CN110779964A - 一种适于散料流的差分电容式水分检测结构与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适于散料流的差分电容式水分检测结构，包括：一种适于散料流的差分电容式水分检测结构，包括：安装壳体；第一检测电容极板，其可拆卸设置在所述安装壳体一侧；第二检测电容极板，其可拆卸设置在所述安装壳体另一侧，并与所述第一检测电容极板平行且间隔设置；其中，所述第二检测电容极板距离散物料的距离大于所述第一检测电容极板；检测电路板，其设置在所述安装壳体内，并分别与所述第一检测电容极板和所述第二检测电容极板电连接，能够对检测电容进行差分，并将检测信号转换为水分值，还公开了一种适于散料流的差分电容式水分检测方法。
Description
技术领域
本发明涉及谷物散料水分检测领域，尤其涉及一种适于散料流的差分电容式水分检测结构和一种适用于散料流的差分电容式水分检测方法。
背景技术
谷物等散物料在加工装备进行加工时需实时检测散物料的水分，便于散物料加工装备调整加工温度等工艺参数，所以水分在线检测装备对作业质量至关重要。
电容法是常用的散物料水分在线检测方法。其优点是体积小、结构简单、成本低、方便维护、易于实现连续式在线测量。其缺点是测量精度和稳定性，受环境温度、湿度以及自身特性的影响很大。
中国专利201410123227.5“一种电容式谷物水分在线检测方法及装置”，其方法是颗粒状谷物自由洒落并堆积在进料控制器的集料斗内，然后电机带动排料滚轮匀速转动把集料斗中的谷物均匀送入基于平行极板浮地电容原理的谷物电容传感器的腔体内部，待装到设定量后，停止往谷物电容传感器的腔体送被测谷物，接着主控器在静止状态下采集此时的谷物温度和电容值，并根据预先标定的回归公式计算出被测谷物的含水率，待测量结束后，主控器启动排粮机构排清谷物电容传感器内的已测谷物，如此循环测量。该发明的方法及装置易受到环境扰动以及湿度变换的影响，而没有考虑消除方法。
中国专利201410056314.3“一种差分电容式湿度传感器”，该发明一种差分电容式湿度传感器包括衬底、固定梳齿电极、活动梳齿电极、第一折叠式弹簧、第二折叠式弹簧和湿度敏感应变层第一折叠式弹簧的一端与活动梳齿电极的上端连接，另一端固定在衬底上第二折叠式弹簧的一端与活动梳齿电极的下端连接，另一端固定在衬底上三者组成悬臂梁结构，悬置在衬底的上方固定梳齿电极和活动梳齿电极相互交错形成差分式电容湿度敏感应变层设置在第一或第二折叠式弹簧内，使湿度敏感应变层在吸湿膨胀后，能够带动悬臂梁结构移动，改变活动梳齿电极和固定梳齿电极的间距湿度敏感应变层包括聚酞亚胺感湿层。本发明能提高线性度和精度，降低功耗，易于大规模生产。但该发明差分方法结构复杂，加工繁琐。
发明内容
本发明设计开发了一种适于散料流的差分电容式水分检测结构，利用两块电容极板的薄厚差异形成水分检测的差分结构，分别对散物料水分变化及环境变化扰动与单一环境变化扰动进行检测，能够有效去除散物料水分检测中的环境变化扰动。
本发明设计开发了一种适于散料流的差分电容式水分检测方法，能够实时在线检测散物料加工过程水分，并给出散物料水分的检测校正公式，可以忽略温度对传感器的扰动影响，提高了检测结构的抗干扰能力及稳定性。
本发明提供的技术方案为：
一种适于散料流的差分电容式水分检测结构，包括：
安装壳体；
第一检测电容极板，其可拆卸设置在所述安装壳体一侧；
第二检测电容极板，其可拆卸设置在所述安装壳体另一侧，并与所述第一检测电容极板平行且间隔设置；
其中，第二检测电容极板距离散物料的距离大于所述第一检测电容极板；
检测电路板，其设置在所述安装壳体内，并分别与所述第一检测电容极板和所述第二检测电容极板电连接，能够对检测电容进行差分，并将检测信号转换为水分值。
优选的是，所述第一检测电容极板和所述第二检测电容极板表面均具有面积相同的极板。
优选的是，还包括：
安装板，其可拆卸连接所述安装壳体，并能够将所述适于散料流的差分电容式水分检测结构安装在散物料加工装备上。
优选的是，还包括：温湿度传感器，其通过温湿度传感器保护套可拆卸固定在安装壳体上，所述温湿度传感器保护套采用铜颗粒烧结而成。
优选的是，还包括：插接件，其设置在安装壳体上，能够将所述检测电路板与外接电源和显示与控制单元电相连。
一种适于散料流的差分电容式水分检测方法，包括：
启动散物料加工装备，散物料流经第一检测电容极板和所述第二检测电容极板；
通过检测电路板获得第一检测电容极板的电容检测值为C1，第二检测电容极板获得差分检测值为C2，
经计算得到待测散物料水分为M＝k(C1-C2)+b；
其中，M为散料水分，k为比例系数，b为截距系数。
本发明所述的有益效果
本发明设计开发了一种适于散料流的差分电容式水分检测结构，利用两块电容极板的薄厚差异形成水分检测的差分结构，分别对散物料水分变化及环境变化扰动与单一环境变化扰动进行检测，能够有效去除散物料水分检测中的环境变化扰动。
本发明设计开发了一种适于散料流的差分电容式水分检测方法，能够实时在线检测散物料加工过程水分，并给出散物料水分的检测校正公式，可以忽略温度对传感器的扰动影响，提高了检测结构的抗干扰能力及稳定性。
本发明采用两组电容极板，双层检测单元设计，通过检测两组电容信号，一组检测较近目标散物料信号，一组检测环境扰动信号，且第一检测电容极板距离散物料的距离小于第二检测电容极板据检测散物料距离将两组检测电容做差分，将差分后的值通过算法得出检测的最终信号，这种结构极大程度降低了外界环境温度和干扰信号对其干扰，可以忽略温度对传感器的扰动影响，提高了检测的抗干扰能力和稳定性。
本发明中采用插指形极板，通过极板薄厚控制极板与待测散物料距离远近，该结构相对位置固定，可避免间距变化对测量结果的影响，重复性和可替换性强，结构简单、安装方便。
附图说明
图1为本发明所述的适于散料流的差分电容式水分检测结构的结构示意图。
图2是本发明的一种适于散料流的差分电容式水分检测后视图。
图3是本发明的一种适于散料流的差分电容式水分检测结构极板结构图。
图4是本发明的一种适于散料流的差分电容式水分检测结构温湿度传感器保护套结构图。
图5是本发明的一种适于散料流的差分电容式水分检测结构与散物料加工装备连接图。
图6是本发明的一种适于散料流的差分电容式水分检测结构与散物料加工装备连接局部剖视图。
具体实施方式
下面结合附图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。
如图1所示，本发明提供的适于散料流的差分电容式水分检测结构，包括：安装壳体101、第一检测电容极板102、第二检测电容极板103、检测电路板104、温湿度传感器保护套105、检测屏蔽板106a、差分屏蔽板106b、安装板107和接插件108。
如图2-3所示，第一检测电容极板102可拆卸设置在安装壳体101一侧；第二检测电容极板103可拆卸设置在安装壳体101另一侧，并与第一检测电容极板102平行且间隔设置；
其中，第二检测电容极板103距离散物料的距离大于第一检测电容极板102的距离散物料的距离，第一检测电容极板102和第二检测电容极板103表面均具有面积相同的极板201，第一检测电容极板102、第二检测电容极板103通过螺钉安装孔202采用螺钉紧固安装在安装壳体101上。
检测屏蔽板106a设置在第一检测电容极板102一侧，与第一检测电容极板之间形成散料流的电容检测空间，并屏蔽干扰信号；差分屏蔽板106b设置在第二检测电容极板103一侧，与第二检测电容极板103之间形成散料流的差分电容检测空间，并屏蔽干扰信号；检测电路板104设置在安装壳体101内，并分别与第一检测电容极板102和第二检测电容极板103电连接，能够对检测电容与差分电容进行检测并差分，并将检测信号转换为水分值；
如图5、6所示，安装板107其可拆卸连接安装壳体102，并能够将适于散料流的差分电容式水分检测结构安装在散物料加工装备200上。
温湿度传感器通过温湿度传感器保护套105可拆卸固定在安装壳体101上；优选的是，温湿度传感器保护套采用铜颗粒烧结而成，具有透气防尘耐高温等特点。
作为一种优选，温湿度传感器保护套105与安装壳体101安装固定采用螺母紧固的方式。
插接件108设置在安装壳体101上，能够将检测电路板104与外接电源和显示与控制单元电相连，并采用安装板107安装在加工装备200上，通过电缆线将接插件108与显示与控制单元相连。
如图4所示，插接件108包括插接柱501、插接连接套502和插接螺母503，插接柱501具有外螺纹，为金属导电柱，能够固定在安装壳体101上，一端通过电缆连接检测电路板104，插接连接套502套设在插接柱501上，能够通过电缆电连接显示与控制单元，并插接螺母503能够使电缆与插接连接套503电连接。
一种适于散料流的差分电容式水分检测方法，包括：
启动散物料加工装备，散物料分别流经散料流的电容检测空间和差分电容检测空间；
并通过检测电路板获得第一检测电容极板的电容检测值为C1，第二检测电容极板获得差分检测值为C2，
经计算得到待测散物料水分为M＝k(C1-C2)+b；
其中，M为散料水分，k为比例系数，b为截距系数。
本发明采用两组电容极板，双层检测单元设计，通过检测两组电容信号，一组检测较近目标散物料信号，一组检测环境扰动信号，且第一检测电容极板距离散物料的距离小于第二检测电容极板据检测散物料距离将两组检测电容做差分，将差分后的值通过算法得出检测的最终信号，这种结构极大程度降低了外界环境温度和干扰信号对其干扰，可以忽略温度对传感器的扰动影响，提高了检测的抗干扰能力和稳定性
本发明中采用插指形极板，通过极板薄厚控制极板与待测散物料距离远近，该结构相对位置固定，可避免间距变化对测量结果的影响，重复性和可替换性强，结构简单、安装方便。
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和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种适于散料流的差分电容式水分检测结构，其特征在于，包括：
安装壳体；
第一检测电容极板，其可拆卸设置在所述安装壳体一侧；
第二检测电容极板，其可拆卸设置在所述安装壳体另一侧，并与所述第一检测电容极板平行且间隔设置；
其中，第二检测电容极板距离散物料的距离大于所述第一检测电容极板；
检测电路板，其设置在所述安装壳体内，并分别与所述第一检测电容极板和所述第二检测电容极板电连接，能够对检测电容进行差分，并将检测信号转换为水分值。
2.根据权利要求1所述的适于散料流的差分电容式水分检测结构，其特征在于，所述第一检测电容极板和所述第二检测电容极板表面均具有面积相同的极板。
3.根据权利要求1所述的适于散料流的差分电容式水分检测结构，其特征在于，还包括：
安装板，其可拆卸连接所述安装壳体，并能够将所述适于散料流的差分电容式水分检测结构安装在散物料加工装备上。
4.根据权利要求2所述的适于散料流的差分电容式水分检测结构，其特征在于，还包括：温湿度传感器，其通过温湿度传感器保护套可拆卸固定在安装壳体上，所述温湿度传感器保护套采用铜颗粒烧结而成。
5.根据权利要求2所述的适于散料流的差分电容式水分检测结构，其特征在于，还包括：插接件，其设置在安装壳体上，能够将所述检测电路板与外接电源和显示与控制单元电相连。
6.一种适于散料流的差分电容式水分检测方法，使用如权利要求1-5中任一项所述的适于散料流的差分电容式水分检测结构，其特征在于，包括：
启动散物料加工装备，散物料流经第一检测电容极板和所述第二检测电容极板；
通过检测电路板获得第一检测电容极板的电容检测值为C1，第二检测电容极板获得差分检测值为C2，
经计算得到待测散物料水分为M＝k(C1-C2)+b；
其中，M为散料水分，k为比例系数，b为截距系数。
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