专利名称：高频电容式水分快速测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种快速测定物质水分含量的物性分析仪器。适用于测定各种低介电常数物料；尤其是陶瓷可塑泥料、粉料、浆料以及坯体的水分含量。
现有的电容式水分仪其特性及功能各异。国内外亦有报导。例如中国专利ZL86200819所述的“电容式快速水分仪”、采用低频电桥法，物料电导影响大；探头结构较复杂，需要双层屏蔽；它的测量精度虽然较好，但量程比较小且不能对陶瓷可塑泥料、坯体等物料的水分含量进行测定。GG87205091号所述的水分仪，结构虽简单但仅适用于测定一般的固体物料。又如湖南《陶瓷》八七年第一期报导的“陶瓷粉料水分快速测定仪”，也只局限于测定陶瓷粉料，其适用范围小，功能也不全。
目前公知的电容式水分测定仪普遍存在传感器分辨率差、噪音干扰偏大，物料和杂质电导及温度变化影响测量精度、量程小、线性度差等问题，至今尝未很好地解决。
本实用新型目的就是针对上述不足，提供一种即具有分辨率高、能排除分布电容和噪音干扰、量程宽、线性度好、温度和杂质电导影响小、使用范围广；又能对陶瓷可塑泥料、粉料、浆料等各种物料的水分含量进行快速测定的多功能水分仪。
本实用新型是这样实现的传感器和主机采用分体式结构，传感器由探头、高频振荡电路和金属屏蔽盒构成一体，可以提高振荡频率，减小物料中电导对测量精度的影响。探头由内电极和外电极构成，外电极固定在金属屏蔽盒的前端，内电极用绝缘密封物固定在外电极中央，探头的几何形状可为针状、平板状、圆筒状、圆孤等不同形式，以满足在各种场合，对不同物料、尤其是陶瓷物料的水分测定。
主机系统电路中有整形分频电路、积分电路、采样保持电路、平方运算电路、差动放大电路、基准电压源、门控电路、调零电位器、A／D转换器、数字显示装置和探头指示与断头报警电路，它们之间成电气连接。
直接使用18～22MHZ的频率作为传感信号输入主机，由积分器对其积分运算后变成传感信号的周期量，再经平方运算，就可保证在宽量程范围具有良好的线性度。
在差动放大电路中有由热敏电阻构成的温度自动补偿电路，可以在较宽的温度范围内保持良好的线性度；通过调零电位器，可随时实现调零，不怕环境温度对传感器和主机电路产生的零点漂移，以适应不同温度下的测量，提高测量精度，通过调整定标、校准电位器，即可对不同的物料进行校准定标，使得显示值与真值一致，确保测量精度。
由电子元件和时基集成电路组成的探头指示与断头报警电路，可随时发现故障，便于维修。
本实用新型的优点是克服了现有技术中存在的不足，它具有良好的分辨能力和线性关系、量程宽、精度高、性能稳定、定标、校准简单、使用方便等特点。它不仅可用在陶瓷工业中心试验室和车间生产线，随时进行现场抽样和连续测定，同时也完全适用于粮食、建材、农业、食品等行业对各种低介电常数物料的含水率进行测定。如谷物、油类、酒类、土壤、砂粒、水泥等。本仪器的主要技术参数详见表一。
图面说明附
图1水分测定仪的整体状态示意图；附图2传感器探头的结构图；附图3高频振荡电路原理图；附图4主机系统方框图；附图5主机电路原理图；附图6探头指示及断头报警电路原理图；本实用新型的具体实施例结合附图描述如下如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示金属屏蔽盒［4］内有高频振荡电路［3］，它的前端是探头［2］、由［2］、［3］、［4］组成一体化结构形式的传感器［1］其工作电源由主机［7］通过导线［5］提供，传感信号fx通过单芯电缆线［6］输入机［7］。
探头［2］由内电极［8］、外电极［9］构成，二个电极之间有绝缘密封物［10］、并通过螺母［11］将探头固定在金属屏蔽盒［4］上，探头的几何形状和结构可根据被测物料的性质而定，如图2(a)针式适用于可塑泥料，(b)平板式适用于坯体，(c)圆筒式适用于浆料、粉料和颗粒物料，(d)圆孤式可以固定在练泥机出口处，适用于连续测定泥料的水分。
在传感器［1］的高频振荡电路［3］中，电极［8］和［9］分别接在电感［12］的两端，组成LC选频回路。晶体管［13］和［14］组成振荡电路，信号从晶体管［14］的集电极输出，与LC回路无直接的电磁联系，提高了振荡频率的稳定性。晶体管［14］接成共集电极电路形式，具有低电阻和强的负载能力，从而保证了可塑料、浆料等低电阻介质仍能稳定地振荡。晶体管［13］接成共基极电路组态，保证了振荡的幅值和相值条件。晶体管［13］与［14］采用直接藕合，并由电阻［15］产生直流负反馈，稳定了电路的工作点。晶体管［16］接成共集电极电路组态，进一步减小了对LC振荡电路的影响，同时保证了能用较长的电缆线经电容［17］把高频传感信号输送给主机。
在主机电路系统中，整形分频电路［18］中有晶体管［29］、［30］和史密特触发器［31］及计数、分频器［32］、［33］、门控电路［26］由JK触以器［34］、［35］、比较器［36］、反相器［37］和摸拟开关［39］、［40］所组成，积分电路［19］有运算放大器［41］、采样保持电路［20］有运算放大器［42］、［43］、平方运算电路［21］中有模拟乘法器［44］和运算放大器［45］、差动放大电路［22］中有运算放大器［46］、［47］、［51］、和由热敏电阻［48］、电阻［49］、［50］组成的温度补尝电路以及定标电位器［53］、校准电位器［54］，基准电压源［27］有稳压管［38］。
在A／D转换器［24］第14脚的转换周期结束标志脉冲feoc的控制F，来自传感器的高频传感信号fx经整形分频电路［18］变为低频方波传感信号f′x开启门控电路［26］，在此信号的一个周期内，积分器［19］对基准电压源［27］进行积分运算，获取传感信号的周期量，并通过采样保持电路［20］不断传送给差动放大电路［22］，放大后送到A／D转换器［24］变成数字量后，由显示屏［25］显示出来。当传感器、探头未插入物料时，调整调零电位器［23］，使差动放大电路［22］输出为零，显示屏［25］显示为零，然后把探头插入物料，［22］便有输出，［25］显示出数字，只要事先通过调整定标、校准电位器［53］、［54］，就可保证显示值与真值一致。热敏电阻［48］和电阻［49］、［50］组成温度补偿电路，开关［52］为校、测转换开关，拨1为测量位置，拨2为定标校准位置。
传感器工作正常时，传感信号fx由电缆线［6］送给探头指示和断头报警电路［28］中的晶体管［55］、［56］，经放大整流后控制晶体管［58］导通，探头指示发光管［57］亮，同时［58］输出低电平，控制时基电路［59］、［60］仃振，扬声器［61］不响。当传感器电路发生故障或与主机的联接线［5］或［6］开路时，由于收不到信号，晶体管［58］截止，输出高电平，探头指示发光管［57］不亮，同时控制时基电路［59］、［60］起振，扬声器［61］发出“嘟、嘟……”的警报声。
表一主要技术参数1、量程0～100％2、测量精度＜±0.3％3、分辨率0.1％4、重现性＜0.2％5、温度补偿自动6、反应时间＜0.3秒7、读数方式三位数字动态扫描显示8、电源电压 220
±10％ 50HZ9、功率消耗＜5W10、工作条件1)环境温度0～40℃2)环境湿度5～95％RH11、工作时间＞24小时12、重量＜4Kg
权利要求1.一种由传感器和主机系统组成的电容式水分快速测定仪，其特征在于(a)、传感器[1]由探头[2]高频振荡电路[3]和金属屏蔽盒[4]组成一体化结构；(b)、主机系统电路由整形分频电路[18]、门控电路[26]、基准电压源[27]、积分电路[19]、采样保持电路[20]、平方运算电路[21]、差动放大电路[22]、调零电位器[23]、A/D转换器[24]、显数装置[25]、探头指示与断头报警电路[28]所组成。
2.按照权利要求1所述的水分快速测定仪，其特征在于传感器探头［2］的外电极［9］用螺母［11］固定在金属屏蔽盒［4］的前端，内电极［8］用绝缘密封物［10］固定在外电极的中央。
3.按照权利要求1、2所述的探头〔2〕，其特征在于可以是针状、平板状、圆筒状、圆弧状等不同几何形状。
4.按照权利要求1所述的水分快速测定仪，其特征在于传感器［1］的高频振荡电路［3］中晶体管［13］接成共基极电路组态，晶体管［14］和［16］接成共集电极电路组态，［13］与［14］直接藕合，探头［2］的内、外电极［8］和［9］与电感［12］并联直接在［14］的发射极组成选频回路，信号从［14］的集电极引出。
5.按照权利要求1所述的水分快速测定仪，其特征是在差动放大电路［22］中设有定标电位器［53］、校准电位器［54］、和由热敏电阻［48］、电阻［49］、［50］组成的温度补偿电路。
6.按照权利要求1所述的水分快速测定仪，其特征是门控电路［26］由JK触发器［34］、［35］和运算放大器［36］、［37］以及摸拟开关［39］、［40］所组成。
7.按照权利要求6所述的水分快速测定仪，其特征是JK触发器［34］、［35］的清零端与A／D转换器［24］的转换周期结束标志脉冲信号端第14脚相连接。
专利摘要本实用新型是一种快速测定物质水分含量的物性分析仪器。适用于测定各种低介电常数物料；尤其是陶瓷可塑泥料、粉料、浆料以及坯体的水分含量。其特征在于传感器由探头，高频振荡电路和金属屏蔽盒构成一体形式，主机测量系统采用集成模拟运算电路和数字显示技术，并设有探头指示和断头报警电路；探头可做成各种形状。具有量程宽、精度高、线性度好、分辨率高、温度与杂质影响小，适用范围广、使用操作简便等优点。
文档编号G01N27/22GK2035087SQ8820536
公开日1989年3月29日 申请日期1988年5月6日 优先权日1988年5月6日
发明者张邦宏 申请人:景德镇陶瓷学院