CN204832088U - 一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置 - Google Patents

Abstract

一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置，铸造湿型砂含水量测量领域。本实用新型是为了解决现有湿型砂含水量测量装置在对湿型砂含水量进行测试时，存在测量结果的重复性和准确性差、易受物质外界干扰的问题。由计算机、任意波形发生器、传输线、BNC三通接头、专用测量探头、数字示波器构成，在计算机控制下，采用任意波形发生器发出高频激励信号，通过专用测量探头作用被测湿型砂试样上，由于专用测量探头阻抗和传输线阻抗不匹配，造成传输线上出现电压差，该电压差由高采集速率的数字示波器采集，并由计算机根据含水量计算模型精确求出含水量。本实用新型适用于对湿型砂含水量的快速测量。

Description

一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置

技术领域

本实用新型属于铸造湿型砂含水量测量领域，具体涉及一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置。

背景技术

湿型砂铸造因具有工序简单、生产率高等优点而成为目前主要的铸造方法，型砂的性能及其稳定性直接影响铸件的质量和生产成本。在决定型砂主要性能指标的组分中，最重要和最敏感的参数是含水量。因此，发展了多种测量湿型砂含水量的方法，如电容法、电阻法、电感法、成型性法、微波法等。其中，由于电容法和电阻法因传感器结构简单，成为目前最为常用的湿型砂含水量电测量方法。它们的原理相似，都是在交流源激励作用下，通过测量湿型砂的电阻值或电容值，然后根据湿型砂的含水量与电阻值或电容值之间的已有关系来间接计算含水量的大小。然而，湿型砂是由石英砂、膨润土、水、煤粉和多种添加剂组成的复杂的混合物，因此，湿型砂中含有诸如粘土、煤粉、碳酸盐等不确定的电导因素，这些因素将严重影响电阻值或电容值的准确测量，导致基于电阻法或电容法的湿型砂含水量测试装置的精度不高。为了实现湿型砂含水量的快速、准确检测，及时反映湿型砂含水量的变化，亟待设计一种快速测量湿型砂含水量的装置。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有湿型砂含水量测量装置在对湿型砂含水量进行测试时，存在测量结果的重复性和准确性差、易受物质外界干扰的问题，提供一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置。

一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置，它包括计算机、任意波形发生器、第一传输线、第一BNC三通接头、第二传输线、第二BNC三通接头、第三传输线、专用测量探头、数字示波器、第四传输线和第五传输线；所述计算机的控制信号输出端与高频任意波形发生器的控制信号输入端电气连接；任意波形发生器的高频信号输出端通过第一传输线与第一BNC三通接头的高频信号输入端电气连接；第一BNC三通接头的一个高频信号输出端通过第二传输线与第二BNC三通接头的高频信号输入端电气连接，第一BNC三通接头的另一个高频信号输出端通过第五传输线与数字示波器的一个高频信号输入端电气连接；第二BNC三通接头的一个高频信号输出端通过第三传输线与专用测量探头连接，第二BNC三通接头的另一个高频信号输出端通过第四传输线与数字示波器的另一个高频信号输入端电气连接。

所述专用测量探头它包括骨架、中心探针、其余探针、铜环；中心探针垂直安装在骨架的中心，其余探针垂直安装在距离中心探针一定距离的骨架圆周上；铜环将其余探针连接成一体；中心探针与第三传输线的中心导线电气连接，铜环与第三传输线的屏蔽导线电气连接。

优选的：所述任意波形发生器发出频率在100-110MHz之间的正弦波信号。如此选择，更适合湿型砂试样的电场激励。

优选的：所述数字示波器的采样频率为2.5GHz，所述的第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线和第五传输线均采用特征阻抗为75Ω的同轴传输线。如此选择，更适合在湿型砂含水量测量中对数据的快速采集和阻抗不匹配。

优选的：其余探针安装在以中心探针的中心为圆心、直径为62mm的骨架上，并互成120°分布。如此选择，更适合测量湿型砂的含水量。

优选的：骨架材料为聚酰胺，中心探针和其余探针的材料均00Cr19Ni11不锈钢，直径均为2.8mm，有效长度均为95mm。如此选择，更适合在湿型砂含水量测量中对电压差的获取。

优选的：中心探针和其余探针的末端均为40°锥角。如此选择，更适合将探针插入湿型砂中。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：

在计算机控制下，采用高频任意波形发生器发出高频激励信号，通过传输线、BNC三通接头和专用探头作用被测湿型砂试样上，第一BNC三通接头与第二BNC三通接头间的电压差由高采样速率的数字示波器采集，并由计算机根据含水量计算模型精确求出含水量，不但大大降低了现有湿型砂含水量测量装置因湿型砂附加物和环境温度变化带来的误差，而且避免自动化程度低的问题，使湿型砂含水量的测试精度大大提高。

附图说明

图1为基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置构成示意图。

具体实施方式

下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。

具体实施方式：参见附图，一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置，它包括计算机1、任意波形发生器2、第一传输线3、第一BNC三通接头4、第二传输线5、第二BNC三通接头6、第三传输线7、专用测量探头8、数字示波器9、第四传输线10和第五传输线11；所述的计算机1的控制信号输出端与任意波形发生器2的控制信号输入端电气连接，高频任意波形发生器发出频率在100-110MHz之间的高频正弦波信号；任意波形发生器2的高频信号输出端通过第一传输线3与第一BNC三通接头4的高频信号输入端电气连接；第一BNC三通接头4的一个高频信号输出端通过第二传输线5与第二BNC三通接头6的高频信号输入端电气连接，第一BNC三通接头4的另一个高频信号输出端通过第五传输线11与数字示波器9的一个高频信号输入端电气连接；第二BNC三通接头6的一个高频信号输出端通过第三传输线7与专用测量探头8连接，第二BNC三通接头6的另一个高频信号输出端通过第四传输线10与数字示波器9的另一个高频信号输入端电气连接；数字示波器9的采样频率为2.5GHz，第一传输线3、第二传输线5、第三传输线7、第四传输线10和第五传输线11均采用特征阻抗为75Ω的同轴传输线。

所述的专用测量探头8它包括骨架8-1、中心探针8-2、其余探针(8-3、8-4、8-5)、铜环8-6；中心探针8-2垂直安装在骨架8-1的中心；其余探针(8-3、8-4、8-5)垂直安装在以中心探针8-2的中心为圆心、直径为62mm的骨架8-1上，并互成120°分布；所述的铜环8-6将其余探针(8-3、8-4、8-5)连接成一体；中心探针8-2与第三传输线7的中心导线电气连接，铜环8-6与第三传输线7的屏蔽导线电气连接；所述的骨架8-1的材料为聚酰胺，中心探针8-2和其余探针(8-3、8-4、8-5)的材料均00Cr19Ni11不锈钢，末端均为40°锥角，直径均为2.8mm，有效长度均为95mm。

测量原理：根据传输线理论，当高频信号沿传输线传播到插入湿型砂中的专用测量探头时，由于湿型砂和专用测量探头构成的阻抗与传输线阻抗不匹配，一部分信号沿传输线反射回来，另一部分继续沿专用测量探头传播。这样在传输线上入射波与反射波叠加形成驻波，使传输线上各点的电压幅值存在变化；而湿型砂和专用测量探头构成的阻抗取决于湿型砂的介电特性，湿型砂的介电特性又主要取决于湿型砂的含水量。当传输线的长度等于高频信号波长的四分之一时，传输线两端的电压差值最大：

$u=2A\mathrm{\ρ}=2A\frac{Z_L-Z_C}{Z_L+Z_C}$

式中，Z_L为传输线的特征阻抗，Z_C为湿型砂和专用测量探头构成的特征阻抗，A的大小取决于高频任意波形发生器中的振幅，设置为恒定。因此在A不变的条件下，传输线两端的电压降正比于反射系数ρ，反射系数与湿型砂和专用测量探头构成的特征阻抗Z_C有关，因此，通过测量传输线两端的电压差值，然后通过标定的数学关系式即可确定出湿型砂的真实含水量。

工作过程如下：

将专用测量探头8垂直插入被测湿型砂试样中；计算机1向高频任意波形发生器2发出控制信号，启动高频任意波形发生器2；高频任意波形发生器2发出100-110MHz的正弦波，正弦波通过第一传输线3、第二传输线5、第三传输线7和第一BNC三通接头4、第二BNC三通接头6加载在专用测量探头8上；专用测量探头8的中心探针8-2和其余探针(8-3、8-4、8-5)中形成电磁场，并反射回第三传输线7和第二传输线5中，在第二传输线5两端形成电压差；数字示波器9通过两个高频信号输入端采集电压差，并通过信号输出端发送给计算机1；计算机1对接收的信号进行处理，并经预先存储的湿型砂含水量计算模型获得待测湿型砂试样的含水量。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置，其特征在于，包括计算机(1)、任意波形发生器(2)、第一传输线(3)、第一BNC三通接头(4)、第二传输线(5)、第二BNC三通接头(6)、第三传输线(7)、专用测量探头(8)、数字示波器(9)、第四传输线(10)和第五传输线(11)；所述计算机(1)的控制信号输出端与任意波形发生器(2)的控制信号输入端电气连接；任意波形发生器(2)的高频信号输出端通过第一传输线(3)与第一BNC三通接头(4)的高频信号输入端电气连接；第一BNC三通接头(4)的一个高频信号输出端通过第二传输线(5)与第二BNC三通接头(6)的高频信号输入端电气连接，第一BNC三通接头(4)的另一个高频信号输出端通过第五传输线(11)与数字示波器(9)的一个高频信号输入端电气连接；第二BNC三通接头(6)的一个高频信号输出端通过第三传输线(7)与专用测量探头(8)连接，第二BNC三通接头(6)的另一个高频信号输出端通过第四传输线(10)与数字示波器(9)的另一个高频信号输入端电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置，其特征是，所述的专用测量探头(8)它包括骨架(8-1)、中心探针(8-2)、其余探针(8-3、8-4、8-5)、铜环(8-6)；中心探针(8-2)垂直安装在骨架(8-1)的中心；其余探针(8-3、8-4、8-5)垂直安装在以中心探针(8-2)的中心为圆心、直径为62mm的骨架(8-1)上，并互成120°分布；铜环(8-6)将其余探针(8-3、8-4、8-5)连接成一体；中心探针(8-2)与第三传输线(7)的中心导线电气连接；铜环(8-6)与第三传输线(7)的屏蔽导线电气连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置，其特征是，所述任意波形发生器(2)发出频率在100-110MHz之间的正弦波信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置，其特征是，所述数字示波器(9)的采样频率为2.5GHz，第一传输线(3)、第二传输线(5)、第三传输线(7)、第四传输线(10)和第五传输线(11)均采用特征阻抗为75Ω的同轴传输线。

5.根据权利要求2所述的一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置，其特征是，所述的骨架(8-1)的材料为聚酰胺，中心探针(8-2)和其余探针(8-3、8-4、8-5)的材料均00Cr19Ni11不锈钢，末端均为40°锥角。

6.根据权利要求2所述的一种基于驻波率原理的快速测量湿型砂含水量的装置，其特征是，所述的中心探针(8-2)和其余探针(8-3、8-4、8-5)的直径均为2.8mm，有效长度均为95mm。