电容式

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电容式范文第1篇

【关键词】电容式;电压互感器;外推法;现场检定

1.引言

随着电力系统输电容量的不断扩大，电网电压等级逐步提高，进行现场校验需用串联或并联谐振升压的测试方法，需要配置升压装置（升压变压器、调谐电感、调谐电容）、测差回路（标准电压互感器、校验仪、电压负载箱）一次及二次导线等设备，测试接线复杂、所需的设备种类繁多、笨重，搬运困难，现场安装不仅费时费力，且存在安全隐患。由于电容式电压互感器（CVT）容性负载大（最大可达几万Pf），所需试验变压器和电源的容量大、电压等级高，故用传统的现场检定试验非常困难，有时甚至无法进行现场校验。所以提出CVT误差现场便携测试装置不需要体积庞大的升压装置、不需要高等级的电压互感器标准、不需要负荷箱等，即可完成现场快速测试CVT的误差测试工作。

2.传统的检定方法

2.1 检定方法

传统的电容互感器检定是高端测差法，电压标准器需要比被检互感器高两个等级或以上的准确度的标准互感器、校验仪、升压装置谐振器、电压负载箱和相应的一次及二次测试线。如图1所示。

图1 高端测差法

2.2 现场设备的要求

在现场进行电容式电压互感器的检定时，由于现场使用的互感器电压体积较大，除互感器校验仪、电压负荷箱与实验室使用的设备基本相同外，标准电压互感器的体积及重量都比较大，而且被测互感器安装在比较高的位置，而且电容式互感器的一次电压值都≥110KV。和其它仪器所连接的一次、二次线都比较长（一次极性端A的线必须是硬线），无意中增加了不确定的负载，因此要求电源的容量、电抗器及标准电压互感器的容量都很大，通常传统校验现场电容式电压互感器的设备的总体重量都非常大。

2.3 传统设备的优点和缺点

用这种传统的测试方法，符合国家计量检定规程的规定，检定数据有效可靠。在现场条件允许的情况下，还广范的采用这种方法。传统方法的缺点是：由于现场电压大、容量高。通常110KV以上的电容式电压互感器一次升不到额定电压值。按照检定电力互感器规程要求，互感器的检测点为80%、100%、120%（115%）额定电压，因此用这种方法只能检定部分测试点。此外，现场检测需要无电状态下测试，接线时间长，并且被测互感器大都安装在高处，在现场需要梯子及吊车的配合才能完成接线及拆线。费大量的人力物力，而且不一定能顺利的完成测试。

用这种检定方法检定一台互感器最快也要1个多小时，需要求停电的时间长，对电力系统的影响比较大。

目前用这种方法检定现场电压互感器对大多数互感器由于上述原因根本无法进行检定，直接影响计量的可靠性、准确性。

3.新型互感器校验装置的检定法

3.1 新型互感器现场检定装置

电容式电压互感器现场检定装置，是一种间接法即外推法的便携式检定装置，可以检定35～500KV的0.2级和0.5级电容式电压互感器。

3.2 新型互感器的工作原理

电容式电压互感器的原理线路如图2所示。图中C1和C2为分压电容器，L为电抗器，PT为电磁式电压互感器。一次电压由AN输入，二次电压分别由1n -1a、2n -2a和da-dn绕组输出。

图2 电容式电压互感器原理线路

在电容式电压互感器中，电容分压是线性的，负荷误差也是线性的，只有电磁式电压互感器的空载误差是非线性的。因此，可以在低压2.2kV下测得电容式电压互感器的空载误差、负荷误差，再通过测二次励磁导纳外推得到80%、100%和120%（115%）额定电压下的空载误差，就可最后得到电容式电压互感器在额定负荷和下限负荷80%、100%和120%（115%）额定电压下的误差。

但是电磁式电压互感器的一次串联有电容器C2和电抗器L，在50Hz下，一次回路的容抗和感抗产生谐振，需要通过变频才能测得二次励磁导纳，并由导纳差外推得到80%、100%和120%（115%）额定电压下的空载误差。

3.3 设备的优点

新型电容式电压互感器检定装置可以检定35KV～500KV的0.2级和0.5级电容式电压互感器。装置体积小;重量轻，接线方便。通常检定一台互感器不超过10分钟，并且只需两个人即可轻松的完成互感器误差测试工作。接线如图3所示：

图3 装置的接线

3.4 存在问题

由于这种检定方法目前国家还没有相应的检定规程出来，所以目前只能采用比对法。

4.用传统法和外推法的数据比对

在山南地区藏木水电站现场用该测试装置和用传统谐振升压方法对同一式品型号为：TYD110√3-0.02GH，一次电压为：110√3KV，二次电压为：100√3V，额定负荷为：50VA.准确等级为：0.2.进行数据比对，结果如表1所示。

从表1测试数据可以看出：用外推法测试的误差数据和用传统方法测试的误差进行对，最大比值差误差为0.043%，相位差误差为：1.3′均未超过0.2级误差限值的1/3，满足要求。

5.结束语

现场电容式电压互感器的准确测量对于电力部门电能的准确计量具有重要的意义。以往由于测试方法和设备的限制，使现场许多电容式电压互感器检定不能按照检定规程进行周期检定。随着计量技术的发展，现场检定电容式互感器检定装置符合计量的检定要求。大大的提高了现场计量的人力、物力。并且通过大量的现场试验，证明该装置能够更加有效、准确的进行现场电容式互感器的误差测试工作。

参考文献

[1]蔚晓明.电容式电压互感器现场测试技术的探讨[J].山西电力，2005（2）：4-5.

[2]饶强.110-220KV电容式电压式电压互感器测试方法的探讨[J].广西电力，2006（5）：0-83.

[3]振波.220KV电容式电压互感器计量误差的现场检测[J].北电力技术，2007（3）：22-24.

电容式范文第2篇

关键词 变压器；套管；损坏分析；检修维护

中图分类号TN4 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）49-0176-02

0 引言

变压器主要由铁心、绕组、油箱和套管等组件构成，是构成电力系统的核心部件之一。变压器安全稳定运行，关系到整个电网的运行安全。作为变压器重要部件的套管，是变压器绕组引线的必经之路。变压器套管的作用是对变压器的油箱进行绝缘、固定，将电流输送到箱外。变压器套管需要适应多变的外界环境，并拥有一定的机械强度。常见变压器套管有纯瓷套管、充油套管、充气套管和电容式套管。电容式套管又可分为胶纸电容式套管和油纸电容式套管两种，本文通过分析油纸电容式变压器套管的结构和常见损坏原因，对油纸电容式变压器套管的检修与维护提出了一些自己的看法。

1 油纸电容式变压器套管的主要结构分析

油纸电容式变压器套管主要由油枕、瓷套、法兰和电容芯子组成。套管采用全密封金属结构，电容芯子不与大气相通，进而避免了因阳光直射和有害物浸入造成的套管内部老化。外绝缘层为瓷套，也是保护主绝缘油的容器。油枕的作用是根据套管内绝缘油温度压力的变化实时进行补偿，并通过磁性油位指示计显示油位状况。法兰一般采用铝合金铸造，为固定安装和接地的作用。电容芯子由绝缘纸和铝箔电极在导电管上卷绕而成，与导电管形成同心圆柱型串联电容器。电容芯子在使用时需用真空干燥的方法除去内部空气与水分，再用变压器油充分浸渍后，成为电气性能极高的油纸组合绝缘体。

2 油纸电容式变压器套管常见损坏原因分析

2.1 变压器套管表面存在污物

变压器套管表面附着污物吸收水分后，会使套管内部的绝缘组件电阻降低，从而导致闪络引起保护器动作跳闸，而闪络也会对变压器套管的表面造成损害。变压器套管表面附着污物吸水后还可能导致泄漏电流增加，使绝缘套管发热，甚至造成套管瓷套损坏或者击穿。

2.2 变压器套管密封性存在缺陷

因变压器套管密封胶垫失效或者变压器套管顶部出厂时就存在密封不良的缺陷，极易导致套管进水而击穿。如果套管底部密封不良，容易导致套管渗油，致使绝缘油油面下降，电容电阻降低而击穿的故障。引起变压器套管密封性不好的原因可能有超周期运行、胶垫老化、胶垫存在质量问题、套管设计结构存在缺陷、检修人员未紧固好螺栓等因素。

2.3 变压器套管维修后真空度降低

当变压器套管出现问题大修后，真空度未达到使用要求，导致绝缘层间残存空气。当变压器运行后，在高压电场的作用下会产生发生局部放电的现象，甚至击穿绝缘层酿成事故。另外，变压器套管设计结构不合理，接地小套管产生悬浮电位造成的局部放电，引线头与导压管材料不一致，接线处接触不良等原因也容易造成变压器套管产生不同程度的损坏。

3 油纸电容式变压器套管检修准备工作

变压器套管检修前，需要对套管的电容量、绝缘电阻、介质损耗角等进行检测，参考标准为电容量不超过变压器铭牌的120%，主绝缘电组应高于10 000MΩ，末屏对地绝缘电阻高于1 000MΩ，室温下介质损耗低于1%，油压不低于50kV。

在拆解变压器套管前，应将套管垂直固定在检修支架上，防止套管中的悬浮杂质充满整个套管，影响绝缘油的绝缘性能，同时还需保证均压球距地面距离不低于50cm，以方便套管的检测工作。拆解时应做好各连接处相对位置的标记工作，先拆下接地小套管，将接地引线推入变压器套管。再依次拆下接线装置、均压罩、压圈、储油柜、油位计。在拆解均压球时，应先拧下底部放油螺丝，再打开顶部注油塞的螺栓排油，当排油结束后用80℃左右的热油冲洗套管。拆解时应用支架托住套管黄铜管尾端，记下底部丝扣的长度。对于套管压力弹簧，应先前测量弹簧的压缩量，再拧紧压力弹簧压板使导电管上的紧固螺母脱离弹簧压板，最后取下紧固螺母和压力弹簧。上瓷套需用带有保护装置的专用的起吊绳取下，然后拆下电容芯子放入指定位置，最后取下下瓷套和连接法兰。

5 油纸电容式变压器套管的检修与维护

5.1 接线装置的检修

首先，应清洗并检查接线装置接触面，保证接触面平整、清洁、无氧化膜和损伤的现象，如有破损，应针对具体情况进行修补或者更换。

5.2 瓷套的检修

在清洁好瓷套后，应观察上下瓷套是否存在裂纹、破损的状况，如果为轻微损伤，可用环氧树脂修补。然后观察瓷套是否存在因闪络放电留下的痕迹，如果存在，需用干净的白布擦试瓷套内壁，并对瓷套进行干燥处理，若损坏严重，需对其进行更换。

5.3 储油柜、均压罩、压力弹簧的检修

对储油柜内外表面、油位计、注注油塞的锈蚀、油垢、水分清洗后，应检查各个部件表面是否存在变形、渗漏的现象。如果油位计温度标示线磨损，需重新喷画；对储油柜锈蚀部分经过处理后，应对其重新油漆，防止维修后再发生腐蚀。对于均压罩的检修，只需检查有无积水、油垢，是否存在变形和渗漏的部位即可。在对压力弹簧进行检修时，应对其进行清洗，然后检查是否存在变形、金属疲劳的现象，对受损严重的弹簧进行更换。

5.4 电容蕊子、法兰的检修

在检修电容芯子时，应查看是否存在放电痕迹，末屏是否有损伤、断股的现象，在确定损伤程度后，根据维修规范对其损坏部分进行处理。检修完成后，将电容芯子放入65℃恒温的烘房中干燥6个小时，并测验合格后备用。在进行法兰检修时，应检查法兰有无锈蚀、裂纹、破损、两侧密封面是否平整，对锈蚀处清洗后补刷防锈漆，必要时进行更换。

另外，针对套管密封不良、存在有进入或渗油现象，可采取更换胶垫重新密封的办法解决，因套管本身结构不合理引起头部过热等缺陷可采用银铜接触点代替铜铝接触点以减少氧化。

6结论

变压器是电力系统中电压转换、电能传输和终端分配的主要电力设备。如果变压器套管存在缺陷或故障，将直接危及到变压器的安全运行。因油纸电容式变压器结构复杂、维护周期长、检测难度大，在对其进行检修维护时，工作人员应充分利用一切停电机会认真检查变压器套管，及时排除隐患，对购买检修材料认真检查，确保检修质量。另外，检修人员还应不断提高自己的专业技术水平，确保变压器在维修后能够长期稳定运行。

参考文献

电容式范文第3篇

关键词：电容式电压互感器 铁磁谐振 过电压 介损

中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-025-02

1引言

电压互感器作为测量设备，在反映电力系统运行状态和保护电力系统稳定承担着重要作用。电压互感器常见故障有：二次熔丝熔断，一次熔断器熔断，击穿熔断器熔断，铁磁谐振，内部绝缘损坏等。每种故障的诱因都有差别，为探明故障导致的原因，就需要针对每种故障进行详细分析并进行分类，从而达到维护电力系统稳定和保证设备安全运行的目的。

电容式电压互感器具有电场强度裕度大、绝缘可靠性高、不与开关断口电容形成铁磁谐振并能削弱雷电波头等电气优点。一般适用于110kV及以上电压等级，目前在电力系统已得到广泛应用。由于受设计制造经验、工艺水平、原材料及过电压等因素的限制，投运后会发生各种各样的故障，影响了电网的安全运行。

本文针对常德电业局220kV铁山变电站的电容式电压互感器故障进行分析，找出故障发生的过程及其原因，从而针对性地提出预防措施。

2电容式电压互感器的工作原理

该电压互感器为电容式，型号TYD110/ -0.01。其电气原理图如图1所示。根据试验数据分析原因如下：

由图1可见：

该电容式电压互感器中使用的是氧化锌避雷器，氧化锌避雷器是通过将一次绕组线圈过电压控制在一个比较低的水平，从而防止因中变压器铁心饱和程度过深导致铁磁谐振。由图可见，当一次绕组线圈产生过电压时，则与其串联的补偿电抗器也产生过电压，则避雷器F上也承受过电压，此时起保护作用的避雷器将能量传到大地，从而保护了一次绕组及补偿电抗器。

3故障分析

3.1故障过程

2012年7月12日，检修人员接到运行人员通知，220kV铁山变110kV母差保护、110kV II母上各出线保护屏发TV断线信号。检修人员立即到达现场，经检查发现II母电压互感器C相故障造成电压异常，需尽快停电处理。运行人员接到调度指令，将5X24 TV退出运行，安排检修人员进行检修工作。检修人员经许可开工，先后对5X24 TV C相进行介质损耗及变比测试试验，试验数据均不合格，由此判定TV已损坏，于是组织配件，对TV进行了更换，更换后投入运行，保护信号显示正常。

3.2试验测试

解体前测试数据见表1。

测试数据表明：一、二次绕组线圈电阻值正常，即线圈没有断线；阻尼器呈高阻状态，表明阻尼器消谐功能正常；一、二次绕组对地以及一次绕组对二次绕组的绝缘电阻值不正常，绝缘性遭到严重破坏，避雷器对地绝缘电阻值为0M ，表明避雷器已经被击穿损坏，对地导通。由此可以判断电压互感器电磁部分的故障是导致此次故障的主要原因。

3.3原因分析

由试验结果可知，该氧化锌避雷器已经被击穿，一次、二次绕组对地以及一、二次绕组之间的绝缘性遭到破坏。

分析其原因可能是：在TV故障发生前曾经有雷电产生，而避雷器由于老化问题，导致避雷器击穿放电后不能恢复，长时间引起一次线圈过电压，同时引起回路长时间产生了铁磁谐振，产生大量能量，破坏一、二次绕组的绝缘性能，引起二次测量电压不正常，保护装置报TV断线。

铁磁谐振发生过程分析如下：

在铁磁材料中， 不是固定的常数，磁感应强度B和磁场强度H之间不是线性关系，如图2所示。在图中可见，曲线的A点附近曲线开始弯曲，再往上，B值的变化越来越平缓，H变化而B值变化很少的现象我们就称为磁饱和现象。磁饱和后，线圈中电流再增加，电感中的磁通基本不再增加。线圈磁阻增加的同时导致激磁回路感抗变。

此时，一次线圈电压升高，使线圈出现较大激磁电流导致中变压器铁心饱和，激磁回路感抗变小，即一次线圈感抗变小，使得Xr+Xl接近于Xc，从而引起铁磁谐振。一般情况下，阻尼器通过电阻发热，将铁磁谐振产生的能量消耗掉，此阻尼器也叫消谐器。但当避雷器被击穿而长时间不能恢复时，即避雷器已经起不到保护作用，铁磁谐振的现象将长时间持续，而铁磁谐振将使电感和电容产生过电压，一般为额定值的2～3倍，使一次线圈电流增大很多，线圈发热严重，绕组间绝缘以及对地的绝缘性能遭到破坏，同时由于阻尼器长时间吸收大量谐振能量，电阻发热量极大，促使油温温度上升，加剧了一次、二次线圈的绝缘性能的损害，这与现场测试的一、二次线圈绝缘电阻值的结果一致。从而导致了二次线圈电压显示不正常，保护装置报TV断线信号。

4结论

（1）氧化锌避雷器击穿将加大铁磁谐振发生的几率。

（2）消谐器长时间吸收大量谐振能量，电阻发热量极大，促使油温温度上升，破坏电容式电压互感器的绝缘性能。

（3）应该加强红外测温仪对电容式电压互感器运行设备状态的监视。

（4）进一步对此类氧化锌避雷器进行试验研究，探明是个别产品老化问题，还是产品质量问题。

参考文献：

[1] 梁雨林，黄霞，陈长材.电压互感器二次回路异常的原因及对策[J].电力自动化设备，2001（11）.

[2] 王晓云，李宝树，庞承宗.电力系统铁磁谐振研究现状分析[J].电力科学与工程，2002（04）.

[3] 柳亦钢，梁俊晖，陈晓东.浅谈串联铁磁谐振及其消除方法[J].广西电力，2005（03）.

电容式范文第4篇

关键词：平板电脑；电容式触摸屏；电容笔

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 11-0000-02

一、引言

平板电脑（Tablet PC）是一种小型、便携式的个人电脑，它以触摸屏作为最基本的输入设备。自苹果公司首款iPad以来，平板电脑迅速风靡全球。在大多数平板电脑中，都采用电容式触摸屏，它取代了传统的鼠标和键盘，成为了目前被广泛使用的简单方便的输入设备。电容屏的使用减少了很多外部连线，使得人机交互更加便捷，用户只需使用电容笔或直接用手就能对平板电脑进行操作。

电容屏的工作原理如图1所示[1]，它由一个模拟感应器和一个双向智能控制器组成。模拟感应器是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各有一层聚酯材料导电层，最外是纳米级别厚度的矽土玻璃，形成坚实耐用的保护层。夹层作为工作面，四个角上各引出一个电极内层作为屏蔽层用以保证良好的工作环境。触摸屏工作时，感应器边缘的电极产生分布的均匀电压场。由于人体存在电场，当人手触碰屏幕时，手指和触摸屏的工作面之间会形成一个耦合电容。因为工作面上接有高频信号，于是手指会吸走一个很小的电流，然后分别从触摸屏四个角上的电极中流出。通过对流经这四个电极的电流比例的精密计算，便可得出触摸点的位置。最后，控制器会将数字化的触摸位置数据传送给主机。

随着电容屏的不断发展和普及，人们对于电容屏的性能要求也越来越高，如灵敏度、亮度、耐压性等。因此，为了满足消费者的需求，对电容屏的各种性能参数的测试就变得相当重要。特别是在平板电脑的设计研发阶段，如何实现数据精确可靠且低成本的测试设计就变得极为重要。本文根据电容屏的结构和工作原理制定出一套完整的的测试规范和计划，全面测试了电容屏的各项性能和指标，检测了电容屏在不同工作特性和环境下的失效规律，分析其失效机理。设计的目标是在控制测试成本的同时，尽可能在开发阶段找出电容屏的问题并加以解决。本文针对用户使用平板电脑时的环境和工作模式不同设计了多套方案，保证测试质量及测试工作的顺利进行的同时，也使得产品的设计和质量能满足各种客户的要求。

二、实验设计

电容屏的设计和性能必须满足终端客户的需要。通过用户对电容屏的体验反馈，用户最关注的是触摸敏感性、屏幕亮度和可靠性。本文针对电容屏的所要实现的关键功能设计了功能性测试。而对于可靠性方面，我们也对电容屏可靠性影响最大的几个因素，包括表面硬度、反复点击的影响、耐冲击、耐跌落等，分别设计了测试方案。

（一）功能性测试

该项测试设计的目的是测试电容屏的基本功能，包括单点触摸测试，划线测试和亮度测试。用户有可能在电池或带外接电源模式下操控平板电脑，因此所有的功能性测试设计都会在电池和外接电源两个模式下完成。

1.单点触摸测试。为了防止误识别，要求电容笔所点击的位置和显示屏所显示的位置偏差要小于1mm。该测试需要使用电容手写笔和精度为0.01mm的游标卡尺。具体设计如下：

（1）开机进入系统后，首先使用校准软件对电容屏进行校准，校准的目的是为了保证单点触摸测试结果的可靠性，减小由于测试偏差引起的结果失败。

（2）结合电容屏的结构和用户的使用习惯，我们把整个电容屏分成如图2所示9个均等的区域。

（3）用电容笔点击的压力值要能够使电容屏工作，即为20±10gr。

2.划线测试。为了保证书写和其他使用的流畅，要求当用手指或电容笔在电容屏上面划线时，系统显示划出的线或圆的轨迹不能断开或发生偏移，且系统显示划出的线或圆的轨迹与手指或笔的偏差要小于1mm。该测试需要电容手写笔和精度为0.01mm的游标卡尺。具体设计如下：

（1）开机进入系统后，首先使用校准软件对电容屏进行校准.

（2）结合电容屏的结构和用户的使用习惯，把电容屏按图3所示先划出8条线，分成均等的8个三角形。其中第5，6，7，8这四条线是四周边沿的线，为了提高测试的准确性，这四条线要与边框距离2mm，以免测试中手或电容笔触碰到四周的边框而影响测试结果。

（3）在八个三角形区域内随意划出直径为1-5mm的圆。

（4）手指或电容笔的压力值要能够使电容屏工作(手指：0gr，电容笔：0±10gr)。

3.亮度测试。该测试是为了检测透过电容屏的最大亮度是否符合设计要求。业界通用的亮度测试点有5点，9点，11点，本文选用5点测试法。因为我们测试中使用的平板电脑尺寸较小，而且采用5点，9点，11点测试后的平均值都在误差范围内，为了提高工作效率且不影响测试的准确性，本文选用5点测试法。取5点测试结果的平均值大于200尼特即为通过。该测试需要使用亮度测试仪，我们的实测选用了Konica CA-210，该设备的优点是不需要在暗室中完成测试，使用方便。具体设计如下：

（1）在正式测试前，系统至少要开机30分钟。

（2）测试系统平放在测试台上，亮度测试仪垂直紧贴测试系统，不能有缝隙，否则会有光线透进。

（3）使用5中心点测试方法对如图4所示的触摸屏中的5个点进行亮度测试。

（4）计算该5中心点的最大亮度值的平均值，分析是否满足测试合格标准。

（二）可靠性测试

电容式范文第5篇

关键词：粮食水分；电容式；发展趋势

中图分类号：TS211.41 文献标识码：A

前言

粮食是人类赖以生存的物质基础，其质量的好坏是关系到国计民生的大事[1]。在运输和储藏过程中，粮食的含水率是影响其质量的一个非常重要的指标。粮食中的水分按物理性质可分为游离水（自由水）和结合水（结晶水）。游离水是通过物理吸附作用凝聚在粮食颗粒内部的毛细管内和分子间隙中的水分；结合水是通过化学作用吸附在粮食细胞内或粮食分子结构中的水分。游离水具有普通水的一般性质，其对粮食的质量有着重要的影响，粮食的含水率就是指游离水占粮食重量的百分比[2]。

粮食刚收获时一般内部都含有较高的水分，高含水率会促使粮食生命活动旺盛，容易造成粮食发热、霉变、生虫和其他的生化反应。为了确保粮食的安全储藏，必须对收获后的粮食进行及时干燥，将其含水率降至安全储藏标准[3-4]。因此，粮食水分检测技术在粮食干燥过程中显得尤为重要。

1 粮食水分的检测方法

粮食水分的检测方法主要有直接法和间接法。直接法通过对粮食进行加热干燥后直接测量其水分的含量。这种检测方法是一种基准法，测量时不会改变样品的性质，但它是一种间歇式的测量方法，一般需要较长的测量周期，根据所使用的方法不同，测量时间大约需要十几分钟到几个小时不等，不能实现对粮食水分含量的连续测量。间接法是通过测量与水分含量变化相关的物理量从而得到粮食的水分含量，因此容易实现水分的在线测量。间接法包括化学法、电导法、电容法、中子法、微波法、光学法等[5]。其中，电容法具有结构简单、分辨率高、动态响应快以及价格便宜等特点，但其受外界影响的因素较多，数据处理也相对复杂。

2 电容式粮食水分传感器及原理

电容式粮食水分传感器是依据电容法为基础设计的，其原理是：在常温下，干燥粮食的介电常数为2～4，而水的介电常数约为80。粮食干质的介电常数远远小于水的介电常数。当电容式水分传感器以粮食作为极间介质时，粮食含水率的变化必将引起其介电常数的相对变化，在电容器极板面积和极板间距不变的条件下，可以通过测量此电容器的电容值变化来测定粮食的相对介电常数值，由此得出被测粮食的含水率[6]。

目前，常见的电容式粮食水分传感器的极板结构主要有2 种型式：圆筒型和平行极板型[7]。

2.1 圆筒式电容传感器

圆筒式电容传感器一般是把传感器的电容极板制作成同心轴圆柱形，即类似量筒或量杯的形状，2块圆形极板的中空部分是粮食的采样区域。

圆筒式电容传感器的极板结构如图1所示。

图中圆筒式电容传感器的高为L，内极板为半径为r，外极板半径为R，当L>>R-r时，可忽略圆柱的边缘效应。当2极板分别带有电荷+q和-q时，电荷均匀的分布在两极板的表面上，则圆柱每单位长度的所带电荷量绝对值为λ（λ=q/L）。由于电容传感器两极板具有轴对称性，那么两极板间离圆柱轴线距离为s处的电场强度E为：

其中，为真空介电常数。

两极板间的电势差ΔU为：

则圆筒式传感器的电容为：

当电容传感器两极间放入介电常数为的被测样品时，其相对介电常数为：

极板电容值则变为：

由上式可以看出，当粮食内部的含水量变化时，其相对介电常数也会相应改变，从而导致电容传感器的输出电容值发生变化。因此，可以通过测量电容传感器的电容值来得出被测粮食的含水率。这就是圆筒式电容传感器测量粮食含水率的工作原理。

圆筒式电容传感器在使用时一般需要垂直接入或嵌入到干燥机的粮食流道中[8]，其占用了较大的高度空间，不适用于低矮体积小的干燥机。此外，圆筒式电容传感器内部的间断启闭采样装置常有堵塞或机械故障等问题的发生，需要工作人员停机给予维修。

2.2 平行极板式电容传感器

平行极板式电容传感器是由2块相对的平行极板构成的，2块平行极板中间的部分是粮食的采样区域。

平行极板式电容传感器的结构如图2所示。

其极板的电容计算公式为：

式中，为真空介电常数，为被测物料的相对介电常数，A为电容极板的面积（），D为两极板间的距离。

当2块电容极板间充满被测粮食时，其内部空间可以抽象成是由粮食的干质、粮食中的水分和粮食颗粒孔隙中的空气3者所组成的。设3者的介电常数分别为、、。则此时电容传感器的电容值C为[9]：

式中，，e为两极间粮食的孔隙比，为粮食干质的容重，M为被测粮食的含水率。

上式给出了电容传感器电容值与其影响因素之间的关系，只要确定了相关的影响因素，就可以用所测极板电容值来反应被测粮食的水分含量。

将平行极板式电容传感器应用在粮食干燥装置上进行在线测量粮食水分时，需要粮食从极板间流过，这样会导致安装十分困难。且为了提高传感器的灵敏度，通常需要加大极板相对面积来实现传感器的初始电容值的增加，因此，在用于对传感器体积有特殊要求的场合时则受到了一定的限制。如果用减小传感器极板间距的方法来保证灵敏度，则传感器的量程又会受到直接限制[10]。

3 电容检测技术的发展趋势

目前，根据不同的水分检测技术而生产出来的水分仪种类有很多，它们按市场的不同需求被应用在各种场合中。电容检测技术作为众多检测方法之一，以其诸多优点被广泛应用。研究人员也针对电容式传感器的影响因素提出了很多解决方法。例如，将平行极板式电容传感器的2块极板置于同一平面上，成为了平板式电容传感器，减小了安装难度。给电容器加装排粮轮来减小被测粮食紧实度变化对测量结果造成的影响等。但电容式水分传感器领域仍有很大的研究空间。提高检测精度和在线检测的稳定性等难题，还需要研究人员深入探索加以解决。

参考文献

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