[发明专利]一种基于纯电阻测量的湿型粘土砂含水量的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是铸造领域，具体是一种基于纯电阻测量的湿型粘土砂含水量的测 量方法。

背景技术

湿型粘土砂铸造因具有工序简单、生产率高等优点仍为目前主要的铸造方法，湿 型粘土砂的性能及其稳定性直接影响铸件的质量和生产成本。在湿型粘土砂各组分和性能 指标中，水分是影响湿型粘土砂质量最主要亦是最敏感的参数之一。目前，电阻法是使用较 多的湿型粘土砂含水量的快速测量方法，其基本原理是在激励源作用下，根据被测湿型粘 土砂的含水量变化时会引起传感器电阻值的变化，通过测得湿型粘土砂的电阻值，再根据 湿型粘土砂的含水量与电阻值之间的已有关系来计算含水量的大小。与直流电阻法相比， 虽然交流电阻法有效降低了湿型粘土砂极化的影响，但是在电场作用下，湿型粘土砂同时 表现出电阻性和电容性，因此通过测量电阻值来计算含水量，必定受到电容的干扰，势必降 低了湿型粘土砂含水量的测量精度。而现有的基于电阻法的测量装置常将电阻传感器看作 为理想电阻，即将电容的影响忽略不计，也就造成了含水量测试精度难以提高。因此，提供 一种基于纯电阻测量的湿型粘土砂含水量的测量方法具有重要意义。

发明内容

本发明是为了解决现有电阻法测量湿型粘土砂含水量精度不高的问题，而提供一 种基于纯电阻测量的湿型粘土砂含水量的测量方法。

本发明一种基于纯电阻测量的湿型粘土砂含水量的测量方法通过下列步骤实施：

一、组装基于纯电阻测量的湿型粘土砂含水量的测量装置：基于纯电阻测量的湿型粘 土砂含水量的测量装置，它由电阻水分传感器、信号调理单元、激励信号源、A/D转换单元、 数据通信单元和计算机构成，其中电阻水分传感器的信号输出端与信号调理单元的一个信 号输入端相连，激励信号源的激励信号输出端与信号调理单元的另一个信号输入端相连、 同时与A/D转换单元的一个信号采集输入端相连，信号调理单元的信号输出端与A/D转换单 元的另一个信号采集输入端相连，A/D转换单元的信号输出端与数据通信单元的信号输入 端相连，数据通信单元的信号输出端与计算机的信号输入端相连。

二、组装由电阻水分传感器、信号调理单元、激励信号源组成的电压测量电路：由 电阻水分传感器、信号调理单元、激励信号源组成的电压测量电路，它包括放大器、平衡电 阻、反馈电阻、湿型粘土砂等效电阻R_x、湿型粘土砂等效电容C_x和正弦波激励信号源U_i，其中 放大器A的反相输入端与反馈电阻R_f的一端相连、同时与湿型粘土砂电阻R_x和湿型粘土砂电 容C_x的一端相连，放大器A的输出端与反馈电阻R_f的另一端相连，放大器A的同相输入端与平 衡电阻R₀的一端相连，平衡电阻R₀的另一端与正弦波激励信号源U_i的一端相连，正弦波激励 信号源U_i的另一端与湿型粘土砂电阻R_x和湿型粘土砂电容C_x的另一端相连、同时接地，放大 器A的输出端输出电压U₀和正弦波激励信号源U_i接A/D转换单元。

三、利用测量装置和电压测量电路测量湿型粘土砂的电阻和含水量：将电阻水分传感器插入被测湿型粘土砂中，激励信号源产生正弦波激励信号U_i=U_imsin(ωt)，在正弦波激励信号U_i的初始相位为0的时刻，A/D转换单元对放大器A的输出端输出电压U₀=a₀cos(ωt+φ)采样n次，得到采样序列U₀(n)，并通过数据通信单元送至计算机，计算机对采样序列U₀(n)进行FFT变换，提取并对基波分量进行实部和虚部分离，得到实部分量对应着由公式求得湿型粘土砂的电阻，再通过已有的湿型粘土砂电阻R_x与含水量之间的关系，即可求得湿型粘土砂的含水量。

优选的，所述的步骤二中，反馈电阻R_f的电阻温度系数小于0.2ppm/℃；

优选的，所述的步骤三中，采样次数n为2的整数次幂，以便于进行FFT变换。