[发明专利]一种电容法测量湿型粘土砂含水量的圆柱形制样装置及测量湿型粘土砂含水量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是铸造湿型粘土砂水分测量领域，具体是一种电容法测量湿型粘土砂含水量的装置及方法。

背景技术

含水量是湿型粘土砂的重要组分参数，也是对性能最为敏感的参数之一。含水量直接决定着湿型粘土砂质量的好坏，进而影响铸件的质量。因此，发展了很多测量湿型粘土砂含水量的方法，如电阻法、电容法、电感法、中子吸收法、微波法等。其中，电容法由于传感器和检测电路结构简单，成为目前最为常用的湿型粘土砂含水量在线电测量方法，它是在交流源激励作用下，通过测量湿型粘土砂的电容值，然后根据湿型粘土砂的含水量与电容值之间的已有关系来间接计算含水量的大小。然而，湿型粘土砂是由硅砂、膨润土、水、煤粉和多种添加剂组成的一种复杂的混合物，因此，湿型粘土砂中含有诸如粘土、煤粉、碳酸盐等不确定的电导因素，它们严重影响了电容值的准确测量，进而使电容法测量湿型粘土砂含水量的精度大大降低。为了准确测得湿型粘土砂的含水量，必须消除这些不确定电导因素的影响，通常的方法是通过提高激励源的频率来减小湿型粘土砂中电导的影响，但是不管频率怎样的提高，并不能完全消除湿型粘土砂的电导；而且，随着激励源频率的提高，集肤效应、邻近效应等一些寄生效应随之产生，这给检测电路的设计带来很大困难。

发明内容

本发明的目的是针对以往采用电容法测量湿型粘土砂含水量精度低的问题，提供一种电容法测量湿型粘土砂含水量的圆柱形制样装置及测量湿型粘土砂含水量的方法。

一种电容法测量湿型粘土砂含水量的圆柱形制样装置，它包括主样筒、次样筒、辅助样筒、两个半圆环形激励电极、圆环形隔离电极、隔离电极接地线和两根激励电极屏蔽线；

次样筒位于主样筒的正上方，辅助样筒套在主样筒和次样筒的外侧，且主样筒、次样筒和辅助样筒同轴；

主样筒的内壁上镶嵌有同型号的两个半圆环形激励电极，且两个半圆环形激励电极之间存在间隙；该两个半圆环形激励电极分别与两根激励电极屏蔽线电连接；

主样筒的外壁上覆盖有圆环形隔离电极，该圆环形隔离电极与隔离电极接地线电连接；

次样筒内径与内壁上嵌有激励电极的主样筒的内径Φin相同；

次样筒的外径Φout与圆环形隔离电极的外径相同。

一种电容法测量湿型粘土砂含水量的圆柱形制样装置实现电容法测量湿型粘土砂含水量的方法，该方法中应用到的并联电阻模型电路包括一号电阻R₀、二号电阻R、开关K和电容C_x；该二号电阻R的一端接地，另一端分别作为并联电阻模型电路的一个输入端、同时与一号电阻R₀的一端和电容C_x的一端连接，一号电阻R₀的另一端与开关K的一端连接，所述开关K的另一端作为并联电阻模型电路的一个输入端、与电容C_x的另一端连接；所述电容法测量湿型粘土砂含水量的方法为：

步骤一、在圆柱形制样装置内装满待测粘土砂，并使用锤击法制得紧实度相同的湿型粘土砂砂样，该砂样的高度与主样筒的高度相等；

步骤二、将主样筒和辅助样筒分离；

步骤三、将两根激励电极屏蔽线分别与并联电阻模型电路的两个输入端连接，

此时主样筒内的砂样的电阻采用砂样等效电阻R_x表示；

步骤四、通过两个激励电极屏蔽线给两个激励电极施加频率为ω的交流激励电压u_i，并控制开关K断开或者闭合，在断开开关K状态，砂样等效电阻R_x和电容C_x的并联连接，在闭合开关K状态，砂样等效电阻R_x、电容C_x和一号电阻R₀并联；两种状态下，分别测量二号电阻R上的电压降u_o1和u_o2：