检测粮食烘干机料位的电容传感器的制作方法

本实用新型涉及测量仪器领域，特别是涉及一种检测粮食烘干机料位的电容传感器。
背景技术：
：目前粮食烘干机对于料位状态的掌握，大多仅仅靠安装在仓顶的阻旋式料位开关来判断是否满仓，一旦料位开关出现问题，容易装粮过多导致机器故障，当粮食没装满时，也难以把控仓内粮食料位情况。基于电容测量原理的电容物料位置传感器(料位传感器)是被广泛应用于料位测量的传感器之一。以料仓中物料为电介质，利用电容式传感器实现对高大料库中物料的检测是目前比较方便、实用的手段之一。目前国内外有多种料位传感器，包括电极与被测料仓的仓壁构成的分段电容传感器，测量结果直接受各个被测料仓的形状大小、传感器的安装位置等因素影响，并且传感器在仓内随着物料的移动而位置发生变化时，测量结果也随之发生变化；“串糖葫芦”式的分段电容传感器，结构复杂，容易受物料高度参数的限制，在被测物料不均匀的情况下测量精度更难以满足用户要求；管式料位传感器，依据物料的高度与其输出的电容信号呈正比的原理，只要检测出该端电容输出值，就可以确定物料的高度，由于金属主管集中极和分极之间间隙受现场条件的限制，可能造成夹料现象，影响探测器的检测结果和正常工作。因此亟需提供一种新型的料位传感器来解决上述问题。技术实现要素：本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、安装方便的检测粮食烘干机料位的电容传感器，能够实时在线监测，及时检测到满仓状态。为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种检测粮食烘干机料位的电容传感器，主要包括电路板、金属绳、相互电容感应的正极及位于正极两侧的负极；所述正极与负极之间通过连接件连接，负极的两侧分别通过左固定件、右固定件固定；所述金属绳依次穿过左固定件、负极、连接件、正极、连接件、负极、右固定件；所述电路板位于左固定件或右固定件上，通过导线与正极、两个负极相连。在本实用新型一个较佳实施例中，所述金属绳由位于左固定件左侧及右固定件右侧的卡箍锁紧居中。在本实用新型一个较佳实施例中，所述正极与负极的材料为不锈钢，均为直径相同的同轴圆筒。在本实用新型一个较佳实施例中，所述正极与负极之间通过连接件螺纹连接。在本实用新型一个较佳实施例中，所述左固定件、右固定件与负极的两侧通过过盈配合连接。在本实用新型一个较佳实施例中，所述左固定件、右固定件均包括位于中心处的中心通孔、与中心通孔径向分布的若干个圆形通孔。在本实用新型一个较佳实施例中，所述左固定件、右固定件的材料为尼龙，所述连接件的材料为聚四氟乙烯。在本实用新型一个较佳实施例中，所述电路板包括稳压电源、单片机、与单片机相连的频率检测模块、RS485通讯模块；所述稳压电源，用于将5V输入电压转换为3.3V电源，为单片机、频率检测模块、RS485通讯模块供电；所述单片机，主要用于接收频率检测模块的外部中断信号来计算输入电容值并输出；所述频率检测模块，利用RC振荡芯片将输入端电容变化与输出方波频率建立函数关系；所述RS485通讯模块，用于多个串联传感器之间的通讯。进一步的，所述电路板还包括与单片机相连的数字传感器，用于检测传感器的温度。更进一步的，所述电容传感器的形状为圆柱形，采用单根多点设计，封装在柔性电缆中，垂直固定在粮食烘干机仓内拉筋上。本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型结构为一根圆柱形的电容器，以金属绳作为电容的集中极，正极与负极均为直径相同的同轴圆筒，通过连接件与固定件密封包裹在金属绳的外部，采用单根多点设计，封装在柔性电缆中，垂直固定在粮食烘干机仓内拉筋上，通过测量每个传感器位置粮食有无来确定料位，能够实时在线监测，及时检测到满仓状态；(2)所述正极位于两只负极之间，电场线垂直于正极表面射出后垂直于负极表面射入，与平行板和叉指电极电容器相比，电场线能在更深的空间中传播，不仅扩大了测量空间，还有利于提高传感器的电容灵敏度；(3)多个传感器最终串联塑封在PVC外皮中，做成柔性电缆的形式，不会生锈，表面光滑不夹粉，分段连续测量，测量精确度高，结构简单，安装方便，不受料仓结构及安装环境的影响，无可动部件，同时加入测量温度的功能。附图说明图1是本实用新型检测粮食烘干机料位的电容传感器一较佳实施例的剖面结构示意图；图2是所述正极的结构示意图；图3是图2的A-A剖面图；图4是所述负极的结构示意图；图5是图4的B-B剖面图；图6是所述连接件的结构示意图；图7是所述左固定件的立体结构示意图；图8是图7的主视图；图9是图8的C-C剖面图；图10是图8的D-D剖面图；图11是所述右固定件的结构示意图；图12是图11的侧视图；图13是所述电容传感器的原理示意图；图14是所述稳压电源的电路图；图15是所述单片机及外围电路的电路图；图16是所述RS485通讯模块的电路图；图17是所述数字温度传感器的电路图；图18是所述频率检测模块的电路图；图19是数据点与拟合函数曲线示意图。附图中各部件的标记如下：1、电路板，2、金属绳，3、卡箍，4、正极，5、负极，6、连接件，7、左固定件，8、右固定件，9、螺钉，10、小孔，11、中心通孔，12、圆形通孔，13、螺纹孔，14、横切面。具体实施方式下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1，本实用新型实施例包括：一种检测粮食烘干机料位的电容传感器，主要包括电路板1、金属绳2、卡箍3、相互电容感应的正极4及位于正极4两侧的负极5。所述正极4与负极5之间通过连接件6螺纹连接，负极5的两侧分别通过左固定件7、右固定件8通过过盈配合连接。所述金属绳2依次穿过左固定件7、负极5、连接件6、正极4、连接件6、负极5、右固定件8，由位于左固定件7左侧及右固定件8右侧的卡箍3锁紧居中。所述电路板1通过螺钉9固定在左固定件7上，分别引出导线与正极4、两个负极5相连。所述正极4与负极5的材料为不锈钢，均为直径相同的同轴圆筒。具体的，结合图2和图3，所述正极4是一个圆筒，外径1.8cm，长4cm，两端均设有内螺纹，中部设有一小孔10，用于与电路板1连接。结合图4和图5，所述负极5也是一个圆筒，长度3cm，最大直径1.8cm，一端设有内螺纹，靠近阶梯部设有一小孔10，用于与电路板1连接。结合图6，所述连接件6为一后壁圆筒，表面呈阶梯状，两端设有外螺纹，用于与正负极连接，优选的，所述连接件6的材料为聚四氟乙烯。结合图7，所述左固定件7为一端具有一横切面14、另一端具有台阶的圆柱体，横切面14上开有两个螺纹孔13，通过螺钉9将电路板1固定在横切面14上。结合图8至图10，所述左固定件7包括位于中心处的中心通孔11、与中心通孔11径向分布的若干个圆形通孔12，中心通孔11用于穿过金属绳2，圆形通孔12用于穿过电路板1引出的导线。如图11所示，所述右固定件8为一端具有台阶的圆柱体，结合图12，其也包括位于中心处的中心通孔11、与中心通孔11径向分布的若干个圆形通孔12，中心通孔11用于穿过金属绳2，圆形通孔12用于穿过电路板1引出的导线。优选的，所述金属绳2可采用钢丝绳，直径为2.3mm。为描述简单明了，以下所述检测粮食烘干机料位的电容传感器简称为料位传感器。所述料位传感器的结构为一根圆柱形的电容器，以金属绳2作为电容的集中极，正极4与负极5均为直径相同的同轴圆筒，通过连接件6与固定件密封包裹在金属绳2的外部，多个传感器最终串联塑封在PVC外皮中，封装在柔性电缆中。结合图13，所述正极4位于两个负极5之间，电场线垂直于正极4表面射出后垂直于负极5表面射入，与平行板和叉指电极电容器相比，电场线能在更深的空间中传播，不仅扩大了测量空间，还有利于提高传感器的电容灵敏度。所述电路板包括稳压电源、单片机、与单片机相连的频率检测模块、RS485通讯模块、数字传感器。下面分别具体描述各电路模块的电路结构及原理：请参阅图14，所述稳压电源用于将5V输入电压转换为3.3V电源，为单片机、频率检测模块、RS485通讯模块供电，其包括稳压器D1C、电容C1—C3，各电路元器件及连接关系如图所示，稳压器D1C采用ADP1713，电容C1并联在D1C的输入引脚IN与GND引脚之间，并连接5V输入电压，电容C2的一端与稳压器D1C的输出引脚OUT及3.3V输出电压连接、另一端接地，电容C3的一端与稳压器D1C的SS引脚连接、另一端接地。所述单片机用于接收频率检测模块的外部中断信号来计算输入电容值并输出、接收RS485通讯模块及数字传感器的输出信号并控制所述RS485通讯模块及数字传感器。结合图15，所述单片机D1A采用PIC24F16KA101，外围电路包括晶振电路、电源输入电路、程序烧写端口J1F，各电路元器件及其连接关系如图14所示。晶振电路的两端连接单片机D1A的第4、5引脚。电源电路包括电阻R1、R2、电容C4，电阻R1与电容C4组成RC滤波电路，电阻R2的一端与电阻R1的一端连接、另一端与单片机D1A的第18引脚连接，3.3V电压通过RC滤波电路后经电阻R2输入至单片机供电。所述单片机的第11引脚为调试测试点tp3。如图16所示，所述RS485通讯模块包括通讯芯片MAX3485EESA，输入端分别与单片机D1A的第3、6、8引脚连接，输出端通过一电阻引出RS485_1+端口与RS485_1-端口与料位传感器的两端连接，实现多个串联传感器之间的通讯。所述数字传感器用于检测传感器的温度，进而可以精确计算出当前粮温下的粮食电容。如图17所示，所述数字传感器采用DS18B20，输入电压为3.3V，第1引脚为调试测试点tp1，并与单片机的第13引脚连接。所述频率检测模块利用RC振荡芯片将输入端电容变化与输出方波频率建立函数关系，利用输出方波下降沿触发单片机外部中断，通过检测方波信号频率经计算来测得输入电容值。结合图18，所述RC振荡芯片D1B采用NIC1557，其外围电路包括电容C5、C6、电阻R3、R4，各元器件及其连接关系如图所示，第5引脚输出端OUT还作为调试测试点tp2，第1引脚引出端口C+，端口C+、GND1、GND2分别引线穿过左固定件的三个圆形通孔后焊接到正极和两个负极的中部小孔，粮食输入电容输入RC振荡芯片后，决定了输出方波的频率。料位传感器在空气中的频率会随着温度发生显著变化，这种变化不能忽略。目前对传感器的温漂影响是外皮材质PVC，其温漂影响如下表所示。表1PVC外皮的料位传感器温漂Δf变校准操作是将料位传感器置于空气中，记录此时的频率和温度作为校准频率f校准(T校准)和校准温度T校准。根据表1的变化率，将校准频率f校准(T校准)换算成当前粮温下的频率f校准(T粮温)，称为经温度修正后的校准频率。频率单位Khz，温度单位℃。f校准(T粮温)＝f校准(T校准)+Δf变*(T校准-T粮温)(1)使用料位传感器电路频率换算成电容的公式如式(2)所示，分别将当前传感器频率f当前(T粮温)和经温度修正后的校准频率f校准(T粮温)换算成当前温度下传感器电容C当前(T粮温)和经温度修正后的校准电容C校准(T粮温)。料位传感器频率与电容值拟合函数及系数标准差，频率与电容值的拟合函数为：其中，x—频率值，单位kHz；y—电容值，单位pF。拟合函数的Adj.R-Square(校正决定系数)为0.99872，系数及标准差分别为：ValueStandardErrorA6.99956E-41.3631E-5B0.003734.56156E-5频率与电容值的拟合曲线如图19所示，其中B为数据点。根据求取出当前粮温下传感器电容C当前(T粮温)和经温度修正后的校准电容C校准(T粮温)后，将两者相减之差即为在当前温度下的粮食电容：C粮食(T粮温)＝C当前(T粮温)-C校准(T粮温)(3)电容单位pF。所述料位传感器的工作原理为：空气相对介电常数εr为1，粮食的介电常数远大于这个值，因此料位传感器测量范围有无粮食，所测得的电容值有明显区别，以此判定烘干机仓内粮食料位情况。本实用新型采用单根多点设计，封装在柔性电缆中，每个传感器点为一个料位传感器，每个料位传感器包括一个单片机，每根电缆中包含多个料位传感器，每个料位传感器点之间利用RS485通讯模块进行通讯。每根电缆垂直固定在粮食烘干机仓内拉筋上，通过测量每个传感器位置粮食有无来确定料位，能够实时在线监测，及时检测到满仓状态。实际应用中，料位传感器电讯系统包括中继端、与中继端相互连接的传感器端、数据计算与显示端。每台粮食烘干机有一个中继端，向下给传感器端供电和查询，向上将传感器数据上报至数据计算与显示端。中继端包括电源模块、单片机、通讯模块。电源模块将外界的直流电或者220Vac转换为5Vdc直流电压，向自身和料位传感器供电。中继端可用的上行通讯方式有RS485和无线通讯。数据计算与显示端通过接收中继上传的数据，计算并显示当前料位情况。本实用新型所述料位传感器表面光滑不夹粉，不会生锈，分段连续测量，测量精确度高，结构简单，安装方便，不受料仓结构及安装环境的影响，无可动部件，同时加入测量温度的功能，适宜于广泛推广应用。以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。当前第1页1 2 3