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在燒制磚瓦過(guò)程中，磚坯含水量是一個(gè)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(chǎng)磚坯取樣稱(chēng)重，烘干后稱(chēng)出樣品去除水分后的重量，經(jīng)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(cháng)，一般均需幾小時(shí)才能得到測試結果。本文在此介紹一種電路簡(jiǎn)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?jì)x，特別適合現場(chǎng)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(shí)其電阻值也相對改變的原理進(jìn)行測量的。它可以分辨出0.1％的含水量變化。同時(shí)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��；含水量越小，探頭電阻越大，探頭阻值的變化對應著(zhù)磚坯含水量變化。圖1中核心元件采用能驅動(dòng)10位LED進(jìn)行線(xiàn)性模擬顯示的單片集成電路LM3914(國產(chǎn)型號為SF3914，上海無(wú)線(xiàn)電七廠(chǎng)產(chǎn)品)，LM3914具有LED顯示位數與其輸入電壓成良好線(xiàn)性關(guān)系的特性，其內部電路如圖2所示。LM3914內部有10個(gè)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(gè)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�；鶞孰妷孩�、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�；鶞孰妷涸醋畲罂商峁�3～4mA的電流，并且每個(gè)LED的驅動(dòng)電流基本上是參考電壓源輸出電流的10倍，即圖1中每個(gè)LED的驅動(dòng)電流ILED＝10×1.25／R5(mA)。 LM3914還具有點(diǎn)／線(xiàn)顯示選擇功能。當其⑨腳與11腳相連時(shí)選擇點(diǎn)圖顯示，這時(shí)只有某位序號的LED顯示，其序號值對應著(zhù)輸入電壓的大小。當LM3914的⑨腳與Vcc端相連時(shí)選擇線(xiàn)圖顯示功能，此時(shí)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(guān)系，而是具有較大的非線(xiàn)性，采用分檔測試則有利于改善線(xiàn)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(kāi)關(guān)K1指向“14％”時(shí)，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(shí)際需要，選定含水量總測量區域為13％-16％。 測量過(guò)程可這樣分析：假設K1指向14％，這時(shí)電路中A1輸出電壓U01。，將在磚坯含水量為14％時(shí)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(dòng)x個(gè)LED顯示(或第x位LED顯示)，故這時(shí)被測磚坯含水量值便等于LM3914驅動(dòng)的LED顯示值的千分數加上14％，同樣可推出，K1指向其它檔時(shí)，被測值等于檔位指示數加上LED顯示值的千分數。這樣，通過(guò)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(kāi)關(guān)K2為點(diǎn)／線(xiàn)轉換開(kāi)關(guān)，可以根據需要，使LED實(shí)現點(diǎn)圖顯示或線(xiàn)圖顯示。 二、調試與制作 調試時(shí)可以烘干實(shí)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(mǎn)足要求。這里以“13％”檔為例，調試步驟如下：首先置開(kāi)關(guān)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(shí)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(mǎn)足要求。 為實(shí)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(xiàn)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(guò)0.5％)，故每次測試過(guò)程探頭插入泥磚深度應保證一致。 由于泥磚溫度、質(zhì)地及其雜質(zhì)對測量結果有一定影響(如經(jīng)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(shí)際使用本磚坯水份測試儀時(shí)還應進(jìn)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。 |
