CN109900587A - 一种具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及含水量测量装置，一种具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，包括样品驱动盛放装置，其具有样品台，该样品台上具有阵列式排布的至少两个样品盛放位；产生装置，其包括针电极座、若干组安装在针电极座上的针电极、以及平面电极，所述针电极座设置在样品盛放位顶部，平面电极设置在样品盛放位下方，针电极和平面电极配合产生加速被测热敏物质水份散失的电场；称重器具，其包括计量主体和称量位；样品移动装置，其置于第一电场屏蔽壳体内并可将单个样品移动到称量秤盘上；电场屏蔽结构，其位于电场产生装置和计量主体之间，以对计量主体屏蔽电场。本装置可对热敏物质测量含水量，并可在同时测试多个样品，并自动完成测试。

Description

一种具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置

技术领域

本发明涉及含水量测量装置，特别通过电场加速被测物水份散失的装置。

背景技术

现实的社会生产实践中，物质的含水量是非常重要的技术指标，需要准确、快速、方便的对其进行测量。目前，测量物质的含水量的方法及仪器有很多，而专门针对热敏类物质进行含水量测量的装置或仪器却很少，尤其是能够针对热敏类物质，在不升温、不减压条件下，自动进行多样品同时批量测量含水量的装置或仪器更少。使用比较普及、技术要求不高、应用范围比较广的测量含水量的方法或仪器主要有三大类：失重方法类，化学方法类，光学、电学方法类。各类方法都有其特定的适用范围和特点，同时又有其一定的局限性。下面简要的进行分析阐述。

1.失重方法类

此类方法就是通过对一定质量的被测热敏物质进行加温烘干，使其中所含水分在一定的标准下完全蒸发流失，通过对蒸发流失水分前、后的质量测量对比即可确定该物质的含水量。

此类方法又可细分为常压下加温烘干法及减压下加温烘干法，以及把常压下加温烘干与自动称重系统集成在一起的水分测量仪。

此类方法存在的主要问题是：

1.1测量周期长。

1.2称重过程需要先将被测热敏物质加温至所需温度一定时间后再冷却至室温，然后再称重。此过程可能要重复进行几次，费时费事(把常压下加温烘干与自动称重系统集成在一起的水分测量仪除外)。

1.3对受热温度不能大于100℃的热敏类物质无能为力。把加温烘干与自动称重系统集成在一起的水分测量仪也存在同样的问题。(减压下加温烘干除外)。

2.化学方法类需要一定的化学实验条件及相应的专业技术，普及应用受到一定程度的限制。

3.光学类、电学方法类存在的主要问题或是设备成本偏高，或是测量效率及准确度受使用环境影响比较大(如温、湿度，空气压力，电磁干扰)。普及应用同样受到一定程度的限制。

4.在物质含水量测量领域，特别需要使用简单，测量速度快，可对允许受热温度小于100℃的热敏类物质进行含水量测量，适于普及应用的含水量测量的方法及仪器。

5.对热敏类物质，在不升温、不减压条件下，能够自动进行多样品同时批量测量含水量的仪器很少，而社会需求却在不断增长。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，该装置可对热敏物质测量含水量，并可在同时测试多个样品，并自动完成测试。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，其特征在于：包括

样品驱动盛放装置，其具有样品台，该样品台上具有阵列式排布的至少两个样品盛放位；

电场产生装置，其包括针电极座、若干组安装在针电极座上的针电极、以及平面电极，所述针电极座设置在样品盛放位顶部，且针电极朝下正对样品盛放位上方，所述平面电极设置在样品盛放位下方，所述针电极和平面电极配合产生加速被测热敏物质水份散失的电场；

称重器具，称重器具包括计量主体和称量位；

样品移动装置，其置于第一电场屏蔽壳体内并可将单个样品移动到称量秤盘上；

电场屏蔽结构，其位于电场产生装置和计量主体之间，以对计量主体屏蔽电场。

作为优选的，所述称重器具为电子天平，该电子天平包括计量主体、称量秤盘、以及连接计量主体和称量秤盘的秤盘连杆，所述电场屏蔽结构具有孔洞，所述秤盘连杆穿过所述孔洞。

作为优选的，所述电场屏蔽结构为由金属材料制成的第一电场屏蔽壳体，电场产生装置置于第一电场屏蔽壳体内，第一电场屏蔽壳体接大地，所述电场发生装置和称量秤盘在第一电场屏蔽壳体内，计量主体设置在第一电场屏蔽壳体外；第一电场屏蔽壳体上具有通风管路，该通风管路与第一电场屏蔽壳体外部环境连通并引入外部环境空气排出第一电场屏蔽壳体内潮湿空气。

作为优选的，所述电场屏蔽结构为第二电场屏蔽壳体，所述计量主体设置在第二电场屏蔽壳体内。

作为优选的，所述样品台成环型，所述样品台中心设有用于承托样品台旋转的样品台空心轴，样品驱动盛放装置还包括用于驱动样品台转动的定角转动驱动器。

作为优选的，所述样品台空心轴为金属轴并与第一电场屏蔽壳体电连接，所述样品台空心轴垂向延伸并分隔平面电极和孔洞，以避免电场干扰计量主体称量精度。

作为优选的，所述样品盛放位设有盛放样品的容器，所述样品移动装置包括水平直线移动机构和垂向移动机构，所述垂向移动机构的移动端上设有用于抓取盛放样品容器的起落架，且起落架、样品抓取位和称量秤盘在同一直线上排列；所述容器为顶部开口向外延伸的杯状体，所述起落架为主体水平延伸的管状结构，且起落架朝向样品抓取位一侧敞开，起落架底部设有开口，该开口的宽度大于杯状体主体的宽度，开口的宽度小于杯状体杯口外延边缘的宽度。

作为优选的，所述样品台上具有六个样品盛放位，每一所述样品盛放位上均设有用于限制容器位置的限位格挡。

作为优选的，所述第一电场屏蔽壳体内部还具有针座升降器，所述针电极座安装在针座升降器的升降端，针座升降器的升降端可带动针电极座垂向位移，以调整针电极的垂向位置。

作为优选的，所述通风管路包括进风管和引风管，所述引风管上设有主动将第一电场屏蔽壳体内气体排出的引风机；所述进风管设置在第一电场屏蔽壳体侧壁的底部；所述引风管设置在第一电场屏蔽壳体顶部；所述进风管为弯折管，进风管的进气口朝下设置。

使用本发明的有益效果是：

1、本装置通过针电极和平面电极形成电场并形成电场风，电场风加速被测热敏物质内水份电荷偏移聚集，通过电场的作用使得被测热敏物质内的水份加速散失，本装置通过电场生产装置替代传统的红外加热装置，使得被测热敏物质水份加速散失，但温度并不升高。

2、本装置通过样品驱动盛放装置和样品移动装置设置多个样品放置位，通过样品移动装置可将样品逐一的移动到称量秤盘上，可一次测试多个热敏物质。

3、本装置优化将落架、样品抓取位和称量秤盘在同一直线上排列，使得样品移动装置设计简化，算法优化，移动机构结构简化，使得样品移动装置动作快捷、生产成本降低、结构简单可靠、后期维护成本低廉。

附图说明

图1为本发明具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置的俯视结构示意图。

图2为图1中沿A-A方向的剖视图。

图3为本发明具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置的电路原理图。

图4为本发明具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置的处理芯片示意图。

图5为本发明具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置另一实施例的结构示意图。

附图标记包括：

100-第一电场屏蔽壳体，110-引风管，120-引风机，130-进风管，210-针座升降器，220-针电极座，230-针电极，240-平面电极，300-计量主体，310-称量秤盘，410-样品台空心轴，420-样品台，421-限位格挡，430-容器，440-定角转动驱动器，510-立柱，520-横梁，530-三维输出体，540-起落架，600-控制器，700-高压直流电源，800-第二电场屏蔽壳体。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

实施例1

如图1-图4所示，本实施例提供一种具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，包括包括由金属材料制成的第一电场屏蔽壳体100、电场产生装置、电子天平、样品驱动盛放装置和样品移动装置，其中第一电场屏蔽壳体100接大地，第一电场屏蔽壳体100上具有通风管路，该通风管路与第一电场屏蔽壳体100外部环境连通并引入外部环境空气排出第一电场屏蔽壳体100内潮湿空气；计量主体300置于第一电场屏蔽壳体100下方，计量主体300的称量端通过秤盘连杆连接称量秤盘310，第一电场屏蔽壳体100底部具有孔洞，秤盘连杆通过孔洞延伸到第一电场屏蔽壳体100内；样品驱动盛放装置具有样品台420，该样品台420上具有环形阵列式排布的至少两个样品盛放位；样品移动装置置于第一电场屏蔽壳体100内并可将单个样品移动到称量秤盘310上；电场产生装置包括针电极座220、安装在针电极座220上的针电极230、以及平面电极240，针电极座220设置在样品盛放位顶部，且针电极230朝下正对样品盛放位上方，平面电极240设置在样品盛放位下方，针电极230和平面电极240配合产生加速被测热敏物质水份散失的电场。

本实施例中，称重器具为电子天平，该电子天平包括计量主体300、称量秤盘310、以及连接计量主体300和称量秤盘310的秤盘连杆，第一电场屏蔽壳体100具有孔洞，秤盘连杆310穿过所述孔洞。

本装置通过针电极230和平面电极240形成电场并形成电场风，电场风加速被测热敏物质内水份电荷偏移聚集，通过电场的作用使得被测热敏物质内的水份加速散失，本装置通过电场生产装置替代传统的红外加热装置，使得被测热敏物质水份加速散失，但温度并不升高。本装置通过样品驱动盛放装置和样品移动装置设置多个样品放置位，通过样品移动装置可将样品逐一的移动到称量秤盘310上，可一次测试多个热敏物质。

样品台420成环型饼状，样品台420中心设有用于承托样品台420旋转的样品台空心轴410，样品驱动盛放装置还包括用于驱动样品台420转动的定角转动驱动器440。

作为优选的，样品台空心轴410为金属轴并与第一电场屏蔽壳体100电连接，样品台空心轴410垂向延伸并分隔平面电极240和孔洞，以避免电场干扰计量主体300称量精度。

定角转动驱动器440的驱动装置为步进电机。例如本装置中，定角转动驱动器440可以为步进电机驱动的驱动齿轮，样品台420外环面具有与驱动齿轮匹配的齿，两者啮合传动。类似的，可以通过步进电机驱动皮带传动的方式带动样品台420转动。

另外，立柱510和横梁520组成样品移动装置的移动基座，立柱510固定不动，横梁520可在立柱510之间平移，即X向移动；三维输出体530可跟横梁520X向移动；起落架540可垂向移动，即Z向移动，调整抓取容器430的垂向位置。

样品盛放位设有盛放样品的容器430，样品移动装置包括水平直线移动机构和垂向移动机构，垂向移动机构的移动端上设有用于抓取盛放样品容器430的起落架540，且起落架540、样品抓取位和称量秤盘310在同一直线上排列。本装置优化将落架、样品抓取位和称量秤盘310在同一直线上排列，使得样品移动装置设计简化，算法优化，移动机构结构简化，使得样品移动装置动作快捷、生产成本降低、结构简单可靠、后期维护成本低廉。

容器430为顶部开口向外延伸的杯状体，起落架540为主体水平延伸的管状结构，且起落架540朝向样品抓取位一侧敞开，起落架540底部设有开口，该开口的宽度大于杯状体主体的宽度，开口的宽度小于杯状体杯口外延边缘的宽度。

样品台420上具有六个样品盛放位，每一样品盛放位上均设有用于限制容器430位置的限位格挡421。限位格挡421为凸起的圆环结构，对应的容器430底部也为圆形。在其他实施例中，限位格挡421的形状与容器430匹配即可。

称量秤盘310为非金属材料制成的托盘，避免干扰电场作用效果。

第一电场屏蔽壳体100内部还具有针座升降器210，针电极座220安装在针座升降器210的升降端，针座升降器210的升降端可带动针电极座220垂向位移，以调整针电极230的垂向位置。

通风管路包括进风管130和引风管110，引风管110上设有主动将第一电场屏蔽壳体100内气体排出的引风机120；进风管130设置在第一电场屏蔽壳体100侧壁的底部；引风管110设置在第一电场屏蔽壳体100顶部；进风管130为弯折管，进风管130的进气口朝下设置。

本装置的电气原理图如图3所示。如图3所示，本装置中芯片的型号采用STC15F4K48S4型号的单片机。

下面详细说明本装置的结构和使用原理、以及使用方法。

引风机120进气口通过引风管110与第一电场屏蔽壳体100内部连通，而引风机120出气口与大气连通。第一电场屏蔽壳体100通过电缆与大地电性连通。高压直流电源700产生高压直流电并与控制器600通过电缆电性连通。控制器600通过电缆控制高压直流电源700输出负极与针电极230的连通与断开。控制器600通过电缆控制高压直流电源700输出正极与平面电极240的连通与断开。控制器600控制高压直流电源700的开关状态与脉冲特性。控制器600通过电缆与引风机120电性连接，并控制引风机120的开关状态。控制器600通过通讯电缆与计量主体300电性连接，与计量主体300进行双向通讯交换数据。控制器600通过电缆与针电极座220升降器电性连接，控制针电极座220上升或下降。进风管130一端与电场屏蔽体内部连通，而另一端与大气连通。样品移动装置通过通讯电缆与控制器600连接，接收控制器600发出的坐标数据及行进路线。样品移动装置包含一个三维输出体530。样品移动装置驱动三维输出体530按行进路线到达指定的三维坐标。三维输出体530下方与起落架540固定连接，带动起落架540同步运动。起落架540具有垂直向下开口C型结构，结构尺寸使得垂直向上放置的容器430的杯体和杯沿只能从起落架540C型开口的侧开口同时进出，而不能从下开口同时进出。容器430具有与杯体轴线垂直的杯沿。容器430垂直向上放置在样品台420的限定区域。样品台420与样品台空心轴410及定角转动驱动器440传动连接。样品台420可以在定角转动驱动器440的驱动下围绕样品台空心轴410作定角度运动。定角转动驱动器440通过电缆与控制器600电性连接并接受控制器600发出的转动角度指令。样品台420具有限制容器430位置的限制环。限制环垂直向上投影区也是针电极230安装区。针电极230安装在针电极座220上，针电极230安装的数量、位置可调。针电极230成组位于对应容器430上方，组数等于容器430数。针电极座220与针座升降器210固定连接。控制器600通过电缆与针座升降器210电性连接，控制器600控制针电极座220上升或下降。平面电极240具有环形平面结构，并位于样品台420同心下方。样品移动装置、针座升降器210、定角转动驱动器440内部均具有零位传感器。

三维输出体530，起落架540，称量秤盘310，针电极座220，样品台420，样品台空心轴410，容器430，秤盘连杆均由非金属绝缘材料制造。进风管130、平面电极240、针电极230、引风管110、针座升降器210，第一电场屏蔽壳体100均由金属材料制造。

本装置的原理是，处于非均匀高压电场中的含水物质，在高压电场作用下，会显著加快所含水分的蒸发速度。并且在一定条件下，水分的蒸发速度与所加电场强度成正比。重要的是，非均匀高压电场在保持水分持续快速蒸发的同时，处于非均匀高压电场中的含水热敏物质的温度并无升高。这样，在单独对称量秤盘310和被测热敏物质施加一个非均匀高压电场后，在计量主体300对称重盘上的热敏物质进行称重的同时，非均匀高压电场使得称重盘上的热敏物质的水分持续快速蒸发，电子天平所称重量不断减少，直至该热敏物质的水分完全蒸发，电子天平所称重量不再减少，此时，计算出电子天平所称重量减少的量，即是被测量的热敏物质的含水量，同时被测量的热敏物质的温度并无升高，达到了在无升温条件下对热敏物质的含水量的准确测量。

使用如上所述多样品同时测量热敏物质含水量的装置包括以下步骤：

步骤1、依次取6份5～10克被测样品放入具有编号的容器430内，然后，把容器430放到样品台420的限制环内。关闭第一电场屏蔽壳体100，输入测量时间，启动运行。等待自动报告被测样品含水量。以下过程、步骤由控制器600自动完成。不用人工干预。

步骤2、控制器600分别控制样品移动装置、针座升降器210、定角转动驱动器440回归零位。特别指出，定角转动驱动器440的角度零位角线是指定样品台420十字中心线的12点钟线，也称样品台420的零位角线。针座升降器210的零位在最高端。样品移动装置的零位在最高Z平面的X轴(中点)位置。

步骤3、控制器600驱动样品移动装置使得起落架540到达在样品台420的零位角线上的容器430的起落坐标，抬起容器430，移动到称量秤盘310中心，放下容器430，起落架540离开容器430。电子天平自动称量样品加容器430的重量，并向控制器600发送该重量数据。控制器600接收该重量数据并记录，同时记录次序号。起落架540沿离开路线返回，把容器430放回原位。控制器600驱动定角转动驱动器440，使得样品台420逆时针转动60度。重复本步骤直至6个样品称重结束。

步骤4、控制器600启动高压直流电源700、控制高压直流电负极输出与针电极230连通、控制高压直流电正极输出与平面电极240连通、控制引风机120启动。定时1分钟后，控制器600控制高压直流电负极输出与针电极230断开、控制高压直流电正极输出与平面电极240断开、控制引风机120停止。进行一次步骤3。重复本步骤直至测量时间到。在其他实施例中，定时的时间可根据需求自定义。

步骤5、控制器600关闭高压直流电源700、控制器600控制高压直流电负极输出与针电极230断开、控制高压直流电正极输出与平面电极240断开、控制引风机120停止。

步骤6、控制器600依据记录的重量数据及次序号，应用数学方法依次计算出每个样品重量的期望值作为其最终重量。而第一次称量的每个样品的重量就是其原始重量，原始重量减去最终重量就是所测样品的含水量。控制器600报告测量结果。

实施例2

本实施例中的具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置与实施例1中具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置原理、结构和使用方法类似，区别在于电场屏蔽结构的位置。

如图5所示，电场屏蔽结构为第二电场屏蔽壳体800，计量主体300设置在第二电场屏蔽壳体800内，以实现屏蔽电场的作用。可以理解的，第一电场屏蔽壳体100可以选择性的去除。

本装置具有多种优点：

1、本发明所述测量装置，是专门针对热敏类物质的含水量测量而设计，测量全过程被测热敏物质没有因测量方法及测量装置而导致的温度上升，完全满足热敏类物质的含水量测量过程无升温的要求。

2、自然的，本发明所述测量装置完全可以用于非热敏类物质的含水量测量。

3、由于没有温升，使得被测热敏物质的理化，生化等特性得以最大程度的保护。

4、由于本发明所述测量装置既可以用于热敏类物质的含水量测量又可以用于非热敏类物质的含水量测量，所以本发明可测量物质范围广泛。

5、本发明的多样品同时测量装置，可以对多个同类或不同类样品进行批量同时测量，提高了工作效率，提高了测量结果准确度，解决了批量样品的一次多样同时批量测量的问题。

本发明的有益效果是，适用物质范围宽泛，不受允许温度限制，受环境影响小，特别是可对允许受热温度小于100℃的热敏类物质进行不升温、不减压测量含水量，解决了热敏类物质在不升温、不减压条件下测量含水量的问题。特别是本发明的多样品同时测量装置，可以对多个同类或不同类样品进行批量同时测量，提高了测量结果准确度，解决了批量样品的一次多样同时批量测量的问题，提高了工作效率。测量过程全自动化，保证了测量数据的准确性，高效性，节省了人力物力。具有良好的社会效益和经济效益。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，其特征在于：包括

样品驱动盛放装置，其具有样品台，该样品台上具有阵列式排布的至少两个样品盛放位；

电场产生装置，其包括针电极座、若干组安装在针电极座上的针电极、以及平面电极，所述针电极座设置在样品盛放位顶部，且针电极朝下正对样品盛放位上方，所述平面电极设置在样品盛放位下方，所述针电极和平面电极配合产生加速被测热敏物质水份散失的电场；

称重器具，称重器具包括计量主体和称量位；

样品移动装置，其置于第一电场屏蔽壳体内并可将单个样品移动到称量秤盘上；

电场屏蔽结构，其位于电场产生装置和计量主体之间，以对计量主体屏蔽电场。

2.根据权利要求1所述的具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，其特征在于：所述称重器具为电子天平，该电子天平包括计量主体、称量秤盘、以及连接计量主体和称量秤盘的秤盘连杆，所述电场屏蔽结构具有孔洞，所述秤盘连杆穿过所述孔洞。

3.根据权利要求2所述的具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，其特征在于：所述电场屏蔽结构为由金属材料制成的第一电场屏蔽壳体，电场产生装置置于第一电场屏蔽壳体内，第一电场屏蔽壳体接大地，所述电场发生装置和称量秤盘在第一电场屏蔽壳体内，计量主体设置在第一电场屏蔽壳体外；第一电场屏蔽壳体上具有通风管路，该通风管路与第一电场屏蔽壳体外部环境连通并引入外部环境空气排出第一电场屏蔽壳体内潮湿空气。

4.根据权利要求2所述的具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，其特征在于：所述电场屏蔽结构为第二电场屏蔽壳体，所述计量主体设置在第二电场屏蔽壳体内。

5.根据权利要求1所述的具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，其特征在于：所述样品台成环型，所述样品台中心设有用于承托样品台旋转的样品台空心轴，样品驱动盛放装置还包括用于驱动样品台转动的定角转动驱动器。

6.根据权利要求3所述的具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，其特征在于：所述样品台空心轴为金属轴并与第一电场屏蔽壳体电连接，所述样品台空心轴垂向延伸并分隔平面电极和孔洞，以避免电场干扰计量主体称量精度。

7.根据权利要求1所述的具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，其特征在于：所述样品盛放位设有盛放样品的容器，所述样品移动装置包括水平直线移动机构和垂向移动机构，所述垂向移动机构的移动端上设有用于抓取盛放样品容器的起落架，且起落架、样品抓取位和称量秤盘在同一直线上排列；所述容器为顶部开口向外延伸的杯状体，所述起落架为主体水平延伸的管状结构，且起落架朝向样品抓取位一侧敞开，起落架底部设有开口，该开口的宽度大于杯状体主体的宽度，开口的宽度小于杯状体杯口外延边缘的宽度。

8.根据权利要求7所述的具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，其特征在于：所述样品台上具有六个样品盛放位，每一所述样品盛放位上均设有用于限制容器位置的限位格挡。

9.根据权利要求3所述的具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，其特征在于：所述第一电场屏蔽壳体内部还具有针座升降器，所述针电极座安装在针座升降器的升降端，针座升降器的升降端可带动针电极座垂向位移，以调整针电极的垂向位置。

10.根据权利要求3所述的具有多个测量位的测量热敏物质含水量的装置，其特征在于：所述通风管路包括进风管和引风管，所述引风管上设有主动将第一电场屏蔽壳体内气体排出的引风机；所述进风管设置在第一电场屏蔽壳体侧壁的底部；所述引风管设置在第一电场屏蔽壳体顶部；所述进风管为弯折管，进风管的进气口朝下设置。