一種基于純電阻測量的濕型粘土砂含水量的測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及的是鑄造領域，具體是一種基于純電阻測量的濕型粘土砂含水量的測 量方法。
【背景技術】
[0002] 濕型粘土砂鑄造因具有工序fg]單、生廣率尚等優點仍為目如主要的鑄造方法，濕 型粘土砂的性能及其穩定性直接影響鑄件的質量和生產成本。在濕型粘土砂各組分和性能 指標中，水分是影響濕型粘土砂質量最主要亦是最敏感的參數之一。目前，電阻法是使用較 多的濕型粘土砂含水量的快速測量方法，其基本原理是在激勵源作用下，根據被測濕型粘 土砂的含水量變化時會引起傳感器電阻值的變化，通過測得濕型粘土砂的電阻值，再根據 濕型粘土砂的含水量與電阻值之間的已有關系來計算含水量的大小。與直流電阻法相比， 雖然交流電阻法有效降低了濕型粘土砂極化的影響，但是在電場作用下，濕型粘土砂同時 表現出電阻性和電容性，因此通過測量電阻值來計算含水量，必定受到電容的干擾，勢必降 低了濕型粘土砂含水量的測量精度。而現有的基于電阻法的測量裝置常將電阻傳感器看作 為理想電阻，即將電容的影響忽略不計，也就造成了含水量測試精度難以提高。因此，提供 一種基于純電阻測量的濕型粘土砂含水量的測量方法具有重要意義。
【發明內容】
[0003] 本發明是為了解決現有電阻法測量濕型粘土砂含水量精度不高的問題，而提供一 種基于純電阻測量的濕型粘土砂含水量的測量方法。
[0004] 本發明一種基于純電阻測量的濕型粘土砂含水量的測量方法通過下列步驟實施： 一、組裝基于純電阻測量的濕型粘土砂含水量的測量裝置:基于純電阻測量的濕型粘 土砂含水量的測量裝置，它由電阻水分傳感器、信號調理單元、激勵信號源、A/D轉換單元、 數據通信單元和計算機構成，其中電阻水分傳感器的信號輸出端與信號調理單元的一個信 號輸入端相連，激勵信號源的激勵信號輸出端與信號調理單元的另一個信號輸入端相連、 同時與A/D轉換單元的一個信號采集輸入端相連，信號調理單元的信號輸出端與A/D轉換單 元的另一個信號采集輸入端相連，A/D轉換單元的信號輸出端與數據通信單元的信號輸入 端相連，數據通信單元的信號輸出端與計算機的信號輸入端相連。
[0005] 二、組裝由電阻水分傳感器、信號調理單元、激勵信號源組成的電壓測量電路：由 電阻水分傳感器、信號調理單元、激勵信號源組成的電壓測量電路，它包括放大器、平衡電 阻、反饋電阻、濕型粘土砂等效電阻R x、濕型粘土砂等效電容Cx和正弦波激勵信號源山，其中 放大器A的反相輸入端與反饋電阻R f的一端相連、同時與濕型粘土砂電阻Rx和濕型粘土砂電 容Cx的一端相連，放大器A的輸出端與反饋電阻R f的另一端相連，放大器A的同相輸入端與平 衡電阻Ro的一端相連，平衡電阻Ro的另一端與正弦波激勵信號源山的一端相連，正弦波激勵 信號源山的另一端與濕型粘土砂電阻R x和濕型粘土砂電容Cx的另一端相連、同時接地，放大 器A的輸出端輸出電壓U〇和正弦波激勵信號源UdiA/D轉換單元。
[0006] 三、利用測量裝置和電壓測量電路測量濕型粘土砂的電阻和含水量:將電阻水分 傳感器插入被測濕型粘土砂中，激勵信號源產生正弦波激勵信號ω t)，在正弦波 激勵信號Ui的初始相位為0的時刻，A/D轉換單元對放大器A的輸出端輸出電壓UQ=a QC〇S( cot + Φ)采樣η次，得到采樣序列Uo(n)，并通過數據通信單元送至計算機，計算機對采樣序列Uo (η )進行F F T變換，提取并對基波分量進行實部和虛部分離，得到實部分量
對應著
由公式
求得濕型粘土砂的電阻
，再通過已有的濕型粘土砂電阻Rx與含水量之間 的關系，即可求得濕型粘土砂的含水量。
[0007] 優選的，所述的步驟二中，反饋電阻Rf的電阻溫度系數小于0.2ppm/°C; 優選的，所述的步驟三中，采樣次數η為2的整數次冪，以便于進行FFT變換。
[0008] 優選的，所述的步驟三中，在正弦波激勵信號山的相位為Φ i的任意時刻，對正弦波 激勵信號Ui=Uimsin( ω t+Φ i)和放大器A的輸出端輸出電壓U〇=a〇cos( ω t+φ + φ i)同時采樣 η次，得到采樣序列Ui(n)和UQ(n)，對采樣序列Ui(n)和UQ(n)都進行FFT變換，可求得Ui(n) 的FFT變換結果的相位為Φ i，UQ(n)的FFT變換結果的模為B、相位為Φ + Φ i，由（Φ+ Φ 0-Φ i= Φ可得出在任意時刻采樣的初始相位Φ，又因任意時刻采樣FFT變換結果的模不變，可將B 與Φ重新組合可得到U〇(n)的FFT變換。
[0009] 本發明的優點：通過對電壓測量電路的輸出電壓進行采樣，并經數據通信單元送 至計算機，計算機對獲得的采樣序列進行FFT變換，提取出信號的基波分量，然后對基波分 量的實部與虛部進行分離，得到僅與電阻相關的基波分量實部值，可準確求得濕型粘土砂 的電阻，消除了傳統電阻法測量濕型粘土砂含水量時濕型粘土砂電容的干擾，從而大大提 高了電阻法測量濕型粘土砂含水量的測試精度。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發明中一種基于純電阻測量的濕型粘土砂含水量的測量裝置構成框圖。
[0011] 圖2是本發明中由電阻水分傳感器、信號調理單元和激勵信號源組成的電壓測量 電路原理圖。
【具體實施方式】
[0012] 根據說明書附圖1和附圖2對本發明的實施方式進行說明。
[0013]
【具體實施方式】一:本實施方式基于純電阻測量的濕型粘土砂含水量的測量方法通 過下列步驟實施： 一、組裝基于純電阻測量的濕型粘土砂含水量的測量裝置:基于純電阻測量的濕型粘 土砂含水量的測量裝置，它由電阻水分傳感器1、信號調理單元2、激勵信號源3、A/D轉換單 元4、數據通信單元5和計算機6構成，其中電阻水分傳感器1的信號輸出端與信號調理單元2 的一個信號輸入端相連，激勵信號源3的激勵信號輸出端與信號調理單元2的另一個信號輸 入端相連、同時與A/D轉換單元4的一個信號采集輸入端相連，信號調理單元2的信號輸出端 與A/D轉換單元4的另一個信號采集輸入端相連，A/D轉換單元4的信號輸出端與數據通信單 元5的信號輸入端相連，數據通信單元5的信號輸出端與計算機7的信號輸入端相連。
[0014] 二、組裝由電阻水分傳感器1、信號調理單元2、激勵信號源3組成的電壓測量電路： 由電阻水分傳感器1、信號調理單元2、激勵信號源3組成的電壓測量電路，它包括放大器A、 平衡電阻Ro、反饋電阻Rf、濕型粘土砂電阻R x、濕型粘土砂電容Cx和正弦波激勵信號源仏，其 中放大器A的反相輸入端與反饋電阻R f的一端相連、同時與濕型粘土砂電阻Rx和濕型粘土砂 電容Cx的一端相連，放大器A的輸出端與反饋電阻Rf的另一端相連，放大器A的同相輸入端與 平衡電阻Ro的一端相連，平衡電阻Ro的另一端與正弦波激勵信號源仏的一端相連，正弦波激 勵信號源仏的另一端與濕型粘土砂電阻R x和濕型粘土砂電容Cx的另一端相、同時接地