（精）一种温度自动补偿的多功能水分仪

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1、第33卷第4期浙江大学学报(工学版)JournalofZhejiangUniversity(Eg⋯l口gscrmV0l33№41999年7月Jul】9§g文章编号：1008-937X(1099)04—0427_llsLf一一种温度自动补偿的多功能水分仪1}1暑。摘要：舟绍了一种具有温度自动补偿功能并能测试多种物质水分的双圆筒电容式水分仪．该水分仪能实时显示温度实验结果表明一仪器具有测试速度快、操作简便、精度高、湿褙回差小等特点．关键词：水丹仪{温度辛}偿{塑匦煎电容式；参比测量●_。。。’‘一—’。———

2、—一——一’_。。。’。。。’‘～中图分类号：TH765．5文献标识码：A0前言针对啤酒厂在谷物烘干时或丝广在丝线烘干时，对被烘谷物或丝线的水分含量进行在线测量及控制的需要．我们设计了一种具有快速响应特点的双圆筒电容式水分仪．该水分仪与同类仪器相比，具有诸多优点：首先它的响应速度陕．比如常用的毛发湿度计，在室温、轻张力和通风条件下，时间常为3rain：一些根据高聚物的吸湿机理制成的湿度传感器，其响应时问至少要o．5min而本湿度仪若不考虑电路及微计算机的时问延迟，其响应则是瞬时的．其次，我们采用双圆筒电容

3、器进行参比测量，可以消除固环境条件变化引起的误差以及因地域变化使得被测物质组分不同而引起的测量误差一同时在测量回路中引入了温度补偿环节，提高了测量精度．另外，该水分仪湿滞回差小．因为传感器在线测量时，是直接将空气作为介质的，而在对粮食、谷物等进行水分测量时，则是直接用被洲物质做介质的，所以不存在吸湿、放湿过程，也没有湿度残余，从而进一步提高了测量精度．在检测线路中引入了微处理机，对测量结果进行分段线性拟台，又进一步提高了测量精度，并实现了信号的检测处理和数字显示，同时还可以显示环境温度．1测量原理及传感器

4、结构设计1．1测■原理对于长度为z，内外径分别为足t，Rs的圆柱式电容器，其电容值为P，C一0．55—．h急若电容器内两电极间介质的水分含量不同，则其介电常数￡不同，导致测得的电容值不等；同时考虑到对于不同地区或不同性质的材料，其介电常数与水分含量间的关系也不尽相同，且各自的介电常数随温度的变化tg~-致；另外电容器本身的尺寸大小也随温度变化而变化，因此，综合考收稿日期：1996-12-24作者简开：刘玉玲(1969-)，女一浙江临安人．浙江大学讲师，硕士．事大型旋转机械状态监捌、故障谤断和传感等的研究浙

5、江大学学报(工学版)1999点虑这些影响因素，我们采用双圆筒式电极来测量．两圆筒在同一块材料上{5j成，具有完全对称的结构，且电极是用尺寸相同的同种材料制成．两圆筒电极结构如图1所示，一图1中筒1作测量电极用，里面直接盛放被测物质，其电容量的变化与被测物的水分含量或湿度相关；筒2作为标准电极用，它里面装的是与被测物具有相似性质(相似性质是指：对于H固体物质，如玉米、稻谷等，应为同一产地；若是气体，则其组分含量基本相同)且已知其水分含量或湿度的标一准物质，它的水分含量或湿度不受周围环境湿度的影响．若设被测物

6、质的相对介电常数为，则在温度丁。时，】l传感器壳排，同时也充当两同心圆筒的公共筒1的电容值：c一0_5_!电报；2圆筒l的内电般l3．圆筒2的内电扳；一-昌筒l量用的圆柱式豇容}筒2．参比甩舀柱式电容畦互唔筒2的电容值：e=吼55图1传感器结构示意图若温度变化了AT，且设介电常数的温度系数为，则在温度丁时，介质的相对介电常数变为r—E(1+Ⅱ△T)；r—E，(1+aAT)．圆筒的电容值也分别变为：c一s一o．曲；-o．ss一o-ss．m“两式相比得O一一!±一E，(1+aAT)￡r’O由上述推导看出，利用

7、参比法可消除因温度变化引起的介电常数变化所导致的测量误差．同时，因为两筒做成一体，且电极由相同尺寸的相同材料{5j成，所以因温度变化而引起的结构尺寸的变化应基本相同，通过相除，可以消除这方面的影响．另外，当电容器工作频率不高时，其有效电容量为：C砑‘根据两圆筒的对称性，其介质损耗y和金属损耗也基本相等，所以通过参比法测量可消去其影响．1．2传感器的结构设计传感器的壳体及内电极均采用45钢铸造．壳体主要由两个圆筒和一个凹槽组成．凹槽用于放置测量电路，并用环氧玻璃加工出两个圆片，用以固定芯轴．如图2所示．第4

8、期刘玉玲等：一种温度自动补偿的多功能水分仪4Z9A—A单位『『叽)1．导风罩；2垫圈；3圆柱型螺钉：4壳体；5．芯轴；6绝绦轴套；7后盖；8．接线柱；9插头；io后盖儿支架；l2酊盖；l3前盖图2传蒜器结构图2水分仪的系统设计除了电容式水分传感器之外，水分仪中还增设了一温度传感器．一方面用于消除温度对水分测量的影响；另一方面，也便于用户知道所处环境的温度．水分仪的系统结构如图3所示．圉3双圆柱电容式谢湿系统结构示意图2．1测湿