一种反应快捷的湿度测量电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种反应快捷的湿度测量电路，由采用小电容大电阻的多谐振荡器电路和频率电压转换电路依次连接构成；采用小电容大电阻的多谐振荡器电路包括高阻抗运算放大器、负反馈电阻、第一正反馈电阻、第二正反馈电阻和电容器；频率电压转换电路的频率电压转换的集成电路的CMPRIN引脚分别与第五电阻和第七电阻的一端连接；第五电阻的另一端与接地；第七电阻接12v电源；频率电压转换的集成电路的IOUT引脚分别与第四电容、第九电阻和第十电阻的一端连接，第四电容和第九电阻的另一端都与第五电容的一端连接。本实用新型电路不易受土壤中电解质的影响，且不受土壤团聚结块所形成间隙的影响。
【专利说明】一种反应快捷的湿度测量电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及湿度测量，特别是涉及一种反应快捷的湿度测量电路，该适度测量电路可以用于测量土壤湿度。
【背景技术】
[0002]在土壤的湿度测量方面，目前比较多的是采用电阻法，即用两个电极插入土壤中，通过测量其电阻值来测量土壤中所含的水分，所含水分越多其电阻值越小。利用电阻法测量土壤湿度的方法存在以下缺点:
[0003]1、该方法极易受土壤所含电解质的影响，因为少量的电解质可以大幅度改变水的电阻值，使测量产生大的误差；
[0004]2、该方法易受土壤团聚构造的影响，在土壤中难免形成土壤团聚和结块的现象，在这些团聚和结块的土壤之间，会形成一定的间隙，这些间隙也会大大影响土壤电阻值的测量。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种反应快捷的湿度测量电路，该电路能将物体的湿度转换成与湿度成正比的电压信号，利用此电路可以方便地测量物体的湿度。
[0006]本实用新型在需要测量湿度的物体的两侧放置两块金属板，而金属板之间的物体则作为两块金属板所形成的电容器的介质，由于水作为电容器的介质，其介电常数很大，其他物质相对较小，其值可以忽略，因此两块金属板之间形成的电容量，除了金属板的面积与相互距离之外，影响最大的是金属板之间的含水量，只要知道了电容器电容量的变化量，就能估算出金属板之间物体的含水量，利用这一方法可以测量出泥土中的湿度。这种测量土壤湿度的方法克服了电阻法测量土壤湿度的缺点。本实用新型利用测量电容器介质的介电常数的方法来测量土壤的湿度，是一种测量准确受外界影响小的新方法。
[0007]本实用新型目的通过下述技术方案实现
[0008]一种反应快捷的湿度测量电路，由采用小电容大电阻的多谐振荡器电路和频率电压转换电路依次连接构成；
[0009]所述采用小电容大电阻的多谐振荡器电路包括高阻抗运算放大器、负反馈电阻、第一正反馈电阻、第二正反馈电阻和电容器；负反馈电路由负反馈电阻和第一电容器组成，正反馈电路由第一正反馈电阻和第二正反馈电阻组成；高阻抗运算放大器的负极分别与负反馈电阻和第一电容器的一端连接；高阻抗运算放大器的正极分别与第一正反馈电阻和第二正反馈电阻的一端连接，第一电容器的另一端和第二正反馈电阻的另一端分别接地；第一正反馈电阻的另一端和负反馈电阻的另一端都与运算放大器的输出端连接；
[0010]所述频率电压转换电路包括频率电压转换的集成电路、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第二电容器、第三电容器、第四电容器和第五电容器；频率电压转换的集成电路的CMPRIN引脚分别与第五电阻和第七电阻的一端连接；第五电阻的另一端与接地；第七电阻接12v电源；频率电压转换的集成电路的1UT引脚分别与第四电容、第九电阻和第十电阻的一端连接，第四电容和第九电阻的另一端都与第五电容的一端连接，第十电阻与第五电容的另一端连接，第十电阻另一端还与电压输出端连接；频率电压转换的集成电路的VDD引脚接12v电源；频率电压转换的集成电路的R/C引脚分别与第六电阻和第三电容的一端连接；频率电压转换的集成电路的IREF引脚与第八电阻一端连接；第四电容、第九电阻、第八电阻和第三电容的另一端都与频率电压转换的集成电路的GND引脚连接；频率电压转换的集成电路的THR引脚分别与第二电容的另一端和第四电阻的一端连接，第四电阻和第六电阻的另一端都与12v电源连接。
[0011]为进一步实现本实用新型目的，优选地，所述频率电压转换的集成电路选用电路型号为LM331AN集成电路。
[0012]所述高阻抗运算放大器选择CA3140运算放大器。
[0013]所述第一电容器为带绝缘层的金属电极。
[0014]所述负反馈电阻的电阻值为IM Ω - 300ΜΩ。
[0015]所述第一正反馈电阻和第二正反馈电阻的电阻值都为20ΚΩ - 50ΚΩ。
[0016]所述的第一电容器由两金属电极组成相对设置形成。
[0017]所述的两金属电极间隔0.5毫米-8厘米。
[0018]相对于现有技术，本实用新型具有如下优点:
[0019]I)本实用新型电路不易受土壤中电解质的影响，由于本实用新型测量的是土壤对电容量的影响，而不是土壤的电阻值，土壤中电解质含量的变化只对土壤的介电常数造成小的影响，而对土壤电阻值会造成很大的影响。
[0020]2)本实用新型电路完全不受土壤团聚结块所形成间隙的影响，这是因为土壤之间的间隙不会影响两个金属电极之间土壤的含水量，对土壤所含水分的分布也不会有大的影响，因此，基本上不会对测量值造成影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型反应快捷的湿度测量电路的原理图。
[0022]图2是本实用新型的反应快捷的湿度测量电路图。
【具体实施方式】
[0023]为更好的理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但是本实用新型的实施方式不限如此。
[0024]如图1所示，一种反应快捷的湿度测量电路由采用小电容大电阻的多谐振荡器电路和频率电压转换电路依次连接构成，频率电压转换电路输出与湿度相对应的电压。
[0025]如图2所示，采用小电容大电阻的多谐振荡器电路，包括高阻抗运算放大器U1、负反馈电阻R1、第一正反馈电阻R2、第二正反馈电阻R3、以及由两金属电极DJ1、DJ2组成的第一电容器Cl ;负反馈电路由负反馈电阻Rl和第一电容器Cl组成，第一电容器Cl由两根金属电极DJ1、DJ2间隔2 - 8厘米相对设置形成；正反馈电路主要由第一正反馈电阻R2和第二正反馈电阻R3组成；高阻抗运算放大器Ul的负极分别与负反馈电阻Rl和第一电容器Cl的一端(金属电极DJl)连接；高阻抗运算放大器Ul的正极分别与第一正反馈电阻R2和第二正反馈电阻R3的一端连接，第一电容器Cl的另一端(金属电极DJ2)和第二正反馈电阻R3的另一端分别接地；第一正反馈电阻R2的另一端和负反馈电阻Rl的另一端都与高阻抗运算放大器Ul的输出端连接。负反馈电阻Rl取值优选可以为1ΜΩ - 300ΜΩ，在第一电容器Cl的不同电容取值，第一电容器Cl的电容取值和负反馈电阻的电阻取值共同决定第一电容器的电充的时间，设k为振荡周期系数，R为负反馈电阻Rl的电阻值；C为第一电容器Cl的电容取值；则T = kX RX C (负反馈电路构成典型的RC电路)；T为采用小电容大电阻的多谐振荡器电路一个振荡周期的时间。可见，本实用新型通过调节第一电容器Cl的电容大小可以方便调节其电路振荡频率的高低。电容器的电容取值的最小值可为2 - 3pf。
[0026]高阻抗运算放大器Ul具有较高的工作频率和较大的输入阻抗，输入阻抗一般大于1\1012，可选择0八3140运算放大器，或者选用功能相同的其它类型的运算放大器。
[0027]第一电容器Cl为带绝缘层的金属电极。
[0028]负反馈电阻Rl的电阻值为IM Ω -300ΜΩ，如本图2实施方式中，负反馈电阻Rl的电阻值选用1.2ΜΩ ;负反馈电阻Rl与金属电极DJl，DJ2形成的电容配合，使得采用小电容大电阻的多谐振荡器电路的振荡频率处于十到三十千赫，以满足频率电压转换电路的工作需要。
[0029]第一正反馈电阻和第二正反馈电阻的电阻值可都为20ΚΩ - 500ΚΩ ;如本实施方式中，第一正反馈电阻R2和第二正反馈电阻R3的电阻值分别选用300ΚΩ和20ΚΩ。第一正反馈电阻R2和第二正反馈电阻R3组成正反馈电路，能够将高阻抗运算放大器Ul的输出电压的1/4 - 1/2输入到高阻抗运算放大器Ul的正输入端。
[0030]频率电压转换电路包括频率电压转换的集成电路U2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第二电容器C2、第三电容器C3、第四电容器C4、第五电容器C5 ;其中第二电容器C2为连接多谐震荡器和频率电压转换器的桥梁。频率电压转换的集成电路U2的CMPRIN引脚分别与第五电阻R5和第七电阻R7的一端连接；第五电阻R5的另一端与接地；第七电阻R7接12v电源；频率电压转换的集成电路U2的1UT引脚分别与第四电容C4、第九电阻和第十电阻RlO的一端连接，第四电容C4和第九电阻的另一端都与第五电容C5的一端连接,第十电阻RlO与第五电容C5的另一端连接，第十电阻RlO另一端还与电压输出端Vout连接；频率电压转换的集成电路U2的VDD引脚接12v电源；频率电压转换的集成电路U2的R/C引脚分别与第六电阻R6和第三电容C3的一端连接；频率电压转换的集成电路U2的IREF引脚与第八电阻R8 —端连接；第四电容C4、第九电阻、第八电阻R8和第三电容C3的另一端都与频率电压转换的集成电路U2的GND引脚连接；频率电压转换的集成电路U2的THR引脚分别与第二电容C2的一端和第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4和第六电阻R6的另一端都与12v电源连接。第二电容C2的另一端与高阻抗运算放大器Ul的输出端连接。
[0031 ] 频率电压转换的集成电路U2选用电路型号为LM33IAN集成电路，或者其它功能相同的集成电路。
[0032]第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第二电容器C2、第三电容器C3、第四电容器C4和第五电容器C5的电阻值或者电容值可以根据频率电压转换的集成电路U2的要求选用；如图2的实施方式中，第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻RlO分别选用电阻值为10ΚΩ、20ΚΩ、1ΚΩ、10ΚΩ、1ΚΩ、25ΚΩ和25ΚΩ的电阻；第二电容器C2、第三电容器C3、第四电容器C4和第五电容器C5分别选用电容为470pf、470pf、luF和IUf。
[0033]反应快捷的湿度测量电路工作时，采用小电容大电阻的多谐振荡器电路形成方波振荡，该振荡频率主要由两带绝缘层的金属电极DJl、DJ2之间所形成的电容和负反馈电阻Rl决定，任何能够改变金属电极DJ1、DJ2之间所形成的电容大小，或负反馈电阻Rl的阻值大小都可以改变其振荡频率。由于在两金属电极DJ1、DJ2之间的空隙的水分含量会对两金属电极DJ1、DJ2之间的电容量造成非常明显的影响，从而影响多谐震荡器的振荡频率，只要测出振荡频率的改变量就可以测出电极DJ1、DJ2之间空隙的含水量。与采用小电容大电阻的多谐振荡器电路相连的频率电压转换器是将振荡频率转换为电压，通过测量电压的高低来确定振荡频率的高低。这样就实现了水分含量-振荡频率变化-电压变化的转变，只要测量电压的变化，就可以测量金属电极DJ1、DJ2之间空隙的含水量的变化，在这个过程中含水量转换为振荡频率的改变，由于振荡频率比较高(约为几十千赫)可以反映含水量的极微小的变化，因而可以实现测量的高精度，和高灵敏度。这种测量含水量的方式，相对于传统实验室测量的方法，更方便也更快。
[0034]应用图2所示反应快捷的湿度测量电路测量土壤中水分的含量时，只要将两带有绝缘层的金属电极DJl、DJ2包裹绝缘层并且埋入土壤中即可测量，金属电极DJl、DJ2选用两片金属片，其大小为1-2平方厘米。本实用新型电路不易受土壤中电解质的影响，由于本实用新型测量的是土壤对电容量的影响，而不是土壤的电阻值，土壤中电解质含量的变化只对土壤的介电常数造成小的影响，而对土壤电阻值会造成很大的影响。本实用新型电路完全不受土壤团聚结块所形成间隙的影响，这是因为土壤之间的间隙不会影响两个金属电极之间土壤的含水量，对土壤所含水分的分布也不会有大的影响，因此，基本上不会对测量值造成影响。
【权利要求】
1.一种反应快捷的湿度测量电路，其特征在于，由采用小电容大电阻的多谐振荡器电路和频率电压转换电路依次连接构成； 所述采用小电容大电阻的多谐振荡器电路包括高阻抗运算放大器、负反馈电阻、第一正反馈电阻、第二正反馈电阻和电容器；负反馈电路由负反馈电阻和第一电容器组成，正反馈电路由第一正反馈电阻和第二正反馈电阻组成；高阻抗运算放大器的负极分别与负反馈电阻和第一电容器的一端连接；高阻抗运算放大器的正极分别与第一正反馈电阻和第二正反馈电阻的一端连接，第一电容器的另一端和第二正反馈电阻的另一端分别接地；第一正反馈电阻的另一端和负反馈电阻的另一端都与运算放大器的输出端连接； 所述频率电压转换电路包括频率电压转换的集成电路、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第二电容器、第三电容器、第四电容器和第五电容器；频率电压转换的集成电路的CMPRIN引脚分别与第五电阻和第七电阻的一端连接；第五电阻的另一端与接地；第七电阻接12v电源；频率电压转换的集成电路的1UT引脚分别与第四电容、第九电阻和第十电阻的一端连接，第四电容和第九电阻的另一端都与第五电容的一端连接，第十电阻与第五电容的另一端连接，第十电阻另一端还与电压输出端连接；频率电压转换的集成电路的VDD引脚接12v电源；频率电压转换的集成电路的R/C引脚分别与第六电阻和第三电容的一端连接；频率电压转换的集成电路的IREF引脚与第八电阻一端连接；第四电容、第九电阻、第八电阻和第三电容的另一端都与频率电压转换的集成电路的GND引脚连接；频率电压转换的集成电路的THR引脚分别与第二电容的另一端和第四电阻的一端连接，第四电阻和第六电阻的另一端都与12v电源连接。
2.根据权利要求1所述的反应快捷的湿度测量电路，其特征在于，所述频率电压转换的集成电路选用电路型号为LM331AN集成电路。
3.根据权利要求1所述的反应快捷的湿度测量电路，其特征在于，所述高阻抗运算放大器选择CA3140运算放大器。
4.根据权利要求1所述的反应快捷的湿度测量电路，其特征在于，所述第一电容器为带绝缘层的金属电极。
5.根据权利要求1所述的反应快捷的湿度测量电路，其特征在于，所述负反馈电阻的电阻值为IM Ω - 300ΜΩ。
6.根据权利要求1所述的反应快捷的湿度测量电路，其特征在于，所述第一正反馈电阻和第二正反馈电阻的电阻值都为20ΚΩ - 50ΚΩ。
7.根据权利要求1所述的反应快捷的湿度测量电路，其特征在于，所述的第一电容器由两金属电极组成相对设置形成。
8.根据权利要求7所述的反应快捷的湿度测量电路，其特征在于，所述的两金属电极间隔0.5晕米-8厘米。
【文档编号】G01N27/22GK204129001SQ201420506991
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】伍明华 申请人:华南理工大学