CN105628751A - 应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法 - Google Patents

应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105628751A
CN105628751A CN201610123771.9A CN201610123771A CN105628751A CN 105628751 A CN105628751 A CN 105628751A CN 201610123771 A CN201610123771 A CN 201610123771A CN 105628751 A CN105628751 A CN 105628751A
Authority
CN
China
Prior art keywords
green sand
electric capacity
output terminal
signal source
moisture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610123771.9A
Other languages
English (en)
Inventor
石德全
康凯娇
高桂丽
董静薇
李大勇
石蒋伟
刘成前
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin University of Science and Technology
Original Assignee
Harbin University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin University of Science and Technology filed Critical Harbin University of Science and Technology
Priority to CN201610123771.9A priority Critical patent/CN105628751A/zh
Publication of CN105628751A publication Critical patent/CN105628751A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/228—Circuits therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法，涉及铸造领域。解决了传统电容法测量装置在对湿型砂含水量进行测量时，存在电阻参数对电容的影响而造成含水量测试精度不高的问题。它由电容水分传感器、信号调理单元、激励信号源、数据采集模块、通信模块、控制模块和计算机组成。首先对由电容水分传感器、激励信号源和信号调理单元组成的测量电路的输出电压进行采样，并经通信模块送至计算机，计算机对获得的采样序列进行FFT变换，提取采样序列的基波分量，并对实部与虚部进行分离，得到仅与电容相关的基波分量虚部值，可准确求得湿型砂的电容，消除了湿型砂电阻对电容法测量的干扰，大大提高了电容法测量湿型砂含水量的精度。

Description

应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法
技术领域
本发明涉及的是铸造湿型砂水分测量领域，具体涉及一种应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法。
背景技术
含水量是湿型砂的重要组分参数，也是对铸件性能影响最为关键的参数之一。湿型砂水分控制的好坏直接关系到铸件的质量，准确而快速的测量湿型砂含水量是提高铸件质量、降低铸件废品率的重要手段。
目前，电容法是被广泛应用的湿型砂含水量的快速测量方法之一，它具有成本低和测量速度快的优点。其基本原理是在交流源激励作用下，根据被测湿型砂的含水量变化时会引起传感器电容值的变化，用阻抗电桥、电容电桥或振荡回路等方法测得湿型砂的电容值，再根据湿型砂的含水量与电容值之间的已有关系来计算含水量的大小。然而，湿型砂是由硅砂、膨润土、水、煤粉和多种添加剂组成的一种复杂的混合物，因此，由电容传感器所形成的物理量不仅仅是电容参数，同时还存在着电阻参数，而传统的电容法常将电容传感器看作为理想电容，即将电阻分量忽略不计，这样大大降低了电容法测量湿型砂含水量的测试精度。因此，发展一种应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法显得尤为重要。
发明内容
本发明为了解决现有电容法湿型砂含水量测量装置在对湿型砂含水量进行测量时，存在电阻参数对电容的影响而造成含水量测试精度不高的问题，提出了一种消除电阻参数影响，而仅保留电容参数的应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法。
应用电容法测量湿型砂含水量的装置，它包括电容水分传感器、信号调理单元、激励信号源、数据采集模块、通信模块、控制模块和计算机，电容水分传感器的信号输出端与信号调理单元的第一信号输入端连接，激励信号源的激励信号输出端与信号调理单元的第二信号输入端连接、同时与数据采集模块的第一信号采集输入端连接，信号调理单元的信号输出端与数据采集模块的第二信号采集输入端连接，数据采集模块的信号输出端与通信模块的信号输入端连接，通信模块的控制信号输出端与控制模块的控制信号输入端连接，控制模块的控制信号输出端与激励信号源的控制信号输入端连接，计算机的双向信号输入/输出端与通信模块的双向信号输入/输出端连接。
应用电容法测量湿型砂含水量的装置实现电容法测量湿型砂含水量的方法，该方法中应用到的由电容水分传感器、信号调理单元和激励信号源组成的测量电路，它包括构成电容水分传感器并联等效模型的电阻Rx和电容Cx、反馈电阻Rf、放大器A、平衡电阻R0和正弦波激励信号源Ui，反馈电阻Rf的一端与放大器A的输出端连接，另一端与放大器A的反相输入端连接、同时与构成电容水分传感器并联等效模型的电阻Rx和电容Cx的一端连接，构成电容水分传感器并联等效模型的电阻Rx和电容Cx的另一端与正弦波激励信号源Ui的一端连接、同时接地，正弦波激励信号源Ui的另一端与平衡电阻R0的一端连接，平衡电阻R0的另一端与放大器A的同相输入端连接，放大器A的输出端输出电压U0和正弦波激励信号源Ui接数据采集模块。
所述的电容法测量湿型砂含水量的方法包括以下步骤：
步骤一、将电容水分传感器插入被测湿型砂中；
步骤二、在计算机控制下，通过通信模块、控制模块向激励信号源发出控制信号，启动激励信号源，激励信号源产生正弦波激励信号Ui=Uimsin(ωt)；
步骤三、数据采集模块对放大器A的输出端输出电压U0采样n次，得到采样序列U0(n)，并通过通信模块送至计算机；
步骤四、计算机对采样序列U0(n)进行FFT变换，提取复数形式的基波分量，并对基波分量的实部和虚部进行分离，得到虚部对应着
步骤五、由公式，可求得湿型砂的电容，再通过已有的湿型砂电容Cx与含水量之间的关系，即可求得湿型砂的含水量。
优选的，所述的步骤三，在任意时刻φi，对正弦波激励信号Ui=Uimsin(ωt+φi)和放大器A的输出端输出电压U0=a0cos(ωt+φ+φi)同时采样n次，得到采样序列U0(n)和Ui(n)。
优选的，所述的步骤四，对采样序列U0(n)和Ui(n)都进行FFT变换，可求得U0(n)的FFT变换结果的模为Z、相位为φ+φi，Ui(n)的FFT变换结果的相位为φi，由(φ+φi)-φi=φ可得出在任意时刻采样的初始相位φ，又因任意时刻采样FFT变换结果的模不变，可将Z与φ重新组合可得到U0(n)的FFT变换。
本发明的优点：通过对由电容水分传感器、激励信号源和信号调理单元组成的测量电路的输出电压进行采样，并经通信模块送至计算机，计算机对获得的采样序列进行FFT变换，提取出信号的基波分量，然后对基波分量的实部与虚部进行分离，得到仅与电容相关的基波分量虚部值，可准确求得湿型砂的电容，消除了传统电容法测量湿型砂含水量时湿型砂电阻的干扰，从而大大提高了电容法测量湿型砂含水量的测试精度。
附图说明
图1是本发明中应用电容法测量湿型砂含水量的装置构成框图。
图2是本发明中由电容水分传感器、信号调理单元和激励信号源组成的测量电路原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的应用电容法测量湿型砂含水量的装置，它包括电容水分传感器1、信号调理单元2、激励信号源3、数据采集模块4、通信模块5、控制模块6和计算机7，电容水分传感器1的信号输出端与信号调理单元2的第一信号输入端连接，激励信号源3的激励信号输出端与信号调理单元2的第二信号输入端连接、同时与数据采集模块4的第一信号采集输入端连接，信号调理单元2的信号输出端与数据采集模块4的第二信号采集输入端连接，数据采集模块4的信号输出端与通信模块5的信号输入端连接，通信模块5的控制信号输出端与控制模块6的控制信号输入端连接，控制模块6的控制信号输出端与激励信号源3的控制信号输入端连接，计算机7的双向信号输入/输出端与通信模块5的双向信号输入/输出端连接。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一的进步一说明，本实施方式所述的激励信号源3为正弦波激励信号源。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一的进步一说明，本实施方式所述的数据采集模块4为采样频率150kHz以上的高速数据采集模块。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的应用实施方式一所述的应用电容法测量湿型砂含水量的装置实现电容法测量湿型砂含水量的方法，该方法中应用到的由电容水分传感器1、信号调理单元2和激励信号源3组成的测量电路，它包括构成电容水分传感器1并联等效模型的电阻Rx和电容Cx、反馈电阻Rf、放大器A、平衡电阻R0和正弦波激励信号源Ui，反馈电阻Rf的一端与放大器A的输出端连接，另一端与放大器A的反相输入端连接、同时与构成电容水分传感器1并联等效模型的电阻Rx和电容Cx的一端连接，构成电容水分传感器1并联等效模型的电阻Rx和电容Cx的另一端与正弦波激励信号源Ui的一端连接、同时接地，正弦波激励信号源Ui的另一端与平衡电阻R0的一端连接，平衡电阻R0的另一端与放大器A的同相输入端连接，放大器A的输出端输出电压U0和正弦波激励信号源Ui接数据采集模块4。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式四的进步一说明，本实施方式所述的电容法测量湿型砂含水量的方法包括以下步骤：
步骤一、将电容水分传感器1插入被测湿型砂中；
步骤二、在计算机7控制下，通过通信模块5、控制模块6向激励信号源3发出控制信号，启动激励信号源3，激励信号源3产生正弦波激励信号Ui=Uimsin(ωt)；
步骤三、数据采集模块4对放大器A的输出端输出电压U0=a0cos(ωt+φ)采样n次，得到采样序列U0(n)，并通过通信模块5送至计算机7；
步骤四、计算机7对采样序列U0(n)进行FFT变换，提取复数形式的基波分量，并对基波分量的实部和虚部进行分离，得到虚部
步骤五、由公式，可求得湿型砂的电容，再通过已有的湿型砂电容Cx与含水量之间的关系，即可求得湿型砂的含水量。
具体实施方式六：本实施方式与实施方式五所述的电容法测量湿型砂含水量的方法的区别在于，
所述的步骤三，在任意时刻φi，对正弦波激励信号Ui=Uimsin(ωt+φi)和放大器A的输出端输出电压U0=a0cos(ωt+φ+φi)同时采样n次，得到采样序列U0(n)和Ui(n)；
所述的步骤四，对采样序列U0(n)和Ui(n)都进行FFT变换，可求得U0(n)的FFT变换结果的模为Z、相位为φ+φi，Ui(n)的FFT变换结果的相位为φi，由（φ+φi）-φi=φ可得出在任意时刻采样的初始相位φ，又因任意时刻采样FFT变换结果的模不变，可将Z与φ重新组合可得到U0(n)的FFT变换。
本实施方式中，消除了任意时刻起始点采样对测量结果的影响。
本实施方式中，用50kΩ的标准电阻和不同值的标准电容代替含水量不同的湿型砂进行了测试，测试结果如下，
本发明不局限于上述实施方式，还可以是上述各种实施方式中所述技术特征的合理组合。

Claims (5)

1.应用电容法测量湿型砂含水量的装置，其特征在于，它包括电容水分传感器（1）、信号调理单元（2）、激励信号源（3）、数据采集模块（4）、通信模块（5）、控制模块（6）和计算机（7），电容水分传感器（1）的信号输出端与信号调理单元（2）的第一信号输入端连接，激励信号源（3）的激励信号输出端与信号调理单元（2）的第二信号输入端连接、同时与数据采集模块（4）的第一信号采集输入端连接，信号调理单元（2）的信号输出端与数据采集模块（4）的第二信号采集输入端连接，数据采集模块（4）的信号输出端与通信模块（5）的信号输入端连接，通信模块（5）的控制信号输出端与控制模块（6）的控制信号输入端连接，控制模块（6）的控制信号输出端与激励信号源（3）的控制信号输入端连接，计算机（7）的双向信号输入/输出端与通信模块（5）的双向信号输入/输出端连接。
2.根据权利要求1所述的应用电容法测量湿型砂含水量的装置，其特征在于，所述的激励信号源（3）为正弦波激励信号源。
3.根据权利要求1所述的应用电容法测量湿型砂含水量的装置，其特征在于，所述的数据采集模块（4）为采样频率150kHz以上的高速数据采集模块。
4.基于权利要求1所述的应用电容法测量湿型砂含水量的装置实现电容法测量湿型砂含水量的方法，其特征在于：
该方法中应用到的由电容水分传感器（1）、信号调理单元（2）和激励信号源（3）组成的测量电路，它包括构成电容水分传感器（1并联等效模型的电阻Rx和电容Cx、反馈电阻Rf、放大器A、平衡电阻R0和正弦波激励信号源Ui，反馈电阻Rf的一端与放大器A的输出端连接，另一端与放大器A的反相输入端连接、同时与构成电容水分传感器（1）并联等效模型的电阻Rx和电容Cx的一端连接，构成电容水分传感器（1）并联等效模型的电阻Rx和电容Cx的另一端与正弦波激励信号源Ui的一端连接、同时接地，正弦波激励信号源Ui的另一端与平衡电阻R0的一端连接，平衡电阻R0的另一端与放大器A的同相输入端连接，放大器A的输出端输出电压U0和正弦波激励信号源Ui接数据采集模块（4）；
所述的电容法测量湿型砂含水量的方法包括以下步骤：
步骤一、将电容水分传感器（1）插入被测湿型砂中；
步骤二、在计算机（7）控制下，通过通信模块（5）、控制模块（6）向激励信号源（3）发出控制信号，启动激励信号源（3），激励信号源（3）产生正弦波激励信号Ui=Uimsin(ωt)；
步骤三、数据采集模块（4）对放大器A的输出端输出电压U0=a0cos(ωt+φ)采样n次，得到采样序列U0(n)，并通过通信模块（5）送至计算机（7）；
步骤四、计算机（7）对采样序列U0(n)进行FFT变换，提取复数形式的基波分量，并对基波分量的实部和虚部进行分离，得到虚部
步骤五、由公式，可求得湿型砂的电容，再通过已有的湿型砂电容Cx与含水量之间的关系，即可求得湿型砂的含水量。
5.基于权利要求4所述的应用电容法测量湿型砂含水量的装置实现电容法测量湿型砂含水量的方法，其特征在于：
所述的步骤三，在任意时刻φi，对正弦波激励信号Ui=Uimsin(ωt+φi)和放大器A的输出端输出电压U0=a0cos(ωt+φ+φi)同时采样n次，得到采样序列U0(n)和Ui(n)；
所述的步骤四，对采样序列U0(n)和Ui(n)都进行FFT变换，可求得U0(n)的FFT变换结果的模为Z、相位为φ+φi，Ui(n)的FFT变换结果的相位为φi，由（φ+φi）-φi=φ可得出在任意时刻采样的初始相位φ，又因任意时刻采样FFT变换结果的模不变，可将Z与φ重新组合可得到U0(n)的FFT变换。
CN201610123771.9A 2016-03-05 2016-03-05 应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法 Pending CN105628751A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610123771.9A CN105628751A (zh) 2016-03-05 2016-03-05 应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610123771.9A CN105628751A (zh) 2016-03-05 2016-03-05 应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105628751A true CN105628751A (zh) 2016-06-01

Family

ID=56043886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610123771.9A Pending CN105628751A (zh) 2016-03-05 2016-03-05 应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105628751A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106093145A (zh) * 2016-08-15 2016-11-09 哈尔滨理工大学 湿型砂含水量的测量装置及基于该装置的含水量测量方法
CN106290474A (zh) * 2016-08-01 2017-01-04 哈尔滨理工大学 一种测量湿型砂含水量的装置及含水量获取方法
CN108254627A (zh) * 2018-01-31 2018-07-06 杭州圣远医疗科技有限公司 电磁场波形信号采集对比方法及装置
CN108828029A (zh) * 2018-08-14 2018-11-16 天津大学 基于插入式电容传感器的含水率测量装置
CN113465701A (zh) * 2021-06-28 2021-10-01 汉中一零一航空电子设备有限公司 一种油品油位测量系统及方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106290474A (zh) * 2016-08-01 2017-01-04 哈尔滨理工大学 一种测量湿型砂含水量的装置及含水量获取方法
CN106290474B (zh) * 2016-08-01 2023-09-01 哈尔滨理工大学 一种测量湿型砂含水量的装置及含水量获取方法
CN106093145A (zh) * 2016-08-15 2016-11-09 哈尔滨理工大学 湿型砂含水量的测量装置及基于该装置的含水量测量方法
CN108254627A (zh) * 2018-01-31 2018-07-06 杭州圣远医疗科技有限公司 电磁场波形信号采集对比方法及装置
CN108828029A (zh) * 2018-08-14 2018-11-16 天津大学 基于插入式电容传感器的含水率测量装置
CN108828029B (zh) * 2018-08-14 2020-10-23 天津大学 基于插入式电容传感器的含水率测量装置
CN113465701A (zh) * 2021-06-28 2021-10-01 汉中一零一航空电子设备有限公司 一种油品油位测量系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105628751A (zh) 应用电容法测量湿型砂含水量的装置及含水量测量方法
CN104375011B (zh) 一种用于矢量网络分析仪材料测试的任意阻抗测试电路及方法
CN103001627B (zh) 石英晶体谐振频率微调控制系统
CN104165907B (zh) 基于压电阻抗法的混凝土试块固化过程监测方法
CN104914393A (zh) 一种用于梳状谱发生器相位谱校准的装置及方法
CN108225495A (zh) 一种电容式液位传感器在线测量系统及其方法
CN101655525A (zh) 基于支持向量机(svm)的人工电磁材料电磁参数提取方法
CN104237832B (zh) 一种复阻抗标准器的校准方法及装置
CN110907827A (zh) 一种马达瞬态失真测量方法及系统
CN101140305A (zh) 可去除测试结构上寄生效应的射频片上电感测量方法
KR20160118209A (ko) 주파수 영역에서의 교정을 이용한 시간 영역 측정 방법
CN106990143B (zh) 一种沥青混合料介电常数的测量方法及系统
CN106092175B (zh) 一种谐振式传感器的频率特性测试系统及实现方法
CN106443549A (zh) 一种用于校准电池内阻测试仪的模拟交流电阻装置
CN105784791A (zh) 基于纯电容值测量的铸造湿型粘土砂含水量的测量方法
CN103297154A (zh) 一种驻波比检测方法和装置
CN104990975A (zh) 湿型砂含水量快速测量装置及基于装置的含水量获取方法
CN105372498A (zh) 用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定方法
CN110850165B (zh) 一种适用于矢网时域功能的直流点求取和频段扩展方法
CN104502723B (zh) 高频治疗设备电阻检测电路
CN105572183A (zh) 一种基于纯电阻测量的湿型粘土砂含水量的测量方法
CN105758892A (zh) 分离电阻法测量湿型砂含水量的装置及含水量获取方法
CN100425998C (zh) 一种测试单板电容的方法
CN104820199B (zh) 直流大电流测量装置纹波响应性能测试系统及方法
CN207866969U (zh) 一种晶振高温老炼设备

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160601

RJ01 Rejection of invention patent application after publication