[实用新型]多功能射频电容式水分测定仪

说明书

本实用新型属于固体水分测定仪领域，具体而言，本申请涉及测量烟叶和茶叶等固体物质中的水分的射频电容式水分测定仪。

烟叶和茶叶及其制品的水分测定是它们的生产购销过程中的一个重要检测手段，是评定它们质量的一项重要指标，用传统的烘干法测量其水分需要测试时间长，对操作要求高，并且要依赖高精度的分析天平，而且测量结果与烤箱的一致性差，本实用新型正是为了解决传统的烘干法中存在的问题而提出的。

本实用新型提供一种测试速度快、精度高、稳定性好的测量烟叶和茶叶水分的测定仪。

本申请提供的水分测定仪主要是利用烟叶和茶叶中的水分含量的不同引起介电系数变化，通过电容式传感器测量电容值的变化来进行的。烟叶和茶叶都是海棉状纤维组织，属于非极性介质或中性介质，其介电系数ε值较低，在一定频段内与工作频率关系不大，但ε值与温度却表现为非极性关系。当烟叶和茶叶中有水分存在时，它们已不是非极性介质，而是偶极性极化介质，ε值与水分呈现非线性关系，由于受到电场均匀性、边缘效应和电容性稳定、环境温度、湿度等因素的影响，用电容式传感器单纯测量电容值来推断水分的测量重复误差大，稳定性差，很难在不同的温度、湿度条件下进行准确测量。因此，本申请采用射频电容传感器，使样品区具有轴向均匀的电场分布，消除了边缘效应的影响，能稳定地在各种环境气候下工作。本实用新型是这样实现的：

1、采用同轴电容，其电场是均匀的幅射状分布，这种结构的优点是电极的偏心夺电容量的影响为二阶效应，即电容量对偏心不敏感，电极材料有足够的厚度使之不变形，在温度不变的情况下，其轴向及径向的变化量也较小，而且样品筒能自动保持电极系统的偏心在允许范围内，而微量的变化亦可通过仪器内的单片机进行修正。在两极之间起隔离及固定作用的材料选用了绝缘性能好、损耗角小的疏水性材料－－聚四氟乙烯，使电容器性能稳定，测量结果不受环境温度的影响。

在电极轴向两端设计了短路环和不放样品的缓冲区，减小边缘效应影响，通过样品筒使被测样品处于电极中间不受边缘效应影响的匀电场中，而样品筒的能量损耗及温度、湿度影响均由单片机进行必要的补偿和修正。

2、采用边缘振荡器作为传感器的信号源，工作频段为8MHZ－12MHZ之间，工作点处于边缘截止状态，使振荡器的自发热效应极小，而且工作点能适应宽广的水分含量不同的样品，不会出现振荡现象。振荡回路中采用了高频磁管上间绕的电感器，使线圈极为稳定，因而该射频信号源稳定度达0.01％1年。

测量用的热敏电阻装在电极间绝缘材料中，使用单片机进行瞬间测量，避免器件自发热效应，使测温精度达到0.1℃。

传感器输出的信均为数字信号，避免了传送过程中外界的干扰及器件性能变化造成的影响。

本实用新型提供的整机结构是把射频电容传感器送来的频率信号和温度信号，通过仪器内的定标电路和单片机系统，根据烟叶水分含量与频率、温度、湿度之间函数关系的数学模进行三维非线性拟合，使仪器测定的样品水分值与采用国家标准烘干法测定的水分值一致。

与现有技术相比，本实用新型提供的水分测定仪具有以下优点：

（1）测量时间短，从取样到测定只需要两分钟，动态响应为两秒钟，

（2）测量精度高，测量重复误差为0.2％，基本误差为0.5％，附合国际GB2636－86《烤烟检验方法》的要求，

（3）适用范围广，可用于测量烟叶、茶叶、粮食及其制品等，该水分测定仪的测量范围在5％－25％，适用温度为0－40℃，适用湿度为＜90％RH，

（4）测量重复性和稳定性好。

因此，本水分测定仪解决了烟草和茶叶行业购销过程中评定烟草质量的快速准确的检测的问题。

本申请中的附图说明如下：

图1是电容传感器图，其中1是端盖，2是样品筒盖，3是外电极，4是样品筒，5是样品，6是内电极，7是屏蔽盒，8是振荡器印制版，9

是热敏电阻，10是电极固定支座。

图2是电容传感器中部的横截面图。

图3是整机原理框图，其中11是整形电路，12是射频电容传感器，13是测温电路，14是定标电路，15是Intel公司的8751H单片机系统，16是稳压电源，17是显示器，18是输出打印。

图4是射频振荡电路图，其中20为信号输出端，各种元件的规格如下：