基于电容传感器的机制砂含水率在线检测系统研究

发布时间：2025-04-18 04:15

　　在混凝土的制备中,方便就地取材且价格低廉的砂料是一个重要建筑原材料,其中,影响混凝土质量的一个重要指标就是砂料的含水率。目前针对砂料的含水率方法多种多样,除传统的烘干法测量含水率外,还有电阻法、电感法、中子检测法等,但上述几种方法多为离线测量,耗时较长且存在取样不准确的情况。本文将针对机制砂含水率检测研制一款具有高精度的变介电常数电容传感器,其非接触的在线测量方式有效避免了因含水率分布不均而造成测量结果重复性低、迟滞误差大、线性度差等缺点。电容因其灵敏的动态响应,可在短时间内有效捕捉到pF级别的电容改变量,十分适用于对精密度要求较高的含水率测量。在电容传感器的实际应用中,电容极板的侧边由于极板厚度的存在会有少量弧形电场线的产生,引起电容的边缘效应。本文将利用边缘效应针对机制砂含水率检测设计一款电容测量装置为平板、可装载在大型传送带上的电容传感器测量装置。通过理论分析及实验验证,研制了一种基于电容边缘效应并带有一定角度的平板式电容测头,通过对电容极板的形状及机械结构的优化,提高了电容传感器的测量精度,实现了在不影响机制砂运动形态的情况下对其进行含水率的在线监测。通过高精密集成芯片CAV44...

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 引言
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 含水率电容传感器国内外研究现状
        1.2.1 国内研究现状
        1.2.2 国外研究现状
    1.3 课题研究内容和结构安排
    1.4 论文架构
第2章 机制砂含水率电容传感器的测量装置设计
    2.1 引言
    2.2 含水率电容传感器的工作原理
        2.2.1 常用含水率电容传感器介绍
        2.2.2 边缘效应
    2.3 基于边缘效应的含水率电容传感器测头设计
        2.3.1 含水率电容传感器的测头制作及注意事项
        2.3.2 含水率电容测头设计思路
        2.3.3 第一代基于边缘效应的含水率电容传感器测头设计
        2.3.4 测头的具体工作方式
    2.4 第二代基于边缘效应的含水率电容传感器测头设计
        2.4.1 第二代含水率电容测头的结构设计
        2.4.2 测头电容与含水率的关系
        2.4.3 成品展示与分析
    2.5 基于边缘效应的含水率电容传感器测头整体设计
        2.5.1 进料口机械结构设计
        2.5.2 测头底座整体设计
    2.6 本章小结
第3章 机制砂含水率电容传感器硬件电路设计
    3.1 系统总体设计
    3.2 数据采集模块设计
        3.2.1 电容电压转换电路
        3.2.2 CAV444芯片介绍
        3.2.3 CAV444电路参数确定
        3.2.4 TL431参考电压电路
        3.2.5 INA118芯片差分放大电路
    3.3 数据处理模块设计
    3.4 STM32模块电路设计
    3.5 电源电路设计
    3.6 本章小结
第4章 机制砂含水率电容传感器软件部分设计
    4.1 软件开发平台介绍
        4.1.1 主程序开发平台Keil
        4.1.2 PC端人机交互界面开发平台VS
        4.1.3 μC/OS-II操作系统
    4.2 电容电压模块软件设计
        4.2.1 电容电压模块主程序设计
        4.2.2 采集及差分放大设计
        4.2.3 数模转换设计
    4.3 主程序软件设计
        4.3.1 主程序模块整体设计
        4.3.2 误差分析及处理
    4.4 PC端界面设计
    4.5 本章小结
第5章 机制砂含水率电容传感器实验设计及分析
    5.1 引言
    5.2 实验载体设计
    5.3 含水率电容传感器标定实验设计
        5.3.1 最小二乘公式拟合
        5.3.2 实验分析
    5.4 迟滞分析
    5.5 重复性分析
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：4040513