非接触式物料水分传感器.pdf

传感器与微系统( Transducer and Microsystem Technologies
2012年第31卷第10期
非接触式物料水分传感器
咸婉婷,张宪',刘其中2
(1.中国电子科技集团公司第四十九研究所,黑龙江哈尔滨150001;
2.中国人民解放军第二炮兵部队驻黑龙江军代室,黑龙江哈尔滨15000
摘要:为实现固体物料水分含量的在线监测,设计了基于频域反射原理的非接触式物料水分传感器。
该传感器基于固体状物料含水量与介电常数的关系,利用电容式探头对介电常数的测量能力,通过水分变
化关系实验建立了容积含水量与介电常数的数学模型,并完成了传感器的结构设计和电路设计。实验结
果表明:该传感器实现了对固体颗粒状物料水分的准确测量,满足物料水分测量的实际需求。
关键词:水分测量;频域反射;介电常数;电容式探头
中图分类号:TP212.1
文献标识码:A
文章编号:10009787(2012)10-0088-03
Non-contact moisture sensor for substance
XIAN Wan-ling, ZHANG Xian LIU Qi-zhong
1. The 49th Research Institute of China Electronics Technology Group orporation, Harbin 50001, China
2. Military Representatives Office of PLA Second Artillery Forces in Heilongjian, Harbin 150001, China
Abstract: In order to realize on-line monitoring on moisture content of solid substance, a non-contact substance
moisture sensor using frequency domain reflect principle is designed. This sensor is designed based on the relation
of solid substance moisture content and dielectric constant, using the testing ability of capacitive probe on dielectric
constant, the math model between volumetric moisture content and dielectric constant is built up by moisture
content variation experimen, the desi n of sensor structure and circuit is accomplished. The results of experiment
indicate that the sensor realizes aceurate measurement of solid substance moisture content, which meet requirment
of substance moisture monitoring
Key words: moisture measurement; frequency domain reflection; dielectric constant; capacitive probe
0引言
存在的抗干扰性差的问题,采用非接触式测量方法,避免了
对固体物料,如,化学药品、烟草、粮食、弹药、士壤等的含水物料中的水、水汽对测量电路和传感器探头的影响。
水分含量的测量,是工农业生产中重要的测量工作之经标定和测试表明:该传感器水分含量测量结果准确,响应
日前,该类测量多采用烘干法、瓶筒法、化学法、近速度快,可应用于粮食、土壤、弹药等多种固体物料的水分
红外反射法、放射法等方法,其中,烘干法、瓶筒法和化学法测量中,为固体物料水分在线测量提供了良好的解决方案。
不能实现在线测量;近红外反射法可实现在线测量,但是受
1工作原理
到被测物料表面粗糙度影响较大,精度低,且只能测量表层
物理学中认为“所有非金属,甚至一定条件下的金属,
含水量;放射法因中子法和γ射线法存在成本高、有射线泄都属于电介质”,固体物料同样是电介质,含水的固体物料
鎔危险的缺点,在发达国家已经被禁用!。因此,寻求
其相对介电常数实质上是针对“固、液、气”三相混合物而
种固体物料水分含量在线测量的解决方案迫在眉睫。
言的。20世纪80年代开始,介电物理学研究针对固体颗
新型的传感技术是实现物料含水量在线监测和测量的粒状物料的作为电介质的频率特性进行了大量实验。频域
快捷可行的途径。频域反射法是介电测量法的一种,通过反射法就是利用电磁脉冲原理,根据电磁波在物料中的传
测量物料的介电常数来测定其体积含水量,解决了现有方播频率来測量其表观介电常数,从而得到容积含水量。
法的不可在线测量、成本高、精度低等问题』。本文通过
本文所设计的传感器采用电容式探头,由一对电极平行
对电容式探头和振荡电路的特殊设计,实现了频域反射法排列的圆形金属环组成一个电容器,其间的含水物料充当电
在物料水分测量中的应用,同时解决了常规频域反射原理
介质,电容器与振荡器组成一个调谐电路。应用100MHz
收稿日期:2012-05-24