CN102169029B - 两线制在线测量粮堆多层粮食温度、水分的数字传感装置 - Google Patents

Abstract

两线制在线测量粮堆多层粮食温度和水分的数字传感装置，目的是为了解决应用于粮堆的“粮情测控系统”不能够同时在线精确测量粮食的温度和水分问题，本发明包括两根平行的兼做传感装置电源线及数字信号传输线复用的抗拉钢丝绳和兼做传感装置地线的抗拉钢丝绳、外包于两根抗拉钢丝绳外的塑料或其它高分子材料包层、若干个在需要监测的位置上去掉塑料包层后焊接于两根抗拉钢丝绳上的两线制数字粮食温度、水分传感器、外包于粮食温度、水分传感器的高分子保护材料、由兼做传感装置地线的抗拉钢丝绳在传感装置尾部做成的用于牵引传感装置进入粮堆的环。

Description

两线制在线测量粮堆多层粮食温度、水分的数字传感装置

技术领域

本发明涉及粮堆温度、水分检测领域，具体是一种在线测量粮堆多层粮食温度、水分的两线制数字传感装置。

背景技术

粮堆不管是在日常保管中，还是在粮食的降温通风、降水通风、调质通风中，粮食的温度、水分的在线测量是必不可少的。在线测量要求监测点水平间距小于5米，垂直间距小于2米；要求测量的粮食温度、水分重复误差越小越好，温度重复误差最好小于等于0.1摄氏度，水分重复误差最好小于等于0.02％，这样处于保管中的粮食状态只要有微小变化，就能被监测到。由于技术和成本的原因，现有的被称作“粮情测控系统”的在线测量系统，绝大部分只能测量粮食的温度和粮仓内、外的空气温湿度，极少数试验用的在线测量粮食的水分的装置也因装置设计工艺复杂、制作成本高、误差和重复误差大而不能批量生产并投入实际应用。虽然在粮食收购中，有插杆式快速粮食水分测定仪，也不适合测量深度达到6米甚至更深的粮堆，也不能在线测量。用于粮食烘干装置中的粮食水分传感装置，由于结构和重复误差较大等原因也不适合应用于粮堆的在线测量。这就使得现有的粮堆“粮情测控系统”不能同时在线测量粮食的温度和水分。我公司已经授权的发明专利为200810055014.8解决了上述问题，专利号为200810055014.8的专利是用一根抗拉钢丝穿过每个传感器，传感器间用三根带塑料包层的铜芯导线焊接，固定每个传感器的位置，再整体用塑料或高分子材料热熔后外包成电缆：这种结构和工艺使得制作成本较高，不便批量生产。

发明内容

本发明的目的是为了解决应用于粮堆的“粮情测控系统”不能够同时在线精确测量粮食的温度和水分问题，提供一种结构简单、制作成本低的两线制在线测量粮堆多层粮食温度和水分的数字传感装置。

本发明是采用以下技术方案实现的：两线制在线测量粮堆多层粮食温度、水分的数字传感装置，包括两根平行的兼做传感装置电源线及数字信号传输线复用的第一抗拉钢丝绳和兼做传感装置地线的第二抗拉钢丝绳、外包于第一抗拉钢丝绳和第二抗拉钢丝绳外的塑料包层、若干个在需要监测的位置上去掉第一抗拉钢丝绳和第二抗拉钢丝绳外的塑料包层后焊接于第一抗拉钢丝绳和第二抗拉钢丝绳上的两线制数字粮食温度、水分传感器，外包于粮食温度、水分传感器的高分子保护材料，由兼做传感装置地线的第二抗拉钢丝绳在传感装置尾部做成的用于牵引传感装置进入粮堆的环。

所述两线制数字粮食温度、水分传感器包括多层电路板和测量电路，多层电路板包括含有元件面层的顶层、绝缘作用的第二层、用于屏蔽水分检测电极对测量电路干扰的由整片矩形覆铜构成的第三层、绝缘作用的第四层、构成两个水分检测电极的两片矩形覆铜的第五层和保护电极的绝缘外层。测量电路包括集电容值检测和温度检测功能于一体的PIC12F1822微控制器或其它微控制器、两个水分检测电极分别连接于测量电路的地和微控制器的一个电容检测端如PIC12F1822的5脚，用一个标准电容C2分别连接于测量电路的地和微控制器的另一个电容检测端如PIC12F1822的3脚，用水分检测电极的电容值与标准电容C2的差值作为粮食水分测量值，由微控制器的一个脚(如6脚)为热敏电阻NTC(R2)与电阻R1的串联电路供电，热敏电阻NTC(R2)与R1的连接端连接到微控制器的模数转换端(如7脚)，用于温度测量，测得的温度值作为粮食温度值，并用此温度为最终测得的粮食水分值做温度修正，微控制器的1个输入输出引脚(如2脚)与传感器的电源线和数据线的复用电路相连。

该发明不但能满足粮库测量点多的需要，而且成本低，测量的温度重复误差小于0.1摄氏度，水分重复误差小于等于0.02％，结构合理，制作容易，成本低，是粮情测控系统理想的升级换代产品。

附图说明

图1为本发明的总体结构平面示意图；

图2为粮食温度、水分传感器的俯视图；

图3为粮食温度水分传感器的横截面积图；

图4为粮食温度、水分传感器的侧视图；

图5为粮食温度、水分传感器的电路原理图；

图中：1、兼做传感装置电源线及数字信号传输线的抗拉钢丝绳，2、兼做传感装置地线的抗拉钢丝绳，3、塑料或其它高分子材料包层，4、两线制粮食温度、水分传感器，5、外包与粮食温度、水分传感器的高分子保护材料，6、牵引传感装置进入粮堆的环；7、多层电路板，8、测量电路，9、含有原件面层的顶层，10绝缘作用的第二层，12、绝缘作用的第四层13、构成两个水分检测电极的两片矩形覆的第五层，14、保护电极的绝缘外层。

具体实施方式

两线制在线测量粮堆多层粮食温度和水分的数字传感装置是在用两根平行钢丝绳做成的塑料扁平线缆上，在于传感器对应的位置处，去掉塑料包层，露出两根钢丝绳，将一个粮食温度、水分传感器(4)焊接在两根抗拉钢丝绳(1)、(2)之间，粮食温度、水分传感器的数字信号线与电源线复用抗拉钢丝绳(1)，另一根抗拉钢丝绳(2)做地线，然后以塑料或高分子材料加以封装，外观形成扁平线缆(见图3)；用此方法可以再通一根扁平线缆上制作多个测量点，构成扁平线缆的多点测量装置。

使用时，将抗拉钢丝绳(2)底端的牵引传感装置进入粮堆的环(6)，利用长杆与接环配合，将本发明所述的扁平线缆的数字传感装置拖入粮堆的粮食内，经数字转发装置与计算机无线或者有线连接后，即可实现粮食的温度、水分测量，由于各粮食温度、水分传感器公用一根抗拉钢丝绳做电源线和数据线的复用线，在相应软件的支持下，可以根据各个传感器的不同地址号区分采集的数据。

粮食温度、水分传感器(4)可以同时对温度和水分进行测量，利用热敏电阻或其它温度传感器测量粮食的温度变化情况，用两块覆铜做水分测量的检测电极；在实际应用时，粮食充满检测电极的周围，成为检测电极的介电质，利用粮食中含水分量的变化，引起粮食介电常数的不同，从而引起检测电极的电容值改变，来测量粮食的水分，该水分测量值还需通过不同品种的粮食进行标定，并且还需要温度值和粮食的容重加以修正。具体实施时(见图1至图4)：两根抗拉钢丝绳(1)、(2)为导线，电源线和数字信号传输线复用两根抗拉钢丝绳(1)，地线复用抗拉钢丝绳(2)，粮食温度水分传感器包括温度、水分检测功能的多层电路板(7)及测量电路(8)，多层电路板(7)包括含有元件面层的顶层(9)，绝缘作用的第二层(10)、用于屏蔽水分检测电极对测量电路干扰的由整片矩形覆铜构成的第三层(11)、起绝缘作用的第四层(12)、构成两个水分检测电极的两片矩形覆铜的第五层(13)、保护电极的绝缘外层(14)；测量电路(8)选择集电容值检测和温度检测功能于一体的PIC12F1822微控制器或其它微控制器、两个水分检测电极分别连接于测量电路的地和微控制器的一个电容检测端如PIC12F1822的5脚，用一个标准电容C2分别连接于测量电路的地和微控制器的另一个电容检测端如PIC12F1822的3脚，用水分检测电极与标准电容C2的差值作为粮食水分测量值，由微控制器的一个脚(如6脚)为热敏电阻NTC(R2)与电阻R1的串联子路供电，热敏电阻NTC(R2)与R1的连接端连接到微控制器的模数转换端(如7脚)，用于温度测量，测得的温度值作为粮食温度值，并用此温度为最终测得的粮食水分值做温度修正，微控制器的1个输入输出引脚(如2脚)与剩余电路部分连接，作为传感器的电源线和数据线复用引脚。

在应用本发明构建粮堆的粮情测控系统时，每根扁平线缆可根据需要安装若干个粮食温度水分传感器，几根扁平线缆连接一个无线或有线采集器，每个粮库可以放置若干个采集器；每个粮仓设有一个数据转发器，该数据转发器通过有线或无线方式即可以与采集器进行数据交换，也可以与数据测控室的主机进行数据交换。

以下是本发明装置尺寸举例描述(仅作为一个例子，其它尺寸也可以：)为了便于使用，整个数字传感器装置的尺寸应尽量小，传感装置的截面长度不超过12毫米，截面宽度不超过7.5毫米，多层电路板(7)的宽度为5.5毫米，长度为20毫米，厚度为3毫米，构成粮食温度、水分传感器(4)的外部结构，粮食温度、水分传感器与粮食温度、水分传感器间的距离根据需要确定。

Claims (3)

1.两线制在线测量粮堆多层粮食温度、水分的数字传感装置，其特征是包括两根平行的兼做传感装置电源线及数字信号传输线复用的第一抗拉钢丝绳(1)和兼做传感装置地线的第二抗拉钢丝绳(2)、外包于第一抗拉钢丝绳(1)和第二抗拉钢丝绳(2)外的塑料包层(3)、若干个在需要监测的位置上去掉第一抗拉钢丝绳(1)和第二抗拉钢丝绳(2)外的塑料包层后焊接于第一抗拉钢丝绳(1)和第二抗拉钢丝绳(2)上的两线制数字粮食温度、水分传感器(4)、外包于粮食温度、水分传感器(4)的高分子保护材料(5)、由第二抗拉钢丝绳(2)在传感装置尾部做成的用于牵引传感装置进入粮堆的环(6)。

2.根据权利要求1所述的两线制在线测量粮堆多层粮食温度、水分的数字传感装置，其特征在于所述两线制数字粮食温度、水分传感器(4)包括多层电路板(7)和测量电路(8)，多层电路板(7)包括含有元件面层的顶层(9)、绝缘作用的第二层(10)、用于屏蔽水分检测电极对测量电路干扰的由整片矩形覆铜构成的第三层(11)、绝缘作用的第四层(12)、构成两个水分检测电极的两片矩形覆铜的第五层(13)和保护电极的绝缘外层(14)。

3.根据权利要求2所述的两线制在线测量粮堆多层粮食温度、水分的数字传感装置，其特征在于所述测量电路(8)包括集电容值检测和温度检测功能于一体的微控制器、两个水分检测电极分别连接于测量电路的地和微控制器的一个电容检测端，用一个标准电容C2分别连接于测量电路的地和微控制器的另一个电容检测端，用水分检测电极的电容值与标准电容C2的差值作为粮食水分测量值，由微控制器的一个脚为热敏电阻NTC与电阻R1的串联电路供电，热敏电阻NTC与R1的连接端连接到微控制器的模数转换端，用于温度测量，测得的温度值作为粮食温度值，并用此温度为最终测得的粮食水分值做温度修正，微控制器的1个输入输出引脚与传感器的电源线和数据线复用电路相连。

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