磚坯水分快速測試儀的工作原理及制作

在燒制磚瓦過程中，磚坯含水量是一個需嚴格控制的參量。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(xiàn)場磚坯取樣稱重，烘干后稱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，一般均需幾小時才能得到測試結果。本文在此介紹一種電路簡單、裝調(diào)容易、使用方便、測試迅速及準確度較高的磚坯含水量測量儀，特別適合現(xiàn)場測量及抽樣檢測。

一、工作原理

本測試儀是根據(jù)磚坯含水量變化時其電阻值也相對改變的原理進行測量的。它可以分辨出0.1％的含水量變化。同時由于測量區(qū)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磚坯含水量變化。圖1中核心元件采用能驅動10位LED進行線性模擬顯示的單片集成電路LM3914（國產(chǎn)型號為SF3914，上海無線電七廠產(chǎn)品），LM3914具有LED顯示位數(shù)與其輸入電壓成良好線性關系的特性，其內(nèi)部電路如圖2所示。LM3914內(nèi)部有10個電壓比較器，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?～4mA的電流，并且每個LED的驅動電流基本上是參考電壓源輸出電流的10倍，即圖1中每個LED的驅動電流ILED＝10×1.25／R5（mA）。

LM3914還具有點／線顯示選擇功能。當其⑨腳與11腳相連時選擇點圖顯示，這時只有某位序號的LED顯示，其序號值對應著輸入電壓的大小。當LM3914的⑨腳與Vcc端相連時選擇線圖顯示功能，此時有若干位LED顯示，其LED顯示的數(shù)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系，而是具有較大的非線性，采用分檔測試則有利于改善線性，提高準確度。圖中LM3914內(nèi)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(jù)其分壓值大小，可確定其含水量測量區(qū)域，因此調(diào)K1可以選擇測量區(qū)域。例如當開關K1指向“14％”時，選定好含水量測量區(qū)域為14％～15％。圖1電路根據(jù)制磚設備的實際需要，選定含水量總測量區(qū)域為13％-16％。

測量過程可這樣分析：假設K1指向14％，這時電路中A1輸出電壓U01。，將在磚坯含水量為14％時等于零。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x個LED顯示（或第x位LED顯示），故這時被測磚坯含水量值便等于LM3914驅動的LED顯示值的千分數(shù)加上14％，同樣可推出，K1指向其它檔時，被測值等于檔位指示數(shù)加上LED顯示值的千分數(shù)。這樣，通過檔位轉換，使電路在含水量為

13％-16％測量范圍內(nèi)始終能分辨出0.1％的示值變化。圖1開關K2為點／線轉換開關，可以根據(jù)需要，使LED實現(xiàn)點圖顯示或線圖顯示。

二、調(diào)試與制作

調(diào)試時可以烘干實驗法測得的結果作為標準值，調(diào)整各分壓電阻值（R1～R4）使電路測量準確度滿足要求。這里以“13％”檔為例，調(diào)試步驟如下：首先置開關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(diào)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(diào)整R6或R7值，使LM3914的10位LED剛好都顯示為止，這時表示測量值為14％，R6或R7調(diào)好后，以后各檔調(diào)試可不用調(diào)整該值。

最后按以上步驟依次調(diào)校各檔，調(diào)整各分壓電阻值，使測量水份精度滿足要求。

為實現(xiàn)高準確度測量，各電阻元件應選用穩(wěn)定性良好的金屬膜電阻或線繞電阻。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0.5％），故每次測試過程探頭插入泥磚深度應保證一致。

由于泥磚溫度、質地及其雜質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），故在實際使用本磚坯水份測試儀時還應進行小范圍示值修正。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。