CN105699447A - 一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法 - Google Patents

一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法 Download PDF

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Abstract

一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法，涉及铸造检测领域。它要解决电容法测量铸造湿型粘土砂含水量时，由于电场泄露和电阻影响而使含水量测量精度不高的问题。该方法通过下列步骤实现：一、组装由驱动极、感应极、屏蔽极、基板、屏蔽板和样筒壁构成的测量铸造湿型粘土砂含水量的电容传感器取样器，二、组装由激励信号源、电容传感器取样器、信号调理单元、信号虚部分离单元、整流单元和计算机测量单元组成的铸造湿型粘土砂含水量的测量装置，三、利用测量装置测量铸造湿型粘土砂的含水量。本发明提高了铸造湿型粘土砂含水量的测量精度。

Description

一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法
技术领域
本发明涉及铸造检测领域，具体是一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法。
背景技术
目前，电容法是测量铸造湿型粘土砂含水量使用较多的方法之一。测量时，将电容传感器插入铸造湿型粘土砂中，或利用含有电容传感器的取样器直接取样，使铸造湿型粘土砂与电容传感器紧密接触，通过测量铸造湿型粘土砂的电容值，然后再根据铸造湿型粘土砂的含水量与电容值之间的已有关系，通过数学计算即可求出铸造湿型粘土砂含水量的大小。但是，当电容传感器在电场作用下，电容传感器的两极之间的电力线并不能全部施加在铸造湿型粘土砂上，而是存在很多的电场泄露，致使铸造湿型粘土砂电容值的测量精度大大降低。另一方面，铸造湿型粘土砂在电场激励下，表现出电容和电阻两种性质，且电容性与电阻性相互作用，交织在一起，因此在测量铸造湿型粘土砂的电容值时，必定受到电阻的影响，也降低了铸造湿型粘土砂含水量的测量精度。因此，有必要提供一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法，降低电力线的泄露，并消除电阻对电容的影响。
发明内容
本发明是为了解决现有电容法测量铸造湿型粘土砂含水量时，由于电场泄露和电阻影响而使含水量测量精度不高的问题，提供一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法。
本发明铸造湿型粘土砂含水量的测量方法通过下列步骤实现：
一、组装测量铸造湿型粘土砂含水量的电容传感器取样器：测量铸造湿型粘土砂含水量的电容传感器取样器，它由驱动极、感应极、屏蔽极、基板、屏蔽板和样筒壁构成，其中驱动极、感应极和屏蔽极都嵌入在基板的上部，且其上表面与基板的上表面水平对齐，驱动极嵌入在基板的正中，屏蔽极嵌入在基板的外侧，感应极嵌入在驱动极和屏蔽极之间，基板的下部安装有屏蔽板，驱动极、感应极、屏蔽极和屏蔽板的中心轴线与基板的中心轴线重合，由驱动极、感应极、屏蔽极、基板和屏蔽板构成的组成结构安装样筒壁内部靠近最下端的位置，屏蔽极、基板和屏蔽板与样筒壁的内壁紧密配合、且屏蔽板的下表面与样筒壁的下端水平对齐，驱动极和屏蔽板的横断面形状为圆形，感应极和屏蔽极的横断面形状为圆环形。
二、组装测量铸造湿型粘土砂含水量的测量装置：测量铸造湿型粘土砂含水量的测量装置，它由激励信号源、电容传感器取样器、信号调理单元、信号虚部分离单元、整流单元和计算机测量单元组成，其中激励信号源的激励信号输出端与电容传感器取样器的激励信号输入端相连、同时与信号虚部分离单元的参考信号输入端相连，电容传感器取样器的测量信号输出端与信号调理单元的测量信号输入端相连，信号调理单元的测量信号输出端与虚部分离单元的测量信号输入端相连，虚部分离单元的分离后信号输出端与整流单元的整流信号输入端相连，整流单元的整流信号输出端与计算机测量单元的信号输入端相连，信号调理单元是一个含有反馈电阻Rf的电路。
三、利用测量装置测量铸造湿型粘土砂的含水量：将铸造湿型粘土砂填入电容传感器取样器中，获得固定紧实度的铸造湿型粘土砂试样，激励信号源产生激励信号Ui，并通过电容传感器取样器施加在铸造湿型粘土砂试样上，电容传感器取样器输出的电压信号经信号调理单元调理后，得到输出电压U，在激励信号源发出的参考信号Ui作用下，信号虚部分离单元对信号调理单元的输出电压U进行虚部分离，得到仅与铸造湿型粘土砂的电容有关的虚部电压Ur，经全波整流单元整流后得到直流电压Uo，计算机测量单元自动测量直流电压Uo,并计算铸造湿型粘土砂的电容值，然后根据已有的铸造湿型粘土砂电容值与含水量之间的关系，即可求得铸造湿型粘土砂的含水量。
其中步骤一所述的感应极、屏蔽极和屏蔽板的电位相等，驱动极的电位高于感应极、屏蔽极和屏蔽板的电位；
步骤二中所述的反馈电阻Rf的精度为0.01%，电阻温度系数小于10ppm/℃。
本发明的优点是：由于感应极、屏蔽极和屏蔽板的电位相等，而驱动极的电位高于感应极、屏蔽极和屏蔽板的电位，使得电容传感器取样器处于主动屏蔽状态，大部分电力线都通过铸造湿型粘土砂，有效降低了电场的泄露；通过信号虚部分离单元可得到仅与铸造湿型粘土砂的电容有关的虚部电压，消除了铸造湿型粘土砂电阻的影响，从而大大提高铸造湿型粘土砂含水量的测量精度。
附图说明
图1是本发明中一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法的电容传感器结构示意图。
图2是本发明中一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法的测量装置组成框图。
具体实施方式
根据说明书附图1和附图2对本发明的实施方式进行说明。
具体实施方式一：本实施方式一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法通过下列步骤实施：
一、组装测量铸造湿型粘土砂含水量的电容传感器取样器：测量铸造湿型粘土砂含水量的电容传感器取样器，它由驱动极1、感应极2、屏蔽极3、基板4、屏蔽板5和样筒壁6构成，其中驱动极1、感应极2和屏蔽极3都嵌入在基板4的上部，其上表面与基板4的上表面水平对齐，驱动极1嵌入在基板4的正中，屏蔽极3嵌入在基板4的外侧，感应极2嵌入在驱动极1和屏蔽极3之间，基板4的下部安装有屏蔽板5，驱动极1、感应极2、屏蔽极3和屏蔽板5的中心轴线与基板4的中心轴线重合，由驱动极1、感应极2、屏蔽极3、基板4和屏蔽板5构成的组成结构安装样筒壁6内部靠近最下端的位置，屏蔽极3、基板4和屏蔽板5与样筒壁6的内壁紧密配合、且屏蔽板5的下表面与样筒壁6的下端水平对齐，驱动极1和屏蔽板5的横断面形状为圆形，感应极2和屏蔽极3的横断面形状为圆环形。
二、组装测量铸造湿型粘土砂含水量的测量装置：测量铸造湿型粘土砂含水量的测量装置，它由激励信号源7、电容传感器取样器8、信号调理单元9、信号虚部分离单元10、整流单元11和计算机测量单元12组成，其中激励信号源7的激励信号输出端与电容传感器取样器8的激励信号输入端相连、同时与信号虚部分离单元10的参考信号输入端相连，电容传感器取样器8的测量信号输出端与信号调理单元9的测量信号输入端相连，信号调理单元9的测量信号输出端与虚部分离单元10的测量信号输入端相连，虚部分离单元10的分离后信号输出端与整流单元11的整流信号输入端相连，整流单元11的整流信号输出端与计算机测量单元12的信号输入端相连，信号调理单元9是一个含有反馈电阻Rf的电路。
三、利用测量装置测量铸造湿型粘土砂的含水量：将铸造湿型粘土砂填入电容传感器取样器8中，获得固定紧实度的铸造湿型粘土砂试样，激励信号源7产生激励信号Ui，并通过电容传感器取样器8施加在铸造湿型粘土砂试样上，电容传感器取样器8输出的电压信号经信号调理单元9调理后，得到输出电压U，在激励信号源7发出的参考信号Ui作用下，信号虚部分离单元10对信号调理单元9的输出电压U进行虚部分离，得到仅与铸造湿型粘土砂的电容有关的虚部电压Ur，经全波整流单元11整流后得到直流电压Uo，计算机测量单元12自动测量直流电压Uo,并计算铸造湿型粘土砂的电容值，然后根据已有的铸造湿型粘土砂电容值与含水量之间的关系，即可求得铸造湿型粘土砂的含水量。
其中步骤一所述的感应极2、屏蔽极3和屏蔽板5的电位相等，驱动极1的电位高于感应极2、屏蔽极3和屏蔽板5的电位；
步骤二中所述的反馈电阻Rf的精度为0.01%，电阻温度系数小于10ppm/℃。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中驱动极1、感应极2、屏蔽极3和屏蔽板5的材料为铍青铜。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同的是步骤一中样筒壁6的材料为工程塑料。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是的步骤一中基板4的材料为聚酰胺。其他步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是的步骤二中激励信号源7为正弦波激励信号源。其他步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是的步骤二中整流单元11为精密全波整流。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法通过下列步骤实施：
一、组装测量铸造湿型粘土砂含水量的电容传感器取样器：测量铸造湿型粘土砂含水量的电容传感器取样器，它由驱动极1、感应极2、屏蔽极3、基板4、屏蔽板5和样筒壁6构成，其中驱动极1、感应极2和屏蔽极3都嵌入在基板4的上部，其上表面与基板4的上表面水平对齐，驱动极1嵌入在基板4的正中，屏蔽极3嵌入在基板4的外侧，感应极2嵌入在驱动极1和屏蔽极3之间，基板4的下部安装有屏蔽板5，驱动极1、感应极2、屏蔽极3和屏蔽板5的中心轴线与基板4的中心轴线重合，由驱动极1、感应极2、屏蔽极3、基板4和屏蔽板5构成的组成结构安装样筒壁6内部靠近最下端的位置，屏蔽极3、基板4和屏蔽板5与样筒壁6的内壁紧密配合、且屏蔽板5的下表面与样筒壁6的下端水平对齐，驱动极1和屏蔽板5的横断面形状为圆形，感应极2和屏蔽极3的横断面形状为圆环形。
二、组装测量铸造湿型粘土砂含水量的测量装置：测量铸造湿型粘土砂含水量的测量装置，它由激励信号源7、电容传感器取样器8、信号调理单元9、信号虚部分离单元10、整流单元11和计算机测量单元12组成，其中激励信号源7的激励信号输出端与电容传感器取样器8的激励信号输入端相连、同时与信号虚部分离单元10的参考信号输入端相连，电容传感器取样器8的测量信号输出端与信号调理单元9的测量信号输入端相连，信号调理单元9的测量信号输出端与虚部分离单元10的测量信号输入端相连，虚部分离单元10的分离后信号输出端与整流单元11的整流信号输入端相连，整流单元11的整流信号输出端与计算机测量单元的信号输入端相连，信号调理单元9是一个含有反馈电阻Rf的电路。
三、利用测量装置测量铸造湿型粘土砂的含水量：将铸造湿型粘土砂填入电容传感器取样器8中，获得等效电阻为Rx、等效电容为Cx的固定紧实度的铸造湿型粘土砂试样，激励信号源7产生频率f=5MHz、幅值Uim=5V的正弦波激励信号Ui=Uimsin2πft，并通过电容传感器取样器8施加在铸造湿型粘土砂试样上，电容传感器取样器8输出的电压信号经信号调理单元9调理后，得到输出电压U，在激励信号源7发出的参考信号Ui作用下，信号虚部分离单元10对信号调理单元9的输出电压U进行虚部分离，得到仅与铸造湿型粘土砂的等效电容Cx有关的虚部电压，经全波整流单元11整流后得到直流电压，计算机测量单元12自动测量直流电压Uo,并计算出铸造湿型粘土砂的等效电容。
其中步骤一中所述的驱动极1的半径为10mm，感应极2的内径为20mm、外径为30mm，屏蔽极3的内径为40mm、外径为50mm，屏蔽板5的半径50mm，驱动极1、感应极2、屏蔽极3和屏蔽板5的厚度均为2mm、材料均为铍青铜，基板4为半径为50mm、厚度为5mm的聚酰胺，样筒壁6的高度为67mm、材料为工程塑料；
步骤一所述的感应极2、屏蔽极3和屏蔽板5的电位为0，驱动极1的电位为5V；
步骤二或三中所述的反馈电阻Rf的取值为1kΩ，精度为0.01%，电阻温度系数小于10ppm/℃。
然后根据已有的铸造湿型粘土砂电容Cx与含水量w之间的经验关系式，得到本实施方式铸造湿型粘土砂的含水量为5.14%，显示出本发明一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法良好的测量精度。

Claims (7)

1.一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法，其特征在于，一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法通过下列步骤实现：
一、组装测量铸造湿型粘土砂含水量的电容传感器取样器：测量铸造湿型粘土砂含水量的电容传感器取样器，它由驱动极（1）、感应极（2）、屏蔽极（3）、基板（4）、屏蔽板（5）和样筒壁（6）构成，其中驱动极（1）、感应极（2）和屏蔽极（3）都嵌入在基板（4）的上部，其上表面与基板（4）的上表面水平对齐，驱动极（1）嵌入在基板（4）的正中，屏蔽极（3）嵌入在基板（4）的外侧，感应极（2）嵌入在驱动极（1）和屏蔽极（3）之间，基板（4）的下部安装有屏蔽板（5），驱动极（1）、感应极（2）、屏蔽极（3）和屏蔽板（5）的中心轴线与基板（4）的中心轴线重合，由驱动极（1）、感应极（2）、屏蔽极（3）、基板（4）和屏蔽板（5）构成的组成结构安装样筒壁（6）内部靠近最下端的位置，屏蔽极（3）、基板（4）和屏蔽板（5）与样筒壁（6）的内壁紧密配合、且屏蔽板（5）的下表面与样筒壁（6）的下端水平对齐，驱动极（1）和屏蔽板（5）的横断面形状为圆形，感应极（2）和屏蔽极（3）的横断面形状为圆环形；
二、组装测量铸造湿型粘土砂含水量的测量装置：测量铸造湿型粘土砂含水量的测量装置，它由激励信号源（7）、电容传感器取样器（8）、信号调理单元（9）、信号虚部分离单元（10）、整流单元（11）和计算机测量单元（12）组成，其中激励信号源（7）的激励信号输出端与电容传感器取样器（8）的激励信号输入端相连、同时与信号虚部分离单元（10）的参考信号输入端相连，电容传感器取样器（8）的测量信号输出端与信号调理单元（9）的测量信号输入端相连，信号调理单元（9）的测量信号输出端与虚部分离单元（10）的测量信号输入端相连，虚部分离单元（10）的分离后信号输出端与整流单元（11）的整流信号输入端相连，整流单元（11）的整流信号输出端与计算机测量单元（12）的信号输入端相连，信号调理单元（9）是一个含有反馈电阻Rf的电路；
三、利用测量装置测量铸造湿型粘土砂的含水量：将铸造湿型粘土砂填入电容传感器取样器（8）中，获得固定紧实度的铸造湿型粘土砂试样，激励信号源（7）产生激励信号Ui，并通过电容传感器取样器（8）施加在铸造湿型粘土砂试样上，电容传感器取样器（8）输出的电压信号经信号调理单元（9）调理后，得到输出电压U，在激励信号源（7）发出的参考信号Ui作用下，信号虚部分离单元（10）对信号调理单元（9）的输出电压U进行虚部分离，得到仅与铸造湿型粘土砂的电容有关的虚部电压Ur，经全波整流单元（11）整流后得到直流电压Uo，计算机测量单元（12）自动测量直流电压Uo,并计算铸造湿型粘土砂的电容值，然后根据已有的铸造湿型粘土砂电容值与含水量之间的关系，即可求得铸造湿型粘土砂的含水量。
2.根据权利要求1所述的一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法，其特征在于，所述的感应极（2）、屏蔽极（3）和屏蔽板（5）的电位相等，驱动极（1）的电位高于感应极（2）、屏蔽极（3）和屏蔽板（5）的电位。
3.根据权利要求1所述的一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法，其特征在于，所述的驱动极（1）、感应极（2）、屏蔽极（3）和屏蔽板（5）的材料均为铍青铜。
4.根据权利要求1所述的一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法，其特征在于，所述的样筒壁（6）的材料为工程塑料。
5.根据权利要求1所述的一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法，其特征在于，所述的基板（4）的材料为聚酰胺。
6.根据权利要求1所述的一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法，其特征在于，所述的激励信号源（7）为正弦波激励信号源。
7.根据权利要求1所述的一种铸造湿型粘土砂含水量的测量方法，其特征在于，所述的整流单元（11）为精密全波整流。
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