专利名称:松散物质水分测定仪的制作方法
本发明是一种用来测定粮食、油料、茶叶、砂粒等各种松散物质水分的仪器、属于自动检测技术领域：
。其组成如主权项的前序部分所介绍。
松散物质水分测定仪就其原理来说可分为电阻法和电容法两种。本发明采用电容法测量。
在公知的物质水分测定仪中，由于电容传感器的电容量是随着被测物质含水量的不同而变化，最终导致LC振荡器输出信号频率的变化。如将这个输出信号频率记数、处理并显示，就得到测量结果。一般地，公知的这种测定仪其精度较低约为±5%，LSC-3型数字式粮食水分快速测定仪就是如此精度低的原因是(一)采用LC振荡器、其频率稳定度低、最高仅能达到10-4/h。(二)不同品种不同产地的被测物质在相同含水量下介电系数也有很大差别，现有技术对此均未考虑。(三)粮食的介电系数随水分变化的关系是一非线性函数，不可能用一个简单的函数关系来拟合，也无法作到电路上的全补偿。(四)现有技术一般处理的是模拟量，无法排除电源电压波动及放大器漂移的影响。
本发明的基本任务是设计一种高精度、高稳定度的松散物质水分测定仪。
本发明的实现是本发明不用公知技术中的LC振荡器，而采用了高稳定晶体振荡器。其频率稳定度达到2×10-8/h，以电容传感器作为晶体振荡器的微调电容。虽然晶体振荡器的频率可调范围比较窄，但利用其稳定度高的特性，采用数字锁相环对信号16倍频，提高了灵敏度。
本发明的进一步完善是对不同品种不同产地的被测物质分特由标准法作出水分-频率曲线、然后存入微型计算机。利用微机对不同物质的测量。分别进行非线性补偿，这样就弥补了由不同产地、不同品种而产生的误差。此外，用户在使用本发明时，可以对计算机内存中未列入的被测物质用标准法作出水分-频率曲线、由键盘送入微机的EPROM存贮器，本发明为用户留有备用的EPROM。用户也可将自己认为无用的EPROM中的曲线冲掉，存入自己新作出的曲线，这样，用户就可根据自己的实际情况来扩展本发明的使用范围。
本发明对频率信号采用数字化处理，采用了整形电路，对晶体振荡器输出进行整形，然后进行数字混频。这样可很好地抑制干扰，提高仪器的精度。实施的本发明其技术指标可达测量精度≤±0.15%月稳定度≤±0.05%使用温度范围0～50℃结合附图及本发明的原理和构成来进一步说明本发明的特征和实施。
图1 本发明的原理结构框图。
图2 本发明采用的晶体振荡器的电路图。
图3和图4是一个整体图。
如图1描述的，电容传感器〔1〕被作为晶体振荡器〔2〕的微调电容，这样，被测物质有不同的水分，就使得电容传感器产生不同的电容量，从而导致晶体振荡器输出频率的不同，由整形与混频〔3〕对这个频率信号及晶体振荡器〔7〕输出的标准频率信号进行整形和混频。将所得信号经数字锁相环〔4〕倍频后送入计数器〔5〕计数，然后送入微型机〔6〕中进行非线性补偿并显示结果。
晶体振荡器〔2〕用于调频，而晶体振荡器〔7〕用于产生标准频率信号，两个振荡器均采用电容三点式皮尔斯电路。前者选用JA8B 5MHZ、后者选用JA8B 5.5MHZ型的5次泛音晶体，两个振荡器均采用单层恒温槽对晶体恒温保护。
图2是晶体振荡器的电路原理图，以电容传感器作为晶体振荡器的可调电容。
传感器电容量C与晶振频率变化△f的关系如下式△f≈-f0(Cg)/(2C)式中Cg为晶体的动态电容，fo为晶体振荡器的中心频率，本晶振允许电容变化范围为0～300P对应的频率变化量约为2KHz。晶振的输出电压峰峰值为1.5～2V，频率稳定度为2×10-8/h。
整形电路与数字混频器如附图3、4，附图3、4是一个整体图。
为了提高抗干扰能力，本发明对频率信号采用数字化处理，首先将晶振输出信号通过LM339整形，它将正弦波转换为占空比为1∶1的TTL电平的方波，采用反向器74LS04提高带负载能力。
对两个晶振的输出信号整形后进行混频，以D触发器74LS74(a)作为数字混频器，它具有结构简单可靠、无副波干扰等优点，它的输出频率为两个输入频率之差。
数字锁相环如图3、4。
在本发明中，由T→E电平转换器MC10124、鉴频鉴相器E12040、电荷泵ER4807、压控振荡器74LS324、二进制计数器74LS161D触发器74LS74(a)电压比较器LM339共同组成数字锁相环，原理如附图5。
锁相环的功能是将输入频率16倍频，展宽频率可调范围，滤掉干扰信号，锁相环的频率稳定度为2×10-8/h。频率跟踪范围为7.5～8.5MHz。
计数器见附图3、4三只二进制可予置加/减计数器74LS193和一只二进制可予置加计数器74LS191共同构成计数器，它的字长为16位。最大范围为65536。二只D触发器74LS74(b)和74LS74(c)计算机中CTC的0、1通道构成它的时基控制电路，计算机数据线D0位用作计数器清零信号。当D0＝0时，计数器清零，数据线D1位用作计数器启动信号。当D1＝1时，计数开始。这两个信号可通过计算机的94口发出，PA0～PA7和PB0～PB7是送给计算机PIO的数据线，由PIO的A口和B口读入微型机。
微型计算机本发明采用TP801单板机，具有结果显示。外部测量线路控制，EPROM写入，键盘输入，标准测量曲线整理，测试数据处理，单步调试，微型打印机控制等功能。其内存容量为4KROM、4KRAM，并有录音机接口。
由于松散物质的水分-频率特性随地区品种而异，本仪器允许用户自己建立与本地区相适应的标准测试曲线。其曲线既可由测量线路读入微机，也可从键盘输入。
测量数据的处理首先，从计数器连续读入三次被测样品频率值，若某一次的频率与其它两次之差超过15HZ，即认为该次数据无效，重新读一次。当三次数据全部有效后，取其平均值作为实测频率值。
然后，将实测频率值与标准曲线的频率数据比较，找出该数值所对应的含水量。由于标准曲线的数值是离散的，本发明采用线性插补的方法补充其中间值。其计算公式是W＝ (Wn+1-Wn)/(fn+1-fn) (f-fn)其中fn+1，fn是标准曲线上，实测频率值f相邻的两个频率值，Wn+1和Wn是fn+1和fn所对应的水分值，W即是被测样品的含水量。
权利要求
1.一种松散物质水分测定仪，带有传感器、振荡器、频率信号处理装置及结果显示装置。其特征在于所说的振荡器采用了晶体振荡器[2]，与电容传感器[1]相结合进行调频，对频率信号进行整形并采用数字混频器进行混频。
2.如权利要求
1所说的松散物质水分测定仪，其特征在于采用数字锁相环〔4〕对混频器输出信号倍频。
3.如权利要求
1和2所说的松散物质水分测定仪，其特征在于采用微型计算机〔6〕处理频率信号，将不同产地不同品种的水分-频率特性曲线存入微型计算机〔6〕，由微型计算机〔6〕对其进行非线性补偿。
专利摘要
本发明是测定粮食、油料、茶叶、砂粒等松散物质水分的仪器。采用了高稳定晶体振荡器。以电容传感器作为振荡器的微调电容，对晶振输出信号整形、混频后经数字锁相环倍频、最后用微型机对不同产地不同品种的被测物质分别进行非线性补偿并显示测量结果，本发明特点是高精度、高稳定度，取样检测，使用方便、速度快，技术指标为测量精度≤±0.15％，月稳定度≤±0.15％，使用温度范围0～50℃。
文档编号G01N27/22GK86101309SQ86101309
公开日1987年9月9日 申请日期1986年2月28日
发明者常健生, 石跃武, 吴凤贞, 孟祥杰 申请人:吉林工业大学, 吉林省东丰县科委导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan