CN108120745A - 一种塑料颗粒水分传感器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑料颗粒水分传感器，包括：用于向塑料颗粒发送恒压信号的信号发射单元；用于采集交流电流信号的信号采集单元；用于将交流电流信号转化为交流电压信号的信号转换单元；用于接收交流电压信号并将其处理为直流电压信号的检波电路；用于将直流电压信号进行放大的运算放大电路；用于将放大后的直流电压信号进行转换并输出的压控恒流源电路。本发明还公开了塑料颗粒水分传感器对塑料颗粒的水分进行检测的方法。本发明提供的塑料颗粒水分传感器克服了外界设备的干扰，并通过检波技术将塑料颗粒水分引起的交流电压信号转变为直流电压信号，从而实现了电流信号输出，通过电流值确定塑料颗粒的含水量，结构简单、操作简捷、成本低。

Description

一种塑料颗粒水分传感器及检测方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，更具体地说，本发明涉及一种对塑料颗粒的水分进行检测的塑料颗粒水分传感器。

背景技术

塑料颗粒是许多生产塑料制品和加工企业的原料，在生产产品时需要检测来料的水分含量，以便技术和生产部门通过水分数据进行生产的调整。车间通过采取可行的措施和方案，生产出符合国家标准和要求的产品。塑料颗粒的含水量在0.03％-0.5％范围，不同的塑料颗粒原料含水量也不尽相同。目前，采用塑胶颗粒水分测定仪对塑料制品和加工企业的原料进行水分测试，但操作复杂，成本较高，可靠性不够好，且不能实现在线测控，不利于推广使用。导致国内行业以汽车制造为突出实例，注塑工艺水平始终赶不上国外先进水平。传统的称重测量法测量塑料颗粒的水分存在着测量的精度和准确度不符合要求的缺陷，不能满足使用需求。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供了一种塑料颗粒水分传感器，其结构简单新颖，操作简单，成本低廉，能够有效的避免外界干扰，保证了塑料颗粒水分测量的准确性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种塑料颗粒水分传感器，包括：

用于发射工作信号并向塑料颗粒发送恒压信号的信号发射单元；

用于接收所述工作信号并采集交流电流信号的信号采集单元；

用于将所述交流电流信号转化为交流电压信号的信号转换单元；

用于接收所述交流电压信号并将其处理为直流电压信号的检波电路；

用于将所述直流电压信号进行放大的运算放大电路；

用于将放大后的直流电压信号转换为标准模拟电流信号与485信号并输出的压控恒流源电路。

优选的是，所述的塑料颗粒水分传感器，所述信号发射单元为方波发生器。

优选的是，所述的塑料颗粒水分传感器，所述信号采集单元包括与所述方波发生器的发射端连接的前段电极和与所述前段电极连接的第二绝缘隔离段。

优选的是，所述的塑料颗粒水分传感器，所述信号转换单元包括：

规划电阻，其与所述前段电极并联连接；

后段电极，其与所述第二绝缘隔离段的输出端连接；

接地电阻，其与所述后段电极并联连接。

本发明以塑料颗粒样品的含水量和输出电流值为标准，当检测不同含水量的塑料颗粒时，由于塑料颗粒的水分变化引起电导率发生变化，前段电极将采集到的交流电流信号经过规划电阻的规范化后反馈至后段电极的接地电阻，从而产生交流电压的变化，变化后的交流电压被检波电路、运算放大电路和压控恒流源电路处理后输出一模拟信号，通过将模拟信号转换为电流值从而实现对测量的塑料颗粒含水量的确定。

优选的是，所述的塑料颗粒水分传感器，还包括：

变送器盒，其具有输出线接口；

变送器板，其置于所述变送器盒内，并用于固定所述方波发生器、所述检波电路、所述运算放大电路以及所述压控恒流源电路；

信号输出线，其与所述压控恒流源电路的输出端连接，并穿过所述输出线接口以延伸出所述变送器盒；

连接法兰，其可拆卸固定在所述变送器盒的外侧壁；

不锈钢连接管，其一端与所述连接法兰连接；

第一螺纹管，其部分从所述不锈钢连接管的另一端嵌入所述不锈钢连接管的空腔内；

第一绝缘隔离段，其一端与所述第一螺纹管的剩余部分螺纹连接；

第二螺纹管，其部分从所述第一绝缘隔离段的另一端嵌入所述第一绝缘隔离段的空腔内，所述第二螺纹管的剩余部分与所述后段电极的一端螺纹连接；

第三螺纹管，其部分嵌入所述后段电极的另一端，且剩余部分与所述第二绝缘隔离段的一端连接；

第四螺纹管，其部分从所述第二绝缘隔离段的另一端嵌入所述第二绝缘隔离段的空腔内，所述第四螺纹管的剩余部分与所述前段电极连接，所述前段电极与所述第四螺纹管相连接的一端开设有向另一端延伸的通道；

内螺纹管，其置于所述第二绝缘隔离段内，并分别与所述第三螺纹管和所述第四螺纹管连接；

其中，所述变送器盒的外侧壁与所述连接法兰连接的位置开设有通过孔，且所述前段电极的通道与所述不锈钢连接管的空腔、所述第一螺纹管的空腔、所述第一绝缘隔离段的空腔、所述第二螺纹管的空腔、所述后段电极的空腔、所述第三螺纹管的空腔、所述第二绝缘隔离段的空腔、所述内螺纹管的空腔以及所述第四螺纹管的空腔连通后形成一线槽通道，所述线槽通道内容置有用于连接所述后段电极与所述变送器板和用于连接所述前段电极与所述变送器板的电极连线。

优选的是，所述的塑料颗粒水分传感器，所述第一螺纹管接有接地零线。

优选的是，所述的塑料颗粒水分传感器，所述第一绝缘隔离段与所述第二绝缘隔离段的长度相同。

本发明还公开了一种塑料颗粒水分传感器对塑料颗粒的水分进行检测的方法，包括以下步骤：

步骤一、将所述信号采集单元接触塑料颗粒；

步骤二、开启所述信号发射单元，所述信号发射单元向所述塑料颗粒发送恒压信号并向所述信号采集单元发射工作信号；所述信号采集单元接收所述工作信号并采集交流电流信号，并将所述交流电流信号发送至信号转换单元；

步骤三、所述信号转换单元将所述交流电流信号转化为交流电压信号，并将所述交流电压信号发送至所述检波电路；

步骤四、所述检波电路将所述交流电压信号处理为直流电压信号，并使用运算放大电路对所述直流电压信号进行放大，所述压控恒流源电路将放大后的直流电压信号转换为标准模拟电流信号与485信号后输出，并使用显示器显示电流值。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明提供的塑料颗粒水分传感器通过方波发生器、前段电极、后段电极、规划电阻、接地电阻以及检波电路的结合，实现了输出待测量的塑料颗粒的含水量所产生的电流值，并通过电流显示器显示电流值计算得到塑料颗粒的含水量，保证了测量结果的准确性。

2、本发明提供的塑料颗粒水分传感器通过第一绝缘隔离段、第二绝缘隔离段以及接地设置避免了外界对设备的干扰，保证了测量结果的准确性。

3、本发明提供的塑料颗粒水分传感器结构简单且新颖、安装维护方便、操作简捷、成本低廉、携带方便、维护简单、安装和维护简单、可靠性好、便于推广使用、填补了行业的空白。

4、本发明提供的塑料颗粒水分传感器测量精度高、响应速度快、数据传输效率高、性能可靠、能够确保正常工作，适用于替代传统的称量法，应用简便，结构设计合理，且不锈钢材质保证了使用寿命。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的塑料颗粒水分传感器的结构示意图。

图2为本发明所述的塑料颗粒水分传感器的内部结构示意图。

图3为本发明所述的塑料颗粒水分传感器的内部走线示意图。

图4为本发明所述的塑料颗粒水分传感器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1～图4所示，本发明公开了一种塑料颗粒水分传感器，包括：

用于发射工作信号并向塑料颗粒发送恒压信号的信号发射单元；

用于接收所述工作信号并采集交流电流信号的信号采集单元；

用于将所述交流电流信号转化为交流电压信号的信号转换单元；

用于接收所述交流电压信号并将其处理为直流电压信号的检波电路；

用于将所述直流电压信号进行放大的运算放大电路；

用于将放大后的直流电压信号转换为标准模拟电流信号与485信号并输出的压控恒流源电路。

其中，信号发射单元为方波发生器。

信号采集单元包括与所述方波发生器的发射端连接的前段电极15和与所述前段电极15连接的第二绝缘隔离段13。

信号转换单元包括：规划电阻，其与所述前段电极15并联连接；后段电极11，其与所述第二绝缘隔离段13的输出端连接；接地电阻，其与所述后段电极11并联连接。

本发明以塑料颗粒样品的含水量和输出电流值为标准，方波发生器将产生的恒压信号传递至前段电极15接触的塑料颗粒，当检测不同含水量的塑料颗粒时，由于塑料颗粒的水分变化引起电导率发生变化，前段电极15和第二绝缘隔离段13将采集到的塑料颗粒的交流电流信号，与前段电极15并联的规划电阻保证共模输入信号基准电位，经过基准后的信号反馈至与后段电极11并联的接地电阻，接地电阻将其转变为交流电压信号后反馈至检波电路，检波电路将交流电压信号处理成直流电压信号，再经过运算放大电路高倍数放大后，经压控恒流源电路输出电流信号，并借助显示装置显示传输的电流值，规定电流值的范围为4～20mA。

本发明的传感器测量的电流值与重比含水率之间的关系为：

重比含水率(W)＝(A-4.7)/32％A-实测电流值。

作为本发明的一个最佳的实施例，本发明提供的塑料颗粒水分传感器，还包括：

变送器盒1，其用于容置所述方波发生器，并具有输出线接口3；

变送器板4，其固定在所述变送器盒1内，并用于固定所述检波电路、所述运算放大电路、所述压控恒流源电路和所述接地电阻；

信号输出线5，其与所述压控恒流源电路连接，并穿过所述输出线接口3以延伸出所述变送器盒1；

连接法兰6，其可拆卸固定在所述变送器盒1的外侧壁；

不锈钢连接管7，其一端与所述连接法兰6连接；

第一螺纹管8，其部分从所述不锈钢连接管7的另一端嵌入所述不锈钢连接管7的空腔内；

第一绝缘隔离段9，其一端与所述第一螺纹管8的剩余部分螺纹连接；

第二螺纹管10，其部分从所述第一绝缘隔离段9的另一端嵌入所述第一绝缘隔离段9的空腔内，第二螺纹管10的剩余部分与后段电极11螺纹连接；

第三螺纹管12，其部分嵌入所述后段电极11的另一端，且剩余部分第二绝缘隔离段13的一端螺纹连接；

第四螺纹管14，其部分从所述第二绝缘隔离段13的另一端嵌入所述第二绝缘隔离段13的空腔内，第四螺纹管14的剩余部分与前段电极15螺纹连接，前段电极15与第四螺纹管14连接的一端开设有向另一端延伸的通道；

内螺纹管16，其置于所述第二绝缘隔离段13内，并分别与所述第三螺纹管12和所述第四螺纹管14连接；

其中，所述变送器盒1的外侧壁与所述连接法兰6连接的位置开设有通过孔，且所述前段电极15的通道与所述不锈钢连接管7的空腔、所述第一螺纹管8的空腔、所述第一绝缘隔离段9的空腔、所述第二螺纹管10的空腔、所述后段电极11的空腔、所述第三螺纹管12的空腔、所述第二绝缘隔离段13的空腔、所述内螺纹管16的空腔以及所述第四螺纹管14的空腔连通后形成一线槽通道20，所述线槽通道20内容置有用于连接所述后段电极11与所述变送器板4和用于连接所述前段电极15与所述变送器板4的电极连线18。

并且，第一螺纹管8接有导线19于220v交流大地相连。第一绝缘隔离段9与第二绝缘隔离段13的长度相同。

本发明中的塑料颗粒水分传感器用于测量塑料颗粒的水分，具有卓越的耐温性、耐湿性，可以在-20-200℃较宽的温度范围内，保证高精度，高稳定性、优越的可重复性。最广泛的应用于塑粒物料/介质的重比含水率的在线检测。并保证塑粒物料重比含水率在饱和范围内输出标准线性化信号。可广泛用于对胶体物料或者无孔物料进行水分测试，并且可对多层次的物料的是水分进行测量。尤其广泛用于塑料水分测量.对于这些行业的产品烘干、存储等生产活动含水率在线测量都具有重要的作用与优点。

本发明的塑料颗粒水分传感器的测量精度为±0.02％，响应时间<1秒。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种塑料颗粒水分传感器，其特征在于，包括：

用于发射工作信号并向塑料颗粒发送恒压信号的信号发射单元；

用于接收所述工作信号并采集交流电流信号的信号采集单元；

用于将所述交流电流信号转化为交流电压信号的信号转换单元；

用于接收所述交流电压信号并将其处理为直流电压信号的检波电路；

用于将所述直流电压信号进行放大的运算放大电路；

用于将放大后的直流电压信号转换为标准模拟电流信号与485信号并输出的压控恒流源电路。

2.根据权利要求1所述的一种塑料颗粒水分传感器，其特征在于，所述信号发射单元为方波发生器。

3.根据权利要求2所述的一种塑料颗粒水分传感器，其特征在于，所述信号采集单元包括与所述方波发生器的发射端连接的前段电极和与所述前段电极连接的第二绝缘隔离段。

4.根据权利要求3所述的一种塑料颗粒水分传感器，其特征在于，所述信号转换单元包括：

规划电阻，其与所述前段电极并联连接；

后段电极，其与所述第二绝缘隔离段的输出端连接；

接地电阻，其与所述后段电极并联连接。

5.根据权利要求4所述的一种塑料颗粒水分传感器，其特征在于，还包括：

变送器盒，其具有输出线接口；

变送器板，其置于所述变送器内，并用于固定所述方波发生器、所述检波电路、所述运算放大电路以及所述压控恒流源电路；

信号输出线，其与所述压控恒流源电路的输出端连接，并穿过所述输出线接口以延伸出所述变送器盒；

连接法兰，其可拆卸固定在所述变送器盒的外侧壁；

不锈钢连接管，其一端与所述连接法兰连接；

第一螺纹管，其部分从所述不锈钢连接管的另一端嵌入所述不锈钢连接管的空腔内；

第一绝缘隔离段，其一端与所述第一螺纹管的剩余部分螺纹连接；

第二螺纹管，其部分从所述第一绝缘隔离段的另一端嵌入所述第一绝缘隔离段的空腔内，所述第二螺纹管的剩余部分与所述后段电极的一端螺纹连接；

第三螺纹管，其部分嵌入所述后段电极的另一端，且剩余部分与所述第二绝缘隔离段的一端连接；

第四螺纹管，其部分从所述第二绝缘隔离段的另一端嵌入所述第二绝缘隔离段的空腔内，所述第四螺纹管的剩余部分与所述前段电极连接，所述前段电极与所述第四螺纹管相连接的一端开设有向另一端延伸的通道；

内螺纹管，其置于所述第二绝缘隔离段内，并分别与所述第三螺纹管和所述第四螺纹管连接；

其中，所述变送器盒的外侧壁与所述连接法兰连接的位置开设有通过孔，且所述前段电极的通道与所述不锈钢连接管的空腔、所述第一螺纹管的空腔、所述第一绝缘隔离段的空腔、所述第二螺纹管的空腔、所述后段电极的空腔、所述第三螺纹管的空腔、所述第二绝缘隔离段的空腔、所述内螺纹管的空腔以及所述第四螺纹管的空腔连通后形成一线槽通道，所述线槽通道内容置有用于连接所述后段电极与所述变送器板和用于连接所述前段电极与所述变送器板的电极连线。

6.根据权利要求5所述的一种塑料颗粒水分传感器，其特征在于，所述第一螺纹管接有接地零线。

7.根据权利要求5所述的一种塑料颗粒水分传感器，其特征在于，所述第一绝缘隔离段与所述第二绝缘隔离段的长度相同。

8.一种根据权利要求1～7任意一项所述的塑料颗粒水分传感器对塑料颗粒的水分进行检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将所述信号采集单元接触塑料颗粒；

步骤二、开启所述信号发射单元，所述信号发射单元向所述塑料颗粒发送恒压信号并向所述信号采集单元发射工作信号；所述信号采集单元接收所述工作信号并采集交流电流信号，并将所述交流电流信号发送至信号转换单元；

步骤三、所述信号转换单元将所述交流电流信号转化为交流电压信号，并将所述交流电压信号发送至所述检波电路；

步骤四、所述检波电路将所述交流电压信号处理为直流电压信号，并使用运算放大电路对所述直流电压信号进行放大，所述压控恒流源电路将放大后的直流电压信号转换为标准模拟电流信号与485信号后输出，并使用显示器显示电流值。