一种便携式粮食含水率测量仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种便携式粮食含水率测量仪，其属于粮食水分检测的技术领域，用于粮库检测粮食样品的含水率。本实用新型公开的含水率测量仪，包括电容传感器、电容检测电路、质量检测电路、温度检测电路、信号调理、A/D转换、单片机、显示器和打印机，其中，电容传感器和质量传感器输出信号为模拟型，因此需对其输出信号进行信号调理和A/D转换；温度检测采用单总线数字式温度传感器DS18820，可以直接与单片机通信，单片机对信号处理后可由显示器显示含水率。本实用新型公开的电容式粮食含水率测量仪通过检测电容量，可以间接得到粮食的含水率。该测量仪检测速度快，易于实现在线测量，逐渐成为粮食水分检测的主流方法。
【专利说明】
一种便携式粮食含水率测量仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及一款便携式粮食含水率测量仪，尤其涉及用于户外粮食水分检测的便携式测量仪。
【背景技术】
[0002]目前，粮食水分检测技术总体上分为直接法和间接法，直接法是一种基准法，通过热干燥后直接测出粮食中的绝对含水量，检测准确度高不会改变样品的性质，但不适用于现场和在线检测，间接法是通过测量与水分变化相关的物理量来得到水分含量，由于影响粮食水分检测的因素(温度、粒度、品种等)较多，所以设计时要使输出信号有效地反映水分特性，基于电容式传感器的粮食水分测量仪是测量效果较好的水分检测装置，具有结构简单、成本低、准确度高、能够在线测量等优点。检测时，将粮食样品作为电容器中的电介质，粮食中所含水分将影响容器的电容值，在温度为103°C条件下加热干燥一段时间，通过测量烘干过程中粮食的电容值，即可测量得到粮食的含水量。本产品以单片机为控制器，采用同轴圆筒型电容传感器为含水率检测装置，设计了能够同时检测粮食的电容、温度和容积密度的检测电路，并基于信息融合技术，设计了能根据三者结果计算，显示含水率的运行软件。
[0003]目前测定粮食水分含量的方法有很多，主要包括加热干燥法、蒸馏法、微波法、核磁共振法以及近红外分子光吸收法。采用这些方法测量结果虽精确，但所用仪器多、测量时间长，影响粮食流转速度，尤其是不适合户外流动粮食水分检测，而本实用新型发明的快速室外水分测量仪测量水分时，时间短、操作简便、检测结果准确，且携带方便。
【发明内容】
[0004]本实用新型介绍的一种以单片机为控制器，采用同轴圆筒型电容传感器为含水率检测装置，设计了能够同时检测粮食的电容、温度和容积密度的检测电路，并基于信息融合技术，设计了能根据三者结果计算，显示含水率的运行软件。
[0005]本实用新型公开了一种便携式粮食含水率测量仪，包括电容传感器、电容检测电路、质量传感器、质量检测电路、温度传感器、信号调理电路、A/D转换器、单片机、显示器和打印机，其中，采集的被测谷物样本经过电容传感器输出电容传感信号，将电容传感信号经电容检测电路检测输入信号调理电路中，采集的被测谷物样本经过质量传感器输出质量传感信号，将质量传感信号经质量检测电路检测输入信号调理电路中，电容传感器和质量传感器输出的电容传感信号和质量传感信号为模拟信号，将电容传感信号和质量传感信号分别依次经过信号调理电路处理和A/D转换生成的电容数字信号和质量数字信号输入单片机;采集的被测谷物样本经过温度传感器输出温度信号，温度信号输入到单片机中，单片机通过对输入的电容数字信号、质量数字信号以及温度信号进行处理后可由显示器显示采集的被测谷物样本的含水率;打印机对单片机输出的采集的被测谷物样本的含水率及电容数据、质量数据和温度数据进行打印。
[0006]本实用新型实现的一种便携式粮食含水率测量仪进一步包括电容传感器的设计:电容传感器由两个同心铜圆筒组成，为了提高检测精度，电容传感器在制作的时候应满足如下要求:①取R = er(e-2.718)，以增大电容变化量，提高传感器的灵敏度;?L>R-r，电极厚度充分小，减小两端的边缘效应;③极板加金属屏蔽罩，减小外界寄生电压的干扰;④采用具有较好抗氧化性能的材料，增加使用时间，其中R，r分别为两个同心铜圆筒的半径，L为电极厚度。
[0007]本实用新型实现的一种便携式粮食含水率测量仪进一步包括电容检测电路的设计:本产品采用脉冲宽度调制方法检测电容值，脉冲宽度调制电路主要由电压比较器AdPAs、双稳态触发器、电容充放电回路以及低通滤波器组成。
[0008]本实用新型实现的一种便携式粮食含水率测量仪进一步包括容积密度检测电路的设计:容积密度采用定容积的方法来确定。每次测量时，将被测样品以自由落体的方式倒入传感器装置内，使被测样品均匀地充填整个装置。本产品所采用的电容传感器体积为663.51cm3。因此，通过检测被测粮食的质量，可以得到被测粮食的容积密度。
[0009]本实用新型实现的一种便携式粮食含水率测量仪进一步包括湿度检测电路的设计:在温度检测电路中，选用单总线数字式温度传感器DS18820。该传感器测温范围在-55-+125°C，独特的单总线接口仅需一个端口引脚进行通讯，温度值以9位数字量输出，精度达到
0.1°C;不需要对信号进行滤波、放大和模数转换，极大地简化了硬件电路;采用外部供电方式，可以提高测量速度，能够在I s内将温度转换成数字输出。
[0010]本实用新型实现的一种便携式粮食含水率测量仪进一步包括数据处理和数字化输出:采用单片机C语言编写系统软件程序。程序主要包括系统主程序，键盘输入子程序，含水率计算子程序和液晶显示子程序，其功能是实现数据的采集和运算。并控制各输入输出设备实现人机交互。
【附图说明】
[0011]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明
[0012]图1为本实用新型便携式粮食含水率测量仪的基本结构的
【具体实施方式】
[0013]图2为本实用新型便携式粮食含水率测量仪中电容检测电路的【具体实施方式】
[0014]图3为本实用新型便携式粮食含水率测量仪中质量检测电路的【具体实施方式】
[0015]图4为本实用新型便携式粮食含水率测量仪中湿度检测电路的【具体实施方式】
[0016]图5为本实用新型便携式粮食含水率测量仪中利用单片机计算含水率的程序流程图【具体实施方式】
[0017]本实用新型介绍的一种便携式粮食含水率测量仪通过将粮食样品作为电容器中的电介质，粮食中所含水分将影响容器的电容值，在温度为103°C条件下加热干燥一段时间，通过测量烘干过程中粮食的电容值，即可测量得到粮食的含水量。
[0018]图1所示本实用新型便携式粮食含水率测量仪的基本结构的【具体实施方式】，其中，包括电容传感器、电容检测电路、质量检测电路、温度检测电路、信号调理、AVD转换、单片机、显示器和打印机。每次测量时，将被测样品以自由落体的方式倒入传感器装置内，使被测样品均匀地充填整个装置。通过检测被测粮食的质量，可以得到被测粮食的容积密度。在温度检测电路中，选用单总线数字式温度传感器DS18820，由于采集到的温度信号为数字信号，可以直接与单片机通信;采集到的电容和容积密度为模拟电压信号，通过A/D转换器进行模数转换后送给单片机通信。利用单片机C语言编写系统软件程序。程序主要包括系统主程序，键盘输入子程序，含水率计算子程序和液晶显示子程序，其功能是实现数据的采集和运算。并控制各输入输出设备实现人机交互。
[0019]图2所示为本实用新型便携式粮食含水率测量仪中电容检测电路的【具体实施方式】。该检测电路采用脉冲宽度调制方法检测电容值，脉冲宽度调制电路主要由电压比较器AjPA2、双稳态触发器、电容充放电回路以及低通滤波器组成。
[0020]图3为本实用新型便携式粮食含水率测量仪中质量检测电路的【具体实施方式】。其中，容积密度采用定容积的方法来确定。每次测量时，将被测样品以自由落体的方式倒入传感器装置内，使被测样品均匀地充填整个装置。本产品所采用的电容传感器体积为663.51cm3。因此，通过检测被测粮食的质量，可以得到被测粮食的容积密度。
[0021]图4为本实用新型便携式粮食含水率测量仪中湿度检测电路的【具体实施方式】。在温度检测电路中，选用单总线数字式温度传感器DS18820。该传感器测温范围在-55-+125°C，独特的单总线接口仅需一个端口引脚进行通讯，温度值以9位数字量输出，精度达到0.1°C;不需要对信号进行滤波、放大和模数转换，极大地简化了硬件电路;采用外部供电方式，可以提高测量速度，能够在I s内将温度转换成数字输出。
[0022]图5为本实用新型便携式粮食含水率测量仪中利用单片机计算含水率的程序流程图。其中，采用单片机C语言编写系统软件程序。程序主要包括系统主程序，打印输出子程序，含水率计算子程序和液晶显示子程序，其功能是实现数据的采集和运算，实现人机交互。
【主权项】
1.一种便携式粮食含水率测量仪，包括电容传感器、电容检测电路、质量传感器、质量检测电路、温度传感器、信号调理电路、A/D转换器、单片机、显示器和打印机，其中， 采集的被测谷物样本经过电容传感器输出电容传感信号，将电容传感信号经电容检测电路检测输入信号调理电路中，采集的被测谷物样本经过质量传感器输出质量传感信号，将质量传感信号经质量检测电路检测输入信号调理电路中，电容传感器和质量传感器输出的电容传感信号和质量传感信号为模拟信号，将电容传感信号和质量传感信号分别依次经过信号调理电路处理和A/D转换生成的电容数字信号和质量数字信号输入单片机； 采集的被测谷物样本经过温度传感器输出温度信号，温度信号输入到单片机中，单片机通过对输入的电容数字信号、质量数字信号以及温度信号进行处理后可由显示器显示采集的被测谷物样本的含水率； 打印机对单片机输出的采集的被测谷物样本的含水率及电容数据、质量数据和温度数据进行打印。2.根据权利要求1所述的一种便携式粮食含水率测量仪，其特征在于:电容传感器由两个同心铜圆筒组成，为提高检测精度，电容传感器在制作的时候满足如下要求:①取R = er(e-2.718)，以增大电容变化量，提高传感器的灵敏度;?L>R-r，电极厚度充分小，减小两端的边缘效应;③极板加金属屏蔽罩，减小外界寄生电压的干扰；以及④采用具有较好抗氧化性能的材料，增加使用时间，其中R，r分别为两个同心铜圆筒的半径，L为电极厚度。3.根据权利要求2所述的一种便携式粮食含水率测量仪，其特征在于:每次测量时，将被测谷物样品以自由落体的方式倒入传感器装置内，使被测谷物样品均匀地充填整个装置，采用电容传感器体积为663.51cm3，通过检测被测粮食的质量获得被测粮食的容积密度。4.根据权利要求1所述的一种便携式粮食含水率测量仪，其特征在于:温度传感器采用单总线数字式温度传感器DS18820，该传感器测温范围在-55°C至+125°C，单总线接口仅需一个端口引脚进行通讯，温度值以9位数字量输出，精度达到0.1°C;不需要对信号进行滤波、放大和模数转换，采用外部供电方式，提高测量速度，在Is内将温度转换成数字输出。
【文档编号】G01N27/22GK205484176SQ201620034800
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月15日
【发明人】郭树岩
【申请人】辽宁科技学院