專利名稱：新型數(shù)字顯示糧食濕度測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于糧食濕度測試儀的技術(shù)領(lǐng)域。
本實用新型研制成功以前，國內(nèi)有以武漢電子儀器二廠為代表的十幾個糧食濕度測試儀(以下簡稱測濕儀)生產(chǎn)廠家，但所有的電阻式測濕儀產(chǎn)品突出的有以下缺點1.指針式表頭顯示含水量，由于糧食等效電阻與含水量之間的嚴(yán)重非線性關(guān)系，使表盤刻度很不均勻，因而顯示讀數(shù)精度較低且不夠直觀，容易誤讀。
2.需要操作者人工進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
糧食的等效電阻隨著溫度的變化而變化，即同等含水量的某種糧食，當(dāng)其溫度較低時，等效電阻較大；反之等效電阻較??；其變化量很大。
由于國內(nèi)現(xiàn)有的測濕儀產(chǎn)品，都沒有對糧食等效電阻與其含水量之間的關(guān)系進(jìn)行線性化處理，所以無法進(jìn)行自動溫度補(bǔ)償，只能靠操作者人工補(bǔ)償。只能根據(jù)經(jīng)驗，以20℃時為參考標(biāo)準(zhǔn)，溫度每降1℃，則將表針讀數(shù)增加0.1％為實際含水量；反之，減少0.1％。例如10℃測某種糧食，表針讀數(shù)為15.0％則應(yīng)修正為15.0％＋0.1％×10＝16.0％；反之，30℃時表針讀數(shù)為15.0％，則修正為15.0％－0.1％×10＝14.0％。這種人工補(bǔ)償?shù)姆椒炔环奖?，也容易出錯，當(dāng)用于收購糧食時，經(jīng)常在買賣雙方引起矛盾。
3.使用操作比較麻煩?，F(xiàn)有的測濕儀產(chǎn)品，在使用前都需要做某些標(biāo)準(zhǔn)與調(diào)整。
國內(nèi)的情況前邊已經(jīng)說明，國外也沒有見到我們研制的電阻式數(shù)字顯示測濕儀。據(jù)報導(dǎo)日本有CD－1米麥水份計，但這種測濕儀不適合我國的國情，主要是不能用來測量含水量較低(9.0％－12.0％范圍)的糧食，而9.0％－12.0％的測試范圍是中華人民共和國電子工業(yè)部部標(biāo)(SJ1151－77)規(guī)定的主要測試范圍。
為了克服上述國內(nèi)外測濕儀的缺點，該實用新型研制出一種數(shù)字顯示糧食濕度測濕儀。使用操作十分簡單，勿需任何調(diào)整，使用1.5伏干電池四節(jié)供電，價格便宜，便于購買。該測濕儀便于攜帶。


圖1是電原理圖。
圖2是圖1中直流一直流轉(zhuǎn)換電路原理圖。
圖3是方框圖。
圖1、圖2中所用器件符號意義如下IC1、IC2、IC3為高阻運算放大器；IC5為555時基電路；IC4、IC6、IC7分別為7805、79L05和78M12三端穩(wěn)壓器；T1、T2、T3為晶體三極管；D1、D2、D5、D6、D7為晶體二極管；D3為硅穩(wěn)壓管；D4為發(fā)光二極管；B為脈沖變壓器，可用G22罐形磁芯繞制。
EC為供電電池正極。
該實用新型技術(shù)路線如下我們經(jīng)過幾千次的反復(fù)實驗發(fā)現(xiàn)在糧食水份的主要測試范圍內(nèi)糧食的等效電阻與其含量基本呈現(xiàn)對數(shù)關(guān)系。
即含水量％≈K×LnRx其中Rx為糧食的等效電阻。
K為比例系數(shù)。
基于這一重要發(fā)現(xiàn)我們采用具有一定溫度補(bǔ)償?shù)膶?shù)放大器進(jìn)行電阻／電壓轉(zhuǎn)換，得到與LnRx成比例的電壓，然后進(jìn)行模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換，從而可以對含水量做數(shù)字顯示。
由于我們對糧食等效電阻與含水量的關(guān)系進(jìn)行了線性化處理，所以為自動溫度補(bǔ)償提供了可能性，我們利用PN結(jié)的溫度特性實現(xiàn)了自動溫度補(bǔ)償，該實用新型在其工作溫度范圍內(nèi)(－10℃－＋40℃)的任何溫度下，顯示讀數(shù)即為被測糧食的實際含水量，即其讀數(shù)與溫度無關(guān)。
該實用新型的工作原理詳述該實用新型屬于電阻式測濕儀。它由取樣電路獲得與糧食等效電阻RX(由插入糧食中的兩電極或其他傳感器提供)成比例的電信號，經(jīng)對數(shù)放大器和線性電壓放大器放大后，獲得與糧食含水量成比例的電壓信號，再由大規(guī)模集成電路芯片7107進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后用三位數(shù)碼顯示被測糧食的含水量。下面分述圖3所示各方框的構(gòu)成。
(1)取樣電路取樣電路由圖1中的等效電阻RX和可調(diào)電阻VR1(測小麥檔，測玉米檔是VR2，測稻谷檔是VR3)及Ro串聯(lián)組成。直流－直流轉(zhuǎn)換電路提供的＋12伏穩(wěn)定電壓經(jīng)RX、RO、VR1產(chǎn)生電流IX(因為IC1引腳2為虛地端，故IX≈ (V＋12)/(Ro+RX+VR1) ≈ (V＋12)/(Rx) ，因Rx＞＞VR1＞＞RO)。顯然，糧食濕度愈低，RX愈大，IX愈小；反之，IX愈大。
(2)對數(shù)放大器對數(shù)放大器是測濕儀的核心部分。經(jīng)大量實驗證明在主要測試范圍內(nèi)(9.0％至16.0％)，糧食含水量(％)≈KLnRx。因此，采用對數(shù)放大器進(jìn)行線性化處理是比較理想的?？紤]到糧食含水量較高(16.0－20.0％范圍)時，上式有一定的誤差，我們在對數(shù)放大器中采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償措施。VR4(測小麥檔，測玉米檔是VR5，測稻谷檔是VR6)就是用來補(bǔ)償含水量較高時的讀數(shù)。
對數(shù)放大器由圖1中的IC1、IC2、T1、T2、C1、C2、R2、R3、R4構(gòu)成。
(3)線性電壓放大器該級由圖1中的VR10(測小麥檔，測玉米檔為VR11，測稻谷檔是VR12)R12、R13、R15和 1/2 IC3構(gòu)成。調(diào)整VR10(測小麥檔，測玉米檔是VR11，測稻谷檔是VR12)的阻值可調(diào)整該級的電壓增益。
(4)模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器的核心部分是三位半模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片7107。為使7107芯片正常工作，需要一些附屬電路，圖1中的R14，R16，R17，C3，C4，C5，C6，C7就是所需要的附屬元件。只要在引腳1和26分別接＋5伏和－5伏電源，引腳36接基準(zhǔn)電壓，即可將引腳31輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，然后由三塊LED模塊做三位數(shù)字顯示。
(5)基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片7107所需要的基準(zhǔn)電壓，來自圖1中的VR14、R23、R24、D3、D4、R25、C8構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路。
(6)自動溫度補(bǔ)償電路自動溫度補(bǔ)償電路由圖1中的R10、R11和D1組成。眾所周知，PN結(jié)的正向?qū)妷弘S溫度的升高(降低)而降低(升高)，在±200℃范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，其線性度優(yōu)于1.0％。在測濕儀工作時，若溫度升高(或降低)，則由于等效電阻RX減小(或增大)，將使顯示讀數(shù)增加(或減小)；與此同時，D1的正向壓降也隨溫度的升高(或降低)而使顯示讀數(shù)減小(或增加)；二者共同影響，使顯示讀數(shù)不隨溫度變化，從而達(dá)到自動溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?br> (7)基值調(diào)整電路基值調(diào)整電路由圖1中R5、VR7和R9(測小麥檔，測玉米檔是R6、VR8，測稻谷檔是R7、VR9)組成。調(diào)整VR7(測小麥檔，測玉米檔是VR8，測稻谷檔是VR9)的阻值，可使顯示讀數(shù)增加或減小。實用中，可根據(jù)不同地區(qū)及不同糧食品種的差別做微量調(diào)整，以使測量更精確。
(8)電池電壓指示電路測濕儀用四節(jié)1.5伏電池串聯(lián)供電，隨著使用時間的增長，電池電壓下降。電池電壓低于一定數(shù)值后，會嚴(yán)重影響測量精度。因此，設(shè)置了電池電壓指示電路。指示電路由圖1中R18、R19、VR13、R22、D5、 1/2 IC3組成。調(diào)整VR13使A點電壓為4.8伏。若電池電壓高于4.8伏，發(fā)光二極管D5不亮；反之，D5亮，此時應(yīng)該更換電池。
(9)直流－直流轉(zhuǎn)換電路測濕儀供電電池是4節(jié)1.5伏干電池串聯(lián)，而電路中的運算放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路分別要求＋12伏和±5伏的穩(wěn)定電壓。因此，設(shè)置了直流－直流轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換電路原理圖如圖2所示。它將5伏左右的電池電壓轉(zhuǎn)換成＋12伏和±5伏三組穩(wěn)壓輸出，以適應(yīng)測濕儀電路的需要。
本實用新型主要用途本實用新型最適用于國家糧食部門收購糧食時測濕之用，也適用于糧庫、面粉廠、糧食專業(yè)戶、種子公司等單位快速測濕。有較大的社會效益。
權(quán)利要求1.本實用新型是一種由取樣電路、對數(shù)放大電路、自動溫度補(bǔ)償電路、基值調(diào)整電路、線性放大電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼顯示電路及直流-直流轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成的數(shù)字顯示糧食溫度測試儀，其特征是采用了對數(shù)放大電路、自動溫度補(bǔ)償電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及直流-直流轉(zhuǎn)換電路。
2.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字顯示糧食濕度測試儀其特征是采用了具有溫度補(bǔ)償措施的對數(shù)放大電路，由運算放大器IC1、運算放大器IC2、電阻器R1、R2、R3、R4、電容器C1、晶體三極管T1、T2、可變電阻器VR4、VR5、VR6構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字顯示糧食濕度測試儀其特征是采用了自動溫度補(bǔ)償電路，由電阻器R10、R11、二極管D1構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字顯示糧食濕度測試儀其特征是采用了直流－直流轉(zhuǎn)換電路，由時基電路IC5、負(fù)三端穩(wěn)壓器IC6、正三端穩(wěn)壓器IC7、二極管D6、D7、晶體三極管T3、電阻器R28、R29、R30、電容器C11和脈沖變壓器B構(gòu)成。
5.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字顯示糧食濕度測試儀其特征是采用了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，由大規(guī)模集成電路芯片7107及其附屬元件電阻器R14、R16、R17、電容器C3、C4、C6、C7組成。
專利摘要本實用新型是一種電阻式數(shù)字顯示糧食濕度測試儀，屬于測量技術(shù)領(lǐng)域。它主要由取樣電路、對數(shù)放大電路、線性放大電路、自動溫度補(bǔ)償電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼顯示電路及直流一直流轉(zhuǎn)換電路組成。適用于在-10℃至+45℃溫度范圍內(nèi)測量糧食濕度，測量范圍是9.0％—20.0％，測量結(jié)果用三位數(shù)字顯示，具有自動溫度補(bǔ)償功能。儀器用1.5伏干電池供電，便于攜帶，操作簡單，勿需調(diào)整，特別適用于收購糧食時測濕之用。
文檔編號G01N27/04GK2052535SQ8820205
公開日1990年2月7日 申請日期1988年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月26日
發(fā)明者楊兆選 申請人:天津大學(xué)