电导法固体材料水份测量仪

　　1引言

　　随着科学技术的进步，在工农业生产中为了提高产品质量，降低成本，要求进行快速准确的水份测量的固体越来越多。如粮食、纸张、药品、烟草等。但目前国内通用性强、稳定可靠的固体水份计很少见[1-2]。在各种固体材料水份测量方法中，电容法和电导法比较简单易行。据前苏联一资料统计，在各物类的水份测量仪中使用电容式的占43%;在我国用于棉花、茶叶等含水量的测量专用仪器中大多也使用电容法。目前，基于这两种测量方法的准确度高、性能稳定可靠的水份测量仪在市场上不多见，限制了其应用。针对电导法测量仪难以解决的高阻测量、稳定性差、准确度低的难题，本文进行了深入研究，推导出了电导法通用的数学模型并研制出了智能化固体材料水份测量仪。

　　2电导法测量原理

　　电导法也称为电阻法，是根据固体材料电阻与其含水率之间存在一定的函数关系进行测量的。经过对各种纸张和谷物的大量实验取得的数据，用数学拟合理论进行拟合得到固体含水率与电导率的分段数学模型为:

　　2. 1含水率低时

　　2. 2含水率高时

　　由式(2)和(4)可知，若能测得电导率g便可得到含水率W.

　　3系统组成

　　图1为水份仪系统组成框图。

　　3. 1探针式传感器探头

　　探针式传感器数学模型为:

　　由式((5)可见，当探针插入深度1和间距L变化时，ρ也随之变化。所以，根据测量对象的不同可取不同的1和L值，达到最佳测量效果。

　　3. 2水份信号调理电路

　　本仪器设计水份量程为4%一60%(含水率),R一V转换电路如图2所示。图中，A1部分为主转电路.A2部分为缓冲调零电路，R5C1组成滤波电路。由于各种物质含水率不等，含水率很低时(小于20%)对应电阻很高，达1010Ω;在含水率很高时对应的电阻很小(几十至几百欧)，这就使电路的增益变化很大。故被测电阻不易放在反馈回路中，而应接在输入回路中。为了保持变换电路的增益恒定，在测量含水量低的物质时，必使反馈电阻增加，但这样又会加大对输入偏置电流、失调电流及漂移的影响，使增益的准确度和稳定性严重恶化。为解决这一问题，采取如下措施。

　　3. 2. 1选用高输入阻抗的集成运放LF412，其输入阻抗为1012Ω，使其与传感器的阻抗相匹配，减少失调电流及漂移等的影响。

　　3.2.2在反馈回路中采用T型电阻网络。组成网络的三个电阻不大，但等效反馈电阻却可以很大，因此可获得较高的增益。