CN1032236A - 电脑水分测量仪 - Google Patents

Abstract

一种农林产品电脑水分测量仪，是采用了微电脑 技术使其水分的测量及处理变得简单精确的测量仪 表。该仪表以EPROM只读存贮器为核心，配有 A/D、D/A、液晶显示器等电路组成，EPROM中 存贮有多种标准水分曲线，以实际测量信号经A/D 转换后所得的数码作地址码，找出相应的水分值，表 内设有温度补偿，仪表精度高，成本低，生产调试容 易，可广泛用于各种农林产品测量水分的场合。

Description

本发明涉及一种粮食、木材、烟叶、茶叶等农林产品水份的测量及处理装置，特别是电脑水份测量仪。

以下将以粮食水份的测量处理为例，具体说明本发明的实质。

粮食水份传感器通常有电阻式、电容式等多种形式，电阻式粮食水份的传感原理是这样的：粮食为高阻介质，其阻值随所含水份的不同而各异，含水少阻值高，反之则低。欲测其水份只要测量其电阻值即可。在不同水份的粮食上加一恒定电压，流过的电流就不同，测量这一电信号即可得到粮食水份值。依此原理可设计多种水份测量仪表。

现有技术中，日本keett公司研制生产的PB-1D、拉斯达等几种电脑式粮食水份仪，在实际应用中，取得了较好的效果。该仪表的特点是将被测物经传感器后得来的信号送对数放大器进行初步线化，然后把该曲线送至微电脑进行处理，根据已知的不同粮食水份的数学模型，当测量不同粮食品种水份时，自动对其进行修正，从而实现了测量品种多的目的。但是这种仪表系统复杂、成本高，另外粮食品种繁多，甚至不同地区的粮食其水份的含量也不尽相同，因此粮食水份数学模型的精确描述还是一个很复杂的问题，从而直接影响到仪表的精度。

本发明的目的在于解决以上所述现有技术的不足，提供一种系统简单单，生产调试容易，测量品种多，精度高，使用方便，价格低廉的电脑水份测量仪。

本发明由传感器和处理仪表部分构成。传感器与仪表本体可做成一体，也可做成分立式中间用电缆连接。本发明的基本原理和工作过程，如附图1原理框图所示。被测物经传感器（1）变换成电压信号后加至放大器（2）上，经放大器放大成0～5V的标准电压信号后送至A/D模数转换器（4），在这里变换成与输入相对应的D₀～D₇八位数字信号，该信号作为只读存贮器EPROM（5）的地址码送到EPROM地址线A₀～A₇上，其余的地址线作为品种选择端用。在这个被寻址的地址单元中予先存有经烘干法得出的且与四机部《SJ1151～77》标准相符合的八位数字信号，通过品种选择单元（8）可选择多个品种中的一种作为输出送至D/A数模转换器（9）的输入端;转换后D/A输出的模拟信号与温度自动补偿电路（7）、调零电路（6）的信号同时加到加法器（10）的输入端，经过加法器合成处理后直接送入液晶显示器（11），在这里即可得到与粮食水份成对应关系的指示值。

由于本发明较为灵活巧妙地利用了微电脑原理以及半导体技术，因而本发明与现有水份仪例如粮食水份仪相比，具有高精度，高稳定性，结构简单，调试生产方便，测量范围宽、品种多等优点，而且还可根据需要改写EPROM中的内容，以适应不同农林产品水份测量的需要，可作为农林产品水份测量仪生产厂家的更新换代产品用。

下面结合附图2-6进一步说明本发明的实施例。

附图2是本仪表的前置放大电路图。这部分的作用是将被测物理量经传感器变化后得的电信号转换放大为0～5V的电压信号。

由于被测物阻抗较高，因此IC₁采用高阻运算放大器，其输入阻抗不低于10¹²Ω并且接成射随器形式，放大系数≤1，在无信号输入时能自动保持输出为0电位。电阻R₁、R₂与传感器CG组成分压电路，电阻R₁、R₂为中值电阻，其作用在于使整机的测量范围保持在规定值内，W₁为增益调整电位器，其中心抽头V₀端接A/D转换器的V_IN（+）端，本电路的特点是抗干扰能力较强，其输入端通过电阻R₀和R₂接地，输出端电阻R₃和电位器W₁电阻值较低，同时在输出端还接有由电容器C₁和C₂组成的高通滤波器，有效地提高了抗干扰能力;这是因为IC₁的负输出端与其输入端直接相连，为100%的负反馈，稳定性较高;还有一点就是有较高的精度，IC₁虽然是接成射随器形式，但其输入信号是经电阻R₁和R₂分压后加在IC₁的正输入端，当传感器CG短接时，跟随器仍可正常工作。

附图3为本仪表的主电路图。（4）为八位并行输出模数转换器A/D或类似产品。V_IN（+）是其正电压输入端，V_IN（-）是其负电压输入端。V_IN（+）与前置放大器输出电压V₀相接，V_IN（-）与前置放大器的地线相接。V_cc为其工作电源端，与电源二次稳压器（13）的输入端相接。WR为其写信号端与多谐振荡器构成的启动器（3）的输出端相接，该振荡信号即为A/D转换器（4）的启动信号;V_REF为其电压比较基准端，与基准电压源（14）的输出端相接，为A/D转换提供比较基准电压; RD为其读信号端， CS为其片选端与其地GND端相接;转换完毕的信号经其DB₀～DB₇数据输出线送至2k×8只读存贮器EPROM（5）的地址线A₀～A₇上，作为寻址地址用。V_PP和V_cc为EPROM的工作电源端，与+5V电源相接;A₈～A₁₀三位地址线分别与品种选择开关（8）中的k₃、k₄、k₅的一端相接，k₃、k₄、k₅的另一端与+5V电源相接，剩下的一端与地相接;根据k₃～k₅的八种不同状况，可选择贮存在EPROM不同区间内八种不同信号中的一种，经其数据线D₀～D₇送至D/A数模转换器（9）的数据线DB₀～DB₇上;EPROM（5）的片选端 CE与地线端GND以及D/A转换器（9）的片选端 CS，写信号端 WR、地线端GND连在一起成直通形式;D/A的V_REF电压基准端与基准电压源（14）的输出端相接;V_cc为其电源端，与+5V电源相接;转换完毕的模拟信号经其输出端OUT₁和OUT₂送至电压调整放大器IC₂（12）的输入端，OUT₁与IC₂的负端相接，OUT₂与IC₂的正端以及D/A转换器GND端相接;转换完毕的模拟信号经IC₂放大为0～2.5V的电压信号通过R₁₃送至加法器IC₃（10）的负输入端;在IC₃的负输入端还同时接有由二极管D₂，电阻R₅组成的温度自动补偿电路（7），其中D₂为普通二极管作PN结感温元件用，对被测粮样进行温度补偿。由电位器W₃、电阻R₇、R₆组成零位调整电路（6）。IC₃的正输入端接地，电阻R₄与电位器W₂串接在IC₃的负输入端与输出端之间构成负反馈回路。上述三路信号加在IC₃上，通过运算产生了输入电压V_T、这一电压信号与输入粮食水份呈对应关系。且不受温度因素的影响。

附图4为带模数转换的液晶显示器电路。其输入端与IC₃的输出电压V_T相接，通过它将模拟信号转换成数字信号并显示出来。

附图5为小麦实测水份电压值V₀与其水份值S₀的关系图。V₀为其纵坐标，S₀为其横坐标。这一曲线经烘干法而得，是国家认可的标准曲线。因粮食水份S₀之值一般在10%～25%之间，因此本发明的2k×8 EPROM存贮器内可予先固化六～八条这样的曲线，其分辩率不低于0.1。下面结合附图5介绍一下整机的工作过程。

将品种开关k₃～k₅拨至000档，开启电源，振荡器起振，A/D转换器（4）及整个仪表开始工作。若小麦放入传感器CG后测得与之呈非线性关系的电压V₀为1.00V，从附图5可知，该电压对应的水份值为13.6%，事实上这种以V₀为线索借助曲线（31）查得实际水份值的过程正如后面所述是由电脑自动完成的。该电压经A/D转换器（4）转换后得到00110010（代表1.00V）八位数字码，以它作为EPROM的地址，该地址所寻址的单元中事先已存放了10000110（1.36V）八位数字码，也就是说当EPROM的输入线上出现00110010八位数的地址码输入时，即可输出10000110八位数码，该信号经D/A转换器（9）转换成模拟信号再经IC₂、IC₃放大整理可得1.36V的V_T电压信号送显示单元，这样就算完成了一次电脑自动查表过程。

附图6是整机电源电路图。该电路具有自动稳压能力，当电池电压由6V降至4.3V时，其输出电压值不低于原电压的0.2%。该电源输出±5V、+9V三路直流电压，为仪表提供电源。本发明采用市售5号电池供电，整机电流＜35mA，整机成本按提交申请时的国内电子元器件价格算，约200元人民币。

图2、图3、图4的电子器件由附表所示的产品组成可构成本发明的最佳实施方案。

附表

Claims (6)

1、一种电脑水份测量仪是由传感器(1)和仪表本体组成，其特征是仪表本体内的系统由放大器(2)，A/D模数转换器(4)，EPROM存贮器(5)，D/A数模转换器(9)，品种选择单元(8)，调零电路(6)，温度补偿电路(7)，加法器(10)，液晶显示器(11)以及由荡振电路组成的启动器(3)构成。

2、如权利要求1所述的电脑水份仪，其特征在于EPROM存贮器（5）的地址线A₀～A₇端直接与A/D转换器（9）的数据线D₀～D₇相接，其余地址线作为品种选择端用。

3、如权利要求1所述的电脑水份仪，其特征在于所述的启动器（3）的脉冲输出端与A/D转换器（4）的 WR端相接。

4、如权利要求1或2所述的电脑水份仪，其特征在于EPROM存贮器（5）为27C16  CMOS  2k×8只读存贮器或类似低功耗存贮器。

5、如权利要求1所述的电脑水份仪，其特征在于加法器（10）的负输入端接有调零电路，温度补偿电路和运放IC₂输出电压。

6、如权利要求1所述的电脑水份仪，其特征在于放大器（2）的输入阻抗不低于10¹²Ω且接成射随器形式，其输入端接有由传感器CG与电阻R₁、R₂组成的分压电路，其输出端接有由电阻R₃和电位器W₁组成的分压电路以及电容器C₁、C₂组成的高通滤波电路。

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