应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法

文档序号:9863499阅读:520来源:国知局
应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及的是铸造湿型砂水分测量领域,具体设及一种应用电容法测量湿型砂 含水量的装置及含水量测量方法。
【背景技术】
[0002] 含水量是湿型砂的重要组分参数,也是对铸件性能影响最为关键的参数之一。湿 型砂水分控制的好坏直接关系到铸件的质量,准确而快速的测量湿型砂含水量是提高铸件 质量、降低铸件废品率的重要手段。
[0003] 目前,电容法是被广泛应用的湿型砂含水量的快速测量方法之一,它具有成本低 和测量速度快的优点。其基本原理是在交流源激励作用下,根据被测湿型砂的含水量变化 时会引起传感器电容值的变化,用阻抗电桥、电容电桥或振荡回路等方法测得湿型砂的电 容值,再根据湿型砂的含水量与电容值之间的已有关系来计算含水量的大小。然而,湿型砂 是由娃砂、膨润±、水、煤粉和多种添加剂组成的一种复杂的混合物,因此,由电容传感器所 形成的物理量不仅仅是电容参数,同时还存在着电阻参数,而传统的电容法常将电容传感 器看作为理想电容,即将电阻分量忽略不计,运样大大降低了电容法测量湿型砂含水量的 测试精度。因此,发展一种应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法显得尤 为重要。

【发明内容】

[0004] 本发明为了解决现有电容法湿型砂含水量测量装置在对湿型砂含水量进行测量 时,存在电阻参数对电容的影响而造成含水量测试精度不高的问题,提出了一种消除电阻 参数影响,而仅保留电容参数的应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法。
[0005] 应用电容法测量湿型砂含水量的装置,它包括电容水分传感器、信号调理单元、激 励信号源、数据采集模块、通信模块、控制模块和计算机,电容水分传感器的信号输出端与 信号调理单元的第一信号输入端连接,激励信号源的激励信号输出端与信号调理单元的第 二信号输入端连接、同时与数据采集模块的第一信号采集输入端连接,信号调理单元的信 号输出端与数据采集模块的第二信号采集输入端连接,数据采集模块的信号输出端与通信 模块的信号输入端连接,通信模块的控制信号输出端与控制模块的控制信号输入端连接, 控制模块的控制信号输出端与激励信号源的控制信号输入端连接,计算机的双向信号输 入/输出端与通信模块的双向信号输入/输出端连接。
[0006] 应用电容法测量湿型砂含水量的装置实现电容法测量湿型砂含水量的方法,该方 法中应用到的由电容水分传感器、信号调理单元和激励信号源组成的测量电路,它包括构 成电容水分传感器并联等效模型的电阻Rx和电容Cx、反馈电阻Rf、放大器A、平衡电阻Ro和正 弦波激励信号源化,反馈电阻Rf的一端与放大器A的输出端连接,另一端与放大器A的反相输 入端连接、同时与构成电容水分传感器并联等效模型的电阻Rx和电容Cx的一端连接,构成电 容水分传感器并联等效模型的电阻Rx和电容Cx的另一端与正弦波激励信号源化的一端连 接、同时接地,正弦波激励信号源化的另一端与平衡电阻Ro的一端连接,平衡电阻Ro的另一 端与放大器A的同相输入端连接,放大器A的输出端输出电压化和正弦波激励信号源化接数 据采集模块。
[0007]所述的电容法测量湿型砂含水量的方法包括W下步骤: 步骤一、将电容水分传感器插入被测湿型砂中; 步骤二、在计算机控制下,通过通信模块、控制模块向激励信号源发出控制信号,启动 激励信号源,激励信号源产生正弦波激励信号化=Uimsin( ω t); 步骤Ξ、数据采集模块对放大器A的输出端输出电压Uo采样η次,得到采样序列化(η), 并通过通信模块送至计算机; 步骤四、计算机对采样序列化(η)进行FFT变换,提取复数形式的基波分量,并对基波分 量的实部和虚部进行分离,得到虚部
步骤五、由公式《"=稱1???,可求得湿型砂的电名
再通过已有的湿型砂电容Cx与含水量之间的关系,即可求得湿型砂的含水量。
[000引优选的,所述的步骤Ξ,在任意时刻Φ i,对正弦波激励信号化=Uimsin( ω t+Φ i)和 放大器A的输出端输出电压Uo=aocos( ω t+ Φ + Φ i)同时义样η次,得到义样序列Uo(n)和化 (η)。
[0009] 优选的,所述的步骤四,对采样序列υ〇(η)和化(η)都进行FFT变换,可求得化(η)的 FFT变换结果的模为Ζ、相位为Φ + Φ i,化(η)的FFT变换结果的相位为(l)i,由(Φ + Φ〇-Φ?=Φ 可得出在任意时刻采样的初始相位Φ,又因任意时刻采样FFT变换结果的模不变,可将Ζ与 Φ重新组合可得到Uo(n)的FFT变换。
[0010] 本发明的优点:通过对由电容水分传感器、激励信号源和信号调理单元组成的测 量电路的输出电压进行采样,并经通信模块送至计算机,计算机对获得的采样序列进行FFT 变换,提取出信号的基波分量,然后对基波分量的实部与虚部进行分离,得到仅与电容相关 的基波分量虚部值,可准确求得湿型砂的电容,消除了传统电容法测量湿型砂含水量时湿 型砂电阻的干扰,从而大大提高了电容法测量湿型砂含水量的测试精度。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明中应用电容法测量湿型砂含水量的装置构成框图。
[0012] 图2是本发明中由电容水分传感器、信号调理单元和激励信号源组成的测量电路 原理图。
【具体实施方式】
[0013]
【具体实施方式】一:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述的应用电容法测量湿 型砂含水量的装置,它包括电容水分传感器1、信号调理单元2、激励信号源3、数据采集模块 4、通信模块5、控制模块6和计算机7,电容水分传感器1的信号输出端与信号调理单元2的第 一信号输入端连接,激励信号源3的激励信号输出端与信号调理单元2的第二信号输入端连 接、同时与数据采集模块4的第一信号采集输入端连接,信号调理单元2的信号输出端与数 据采集模块4的第二信号采集输入端连接,数据采集模块4的信号输出端与通信模块5的信 号输入端连接,通信模块5的控制信号输出端与控制模块6的控制信号输入端连接,控制模 块6的控制信号输出端与激励信号源3的控制信号输入端连接,计算机7的双向信号输入/输 出端与通信模块5的双向信号输入/输出端连接。
【具体实施方式】 [0014] 二:结合图1说明本实施方式,本实施方式是对实施方式一的进步一 说明,本实施方式所述的激励信号源3为正弦波激励信号源。
【具体实施方式】 [0015] Ξ:结合图1说明本实施方式,本实施方式是对实施方式一的进步一 说明,本实施方式所述的数据采集模块4为采样频率150曲zW上的高速数据采集模块。
【具体实施方式】 [0016] 四:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述的应用实施方 式一所述的应用电容法测量湿型砂含水量的装置实现电容法测量湿型砂含水量的方法,该 方法中应用到的由电容水分传感器1、信号调理单元2和激励信号源3组成的测量电路,它包 括构成电容水分传感器1并联等效模型的电阻Rx和电容Cx、反馈电阻Rf、放大器A、平衡电阻 Ro和正弦波激励信号源化,反馈电阻Rf的一端与放大器A的输出端连接,另一端与放大器A的 反相输入端连接、同时与构成电容水分传感器1并联等效模型的电阻Rx和电容Cx
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