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电阻式粮食水分测定仪的设计

文章出处:万家博官网 人气:发表时间:2021-02-28 12:38

  传统的直接水分测量法周期长,难以满足现代生产对速度和连续化的要求,而非电量的电测方法是比直接法更高效的水分测量方法,当前应用十分广泛。粮食水分检测方法原理上可以有:电阻法、电容法、中子法、微波法、红外法、核磁共振法等。考虑物料对象特性,红外法主要用于表面水分测量,多见于纸张水分检测中;中子法和核磁共振法基于水分中氢原子效应,系统复杂,造价高,不能体现检测对象的专用性。微波法是利用水对微波能量的吸收或作用于粮食的微波参量随水分变化的原理进行水分测量,其测量值与物料成分有关,测量电路及信号处理较复杂,价格偏高。电阻方法因其快速、准确、成本低的特点一直是最常用的水分测量方法,但由于电阻方法存在信号强度小、取样要求高、抗干扰性较差等缺陷,近年来出现了许多新的基于电阻测量原理的创新方法,如两量程直流电阻法,脉冲电阻法,复阻抗分离法,交流阻抗法等。本设计在上述研究的基础上,创新地提出基于脉宽测量的电阻比值法和测量信号的数据处理方法,能够快速准确地对水分进行测定。

  粮食水分测定仪是具有区域特色的产品,它对不同地区的粮食作物具有不同的测量基准值,因此在测试之前,需要根据不同的粮食种类,在不同的状态下进行标定工作,建立起标准的测量数据关系,这些数据可以由生产厂家写入测定仪的E2PROM数据区中,也可以由用户根据标准现场标定。该系统利用ATmega128自身的4 KB的E2PROM用来存储不同种类的粮食的水分的标定值、温度补偿系数和系统的密码等参数。在使用之前需要进行水分的标定工作,把同一样本分别在标准测定仪和本测定仪同时进行比对测量,确定水分和电阻的关系,然后再通过键盘把对应关系写入E2PROM中的相应单元中保存起来,形成标准的测量曲线或数据表格。同时考虑到温度的影响,必须加上温度补偿系数以进行修正。在实际测量时,把当前的测量值与这些标准值进行比较,就可以实现水分的测量。

  MCU采用Atreel公司的高速嵌入式单片机AT-mega128,它采用先进的RISC精简指令集结构,具有128 KB的在线可重复编程的FLASH、4 KB的SRAM和4 KB的E2PROM,同时具有8/16位定时器/计数器、PWM输出模块、UART、SPI等多种串行通信接口、可编程的看门狗定时器等功能模块、丰富的外部和内部中断源、多种工作模式。这些特性使ATmega128成为功能更强大的微控制器,更好地支持应用于脉宽调制、高速I/O、递增/递减计数能力等工业控制等场合。在程序中主要完成水分的采样和高速处理、LCD显示、键盘输人、驱动输出、与PC机进行通信等工作。该测定仪的测量的范围在5~30%之间,精度在±0.2%,水分用2个字节表示,因此共需要1 KB保存在某一温度条件下的水分值,再加上温度补偿系数和密码的设定。4 KB空间已经足够了。它的可编程的看门狗定时器模块能保证系统能够可靠稳定的工作。

  LCD采用T6963C控制器的128×64点阵模块,它可同时显示测量品种水稻、玉米、大豆、小麦,然后通过键盘确定具体的测试对象,在每个测试子菜单下显示测量值、测量次数、平均值、标定值设定密码等选项,只有当操作者的输入密码与系统给定的密码相同时,才能进行标定值的设定,一般情况下,这些值是不能随意修改的。

  温度传感器采用DALLAS公司的单总线,用于补偿环境温度对粮食内部水分的影响,环境温度直接以“一线总线”的数字方式传输,省去了温度传感器的放大处理等环节,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量。同时它只占用单片机的一个端口,节约了系统的硬件资源,因此具有较高的性价比。

  键盘电路由模式键、加键、减键、确认键、退出键、测试键、平均键、清除键、停止键、修正键等组成,用于实现测量品种的选择、参数的设定与修改、测试与数据处理等工作。

  电机驱动电路由继电器驱动芯片ULN2003和+5 V DC继电器组成,测试开始时,单片机发出控制信号,由电机带动取样器使样品压结实,保持压力恒定,以获取比较一致的电阻取样值,当一个样品测试完成后,使取样器复位,准备下次测量。

  单片机通过RS 232串行通信接口实现与PC机的通信,把测量数据上传至计算机中,以进行进一步的数据处理,同时也可进行远程操作,实现在线测量。信号调理电路采用555芯片构成的非重复触发的单稳触发电路,为提高响应速度,555芯片采用CMOS工艺的7555型号。具体的信号调理电路如图2所示。

  为消除电容由于长期工作所产生的变化误差,测量采用电阻比值法,即在测量时首先对标准的精密参考电阻和电容构成的电路进行测量,测出它的脉冲宽度:

  再通过导通电阻为1 Ω的电子开关MAX4624切换到测量输入电阻的状态,测出它的脉冲宽度:

  一般情况下测量电阻和参考电阻都是兆欧级的,因此,由电子开关引入的测量误差可以忽略。

  电子开关和触发信号都由单片机控制。脉宽的测量由单片机的外中断和定时中断来完成,由于单片机的外部中断INT0和INT1均为负跳沿触发中断,因此在555的输出端加一级反相器,INT0中断采样输出信号的上跳沿,然后再经过一级反相器,INT1采样输出信号的下跳沿。两者采样的时间差就是脉冲宽度。时间差的计算可由单片机的定时中断来实现,在INT0的中断程序里开启定时中断,在INT1的中断程序里关闭定时中断。信号的采样波形如图3所示。

  软件部分包括主程序、人机界面和数据的测量与处理部分。主程序负责整个系统的协调与控制工作,通过调用不同的模块完成相应的工作。本测定仪以每个品种10次随机采样的算术平均值作为测量结果,有效地提高了测量的准确性和重复性。主程序的流程图如图4所示。

  人机界面包括LCD显示程序、键盘扫描程序等,LCD显示分为三个页面,第一个页面是测量品种选择页,可以通过加键、减键选择相应的品种,然后按确认键,进入到第二个页面进行测量,该页面中有当前测量值、测量次数、平均测量值、该品种标定值设定页的入口密码等参数。按相关的功能键,就可以完成测量、保存和退出等功能。当确实需要现场重新标定时,就可以输入标定密码,当输入的密码与系统内部的密码相同时,就可以进入到第三个页面,重新进行标定,在该页面中也可以重新设定系统密码。为了系统的安全性,也可以设定密码的输人次数,当输入的错误密码超过一定的次数时,对系统进行锁定,以防止恶意修改数据。数据的测量与处理完成水分采样中断处理、温度采样、测量数据线性化和温度漂移的补偿的数据处理等工作。水分测量程序采用两个外部中断0和1、一个定时器2来实现对脉宽的测量,具体的程序代码如下:

  实际样机经过非线性补偿和误差修正,测量误差小于等于±0.5%,测量的水分范围为5%~30%(取决于谷物的标准),重复误差小于等于0.1%,使用的温度范围为0~40℃。达到国内外同类先进产品的技术指标。可适用于不同种类的粮食水分测量,具有比较广阔的市场前景。

  1、水分测定仪的测定结果重复性差的主要原因以及措施?1)样品不均匀,即样品有不同的组分。样品越不均匀,需要的样品量也会越大,这样才能够得到重复性非常良好的测试结果;2)选定的干燥时间太短的时候(对“定时关机”模式而言)。延长干燥时间或者选一合适的“单位时间失重”关机模式;3)样品未完全变干(形成结皮现象)。借助于玻璃纤维盘来干燥的样品;4)干燥温度太高,样品已氧化。降低干燥温度;5)样品沸腾,连续向外溅出使得质量改变。降低干燥温度;6)卤素灯的防护玻璃受污染,加热能力不足。需要清洁卤素灯的防护玻璃;7)温度传感器被污染或者有故障。清洁温度传感器或者由专业维修工程师来进行更换;8)安放仪器的支座不稳的时候。采用稳定的支座;9)周围

  的使用注意事项 /

  原理:SFY系列红外线快速水分测定仪,采用热解重量原理设计的,是一种新型快速水分检测仪器。水分测定仪在测量样品重量的同时,红外加热单元和水分蒸发通道快速干燥样品,在干燥过程中,水分仪持续测量并即时显示样品丢失的水分含量%,干燥程序完成后,最终测定的水分含量值被锁定显示。与国际烘箱加热法相比,红外加热可以最短时间内达到最大加热功率,在高温下样品快速被干燥,其检测结果与国标烘箱法具有良好的一致性,具有可替代性,且检测效率远远高于烘箱法。一般样品只需几分钟即可完成测定。特点:该仪器操作简单,测试准确,显示部分采用红色数码管,示值清晰可见,分别可显示水分值,样品初值,终值,测定时间,温度初值,最终值等数据,并具有与计算机

  问题一:在开启水分测定仪后显示保持黑屏。答:可能的原因有:无电压;未连接电源线;保险丝熔断;仪器损坏。问题二:水分测定仪测量时间过长。答:可能是选择了的关闭模式不合适。请尝试更换一种合适的关闭模式。问题三:水分测定仪在开始测试后不能加热。答:可能干燥单元过热导致热过载保护功能启动。为了安全操作,水分测定仪配备双重过热保护:干燥单元拥有热过载保护(双金属传感器),可以关闭加热单元。在这种情况下,请联系您的供应商。问题四:水分测定仪测量的重复性差。答:可能的原因有:1.样品不均匀。例如它们有不同的成分。样品越不平均则需要更多的样品来获得较好重复性的结果。2.选择的干燥时间

  1、系统全密闭问题:卡尔-费休试剂液路部分连接一定要紧固,从试剂瓶到计量泵再到反应池,否则发生试剂泄漏将直接影响测试结果。其不密闭的另一个问题是测试时由于卡尔费休试剂在试验中吸收空气水分,会导致滴定终点延迟。水分测定仪使用常见问题。2、取样的准确问题:在标定卡尔-费休试剂时需要取用10mg水,尽量使用10ul取样器,这样不但准确、速度快,还能够防止水滴粘附。同样地,取用甲醇试剂、乙酯也有类似的问题,取放完毕后应注意尽量缩短反应池打开的时间。3、磁性搅拌速度调整:在反应池中,因为滴定试剂加入时在局部,与电极不在一处,因此搅拌速度最好以快到不形成湍流为止,这样可以最快达到终点。4、滴定速度设定应

  国标法快速水分测定仪是高精度快速检测仪器,如何解决快速速水分测定仪使用容易出现的问题是很多人都关心的问题,因为水份控制是很多物品品质的决定性因素快速水分测定仪可广泛应用于一切需要快速测定水分的行业,如医药、塑胶、冶金、矿山、煤炭、建材、化工、食品、粮食、饲料、种子、菜籽、茶叶、农林、造纸、橡胶、纺织等行业中的生产过与实验过程中。然而快速水分测定仪,在使用中可能会遇到一些问题,影响生产或者实验。下面对快速水分测定仪使用常见问题以及解决方法进行介绍。(1)死机开启仪器时,如果仪器不能正常开机,这让人十分抓狂。遇到这种状况不要慌张,对仪器进行检查,确定仪器是否已经被损坏。如果仪器身边没有损坏,那么就要对使用

  手持水分仪,在线红外水分仪,在线微波水分仪,卤素水分仪,红外水分仪 化学分析法的水分测定仪:包括:卡尔费休水分测定仪、库仑水分仪、露点水分仪。卡尔·费休法属经典方法,又称为微量水分测定仪,其主要应用于水分值含量较低的样品检测,经过近年来改进,大大提高了准确度,扩大了测量范围。露点水分测定仪操作简便,仪器不复杂,所测结果一般令人满意,常用于永久性气体中微量水分的测定。但此法干扰较多,一些易冷换气体特别在浓度较高时会比水蒸气先结露产生干扰。库仑水分测定仪常用来测定气体中所含水分。此法操作简便,应答迅速,特别适用于测定气体中的痕量水分。如果用一般的化学方法测定

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