电感t1的3脚)，所述motor_test输入第一反向放大器u1的反向输入端，u1的正向输入端接地；u1输出后与第二反向放大器u2的正向输入端相连，所述第二反向放大器u2的反向输入端与第一电阻r61、第二电阻r61相连并接地，并在所述第二反向放大器的u2输出端与所述第一电阻r61、第二电阻r61连接节点相连；所述第二反向放大器u2的输出端与第三反向放大器u3的正向输入端相连，所述第三反相放大器u3的反向输入端与所述第三反相放大器u3的输出端相连，所述第三反相放大器的输出端与所述主控模块的引脚相连。

应用本发明图5、图6和图7能够实现对电机电流的采样以及实现电机的自动控制。

具体的，本发明实施例中的水分采集模块，可以包括：水分传感器、开关模块和运放模块，如图8所示；

所述水分传感器j6(传感器通过j6的connector引脚接入电路)的一端通过场效应管q4与三极管q5的集电极相连，所述三极管q5的基极与所述主控模块相连，并通过电容与所述水分传感器的另一端相连，所述水分传感器的所述另一端通过电阻与所述开关模块中芯片u11的s1端相连，所述开关模块的u11的s2端通过电阻与5v电压相连，其中，所述开关模块的型号为：dg419dy。

经u11的输出为具有一定频率的波形，经过运算放大器u12进行进一步放大后可以在输入反向放大器进行进一步放大处理，以提高获得的波形效果。

另外，所述开关模块的输出端与所述运放模块相连，所述运放模块的输出端输入至第四反相放大器的正向输入端；所述第四反相放大器的反向输入端与所述第四反相放大器的正向输出端相连，所述第四反相放大器的输出端与所述主控模块相连，此部分的电路结果为现有技术，本发明实施例在此不对其进行赘述。

本发明的另一个实施例中，所述水分采样模块，包括：水分传感器、开关模块和运放模块；

所述水分传感器的一端通过场效应管q4与三极管q5的集电极相连，所述三极管q5的基极与所述主控模块相连，并通过电容与所述水分传感器的另一端相连，所述水分传感器的所述另一端通过电阻与所述开关模块的s1端相连，所述开关模块的s2端通过电阻与5v电压相连，其中，所述开关模块的型号为：dg419dy；

所述开关模块的输出端与所述运放模块相连，所述运放模块的输出端输入至第四反相放大器的正向输入端；所述第四反相放大器的反向输入端与所述第四反相放大器的正向输出端相连，所述第四反相放大器的输出端与所述主控模块相连。

在本发明的一种实现方式中，所述温度采集模块，包括：温度传感器、放大器；

所述温度传感器用于采集所述待检测谷物所在环境的温度，并将所检测到的温度发送至所述放大器进行放大器，并发送至所述主控模块的pa0、pa2引脚。

在本发明的另一种实现方式中，所述主控模块，包括：

根据预先设定的计算规则，用于根据所述水分值、所述温度值和所述电流值进行融合，并获得所述待检测谷物的目标含水率。

为了简单起见，在根据水分传感器计算到电阻值以后，计算谷物的电阻值，由于电流值为已知的测量值，所以可以得到电压值。再根据主控模块中预先存储的的电压和水分值的计算公式，进而可以得到目标水分值。

示例性的，具体的电压值和目标水分值的关系如下：

其中，所述f(z)为所述电压值，pn根据所述待检测谷物的检测环境设定的变量，z为谷物的目标水分值。那么在知道pn的情况下即可得到水分值。

示例性的，得得到的电压值为0.45v，在预设的pn的情况下，得到水分值为12.15％，可以理解的是，本发明实施例还计算出来了谷物的环境温度，还可以根据温度值对目标水分值进行修正，已得到目标含水率。

通过试验研究，电阻与水分的关系受到温度的影响，在常温-10～40℃的条件下，温度每升高1℃对电阻值的影响相当于其水分含量增加0.1％，即0.1％(湿度)/℃，因此本发明采用温度补偿处理实现水分的精准测量。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。