CN105548283A - 单一平面电容测量板及电容式检测装置 - Google Patents

单一平面电容测量板及电容式检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种单一平面电容测量板，用于非接触地侦测其测量电场区域内的待测物料的介电常数并输出相应的电容信号，其包括具有正反两个端面的电路板，该电路板正面设有环状的发射电极和环绕发射电极设置的接收电极，所述发射电极与接收电极之间形成间隙，并且在物料水分检测过程中，两个电极之间产生其电场线从发射电极出发后返回到接收电极的所述测量电场。由于本发明的测量板的两个电极在物料含水率检测过程中与待测物料保持非接触，因而可以检测各种水分含量的物料的含水率，具有结构简单、检测精度高及适用范围广的特点。本发明还涉及一种应用该测量板的电容式检测装置。

Description

单一平面电容测量板及电容式检测装置
技术领域
本发明涉及物料水分含量检测领域，具体而言，本发明涉及一种用于检测物料含水率的单一平面电容测量板及应用该单一平面电容测量板的电容式检测装置。
背景技术
物料比如粮食的水分含量是评价粮食品质的重要指标，因此，粮食水分检测对粮食的收购、运输、储藏、加工贸易都具有十分重要的意义。水分过高，会促使粮食生命活动旺盛，容易引起粮食发热、霉变、生虫和其它生化变化，影响成品粮产量。而粮食水分过低，则减少了粮食重量，影响粮食品质，减少了粮食最终的总售价。
现有的粮食水分检测方法主要有烘箱法、电阻法、电容法、近红外法、微波法等。
谷物水分的检测以烘箱法为标准，在国际上广泛应用的是ISO712(4g粉碎样品，烘箱干燥130℃，2h)，这种方法测量精确，但是检测周期长，并且需要对谷物进行破碎，造成一定程度上的浪费。
电阻法是利用粮食水分含量的不同，其导电率不同的原理，通过检测谷物电阻值的变化间接地反映其水分含量。但这种方法需要对被测粮食进行破碎，造成一定程度上的浪费。
电容法、近红外法和微波法都属于无损检测手段，但是近红外法易受被测物料的形状、大小、密度的影响，并且不能测量物料内部的水分。微波法受被测物料的形状、密度的影响，且价格较高，难以推广其应用。而电容法是根据水分的介电常数远远大于粮食中其他成分的介电常数，水分含量的变化势必引起电容量变化的原理，通过测量谷物电容值间接计算粮食的水分含量。相比起来，电容法测量的仪器具有结构简单，价格低廉，操作方便等优点，应用相对较广。
目前，国内外电容式水分检测仪主要由内外两个圆柱形黄铜(或者不锈钢)同轴电极组成，通过检测两个电极间的电容、粮食温度以及粮食重量来计算粮食的含水率。然而，该种电容检测方式中，电容极板与被测物料直接接触，如果物料含水率较高，会导致电容极板间的绝缘度下降，降低测量仪器在高水分下的测量精度。此外，需要操作人员经常对称重传感器进行人为归零校准，操作较为繁琐不便。
因此，业界急需一种可以在各种含水率的情景下测量粮食水分的粮食水分检测装置，以提高检测精度。
发明内容
本发明的首要目的旨在提供一种可以在各种使用环境对待测物料进行含水率检测的单一平面电容测量板。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种单一平面电容测量板，用于非接触地侦测其测量电场区域内的待测物料的介电常数并输出相应的电容信号，该测量板包括具有正反两个端面的电路板，该电路板正面设有环状的发射电极和环绕发射电极设置的接收电极，所述发射电极与接收电极之间形成间隙，并且在物料水分检测过程中，两个电极之间产生其电场线从发射电极出发后返回到接收电极的所述测量电场。
该电路板上还形成有环绕所述接收电极设置并且接地的等位环。
所述发射电极与接收电极之间的间隙内形成接地带。
所述发射电极和接收电极被设置成两个同心的椭圆环。
所述电路板由为成分为FR-4环氧树脂的介质板经双面覆铜制成，并且覆铜厚度为35μm。
相比现有技术，本发明的单一平面电容测量板具有以下优点：由于本发明的测量板的两个电极在物料含水率检测过程中与待测物料保持非接触，因而可以检测各种水分含量的物料的含水率，具有结构简单、检测精度高及适用范围广的特点。
本发明的另一目的在于提供一种电容式检测装置，包括测量容器和与测量容器相组装的测量板，所述测量板为上述的单一平面电容测量板，该测量板以其正面面对测量容器底板外侧而与测量容器相固定。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的测量板的正面示意图；
图2为图1所示的测量板的反面示意图；
图3示出了本发明的一种电容式检测装置，其为图1所示的测量板的一种应用。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
众所周知的，一定条件下，物料比如粮食颗粒的介电常数可以被它的含水率(MOIS)唯一确定，并且介电常数和含水率的对应关系也是一一对应的，所以当其它条件没有改变时，可以利用电容传感器来测量出粮食的介电常数，再根据介电常数和含水率的对应关系计算出粮食的含水率。本发明就是根据该原理对粮食进行含水率测量。
图1和图2共同示出了本发明的单一平面电容测量板1(以下简称为“测量板”)，用于非接触地侦测其测量电场区域内的物料比如粮食的介电常数并输出相应的电容信号到外部设备(图未示，下同)中，以便为外部设备处理、计算出粮食颗粒的含水率并予以显示。该测量板1包括具有正反两个端面111、112的电路板11及设于该电路板11正面111上的发射电极12和接收电极13。
所述电路板11由成分为FR-4环氧树脂材料的介质板经双面覆铜制成，并且该电路板11每面上的覆铜厚度为35μm。
所述发射电极12呈环状，所述接收电极13以一定距离环绕所述发射电极12设置，也即两个电极12、13间具有间隙。两个电极12、13的引线焊盘121、131设于电路板11的反面112上，该测量板1通过所述引线焊盘121、131并借助其屏蔽层接地的同轴电缆(图未示)与外部设备电连接。所述电路板11反面112上除两个电极12、13外的覆铜区域接地以构成等势面(等地面)，进而屏蔽外部的电磁干扰。
在粮食的含水率检测过程中，该测量板1在两个电极12、13之间产生其电场线从发射电极12出发经空间而返回到接收电极13的测量电场。当两个电极12、13之间的电容值随着测量电场区域内的待测粮食颗粒的变化而变化时，向外部设备输出相应的电容信号。
该测量板1进行粮食的水分测量过程中，由于两个电极12、13与待测粮食颗粒保持非接触，避免了高含水率的粮食颗粒对两个电极间的绝缘度的影响，因而不仅能在高湿、高粉尘环境下工作，而且能方便地安装在粮食干燥设备内部，精确、稳定地检测其电场区域内粮食的介电常数，进而由与其连接的外部设备计算并显示含水率。
优选地，所述发射电极12和接收电极13为两个同心设置的椭圆环，以避免表面曲率大的地方(比如尖锐、细小物的顶端)由于等电位面密集、电场强度剧增而致使附近的空气被电离而放电，进而影响检测精度。
进一步的，所述测量板1还包括环绕所述接收电极13设置并且接地的等位环14，以防止测量电场的溢出。
进一步地，所述发射电极12与接收电极13之间的间隙内形成接地带15，以减少两电极12、13间的边缘效应。
总而言之，为了保证含水率的检测精度，防止测量电场外溢及两电极12、13间的边缘效应，电路板11上两电极12、13之外的其他区域接地，以构建地等位环(等地电位)，进而排除地磁及其他外界干扰。
参见图3，图3示出了一种电容式检测装置，其为本发明的测量板的一种应用。该电容式检测装置包括用于装载待测粮食颗粒的测量容器2和上述测量板1，所述测量板1以其正面111面对测量容器2底板的外侧而与测量容器2相贴装。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种单一平面电容测量板，用于非接触地侦测其测量电场区域内的待测物料的介电常数并输出相应的电容信号，其特征在于，包括具有正反两个端面的电路板，该电路板正面设有环状的发射电极和环绕发射电极设置的接收电极，所述发射电极与接收电极之间形成间隙，并且在物料水分检测过程中，两个电极之间产生其电场线从发射电极出发后返回到接收电极的所述测量电场。
2.根据权利要求1所述的单一平面电容测量板，其特征在于，该电路板上还形成有环绕所述接收电极设置并且接地的等位环。
3.根据权利要求1所述的单一平面电容测量板，其特征在于，所述发射电极与接收电极之间的间隙内形成接地带。
4.根据权利要求1所述的单一平面电容测量板，其特征在于，所述发射电极和接收电极被设置成两个同心的椭圆环。
5.根据权利要求1所述的单一平面电容测量板，其特征在于，所述电路板由为成分为FR-4环氧树脂的介质板经双面覆铜制成，并且覆铜厚度为35μm。
6.一种电容式检测装置，包括测量容器和与测量容器相组装的测量板，其特征在于，所述测量板为权利要求1至5任一项所述的单一平面电容测量板，该测量板以其正面面对测量容器底板外侧而与测量容器相固定。
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