一種浮地式糧食水分在線檢測裝置制造方法及圖紙

基于非接觸式平行極板浮地電容測量原理，發(fā)明專利技術(shù)了一種浮地式糧食水分在線檢測裝置，結(jié)合靜態(tài)批次測量法，以提高測量的重復(fù)精度；設(shè)計(jì)了定位充料器，消除了因堆積方式不同引起空隙率變化對測量造成的誤差。采用無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感器與計(jì)算機(jī)客戶端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，克服了干燥現(xiàn)場惡劣工況對數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)挠绊懀m用于干燥機(jī)干燥過程中的糧食水分在線實(shí)時(shí)檢測。在線檢測結(jié)果與國標(biāo)規(guī)定的烘箱法測量相比，最大偏差小于±0.4%。采用定位充料，批次穩(wěn)態(tài)測量，無線通訊保證了在線檢測的精度和可靠性，為實(shí)現(xiàn)糧食干燥過程自適應(yīng)控制提供了含水率在線檢測技術(shù)手段。

Floating ground grain moisture on-line detection device

Non contact type parallel plate floating capacitance measurement principle based on the invention of a floating type grain moisture on-line detection device, combined with the static batch measurement method, to improve the repeatability of measurement; design positioning charging device, eliminates the error caused by the change of different packing modes on the measurement caused by void. The use of wireless communication technology, real-time data transmission of sensor and computer client, to overcome the effects of drying conditions on the scene of bad data signal transmission, real-time detection of grain moisture content online for drying process. The maximum deviation is less than + 0.4% when compared with the oven oven method stipulated by gb. By means of location charging, batch steady state measurement and wireless communication, the accuracy and reliability of on-line detection are guaranteed. The on-line measurement technique of moisture content is provided for the adaptive control of grain drying process.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種浮地式糧食水分在線檢測裝置
本專利技術(shù)涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種浮地式糧食水分在線檢測裝置。
技術(shù)介紹
水我國在糧食干燥模型解析理論及控制
的研究，揭示了糧食水分結(jié)合能及干燥系統(tǒng)熱能構(gòu)，指明了利用客觀干燥勢實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的技術(shù)途徑，開發(fā)了糧食干燥自適應(yīng)控制系統(tǒng)，但可靠的水分在線檢測仍是實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的難點(diǎn)之一。水分含量關(guān)系到糧食的物理與化學(xué)性質(zhì)，是評價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，也是實(shí)現(xiàn)干燥過程調(diào)控，節(jié)能降耗工藝設(shè)計(jì)必不可少的關(guān)鍵參數(shù)之一，但目前仍然缺少準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好的在線水分檢測裝置和技術(shù)。圍繞微波法、紅外法、電學(xué)法、壓力法等開發(fā)在線檢測儀已進(jìn)行大量的嘗試。微波、紅外和電容法共同的缺點(diǎn)是受糧食的形狀、厚度、密度以及粒體內(nèi)部的水分分布影響較大，在高粉塵環(huán)境及谷物水分波動較大時(shí)的檢測精度較低，中子法測量的最大的問題是氫的散射特性不穩(wěn)，中子計(jì)數(shù)比與谷物容積含水率關(guān)系的變化規(guī)律因糧食的品種而異，不同時(shí)期、不同品種的糧食也不相同。采用中子法測量糧食含水率時(shí)必須對每一批物料作相應(yīng)的預(yù)處理工作，技術(shù)尚不成熟?；陔娮璺ㄩ_發(fā)了高精度的糧食含水率單粒在線檢測儀，但可靠的在線采樣問題困擾著技術(shù)的應(yīng)用。糧食干燥系統(tǒng)存在諸多不確定因素，高溫、高濕、高粉塵、流態(tài)波動、含雜率變動都給檢測精度及可靠性造成很大困難。針對電容方式在線測量特定的技術(shù)問題，如建立定流量條件下傳感器震蕩頻率，探索介電損耗因數(shù)，改進(jìn)極板結(jié)構(gòu)，檢測與控制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，至今作為可靠技術(shù)產(chǎn)品在線應(yīng)用的范例極缺，檢測精度及可靠性受糧食流態(tài)波動影響極大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了解決糧食水分檢測精度及可靠性易受糧食流態(tài)波動影響的問題，設(shè)計(jì)了一種浮地式糧食水分在線檢測裝置。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：浮地式糧食水分在線檢測裝置由電容傳感器、定位充料器、排糧機(jī)構(gòu)、微電容測量電路、無線通訊網(wǎng)絡(luò)等部分構(gòu)成。定位充料器安裝在干燥機(jī)出糧口附近，出糧口的一部分糧食會落入并填滿定位充料器，定位充器的排料滾輪把糧食勻速穩(wěn)定地送進(jìn)電容傳感器，保證傳感器內(nèi)糧食在同一含水率下的空隙率保持一致。電容傳感器頂部有電容式接近開關(guān)，當(dāng)糧食裝滿傳感器后，接近開關(guān)向單片機(jī)(MCU)輸出信號，此時(shí)MCU通過電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(CDC)和溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(TDC)記錄被測糧食的電容值和溫度值并計(jì)算出對應(yīng)的含水率。測量結(jié)束后MCU啟動排糧電磁鐵，打開排糧側(cè)板，把已測糧食排出傳感器，系統(tǒng)進(jìn)入下一次測量。測量過程中傳感器測量結(jié)果通過無線模塊實(shí)時(shí)發(fā)送至計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控。所述的電容傳感器結(jié)構(gòu)采用薄板結(jié)構(gòu)的非接觸式平行極板浮地電容測量法，測量過程糧食與極板不接觸，可避免電極受電化學(xué)腐蝕，同時(shí)也提高了高水分下糧食電容的測量精度。測量區(qū)域周圍包裹屏蔽層隔絕外界電磁場干擾。電容極板為1.6mm厚雙面覆銅板，兩塊極板面積和形狀相同，極板內(nèi)側(cè)面為電容測量電極，反面接地。傳感器外保護(hù)板和測量容腔材料均為亞克力板。兩電容極板安裝在測量容腔外表面，容腔內(nèi)被測糧食與電容極板絕緣。電容極板接地面粘貼一層雙面導(dǎo)電鋁箔以隔絕外部電磁場的干擾，屏蔽層的面積略大于極板面積，多出的部分具有等位環(huán)，減少了邊緣效應(yīng)傳感器測量容腔外安裝外保護(hù)板，保護(hù)電容極板和屏蔽層，實(shí)現(xiàn)防水防塵功能。所述的定位充料器安裝在傳感器容腔上方，電動機(jī)帶動排料滾輪旋轉(zhuǎn)把集料斗中的谷物以線狀方式均勻?yàn)⒙?，以谷物干燥在線檢測玉米為例，其灑落平均速度約為15g/s。所述的排糧機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成側(cè)向打開在靜止?fàn)顟B(tài)下，彈簧有一定的預(yù)拉力，保證排料門不會被糧食的側(cè)向作用力推開；排糧時(shí)，電磁鐵通電，推動轉(zhuǎn)臂克服彈簧拉力打開排料門；4s后糧食排清，電磁鐵自動斷電，排料門在彈簧的回彈下復(fù)位。所述的測量容腔空載時(shí)的電容為0.2pF，當(dāng)容腔裝滿糧食時(shí)電容為5～35pF，為了得到較高精度的含水率數(shù)據(jù)，測量電路分辨率需小于0.1pF，該精度采用傳統(tǒng)的阻抗法和諧振法均難實(shí)現(xiàn)。采用AD7745及其擴(kuò)展電路與單片機(jī)共同搭建糧食電容式在線檢測微小電容測量電路，AD7745的電容測量范圍為0～21pF，采用電容比例法，可把電容檢測范圍擴(kuò)大至0～120pF。所述的無線通信網(wǎng)絡(luò)是為保證水分在線裝置與電腦間通信實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定，避免干燥現(xiàn)場惡劣環(huán)境對數(shù)據(jù)通信的影響，降低設(shè)備安裝周期和成本，本文設(shè)計(jì)了適合水分在線裝置的無線通信網(wǎng)絡(luò)。傳感器端采用JZ873無線數(shù)傳模塊，該模塊采用透明傳輸方式通過串口與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)；電腦端采用JZ874USB無線數(shù)傳模塊。兩模塊間的傳輸頻率為433MHz，波特率為9600bps，采用3.5db吸盤天線，無線傳輸距離不少于2000m，滿足糧食干燥數(shù)據(jù)傳輸距離要求。糧食水分在線檢測裝置與電腦無線通信采用ModbusASCII通信協(xié)議。該協(xié)議包括地址碼，功能代碼，數(shù)據(jù)區(qū)間和LＲC校驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)多設(shè)備間的通信。所述的糧食干燥設(shè)備運(yùn)行過程中會排出大量的水蒸氣。干燥過程中糧食間相互摩擦，在風(fēng)機(jī)和提升機(jī)的作用下產(chǎn)生大量的粉塵。因此參照GB4028—2008對傳感器的電源、控制電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)作防水防塵處理，達(dá)到IP64CM級別。傳感器在檢測過程中不斷地受到糧食沖刷，在沒有防護(hù)的情況下，傳感器短時(shí)間內(nèi)就會被嚴(yán)重磨損，因此必須在糧食水分在線檢測裝置外表面和電容測量容腔內(nèi)壁粘貼厚度為1mm的玻璃。本專利技術(shù)的有益效果是：采用非接觸式平行浮地電容法測量糧食電容，糧食按批次進(jìn)行測量，測量過程糧食處于穩(wěn)態(tài)，因此電容具有較高的穩(wěn)定性；定位充料器保證了糧食定位充填的均勻性，提高了傳感器測量的準(zhǔn)確性與重復(fù)性；采用無線通信，實(shí)現(xiàn)了在線檢測裝置與控制器間通信，避免了線損等不確定因素對檢測可靠性的影響；采用定位充料，批次穩(wěn)態(tài)測量，無線通訊保證了在線檢測的精度和可靠性，在溫度15～50℃，相對濕度在80%～100%，玉米含水率范圍在14%～21%動態(tài)變化的條件下，在線檢測的最大偏差小于±0.4%。附圖說明下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本專利技術(shù)進(jìn)一步說明。圖1是系統(tǒng)構(gòu)成。圖2是微電容測量電路硬件原理。具體實(shí)施方式如圖1所示，浮地式糧食水分在線檢測裝置由電容傳感器、定位充料器、排糧機(jī)構(gòu)、微電容測量電路、無線通訊網(wǎng)絡(luò)等部分構(gòu)成。定位充料器安裝在干燥機(jī)出糧口附近，出糧口的一部分糧食會落入并填滿定位充料器，定位充器的排料滾輪把糧食勻速穩(wěn)定地送進(jìn)電容傳感器，保證傳感器內(nèi)糧食在同一含水率下的空隙率保持一致。電容傳感器頂部有電容式接近開關(guān)，當(dāng)糧食裝滿傳感器后，接近開關(guān)向單片機(jī)(MCU)輸出信號，此時(shí)MCU通過電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(CDC)和溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(TDC)記錄被測糧食的電容值和溫度值并計(jì)算出對應(yīng)的含水率。測量結(jié)束后MCU啟動排糧電磁鐵，打開排糧側(cè)板，把已測糧食排出傳感器，系統(tǒng)進(jìn)入下一次測量。測量過程中傳感器測量結(jié)果通過無線模塊實(shí)時(shí)發(fā)送至計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控。在電場形式確定后，影響測量電容的主要因素是被測糧食的介電常數(shù)，介電常數(shù)是被測糧食分子在電場中發(fā)生極化現(xiàn)象的宏觀表現(xiàn)。假設(shè)電容的測量容腔內(nèi)均勻裝滿糧食，容腔內(nèi)電場線均勻分布，則可以把電容測量容腔內(nèi)的糧食視為干空氣、水、碳水化合物3種物質(zhì)的混合物?？諝夂吞妓衔餅榈蛽p耗介質(zhì)，其介電常數(shù)隨溫度變化很小，在50kHz頻率下分別約為1和3～5；水為高損耗介質(zhì)，其本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種浮地式糧食水分在線檢測裝置，由電容傳感器、定位充料器、排糧機(jī)構(gòu)、微電容測量電路、無線通訊網(wǎng)絡(luò)等部分構(gòu)成；定位充料器安裝在干燥機(jī)出糧口附近，出糧口的一部分糧食會落入并填滿定位充料器，定位充器的排料滾輪把糧食勻速穩(wěn)定地送進(jìn)電容傳感器，保證傳感器內(nèi)糧食在同一含水率下的空隙率保持一致；電容傳感器頂部有電容式接近開關(guān)，當(dāng)糧食裝滿傳感器后，接近開關(guān)向單片機(jī)(?MCU)?輸出信號，此時(shí)MCU?通過電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(?CDC)?和溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(?TDC)?記錄被測糧食的電容值和溫度值并計(jì)算出對應(yīng)的含水率；測量結(jié)束后MCU?啟動排糧電磁鐵，打開排糧側(cè)板，把已測糧食排出傳感器，系統(tǒng)進(jìn)入下一次測量；測量過程中傳感器測量結(jié)果通過無線模塊實(shí)時(shí)發(fā)送至計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種浮地式糧食水分在線檢測裝置，由電容傳感器、定位充料器、排糧機(jī)構(gòu)、微電容測量電路、無線通訊網(wǎng)絡(luò)等部分構(gòu)成；定位充料器安裝在干燥機(jī)出糧口附近，出糧口的一部分糧食會落入并填滿定位充料器，定位充器的排料滾輪把糧食勻速穩(wěn)定地送進(jìn)電容傳感器，保證傳感器內(nèi)糧食在同一含水率下的空隙率保持一致；電容傳感器頂部有電容式接近開關(guān)，當(dāng)糧食裝滿傳感器后，接近開關(guān)向單片機(jī)(MCU)輸出信號，此時(shí)MCU通過電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(CDC)和溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(TDC)記錄被測糧食的電容值和溫度值并計(jì)算出對應(yīng)的含水率；測量結(jié)束后MCU啟動排糧電磁鐵，打開排糧側(cè)板，把已測糧食排出傳感器，系統(tǒng)進(jìn)入下一次測量；測量過程中傳感器測量結(jié)果通過無線模塊實(shí)時(shí)發(fā)送至計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮地式糧食水分在線檢測裝置，其特征是所述的電容傳感器結(jié)構(gòu)采用薄板結(jié)構(gòu)的非接觸式平行極板浮地電容測量法，測量過程糧食與極板不接觸，可避免電極受電化學(xué)腐蝕，同時(shí)也提高了高水分下糧食電容的測量精度；測量區(qū)域周圍包裹屏蔽層隔絕外界電磁場干擾；電容極板為1.6mm厚雙面覆銅板，兩塊極板面積和形狀相同，極板內(nèi)側(cè)面為電容測量電極，反面接地；傳感器外保護(hù)板和測量容腔材料均為亞克力板；兩電容極板安裝在測量容腔外表面，容腔內(nèi)被測糧食與電容極板絕緣，；電容極板接地面粘貼一層雙面導(dǎo)電鋁箔以隔絕外部電磁場的干擾，屏蔽層的面積略大于極板面積，多出的部分具有等位環(huán)，減少了邊緣效應(yīng)傳感器測量容腔外安裝外保護(hù)板，保護(hù)電容極板和屏蔽層，實(shí)現(xiàn)防水防塵功能。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮地式糧食水分在線檢測裝置，其特征是所述的定位充料器安裝在傳感器容腔上方，電動機(jī)帶動排料滾輪旋轉(zhuǎn)把集料斗中的谷物以線狀方式均勻?yàn)⒙?，以谷物干燥在線檢測玉米為例，其灑落平均速度約為15g/s。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮地式糧食水分在線檢測裝置，其特征是所述的排糧機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成側(cè)向打開在靜止?fàn)顟B(tài)下，彈簧有一定的預(yù)拉力，保證...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李福霞，
申請(專利權(quán))人：李福霞，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21