|
在燒制磚瓦過程中，磚坯含水量是一個需嚴格控制的參量。按工藝要求，磚坯水分應控制在14％到14.5％之間。目前通常按照烘干法檢測，即將現場磚坯取樣稱重，烘干后稱出樣品去除水分后的重量，經計算得出泥磚的水分含量。這種檢測手段準確度高，但周期太長，一般均需幾小時才能得到測試結果。本文在此介紹一種電路簡單、裝調容易、使用方便、測試迅速及準確度較高的磚坯含水量測量儀，特別適合現場測量及抽樣檢測。 一、工作原理 本測試儀是根據磚坯含水量變化時其電阻值也相對改變的原理進行測量的。它可以分辨出0.1％的含水量變化。同時由于測量區段控制得較小，故其精度能達到較高程度。電原理如圖1所示。 含水量傳感信號由插入磚坯的檢測探頭獲得。含水量越大，探頭兩端電阻越小；含水量越小，探頭電阻越大，探頭阻值的變化對應著磚坯含水量變化。圖1中核心元件采用能驅動10位LED進行線性模擬顯示的單片集成電路LM3914(國產型號為SF3914，上海無線電七廠產品)，LM3914具有LED顯示位數與其輸入電壓成良好線性關系的特性，其內部電路如圖2所示。LM3914內部有10個電壓比較器，與④、⑥腳間的浮接十級高精度分壓器相連，它還有一個浮接的直流電壓參考源、輸入緩沖器和顯示模式選擇放大器等電路。基準電壓⑦、⑧腳間的電壓為1.25V，因此可分別在比較器同相端獲得125mV、250mV…1250mV的分壓。基準電壓源最大可提供3～4mA的電流，并且每個LED的驅動電流基本上是參考電壓源輸出電流的10倍，即圖1中每個LED的驅動電流ILED＝10×1.25／R5(mA)。 LM3914還具有點／線顯示選擇功能。當其⑨腳與11腳相連時選擇點圖顯示，這時只有某位序號的LED顯示，其序號值對應著輸入電壓的大小。當LM3914的⑨腳與Vcc端相連時選擇線圖顯示功能，此時有若干位LED顯示，其LED顯示的數量與輸入電壓相對應。 為了提高測量分辨率，圖1電路采用了分檔測試的方法。由于磚坯含水量與其電阻變化并不成嚴格的比例關系，而是具有較大的非線性，采用分檔測試則有利于改善線性，提高準確度。圖中LM3914內部基準電壓源UREF(1.25V)被R1-R4分壓后作為運放A1的同相輸入，根據其分壓值大小，可確定其含水量測量區域，因此調K1可以選擇測量區域。例如當開關K1指向“14％”時，選定好含水量測量區域為14％～15％。圖1電路根據制磚設備的實際需要，選定含水量總測量區域為13％-16％。 測量過程可這樣分析：假設K1指向14％，這時電路中A1輸出電壓U01。，將在磚坯含水量為14％時等于零。當磚坯含水量變化為14％＋0.1x％，A1、A2按比例轉換放大，使LM3914驅動x個LED顯示(或第x位LED顯示)，故這時被測磚坯含水量值便等于LM3914驅動的LED顯示值的千分數加上14％，同樣可推出，K1指向其它檔時，被測值等于檔位指示數加上LED顯示值的千分數。這樣，通過檔位轉換，使電路在含水量為 13％-16％測量范圍內始終能分辨出0.1％的示值變化。圖1開關K2為點／線轉換開關，可以根據需要，使LED實現點圖顯示或線圖顯示。 二、調試與制作 調試時可以烘干實驗法測得的結果作為標準值，調整各分壓電阻值(R1～R4)使電路測量準確度滿足要求。這里以“13％”檔為例，調試步驟如下：首先置開關K1刀位于"13％”檔處，將傳感探頭插入含水量準確為13％的泥磚中，小范圍調整R1值，使A1輸出電壓為零，再將探頭插入含水量準確為14％的泥磚中，調整R6或R7值，使LM3914的10位LED剛好都顯示為止，這時表示測量值為14％，R6或R7調好后，以后各檔調試可不用調整該值。 最后按以上步驟依次調校各檔，調整各分壓電阻值，使測量水份精度滿足要求。 為實現高準確度測量，各電阻元件應選用穩定性良好的金屬膜電阻或線繞電阻。圖1中電路選用了精密運放OP07，如果要求不很高，可選一片LM358雙運放。 為使電路正常工作，應采用±5V雙電源供電。LED顯示亮度由R5決定，一般選R5值為1～2.7kΩ。傳感器探頭用膠木和不銹鋼制作，外形尺寸如圖3所示。因傳感探頭的插入深度對測試結果有一定影響(最大影響超過0.5％)，故每次測試過程探頭插入泥磚深度應保證一致。 由于泥磚溫度、質地及其雜質對測量結果有一定影響(如經筆者測試，溫度每變化10℃，絕對示值誤差便增大0.15％左右)，故在實際使用本磚坯水份測試儀時還應進行小范圍示值修正。為剔除泥磚各部位成份差異對測試結果的影響，應采用多次測量取其平均值的辦法。 |
