CN109540980B - 一种基于电容边缘效应的含水率测量传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于电容边缘效应的含水率测量传感装置，包括电容式测量探头、C/V转换电路板以及显示控制器，所述电容式测量探头包括基座、封盖和两个电极板，两个所述电极板呈八字形布置，所述封盖远离所述基座的一侧的侧面形成测量面，两个所述电极板之间形成电容，两个所述电极板分别与所述C/V转换电路板的对应连接端连接。通过让建筑材料流经或放置在电容式测量探头的测量面上，由于水和建筑材料等不同物质的介电系数不同，电容边缘效应的电容值会发生变化，利用C/V转换电路板将该电容值变化转换成电压变化并输出，可实现对建筑材料含水率的测量，由于可以对所有的建筑材料进行测量，测量准确度相对较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量装置，尤其是一种基于电容边缘效应的含水率测量传感装置。
背景技术
建筑材料的调配混合精度直接影响建筑物的质量，而建筑材料的含水率则会影响其调配混合精度，因此在对建筑材料进行调配混合时通常需要对建筑材料的含水率进行测量。
现有用于建筑材料含水率测量的装置通常采用基于电感的测量探头，其使用时需要采用取样测量或者插入式测量，然后建筑工地上的各类建筑材料(如砂土等)通常是成堆存放的，同一堆建筑材料中不同位置的含水率差异较大(即存在含水量不均的情况)，取样测量或者插入式测量所获得的测量结果普遍具有重复性低、取样不均、线性度差等缺点，测量准确度相对较低。
有鉴于此，本申请人对用于建筑材料含水率测量的装置进行深入的研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量准确度相对较高的基于电容边缘效应的含水率测量传感装置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于电容边缘效应的含水率测量传感装置，包括电容式测量探头、与所述电容式测量探头连接的C/V转换电路板以及与所述C/V转换电路板连接的显示控制器，所述电容式测量探头包括基座、覆盖在所述基座上的封盖和两个分别固定连接在所述基座和所述封盖之间的电极板，两个所述电极板呈八字形布置，两个所述电极板相向的一侧的侧边相互平行布置，且两个所述电极板相向的一侧的侧边所在的平面与所述封盖远离所述基座的一侧的侧面平行布置，两个所述电极板相向的一侧与所述封盖远离所述基座的一侧的侧面之间的间距大于两个所述电极板相背的一侧与所述封盖远离所述基座的一侧的侧面之间的间距，所述封盖远离所述基座的一侧的侧面形成测量面，两个所述电极板之间形成电容，两个所述电极板分别与所述C/V转换电路板的对应连接端连接。
作为本发明的一种改进，所述电极板为铝板，所述基座为塑料基座。
作为本发明的一种改进，各所述电极板分别与所述基座通过螺栓固定连接。
作为本发明的一种改进，各所述电极板和所述基座之间还通过对应的所述螺栓固定连接有金属条，所述C/V转换电路通过与对应的所述金属条连接实现与对应的所述电极板连接。
作为本发明的一种改进，所述C/V转换电路板包括CAV444接口集成电路。
作为本发明的一种改进，所述C/V转换电路固定连接在所述基座远离所述封盖的一侧上。
作为本发明的一种改进，所述显示控制器包括用于进行数模转换的PLC控制芯片和与所述PLC控制芯片连接的显示屏或触摸屏。
作为本发明的一种改进，还包括手持终端，所述显示控制器还包括与所述PC控制芯片连接的通讯模块，所述手持终端和所述通讯模块无线通讯连接。
作为本发明的一种改进，所述电极板为铝板，所述底座为塑料底座。
作为本发明的一种改进，所述电容式测量探头和/或所述电极板上套设有耐磨陶瓷保护壳或塑料保护壳。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1、通过让建筑材料流经或放置在电容式测量探头的测量面上，由于水和建筑材料等不同物质的介电系数不同，电容边缘效应的电容值会发生变化，利用C/V转换电路板将该电容值变化转换成电压变化并输出，可实现对建筑材料含水率的测量，由于可以对所有的建筑材料进行测量，测量准确度相对较高。
2、通过将两个电极板呈八字形布置，有利于提高测量精度、减小环境误差。
3、通过设置金属条，缩短了连接处理芯片与极板间导线的长度，有效避免了寄生电容、提高精度。
4、可实现建筑材料含水率的连续在线测量。
附图说明
图1为本发明电容式测量探头的分解结构示意图；
图2为本发明C/V转换电路板的电路图。
图中省略部分零部件，且图中对应标示如下：
10-基座； 20-电极板；
30-封盖。
具体实施方式
下面结合附图和体实施例对本发明做进一步的说明。
本实施例提供的基于电容边缘效应的含水率测量传感装置，包括电容式测量探头、与电容式测量探头连接的C/V转换电路板以及与C/V转换电路板连接的显示控制器，其中，电容式测量探头与C/V转换电路板或者C/V转换电路板与显示控制器最好设置成一体式结构，便于携带和安装。
如图1所示，电容式测量探头包括基座10、覆盖在基座10上的封盖30和两个分别固定连接在基座10和封盖30之间的电极板20，其中，基座10和封盖30相互盖合和形成一个长宽高依次为185mm、80mm和20mm的立方体，该立方体外最好套设耐磨陶瓷保护壳或塑料保护壳，由于电极板20位于立方体的内部，也即是电容式测量探头外最好套设耐磨陶瓷保护壳或塑料保护壳。两个电极板20呈八字形布置，两个电极板20相向的一侧的侧边相互平行布置，且两个电极板20相向的一侧的侧边所在的平面与封盖30远离基座10的一侧的侧面平行布置，同时两个电极板20相向的一侧与封盖30远离基座10的一侧的侧面之间的间距大于两个电极板20相背的一侧与封盖30远离基座10的一侧的侧面之间的间距，封盖30远离基座10的一侧的侧面形成测量面，两个电极板20之间形成电容，即利用两个相对的电极板20的长边的边缘效应构成测量电容系统，在保证测量精度的同时尽可能的减少了磨损。两个电极板20最好都为铝板，且两者的尺寸规格都完全相同，具体在本实施例中，两个电极板20都为长70mm、宽50mm、高3mm的方形铝板，且两个电极板20的其中一个长边相对布置，两者之间的间距为4.6cm。优选的，底座10为塑料基座，这样有利于减少外部干扰及磨损。
优选的，电极板20上套设有陶瓷保护壳(图中未示出)，避免电极板20磨损影响测量精度。具体的，电极板20边缘由于电容极板的特性存在边缘效应的电容，且电容曲线与电磁场线类似，是由近及远由密到疏的曲线，因此封装于电极板外的陶瓷保护壳并不会影响对待测物电容的测量。
优选的，各电极板20分别与基座10通过螺栓固定连接，且基座10上开设有用于放置电极板20的放置槽，此外，各电极板20和基座10之间还通过对应的螺栓固定连接有金属条，C/V转换电路固定连接在基座10远离封盖30的一侧上，且C/V转换电路通过与对应的金属条连接实现与对应的电极板20之间的连接。这样，C/V转换电路可与电极板20一起进行封装，并被一起包覆在对应的耐磨陶瓷保护壳或塑料保护壳(即套设在电容式测量探头外的耐磨陶瓷保护壳或塑料保护壳)，形成一体式结构设计。
以测量建筑材料的含水率为例，使用时，将电容式测量探头安装在搅拌机等建筑材料的调配设备的进料口或出料口，使得建筑材料流入调配设备的进料口或从调配设备的出料口流出的同时会流经电容式测量探头的测量面，由于不同物质的介电常数不同，电容边缘效应的电容值会发生变化，以此实现对建筑材料含水率的测量。在测量过程中，作为被测对象的建筑材料无需与电极板20接触，有效减少电极板磨损，提高使用寿命和测量准确度，且所实现的是动态、实时的测量。
C/V转换电路板可以为常规的电路板，只要能够将电容式测量探头电容信号转换为与之成线性关系的电压信号即可。优选的，如图2所示，在本实施例中，C/V转换电路板包括CAV444接口集成电路，即本实施例中的C/V转换电路板上的电路为基于CAV444接口集成电路设计的电容电压转换电路，CAV444是一种可测量多种电容式传感器信号的线性转换比例电压输出的接口集成电路，它同时具有信号采集、处理和差分电压输出功能，同时还有一个内置的温度传感器，是一种高精度、高灵敏度的电路，该电路处理得到的输出电压与待测电容成线性关系，有助于提高测量准确度。当然，两个电极板分别与C/V转换电路板的对应连接端连接，以便将获得的电容信号传递给C/V转换电路板，两者之间具体的连接方式为常规的方式，此处不再详述。需要说明的是，本实例中的C/V转换电路板可通过调节C/V转换电路板上相应元器件，达到转换电路输出最优。
显示控制器也可以为常规的显示控制装置，只要能够接受C/V转换电路板的输出电压并转化为可直观识别的数字信号或图表信息即可。优选的，在本实施例中，显示控制器包括用于进行数模转换的PLC控制芯片和与PLC控制芯片连接的显示屏或触摸屏，显示屏或触摸屏上直接显示含水率百分比或相应数值。当选择触摸屏时，可直接在触摸屏的设置界面进行系数的更改，有效降低环境因素对测量结果的影响，实现高精度测量。当然，PLC控制芯片以及显示屏或触摸屏都可以直接从市场上购买获得。此外，在本实施例中，显示控制器与C/V转换电路板采用常规的方式无线通讯连接。
此外，本实施例提供的含水率测量检测装置还包括手持终端，显示控制器还包括与PC控制芯片连接的通讯模块，手持终端和通讯模块无线通讯连接，这样便于技术人员及时根据所获得的建筑材料的含水率信息调节添加的水量，实现了系统高集中、体积小、观察方便等特点。
上面结合具体实施例对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，例如将上述实施例中的陶瓷保护壳变更为其他绝缘耐磨材料制成的保护壳等，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于电容边缘效应的含水率测量传感装置，其特征在于，包括电容式测量探头、与所述电容式测量探头连接的C/V转换电路板以及与所述C/V转换电路板连接的显示控制器，所述电容式测量探头包括基座、覆盖在所述基座上的封盖和两个分别固定连接在所述基座和所述封盖之间的电极板，两个所述电极板呈八字形布置，两个所述电极板相向的一侧的侧边相互平行布置，且两个所述电极板相向的一侧的侧边所在的平面与所述封盖远离所述基座的一侧的侧面平行布置，两个所述电极板相向的一侧与所述封盖远离所述基座的一侧的侧面之间的间距大于两个所述电极板相背的一侧与所述封盖远离所述基座的一侧的侧面之间的间距，所述封盖远离所述基座的一侧的侧面形成测量面，两个所述电极板之间形成电容，两个所述电极板分别与所述C/V转换电路板的对应连接端连接。
2.如权利要求1所述的基于电容边缘效应的含水率测量传感装置，其特征在于，所述电极板为铝板，所述基座为塑料基座。
3.如权利要求1所述的基于电容边缘效应的含水率测量传感装置，其特征在于，各所述电极板分别与所述基座通过螺栓固定连接。
4.如权利要求3所述的基于电容边缘效应的含水率测量传感装置，其特征在于，各所述电极板和所述基座之间还通过对应的所述螺栓固定连接有金属条，所述C/V转换电路通过与对应的所述金属条连接实现与对应的所述电极板连接。
5.如权利要求1所述的基于电容边缘效应的含水率测量传感装置，其特征在于，所述C/V转换电路板包括CAV444接口集成电路。
6.如权利要求4所述的基于电容边缘效应的含水率测量传感装置，其特征在于，所述C/V转换电路固定连接在所述基座远离所述封盖的一侧上。
7.如权利要求1所述的基于电容边缘效应的含水率测量传感装置，其特征在于，所述显示控制器包括用于进行数模转换的PLC控制芯片和与所述PLC控制芯片连接的显示屏或触摸屏。
8.如权利要求7所述的基于电容边缘效应的含水率测量传感装置，其特征在于，还包括手持终端，所述显示控制器还包括与所述PLC控制芯片连接的通讯模块，所述手持终端和所述通讯模块无线通讯连接。
9.如权利要求1所述的基于电容边缘效应的含水率测量传感装置，其特征在于，所述电容式测量探头和/或所述电极板上套设有耐磨陶瓷保护壳或塑料保护壳。
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