CN107014871A - 一种电阻式水分仪的探测机构及具备该机构的水分仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电阻式水分仪的探测机构，包括弹片，所述弹片安装在电阻式水分仪的壳体内，并且位于碾压模组的下方，所述弹片设有两个，弹片通过支架安装在壳体内，两个所述弹片的一端固定在支架上，另一端分别搭在碾压模组的两个传动轴的端部，所述支架上设有信号获取模组，本发明能够有效的避免随着传动轴一起旋转而产生离心力造成的检测不准确的现象，提高了水分含量的检测精度和效率。

Description

一种电阻式水分仪的探测机构及具备该机构的水分仪
技术领域
本发明涉及一种电阻式水分仪，特别涉及一种电阻式水分仪的探测机构及具备该机构的水分仪。
背景技术
在电阻式水分仪中，其检测模块包括有信号获取模组，信号获取模组用于检测流向碾压模组的传动轴端部的水分含量，从而完成水分含量的测定。但是通常信号模组直接安装在传动轴的端部，由于传动轴在转动，导致水分也随着传动轴转动，因此，水分偶尔会因为离心力而流失，造成检测不准确的现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种电阻式水分仪的探测机构，该探测机构能够准确的检测出物料的水分含量，提高检测精度和效率。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种电阻式水分仪的探测机构，包括弹片，所述弹片安装在电阻式水分仪的壳体内，并且位于碾压模组的下方，所述弹片设有两个，弹片通过支架安装在壳体内，两个所述弹片的一端固定在支架上，另一端分别搭在碾压模组的两个传动轴的端部，所述支架上设有信号获取模组。
优选的，支架上设有用于安装弹片的卡槽，所述弹片的一端卡在卡槽内，并通过螺栓紧固，另一端与传动轴的端部接触。
优选的，弹片呈Z字型。
优选的，弹片在与传动轴接触的一端呈拨叉状，弹片的拨叉并排设置。
优选的，支架通过螺钉固定在壳体上，所述弹片也通过螺钉固定安装在卡槽内。
本发明还公开了一种电阻式水分仪，具备权利要求1-5任一所述的探测机构。
作为上述方案的进一步优化，还包括控制模块，所述控制模块包括电机控制模块、温度采集模块、水分采样模块、主控模块；所述水分采集模块，用于采集目标区域待检测谷物的水分值；所述温度采集模块，用于采集所述待检测谷物所在环境的温度值；所述电机控制模块，用于控制电机的运行、以及对流经电机的电流值进行采样；所述主控模块，用于根据所述水分值、所述温度值和所述电流值进行融合，并获得所述待检测谷物的目标含水率。
作为上述方案的进一步优化，所述电机控制模块，包括：继电器电路、电机驱动电路和电流采样电路；
所述继电器电路，用于通过所述主控模块的电机驱动和停止引脚经第一三极管基极输入后，经所述第一三极管的集电极与继电器相连，以达到控制所述继电器的开关选择达到电机的启动和停止的目的；
所述电机驱动电路，用于通过所述主控模块motor_clw引脚与第二三极管的基极相连，并通过所述第二三极管的集电极与继电器相连，以驱动电机的启动；
所述电流采样电路，以所述电机的线圈电流为测试点motor_test，所述motor_test输入第一反向放大器的正向输入端，所述第一反向放大器的反向输入端接地；经所述第一反向放大器输出后与第二反向放大器的正向输入端相连，所述第二反向放大器的反向输入端与第一电阻、第二电阻相连并接地，并在所述第二反向放大器的输出端与所述第一电阻和所述第二电阻的节点相连；所述第二反向放大器的输出端与第三反向放大器的正向输入端相连，所述第三反相放大器的反向输入端与所述第三反相放大器的输出端相连，所述第三反相放大器的输出端与所述主控模块相连。
作为上述方案的进一步优化，所述水分采样模块，包括：水分传感器、开关模块和运放模块；
所述水分传感器的一端通过场效应管Q4与三极管Q5的集电极相连，所述三极管Q5的基极与所述主控模块相连，并通过电容与所述水分传感器的另一端相连，所述水分传感器的所述另一端通过电阻与所述开关模块的S1端相连，所述开关模块的S2端通过电阻与5V电压相连，其中，所述开关模块的型号为：DG419DY；
所述开关模块的输出端与所述运放模块相连，所述运放模块的输出端输入至第四反相放大器的正向输入端；所述第四反相放大器的反向输入端与所述第四反相放大器的正向输出端相连，所述第四反相放大器的输出端与所述主控模块相连。
作为上述方案的进一步优化，所述温度采集模块，包括：温度传感器、放大器；所述温度传感器用于采集所述待检测谷物所在环境的温度，并将所检测到的温度发送至所述放大器进行放大器，并发送至所述主控模块。
采用上述技术方案，本发明通过将弹片安装到支架上，并将信号获取模组也安装到支架上，通过弹片将传动轴端部的水分引流到支架上，再使信号获取模组获得水分含量的信息，从而使信号获取模组避免随着传动轴一起旋转而产生离心力造成的检测不准确的现象，提高了水分含量的检测精度和效率。本发明的电阻式水分仪，可以提高谷物含水率的检测准确度。本发明的提供的电阻式水分分析仪，主控模块融合待检测谷物所在环境的温度，进一步提高待检测谷物的含水率。
附图说明
图1是本发明的装配图；
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明的第一种电路图；
图4是本发明的第二种电路图；
图5是本发明的第三种电路图；
图6是本发明的第四种电路图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对实施例的描述，对本发明做进一步说明。
如图1、2所示，本发明公开了一种电阻式水分仪的探测机构，包括弹片1，弹片1安装在电阻式水分仪的壳体2内，并且位于碾压模组的下方，弹片1设有两个，弹片1通过支架3固定安装在壳体2内，支架3的两端通过螺钉固定，便于更换。弹片1在与传动轴5接触的一端呈拨叉状，弹片1的拨叉并排设置。两个弹片1的一端固定在支架3上，另一端分别搭在碾压模组的两个传动轴5的端部，支架3上设有信号获取模组。
为了使弹片1安装的更牢固，将弹片1折成Z字型，并且在支架3上分别开有用于安装弹片1端部的卡槽4，弹片1的一端卡在卡槽4内，并通过螺钉紧固，另一端与碾压模组的传动轴5的端部接触，用于引流传动轴5端部的水分。
本发明通过将弹片1安装到支架3上，并将信号获取模组也安装到支架3上，通过弹片1将传动轴5端部的水分引流到支架3上，再使信号获取模组获得水分含量的信息，从而使信号获取模组避免随着传动轴5一起旋转而产生离心力造成的检测不准确的现象，提高了水分含量的检测精度和效率。
壳体重内置水分采样模块、温度采集模块、电机控制模块、主控模块。水分采集模块1，用于采集目标区域待检测谷物的水分值；温度采集模块，用于采集所述待检测谷物所在环境的温度值；电机控制模块，用于控制电机的运行、以及对流经电机的电流值进行采样；主控模块，用于根据所述水分值、所述温度值和所述电流值进行融合，并获得所述待检测谷物的目标含水率。
需要说明的是，水分采集模块具体的可以通过水分传感器直接测量谷物的水分值，可以理解的是，通过直接获得的方式获得谷物水分值比较片面，因为获得的是局部的水分值，且获得的方式不够准确，所以本发明实施例中，将获得水分值发送至主控模块，以备进行数值处理；同样，还可以通过温度传感器获得谷物周围的温度值。本发发明实施例中，可以将温度传感器或水分传感器安装在水分仪的两个碾压轮之间，以用来碾压待测谷物，并通过该碾压轮在碾压过程中获得的数值，实时对温度和水分的采集，获得采集数据。通过碾压轮的转动，获得不同位置的谷物的水分和温度值，具体的，可以获得多次的平均值，以提高数据的准确性。
可以理解的是，电机的碾压轮在碾压的过程中能够获得实时变化的电流值，另外由物理学知识可以得到，当谷物的电阻值为已知时，即可得到流经谷物的电压值(电压值为电阻值与电流值的乘积)。然后根据主控模块4中电压值和水分值的对应关系，既可以得到对应的水分值。需要说明的是，谷物的含水率与导电率的具有一定的计算关系，而导电率与电阻具有一定的计算关系、电阻与电流可以得到电压值、而电压值与水分值又存在预设的计算公式关系，所以可以得到水分值。具体的数学计算本发明实施例在此不对其进行赘述。
本发明基于谷物水分与电阻的关系研究，发现不同的谷物含水量，其电阻也不相同，谷物含水量越大，其电阻值越小，反之，谷物含水量越小，其电阻值越大，因此，本发明通过测量谷物的电阻值来确定谷物的水分值。
为了简单起见，在根据水分传感器计算到电阻值以后，计算谷物的电阻值，由于电流值为已知的测量值，所以可以得到电压值。再根据主控模块中预先存储的电压和水分值的计算公式，进而可以得到目标水分值。
示例性的，具体的电压值和目标水分值的关系如下：
其中，所述f(z)为所述电压值，pn根据所述待检测谷物的检测环境设定的变量，z为谷物的目标水分值。那么在知道pn的情况下即可得到水分值。
示例性的，得到的电压值为0.45V，在预设的pn的情况下，得到目标水分值为12.15％，可以理解的是，本发明实施例还计算出来了谷物的环境温度，还可以根据温度值对目标水分值进行修正，已得到目标含水率。
本发明实施例中，设置温度对于水分的补偿公式，对目标水分值进行补偿，从而得到目标含水率。示例性的，电阻与水分的关系受到温度的影响，在常温-10～40℃的条件下，温度每升高1℃对电阻值的影响相当于其水分含量增加0.1％，即0.1％(湿度)/℃，因此本发明采用温度补偿处理实现水分的精准测量。
具体的，可以设置温度阈值，ΔT为温度与当前温度值之差，Z为目标含水率，Q为预设参数，具体可以为0.1％,公式如下：
Z＝z+ΔT*Q
本发明的一种实施例中，所述电机控制模块，包括：继电器电路、电机驱动电路和电流采样电路，如图3所示；
所述继电器电路，用于通过所述主控模块的电机驱动和停止引脚经第一三极管基极输入后，经所述第一三极管的集电极与继电器相连，以达到控制所述继电器的开关选择达到电机的启动和停止的目的；
所述电机驱动电路，用于通过所述主控模块motor_clw引脚与第二三极管的基极相连，并通过所述第二三极管的集电极与继电器相连，以驱动电机的启动；
所述电流采样电路，以所述电机的线圈电流为测试点motor_test，所述motor_test输入第一反向放大器的正向输入端，所述第一反向放大器的反向输入端接地；经所述第一反向放大器输出后与第二反向放大器的正向输入端相连，所述第二反向放大器的反向输入端与第一电阻、第二电阻相连并接地，并在所述第二反向放大器的输出端与所述第一电阻和所述第二电阻的节点相连；所述第二反向放大器的输出端与第三反向放大器的正向输入端相连，所述第三反相放大器的反向输入端与所述第三反相放大器的输出端相连，所述第三反相放大器的输出端与所述主控模块相连。
所述继电器电路，用于通过所述主控模块的电机驱动和停止引脚ONOFF经电阻R14后连接第一三极管Q1的基极，经所述三极管Q1的集电极通过二极管D2与24V电压相连，所述继电器与D2进行并联，通过D2上的压降以达到控制所述继电器K1的开关4接通开关5或者开关3，从而达到驱动电机的目的，J4为电机控制的引脚，本发明实施例在此不对其进行赘述。
所述电机驱动电路，用于通过所述主控模块motor_clw引脚与三极管Q3的基极相连，并通过所述三极管Q3的集电极连接的二极管D2与继电器K3相连，以驱动电机的的开关3和4连同或者开关5和6连通。
所述电流采样电路，如图3所示，以所述电机的线圈电流为测试点motor_test(电感T1的3脚)，所述motor_test输入第一反向放大器U1的反向输入端，U1的正向输入端接地；U1输出后与第二反向放大器U2的正向输入端相连，所述第二反向放大器U2的反向输入端与第一电阻R61、第二电阻R61相连并接地，并在所述第二反向放大器的U2输出端与所述第一电阻R61、第二电阻R61连接节点相连；所述第二反向放大器U2的输出端与第三反向放大器U3的正向输入端相连，所述第三反相放大器U3的反向输入端与所述第三反相放大器U3的输出端相连，所述第三反相放大器的输出端与所述主控模块的引脚相连。
应用本发明图4、图5和图6能够实现对电机电流的采样以及实现电机的自动控制。
具体的，本发明实施例中的水分采集模块，可以包括：水分传感器、开关模块和运放模块，如图6所示；
所述水分传感器J6(传感器通过J6的connector引脚接入电路)的一端通过场效应管Q4与三极管Q5的集电极相连，所述三极管Q5的基极与所述主控模块相连，并通过电容与所述水分传感器的另一端相连，所述水分传感器的所述另一端通过电阻与所述开关模块中芯片U11的S1端相连，所述开关模块的U11的S2端通过电阻与5V电压相连，其中，所述开关模块的型号为：DG419DY。
经U11的输出为具有一定频率的波形，经过运算放大器U12进行进一步放大后可以在输入反向放大器进行进一步放大处理，以提高获得的波形效果。
另外，所述开关模块的输出端与所述运放模块相连，所述运放模块的输出端输入至第四反相放大器的正向输入端；所述第四反相放大器的反向输入端与所述第四反相放大器的正向输出端相连，所述第四反相放大器的输出端与所述主控模块相连，此部分的电路结果为现有技术，本发明实施例在此不对其进行赘述。
本发明的另一个实施例中，所述水分采样模块，包括：水分传感器、开关模块和运放模块；
所述水分传感器的一端通过场效应管Q4与三极管Q5的集电极相连，所述三极管Q5的基极与所述主控模块相连，并通过电容与所述水分传感器的另一端相连，所述水分传感器的所述另一端通过电阻与所述开关模块的S1端相连，所述开关模块的S2端通过电阻与5V电压相连，其中，所述开关模块的型号为：DG419DY；
所述开关模块的输出端与所述运放模块相连，所述运放模块的输出端输入至第四反相放大器的正向输入端；所述第四反相放大器的反向输入端与所述第四反相放大器的正向输出端相连，所述第四反相放大器的输出端与所述主控模块相连。
在本发明的一种实现方式中，所述温度采集模块，包括：温度传感器、放大器；
所述温度传感器用于采集所述待检测谷物所在环境的温度，并将所检测到的温度发送至所述放大器进行放大器，并发送至所述主控模块的PA0、PA2引脚。
在本发明的另一种实现方式中，所述主控模块，包括：
根据预先设定的计算规则，用于根据所述水分值、所述温度值和所述电流值进行融合，并获得所述待检测谷物的目标含水率。
为了简单起见，在根据水分传感器计算到电阻值以后，计算谷物的电阻值，由于电流值为已知的测量值，所以可以得到电压值。再根据主控模块中预先存储的的电压和水分值的计算公式，进而可以得到目标水分值。
示例性的，具体的电压值和目标水分值的关系如下：
其中，所述f(z)为所述电压值，pn根据所述待检测谷物的检测环境设定的变量，z为谷物的目标水分值。那么在知道pn的情况下即可得到水分值。
示例性的，得得到的电压值为0.45V，在预设的pn的情况下，得到水分值为12.15％，可以理解的是，本发明实施例还计算出来了谷物的环境温度，还可以根据温度值对目标水分值进行修正，已得到目标含水率。
通过试验研究，电阻与水分的关系受到温度的影响，在常温-10～40℃的条件下，温度每升高1℃对电阻值的影响相当于其水分含量增加0.1％，即0.1％(湿度)/℃，因此本发明采用温度补偿处理实现水分的精准测量。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电阻式水分仪的探测机构，包括弹片(1)，所述弹片(1)安装在电阻式水分仪的壳体(2)内，并且位于碾压模组的下方，其特征在于：所述弹片(1)设有两个，弹片(1)通过支架(3)安装在壳体(2)内，两个所述弹片(1)的一端固定在支架(3)上，另一端分别搭在碾压模组的两个传动轴(5)的端部，所述支架(3)上设有信号获取模组。
2.根据权利要求1所述的一种电阻式水分仪的探测机构，其特征在于：所述支架(3)上设有用于安装弹片(1)的卡槽(4)，所述弹片(1)的一端卡在卡槽(4)内，并通过螺栓紧固，另一端与传动轴(5)的端部接触。
3.根据权利要求2所述的电阻式水分仪的探测机构，其特征在于：所述弹片(1)呈Z字型。
4.根据权利要求3所述的一种电阻式水分仪的探测机构，其特征在于：所述弹片(1)在与传动轴(5)接触的一端呈拨叉状，弹片(1)的拨叉并排设置。
5.根据权利要求4所述的一种电阻式水分仪的探测机构，其特征在于：所述支架(3)通过螺钉固定在壳体(2)上，所述弹片(1)也通过螺钉固定安装在卡槽(4)内。
6.一种电阻式水分仪，其特征在于：具备权利要求1-5任一所述的探测机构。
7.根据权利要求6所述的一种电阻式水分仪，其特征在于：还包括控制模块，所述控制模块包括电机控制模块、温度采集模块、水分采样模块、主控模块；所述水分采集模块，用于采集目标区域待检测谷物的水分值；所述温度采集模块，用于采集所述待检测谷物所在环境的温度值；所述电机控制模块，用于控制电机的运行、以及对流经电机的电流值进行采样；所述主控模块，用于根据所述水分值、所述温度值和所述电流值进行融合，并获得所述待检测谷物的目标含水率。
8.根据权利要求7所述的一种电阻式水分仪，其特征在于，所述电机控制模块，包括：继电器电路、电机驱动电路和电流采样电路；
所述继电器电路，用于通过所述主控模块的电机驱动和停止引脚经第一三极管基极输入后，经所述第一三极管的集电极与继电器相连，以达到控制所述继电器的开关选择达到电机的启动和停止的目的；
所述电机驱动电路，用于通过所述主控模块motor_clw引脚与第二三极管的基极相连，并通过所述第二三极管的集电极与继电器相连，以驱动电机的启动；
所述电流采样电路，以所述电机的线圈电流为测试点motor_test，所述motor_test输入第一反向放大器的正向输入端，所述第一反向放大器的反向输入端接地；经所述第一反向放大器输出后与第二反向放大器的正向输入端相连，所述第二反向放大器的反向输入端与第一电阻、第二电阻相连并接地，并在所述第二反向放大器的输出端与所述第一电阻和所述第二电阻的节点相连；所述第二反向放大器的输出端与第三反向放大器的正向输入端相连，所述第三反相放大器的反向输入端与所述第三反相放大器的输出端相连，所述第三反相放大器的输出端与所述主控模块相连。
9.根据权利要求7所述的一种电阻式水分仪，其特征在于，所述水分采样模块，包括：水分传感器、开关模块和运放模块；
所述水分传感器的一端通过场效应管Q4与三极管Q5的集电极相连，所述三极管Q5的基极与所述主控模块相连，并通过电容与所述水分传感器的另一端相连，所述水分传感器的所述另一端通过电阻与所述开关模块的S1端相连，所述开关模块的S2端通过电阻与5V电压相连，其中，所述开关模块的型号为：DG419DY；
所述开关模块的输出端与所述运放模块相连，所述运放模块的输出端输入至第四反相放大器的正向输入端；所述第四反相放大器的反向输入端与所述第四反相放大器的正向输出端相连，所述第四反相放大器的输出端与所述主控模块相连。
10.根据权利要求7所述的一种电阻式水分分析仪，其特征在于，所述温度采集模块，包括：温度传感器、放大器；所述温度传感器用于采集所述待检测谷物所在环境的温度，并将所检测到的温度发送至所述放大器进行放大器，并发送至所述主控模块。
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