УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1994 года по МПК G01N33/48 G01V3/08 A01C1/00 A01G7/00 

Изобретение относится преимущественно к сельскому хозяйству, а более точно касается устройств для контроля расходов и технологических параметров различных сыпучих материалов в растениеводстве, животноводстве, кормопроизводстве, перерабатывающих и добывающих отраслях народного хозяйства.

Известно устройство для контроля характеристик материалов, содержащее емкостный датчик, имеющий первый электрод, генератор электромагнитных колебаний, с выходом которого связан первый электрод, второй электрод, образующий с первым электродом зону контроля между этими электродами, средство экранирования этой зоны контроля, усилитель, охваченный цепью отрицательной обратной связи, со входом которого связан второй электрод средства формирования зоны контроля, детектор, вход которого связан с выходом усилителя, средство обработки сигналов, вход которого связан с выходом детектора и средство проверки работоспособности емкостного датчика, также связанное со входом средства обработки сигналов.

Указанное устройство имеет неудовлетворительные технологические возможности, точность и надежность контроля в условиях абразивного воздействия контролируемых материалов, загрязнений электродов, а также изменяющихся свойств контролируемых материалов и потоков этих материалов.

Настоящее изобретение имеет задачей создание устройств для точного, надежного контроля расходов и объемов материалов в условиях абразивных воздействий, загрязнений и изменяющихся свойств различных контролируемых материалов в различных технологических процессах растениеводства, животноводства, кормопроизводства, перерабатывающих и добывающих отраслей народного хозяйства.

Это достигается тем, что в устройстве для контроля характеристик сельскохозяйственных материалов, содержащем, по меньшей мере один основной емкостный датчик, имеющий первый и второй электроды для образования между ними зоны контроля, генератор электромагнитных колебаний, с выходом которого связан первый упомянутый электрод, средство экранирования зоны контроля, усилитель, охваченный цепью отрицательной обратной связи, вход которого связан со вторым упомянутым электродом, детектор, вход которого подключен к выходу усилителя, а также выходной блок формирования сигналов, согласно изобретению, что первый электрод выполнен в виде открытой токопроводящей поверхности, изолированной от средства экранирования зоны контроля по торцам и со стороны, противоположной зоне контроля, диэлектрическими прокладками, а второй электрод выполнен по меньшей мере из двух секций, установленных внутри диэлектрических прокладок, смонтированных с противоположных торцов и под углом к первому электроду.

Такое выполнение устройства повышает его технологические возможности при использовании для контроля абразивных потоков контролируемых материалов, т.к. выполнение первого электрода в виде открытой токопроводящей поверхности снижает влияние износа на надежность контроля.

Существенно то, что ширина диэлектрической прокладки, установленной между торцами первого электрода и средства экранирования зоны контроля выполнена соизмеримой с размерами абразивных частиц контролируемого материала.

Такое выполнение устройства снижает абразивное воздействие частиц контролируемого материала. Существенно, что первый электрод выполнен в виде поверхности, формирующей плотный участок потока контролируемого материала, в частности первый электрод установлен примыкающим к плотному участку потока контролируемого материала, а секции второго электрода смонтированы по сторонам упомянутого плотного участка потока контролируемого материала.

Это выполнение устройства повышает точность контроля, так как снижает влияние хаотических изменений плотности потока в поперечном сечении зоны контроля.

Важно, что устройство снабжено средством компенсации утечки между первым электродом и средством экранирования зоны контроля, содержащем усилитель мощности, включенный между первым электродом и выходом генератора электромагнитных колебаний, регулятор напряжения, первый вход которого подключен между первым электродом и выходом усилителя мощности, цепь питания которого связана с выходом упомянутого регулятора напряжения, со вторым входом которого связана цепь задатчика.

Такое выполнение устройства позволяет снизить влияние загрязнений диэлектрической прокладки между первым электродом и средством экранирования зоны контроля.

Существенно то, что устройство снабжено по меньшей мере двумя генераторами электромагнитных колебаний, один из которых выполнен в частотном диапазоне, в котором разница электрических свойств контролируемых материалов минимальна, а второй - в частотном диапазоне, в котором разница электрических свойств контролируемых материалов отличается от указанной минимальной разницы, в частности, устройство снабжено коммутатором, выходы которого связаны с цепями управления генераторов электромагнитных колебаний.

Это позволяет проконтролировать электрические свойства контролируемого материала и ввести соответствующие изменениям этих свойств корректирующие коэффициенты при определении расхода или объема контролируемого материала.

Целесообразно, что генератор электромагнитных колебаний выполнен перестраиваемым по частоте.

Это дает возможность повысить точность определения свойств контролируемого материала и, следовательно, точность контроля расходов.

Важно, что устройство содержит связанные между собой и последовательно включенные между детекторами и выходным блоком формирования сигналов средства учета начальных условий, линеаризации получаемой характеристики, учета свойств контролируемого материала и средство контроля включения технологического процесса.

Это позволяет обеспечить периодическую тарировку устройства расширить его технологические возможности и точность контроля.

Целесообразно то, что устройство снабжено преобразователем напряжения в частоту импульсов, цепью термокомпенсации параметров детектора, схемой выделения сигнала, при этом вход преобразователя напряжения в частоту импульсов подключен к выходу детектора, а выход упомянутого преобразователя связан с входом схемы выделения сигналов, выполненной на оптронном преобразователе, кроме того средства учета начальных условий и линеаризации получаемой характеристики выполнены на микропроцессоре, связанном со средством включения технологического процесса, оперативным и постоянным запоминающим устройствами, посредством соответствующего контроллера с жидкокристаллическими индикаторами, а также динамиком, причем средство учета свойств контролируемого материала включает дополнительный идентичный основному емкостный датчик, установленный в нижней части емкости периодического опорожнения машины, а также клавиатуру выбора вида контролируемого материала, связанную с микропроцессором и постоянным запоминающим устройством.

Это позволяет определить дополнительные корректирующие коэффициенты для конкретного материала в начале очередного заполнения емкости.

В частности, целесообразно, что средство контроля включения технологического процесса содержит схему фиксации переменной составляющей сигнала от контролируемого материала, обусловленной модуляцией потока указанного материала подвижными деталями подающего механизма.

Такое выполнение устройства позволяет повысить надежность контроля за счет применения наиболее простого схемного решения, и получать информацию о скорости движения упомянутого механизма и контролируемого материала.

Предложенное сочетание конструктивных и схемных технических решений позволяет обеспечить высокоточный надежный контроль расходов и объемов различных материалов в широком диапазоне технологических процессов. В частности, в транспортных устройствах уборочных комбайнов, транспортных и дозирующих устройствах в перерабатывающих и добывающих машинах в различных отраслях народного хозяйства. В том числе, для контроля расходов материалов скребковыми, шнековыми, пневматическими и другими транспортерами в различных технологических машинах.

Такое выполнение устройства позволяет решать ранее не решаемые задачи точного контроля расходов различных материалов с такими изменяющимися параметрами, как влажность, крупность, форма элементов, электрические свойства и т.д. В частности, устройство позволяет точно контролировать расходы таких материалов как зерно, ворох, поступающий на вход уборочных машин, химические, органические и минеральные удобрения, сыпучие материалы и минералы, а также продукты переработки различных материалов.

Предложенное устройство является необходимым элементом компьютерных технологий в сельском хозяйстве, перерабатывающих и добывающих отраслях промышленности.

Кроме того, это устройство позволяет получить информацию об электрических свойствах различных материалов и как следствие, о различных технологических параметрах, в частности устройство позволяет контролировать его влажность, в том числе зерна, концентрированных кормов, удобрений, минеральных материалов.

Может быть получена комплексная информация о технологических параметрах (влажности и плотности, влажности и крупности и т.д.) контролируемого материала, в частности скошенного вороха, силосной или сенажной массы, материала в транспортерной цепи домолота на зерноуборочном комбайне, органических удобрений и других видов вороха в технологических цепях сельскохозяйственных, землеройных и добывающих машин.

Как показал научно-технический поиск, заявляемое техническое решение неизвестно в литературе, т.е. соответствует критерию "новизна". Поскольку только сочетание признаков, характеризующих параметры электродов, диэлектрических деталей, разделенных токопроводящими поверхностями, и схемы, учитывающей начальные условия, выполняющей линеаризации и учитывающей свойства материалов, дает возможность решить указанную задачу, то заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Результаты опытных испытаний данного устройства и его высокая эффективность показали соответствие критерию "промышленная применимость".

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для контроля характеристик сельскохозяйственных материалов (емкостный датчик изображен в аксонометрии); на фиг.2 - принципиальная схема емкостного датчика на фиг.1; на фиг.3 - принципиальная схема пульта устройства на фиг.1; на фиг.4 - функциональная схема двухчастотного емкостного датчика по фиг.1, 2; на фиг.5 - размещение емкостных датчиков на фиг. 1-4 на роторном зерноуборочном комбайне (вид сбоку); на фиг.6 - размещение емкостных датчиков на фиг.1-5 на том же комбайне (вид спереди); на фиг.7 - установка емкостного датчика на фиг.1-4 на скребковом элеваторе зерноуборочного комбайна (аксонометрия); на фиг.8 - установка емкостного датчика на фиг.1-4 на пневматическом транспортере домолота зерноуборочного комбайна; на фиг.9 - установка емкостного датчика на фиг.1-4 на выходе шнекового транспортера.

Устройство для контроля характеристик сельскохозяйственных материалов будет описано на примере выполнения устройства по фиг.1 для контроля расходов зерна, поступающего в бункер и вороха, поступающего в транспортерах домолота зерноуборочного комбайна.

Устройство для контроля расхода зерна, согласно изобретению, содержит емкостный датчик 1 (фиг.1), включающий средство 2 формирования зоны 3 контроля и средство 4 экранирования зоны 3 контроля. Средство 2 формирования зоны 3 контроля содержит первый электрод 5, изолированный по торцам по всему периметру от средства экранирования 4 зоны 3 контроля диэлектрической прокладкой 6 и подключенный к выходу источника 7 электромагнитных колебаний, и второй электрод 8, состоящий из двух секций, подключенный ко входу усилителя 10. Средство 2 формирования и средство 4 экранирования предназначены для образования зоны 3 контроля между электродами 5 и 8. Средство 4 экранирования зоны 3 состоит из электродов 12 и 13 и выполнено в виде П-образной или замкнутой обечайки 11, электрически связанной с источником 7 и усилителем 10. Первый и второй электроды 5 и 8 расположены в непосредственной близости от соответствующих электродов 12 и 13 средства 4 экранирования зоны 3 контроля, отделены от них и между собой соответствующими, индивидуальными диэлектрическими прокладками 14 и 15. Причем в прокладки 15 утоплены секции электродов 8. Диэлектрические прокладки 14 и 15 закреплены на внутренних стенках обечайки 11.

В описываемом варианте выполнения устройства электроды 5 и 8 и обечайка 11 средства экранирования зоны контроля выполнены в виде пространственной конструкции, конфигурация и размеры которой соответствуют каналу для перемещения зерна.

Усилитель 10 охвачен цепью отрицательной обратной связи, выполненной в виде параллельно включенных конденсатора 16 и резистора 17. К выходу усилителя 10 подключен вход детектора 18, выход которого соединен со входом преобразователя 19 напряжения датчика в частоту импульсов. Выход этого преобразователя 19 связан в точке 20 с линией 21 связи, служащей для передачи сигналов датчика 1 на пульт 22, предназначенный для установки, в частности, в кабине сельскохозяйственной машины. С линией связи в точке 23 на пульте 22 связан вход схемы 24 выделения сигналов датчика 1, с выходом которой связан вход средства 25 учета начальных условий контроля, а также вход средства 26 линеаризации получаемой характеристики датчика 1. Со средством 25 учета начальных условий связано средство 27 контроля включения технологического процесса. Со средством 26 линеаризации связано также средство 28 учета свойств материала. С выходом средства 26 линеаризации связан вход выходного блока 29 формирования выходных сигналов, характеризующих расход сыпучих материалов, в частности, зерна или вороха в транспортерах зерноуборочного комбайна.

В электроде 12 выполнена полость 32, в которую утоплены электрод 5 и соответствующие ему диэлектрические прокладки 6 и 14. Поверхность 34 электрода 5, обращенная в сторону зоны 3 контроля выполнена токопроводящей из абразивостойкого металла. Из абразивостойких материалов выполнены также диэлектрические прокладки 6 и 15, а также токопроводящие поверхности 31.

В любом варианте выполнения устройства места 30 соединений электродов 12 и 13 средства 4 экранирования зоны 3 контроля снабжены участками 31, 33 проводника, образующими токопроводящие поверхности, разделяющие диэлектрические прокладки 15, с одной стороны, и токопроводящую поверхность 34 электрода 5, с другой стороны, электрически неизолированные со стороны окружающей среды со всех сторон, контактирующих с этой средой. Причем размеры этих участков установлены, предотвращающими образование при загрязнениях зоны 3 контроля электрически изолированных от средства 4 экранирования зоны 3 контроля токопроводящих перемычек между диэлектрическими прокладками - 15 и токопроводящей поверхностью 34 электрода 5. В данном случае места 30 соединений электродов 12 и 13 связаны между собой участками 31 проводника с токопроводящими поверхностями 31 шириной не менее 3 мм по всему периметру соединений. Ширина диэлектрической прокладки 6 выбрана соизмеримой с размерами абразивных частиц контролируемого материала для предотвращения ее абразивного износа. В частности, при использовании в зерноуборочных комбайнах эта ширина устанавливается в пределах от 1 до 6 мм. Оптимальным является диапазон от 2 до 4 мм, соизмеримый с размерами зерен основных культур (пшеницы, кукурузы).

Принципиальная схема электронной части емкостного датчика по фиг.1 приведена на фиг.2.

Источник 7 электромагнитных колебаний содержит, например, генератор, выполненный, в частности, на микросхемах (инверторах) 35, 36 типа К 561 Л А 7 или зарубежных типа CD 4011. Резисторы 37 и 38 и конденсатор 39 служит для задания частоты и скважиности сигналов.

Частота генератора электромагнитных колебаний выбирается в диапазоне от 5 кГц до 200 мГц.

Выход генератора связан со входом усилителя мощности 40, собранного, например, на микросхемах (инверторах) типа К 561 ЛН 2 или зарубежных типа CD4069, включенных параллельно (в частности, 6 штук).

Выход усилителя через резистор 41, служащий для защиты от выхода указанного усилителя мощности от короткого замыкания, связан с электродом 5.

С этим же электродом 5 связан вход средства компенсации утечки энергии между электродом 5 и средством 4 экранирования зоны 3 контроля, состоящего из амплитудного детектора, собранного на диоде 42, резисторе 43 и конденсаторе 44. Выход этого амплитудного детектора связан через резистор 45 со входом операционного усилителя 46. Резистор 47 служит цепью отрицательной обратной связи усилителя 46.

Резисторы 48 и 49 служат целью задатчика. Выход усилителя 46 связан с цепью питания усилителя мощности 40.

В частном случае выход усилителя 46 связан с цепью питания усилителя 40 через усилитель мощности, выполненный, например, на транзисторе типа КТ315С. В этом варианте выполнения усилитель 46 собран на микросхеме К 157У Д 2 или зарубежной LM258N. Секции второго электрода 8 емкостного датчика 1 подключен ко входу усилителя 10, в цепи отрицательной обратной связи которого включены конденсатор 16 и резистор 17.

Выход усилителя 10 через конденсатор 50 и резистор 51 связан со входом усилителя 52, в цепи отрицательной обратной связи которого включен резистор 53. Резисторы 54 и 55 образуют среднюю точку усилителей 10 и 52. С выходом усилителя 52 связан амплитудный детектор 18, собранный на диоде 56, конденсаторе 56 и резисторах 58, 59. Выход амплитудного детектора соединен со входом преобразователя 19 напряжения в частоту импульсов, собранном, например, на микросхеме 60 типа AD 654 с частотозадающим конденсатором 61. Ко второму входу этого преобразователя 19 подключена цепь термокомпенсации параметров детектора 18, выполненная на диоде 62 и резисторах 63 и 64.

Выход микросхемы 60, содержащий цепь с открытым коллектором, соединен в точке 20 с линией 21 для передачи сигналов на пульт 22. Цепи питания и фильтры на фиг.2 не показаны.

В общем случае устройство содержит несколько основных измерительных и дополнительных корректирующих емкостных датчиков 1, как показано на фиг.3.

Пульт 22 устройства по фиг.1 содержит схему 24 выделения сигнала, выполненную на оптронном преобразователе 65, собранном, в частности, на микросхеме типа SNY74-4 и резисторах 66 и 67.

Средство 25 учета начальных условий контроля собрано на микропроцессоре 68 типа 68НС11 фирмы Моторола, к которому подключено оперативное запоминающее устройство 69 типа ИМ6116, а также средство 27 контроля включения технологического процесса, содержащее, в частности, датчик контроля состояния рабочего органа сельскохозяйственной машины, который, например, выполнен в виде датчика 70 контроля вращения узла, а в данном случае, вала 71 механизма, подающего контролируемый материал. В качестве датчика вращения вала служит индуктивный датчик, связанный магнитным полем, в частности, с головками болтов 72, связанных, в свою очередь с контролируемым валом 71. Вход микропроцессора 68 соединен также с выходом оптронного преобразователя 65 средства 24 выделения сигнала. На указанном микропроцессоре 68 и постоянном запоминающем устройстве 73 собрано средство 26 линеаризации характеристики емкостного датчика 1.

Устройство по фиг.1 содержит также средство учета вида контролируемого материала, включающего клавиатуру 74 выбора вида материала связанную через указанный микропроцессор 68 с постоянным запоминающим устройством 73. Выход микропроцессора 68 связан с блоком формирования выходных сигналов, в частности, включающего жидкокристаллический индикатор 75 и контроллер 76 типа HD61602 для его управления, а также звуковой сигнализатор 77 (динамик).

Средство 28 учета свойств материала выполнено, например, в виде идентичного дополнительного корректирующего емкостного датчика 1, подключенного ко входу микропроцессора 68.

Приведенный вариант пульта 22 устройства предназначен для контроля характеристик материалов в транспортных системах с ленточными, пневматическими и шнековыми транспортерами. В этом случае средство 27 контроля включения технологического процесса предназначено также для контроля скорости подачи материала по скорости вращения подающего механизма.

При пульсирующей подаче контролируемого материала скребковыми транспортерами, дозаторами, роторными и многоковшовыми экскаваторами средство 27 контроля включения технологического процесса может отсутствовать. Включение технологического процесса и скорость подачи материала в этих случаях может быть проконтролировано путем фиксации переменной составляющей сигнала от контролируемого материала, обусловленной модуляцией потока указанного материала подвижными деталями подающего механизма. В частности этот вариант устройства предназначен для применения на зерноуборочных комбайнах с целью контроля количества и влажности зерна, подаваемого в накопительную емкость.

Во всех вариантах применения устройство устанавливается по отношению к потоку контролируемого материала таким образом, что в зоне 3 контроля формируется по возможности наиболее плотный участок потока указанного контролируемого материала. При этом первый электрод 5 выполнен в виде поверхности, формирующей упомянутый плотный участок потока контролируемого материала.

В частности, первый электрод 5 может быть установлен примыкающим к плотному участку потока контролируемого материала, а секции электрода 8 смонтированы по сторонам упомянутого плотного участка потока контролируемого материала.

Этот вариант выполнения устройства предназначен для контроля расходов и других технологических характеристик контролируемого материала, например, влажности на выходе ленточных или шнековых транспортеров, лотков и труб, а также дозирующих устройств различного назначения.

В другом варианте выполнения устройства первый электрод 5 выполнен в виде поверхности, изменяющей направление потока контролируемого материала. Этот вариант предназначен для контроля расходов и влажности материалов на выходе скребковых транспортеров, роторных и многоковшовых элеваторов, а также пневматических транспортеров и дозирующих устройств периодического действия.

Функциональная схема варианта устройства по фиг.1-3 представлена на фиг. 4. Устройство содержит по меньшей мере два генератора электромагнитных колебаний по фиг.1, выполненных на частоты в различных частотных диапазонах. Первый из генераторов 78 выполнен, например, в диапазоне частот, где разница электрических свойств контролируемых материалов различных видов и различной влажности минимальна. Для емкостных датчиков этот диапазон частот лежит в пределах от 100 кГц до 5 мГц, но лучшим диапазоном являются частоты от 500 кГц и до 2 мГц. Второй генератор 79 электромагнитных колебаний выполнен, например, в диапазоне частот, где разница электрических свойств контролируемых материалов в зависимости от их вида и влажности существенно отличается от указанной выше минимальной разницы. Этот диапазон частот лежит в пределах от 5 МГц до 500 МГц, но лучшим диапазоном, в котором упомянутая разница максимальна, является диапазон частот от 10 МГц до 200 МГц. Выходы генераторов 78 и 79 электромагнитных колебаний связаны со входом усилителя мощности 80 описанном по фиг.2. Выход усилителя мощности 80 связан с первым электродом 5 емкостного датчика 1. С этим же первым электродом 5 связан вход средства 81 компенсации утечки электромагнитной энергии между первым электродом 5 и средством 4 экранирования зоны 3 контроля, описанного по фиг.2. Выход этого средства 81 связан с цепью питания усилителя 80 мощности.

Цепи задатчиков генераторов 78 и 79 электромагнитных колебаний связаны с выходом коммутатора 82, выполненного, например, на инверторе. Вход этого коммутатора 82 связан с выходом микропроцессора 68, установленного на пульте 22 (фиг.3). С секциями второго электрода 8 связаны усилители, детектор и преобразователь напряжения в частоту, описанные по фиг.2.

Устройство работает следующим образом.

Во всех вариантах выполнения устройства по фиг.1 емкостный датчик 1, питаемый источником 7, возбуждает в зоне 2 контроля между электродом 5 и секциями электрода 8 средства 3 формирования зоны 2 контроля электромагнитное поле, экранированное от окружающей среды средством 4 экранирования зоны 2 контроля с помощью обечайки 11, содержащей электроды 12 и 13 и токопроводящие участки 31 между местами соединений 30 электродов 12 и 13. В результате между электродами 5 и 8 средства 2 формирования зоны 3 контроля протекает ток. Этот ток усиливается усилителем 10 до такого уровня, что ток через конденсатор 16 и резистор 17 в цепи отрицательной обратной связи устанавливается соизмеримым с током между электродами 5 и 8. Но усиленный усилителем 10 ток имеет противоположную фазу. Это достигается тем, что входной ток усилителя 10 устанавливается хотя бы на порядок меньше, чем ток между электродами 5 и 8 что обеспечивается выбором величины входного сопротивления усилителя 10. Поэтому потенциал секций электрода 8 близок к потенциалу электродов 12 средства 41 экранирования зоны 3 контроля. В идеальном случае указанные потенциалы равны. В результате этого снижаются требования к зазору между ними, в частности, к качеству диэлектрика индивидуальных диэлектрических прокладок 15, некоторым вариациям зазора между секциями электрода 8 и электродами 13 при изготовлении.

Влияние относительно малого зазора между электродами 5 и 12 компенсируется мощностью источника 7. Таким образом, пары электродов 5, 12 и 8, 13 и соответствующие им диэлектрические прокладки 6, 14 и 15 выполнены в виде пластин толщиной от 1 мм до 5 мм, допускающих их монтаж в ограниченные габариты каналов и полостей различных машин таким образом, что указанные пластины не вызывают существенных изменений поперечного сечения и, как следствие, не влияют на режим потока материала.

При остановке технологического процесса средство 27 контроля выключения технологического процесса, в частности, датчик контроля вращения вала механизма, подающего контролируемый материал, подают сигнал об указанной остановке на вход средства 25 учета начальных условий. В этом случае между электродами 5 и 8 протекает ток, характеризующий состояние емкостного датчика 1, в частности, степень загрязнения зоны 3 контроля, износ или деформацию датчика.

Сигнал после детектирования амплитудным детектором 18 и преобразования в частоту преобразователем 19 напряжения в частоту поступает по линии 21 связи на пульт 22, где выделяется схемой 24 выделения этого сигнала и поступает на вход средства 25 учета начальных условий контроля, где запоминается оперативным запоминающим устройством на период времени от последующего начала технологического процесса до следующей его остановки по команде средства 27 контроля процесса. Этот сигнал сравнивается в средства 25 учета начальных условий с пороговым уровнем, в результате чего в выходном блоке 29 формируется выходной сигнал контроля работоспособности емкостного датчика 1. В частности, при отклонении частоты ниже или выше нижнего и верхнего пороговых уровней в выходном блоке 29 формируются соответствующие аварийные сигналы, в частности, о забивании зоны 3 контроля.

При перемещении контролируемого материала (зерна, элементов растений, кормов, лекарственных препаратов, минеральных добавок и других материалов) между электродами 5 и 6 изменяется величина тока между ними и выходной сигнал усилителя 10. В частности, при пролете материала величина тока между электродами возрастает. Полученный сигнал поступает на вход амплитудного детектора 18. Выходной сигнал этого амплитудного детектора 18 поступает на вход преобразователя 19 напряжения в частоту. Далее этот сигнал, частота которого изменяется пропорционально воздействию материала на электромагнитное поле, поступает по линии связи 21 на пульт 22. Этот текущий сигнал выделяется схемой 24 выделения сигналов и поступает на вход средства 25 учета начальных условий. В этом средстве 25 формируется разница текущего сигнала и сигнала начальных условий, полученный результат делится на сигнал начальных условий, взятый из оперативного запоминающего устройства, в результате чего формируется относительный сигнал, учитывающий начальные условия контроля, т.е. разброс параметров и загрязнение зоны 3 контроля емкостного датчика 1.

Полученный относительный сигнал поступает на вход средства 26 линеаризации характеристики емкостного датчика 1. На вход этого средства 26 линеаризации с выхода средства 27 контроля включения технологического процесса и с клавиатуры 74 выбора вида материала поступают команды о выборе первого корректирующего коэффициента, соответствующего определенному количеству контролируемого материала. Этот первый корректирующий коэффициент, соответствующий дискретному значению количества каждого вида контролируемого материала, найден экспериментально и зашит в постоянном запоминающем устройстве средства 27 линеаризации. Количество и значения первых корректирующих коэффициентов выбираются, обеспечивающим линеаризацию характеристики емкостного датчика в пределах от минимального до максимального контролируемого количества каждого вида материала. Упомянутый выше относительный сигнал преобразуется в средстве 26 линеаризации пропорционально выбранному первому корректирующему сигналу, соответствующему первому корректирующему коэффициенту. Линеаризованный сигнал поступает в средство 28 учета свойств контролируемого материала.

Средство 28 учета свойств контролируемого материала формирует второй корректирующий коэффициент при контроле расходов сыпучих материалов, зависящий от указанных свойств, контролируемых специальными средствами, как будет описано ниже.

Средство 27 включения технологического процесса формирует сигналы о начале и окончании технологического процесса по сигналу специального датчика или по переменной составляющей самого технологического процесса, как будет описано ниже на конкретных примерах.

С выхода средства 28 учета свойств контролируемого материала вторично откорректированный сигнал поступает в выходной блок 29 формирования выходных сигналов индикации и/или управления, характеризующих объемные параметры сельскохозяйственного материала, перемещаемого относительно зоны 3 контроля емкостного датчика 1.

Вариант электронной схемы емкостного датчика 1 по фиг.2 работает аналогично варианту емкостного датчика по фиг.1.

Генератор, в данном случае собранный на логических элементах 35 и 36, вырабатывает сигналы в диапазоне частот 100 КГц до 20 МГц. Эти сигналы усиливаются усилителем мощности 40 и через резистор 41 поступают на первый электрод 5, возбуждая в зоне 3 контроля электромагнитное поле. Сигналы, характеризующие начальные условия контроля и воздействия контролируемого материала, после усиления операционными усилителями 10 и 52 выпрямляются диодом 56 амплитудного детектора 18. После фильтрации с помощью конденсатора 57 сигналы поступают на вход преобразователя 60, на выходе которого формируются импульсы, частота которых пропорциональна напряжению на входе. Этот частотный сигнал через точку 20 линии связи 21 поступает на пульт 22, где обрабатывается, как описано выше по фиг.1.

Средство компенсации утечки энергии между электродом 5 и средством 4 экранирования зоны 3 контроля работает следующим образом. Сигнал с электрода 5 после детектирования диодом 42 и фильтрации конденсатором 44 поступает на вход усилителя 46, на второй вход которого поступает сигнал с цепи задатчика, т.е. с резистора 48. По разнице этих сигналов регулируется напряжение питания усилителя мощности 40 и компенсируется упомянутая утечка.

Пульт 22, в частности, по фиг.3 работает следующим образом. Импульсы от датчика 1 поступают по линии связи 21 на вход оптронного преобразователя 65, с выхода которого поступают на вход микропроцессора 68. При выключенном состоянии технологического процесса сигналы на выходе средства 27 контроля включения технологического процесса, например, на выходе датчика 70 контроля вращения вала 71 отсутствуют. Частота импульсов с выхода оптронного преобразователя 65 анализируется микропроцессором 68 и запоминается в ОЗУ 69 в качестве частоты сигнала учета начальных условий. При включении технологического процесса на вход микропроцессора 68 поступают сигналы с выхода датчика 70 контроля вращения вала 71 машины. При этом микропроцессор 68 вычитает частоту начальных условий, взятую из ОЗУ 69 из частоты текущего сигнала и делит на частоту сигнала учета начальных условий. Полученный относительный сигнал характеризует контролируемый технологический процесс, в частности, расход материала через зону 3 контроля емкостного датчика 1.

Клавиатурой 74 выбора вида материала из ПЗУ 73 выбирается первый корректирующий коэффициент для линеаризации характеристики датчика 1 в зависимости от величины упомянутого относительного сигнала. После пропорциональной коррекции микропроцессор 69 формирует выходной сигнал на индикатор ЖКИ о расходе и/или количестве материала и/или управляющий сигнал в цепи управления технологическим процессом.

Второй корректирующий сигнал, характеризующий свойства конкретного контролируемого материала формируется в зависимости конкретных технологических условий контроля.

В частности, при наличии в технологическом процессе емкостей с периодическим опорожнением целесообразно применить дополнительный емкостный датчик, идентичный основному емкостному датчику 1 по фиг.2, подключенному к идентичной схеме выделения сигналов 24, а также средства 25 учета начальных условий и средству 26 линеаризации характеристики. Этот дополнительный емкостный датчик устанавливается в технологическом процессе так, что при каждом полном опорожнении емкости осуществляется учет начальных условий для этого дополнительного датчика. После каждого периодического опорожнения емкости и в начале ее следующего наполнения зона 3 контроля дополнительного емкостного датчика заполняется контролируемым материалом полностью.

Полученный при этом сигнал характеризует свойства контролируемого материала и в зависимости от этого сигнала микропроцессор 68 формирует второй корректирующий сигнал при контроле расхода контролируемого материала, поступающего через зону 3 контроля основного емкостного датчика 1.

Сигнал описанного дополнительного емкостного датчика предназначен также для контроля влажности контролируемого материала, в частности, когда известен вид контролируемого материала, учитываемый с помощью первого корректирующего коэффициента, как описано выше.

Этот вариант устройства предназначается для применения на зерноуборочных комбайнах, дозирующих устройствах машин для кормоприготовления, кормораздачи, в перерабатывающих отраслях промышленности.

В другом варианте выполнения устройства второй корректирующий коэффициент, характеризующий свойства контролируемого материала определяется посредством многочастотных, в частности, двухчастотных измерений.

Вариант двухчастотных измерений приведен на фиг.4. При этом сигнал первой частоты электромагнитного поля в диапазоне частот этого поля около 1 МГц, при которых влияние, в частности, влажности на электрические свойства контролируемого материала минимально, используется для формирования сигнала в основном о расходе упомянутого материала через зону 3 контроля емкостного датчика 1. Этот сигнал первой частоты формируется, например, при включении генератора 78 коммутатором 82, управляемым сигналами микропроцессора 68.

При включении коммутатором 82, например, генератора 79 в зоне 3 контроля возбуждается электромагнитное поле второй частоты в диапазоне частот от 10 до 1000 МГц, при которых влияние, в частности, влажности на электрические свойства контролируемых материалов заведомо больше, чем в электромагнитном поле упомянутой первой частоты. В этом диапазоне частот от 10 до 100 МГц электромагнитных полей, для большинства контролируемых материалов влияние влажности на электрические свойства этих материалов максимально. Поэтому выделенный микропроцессором 68 соответствующий сигнал характеризует не только расход, но и электрические свойства контролируемого материала, в частности, при известной плотности, крупности и форме частиц этого материала характеризует его влажность. Наиболее точно электрофизические свойства контролируемого материала характеризует вычисленное микропроцессором 68 соотношение сигналов, соответствующих первой и второй частотам электромагнитного поля.

В том случае, когда необходимо индицировать влажность информация о плотности, крупности и форме частиц контролируемого материала учитывается первым корректирующим коэффициентом, как было описано выше. Этот вариант устройства целесообразно использовать для контроля расхода и влажности материалов в непрерывных транспортных системах, уборочных и перерабатывающих машин и комплексов.

В другом варианте многочастотных измерений генератор электромагнитных колебаний по фиг.1 выполнен перестраиваемым по частоте в указанном выше по фиг.4 диапазоне частот, в частности, в пределах от 1 до 20 МГц. Перестройку целесообразно осуществлять сигналами микропроцессора 68, который осуществляет анализ полученной информации и формирует сигналы, характеризующие расход и технологические параметры (например, влажность) контролируемых материалов.

Варианты привязки устройства, предлагаемого для контроля технологических параметров зерноуборочного комбайна 83 приведены на фиг.5-8. Основной 84 емкостный датчик 1 по фиг.1-3 смонтирован на выходе скребкового элеватора 85, подающего зерно в накопительную емкость 86 зерноуборочного комбайна 83. Внутри на нижней наклонной плоскости 87 накопительной емкости 86 установлен дополнительный 88 емкостный датчик 1, идентичный основному 84 емкостному датчику. Аналогичные емкостные датчики 89 и 90 установлены, соответственно, на пневматических транспортерах 91 и 92 устройства, предназначенного для подачи вороха с выхода молотильного устройства 98 на домолот.

На наружной поверхности электрода 12 средства 4 экранирования зоны 3 контроля каждого емкостного датчика 84, 88, 89 и 90 (фиг.7 и 8) смонтирован корпус 93 электронной схемы емкостного датчика по фиг.1, 2 залитой компаундом в виде твердого тела.

Электроды 5 емкостных датчиков 84, 89 и 90 по фиг.7 и 8 смонтированы заподлицо с верхними частями 94 и 95 кожухов транспортеров 85, 91 и 92. Секции электрода 8 датчиков 84, 89 и 90 смонтированы заподлицо с боковыми стенками кожухов транспортеров 85, 91 и 92.

Датчик 84 смонтирован по отношению к потоку зерна таким образом, что скребковый транспортер 85 своими лопастями бросает зерно на открытую поверхность 34 электрода 5, обеспечивая максимально возможное уплотнение потока зерна в зоне 3 контроля этого емкостного датчика 84. При этом поток зерна очищает зону 3 контроля от загрязнений.

Емкостные датчики 89 и 90 смонтированы в месте изгиба кожухов пневматических транспортеров 91 и 92, в которых имеет место изменение потока вороха и, следовательно, образуется плотный участок этого потока, к которому примыкает электрод 5, что обеспечивает очистку зоны 3 контроля потоком. Все это снижает влияние переменных завихрений и изменений плотности потока на точность контроля.

Электрод 5 дополнительного емкостного датчика 88 примыкает к наклонной плоскости 87 накопительной емкости 86, что обеспечивает полное заполнение зоны 3 контроля этого датчика после очередного опорожнения накопительной емкости 86. Сигнал этого дополнительного датчика 88 используется для формирования сигнала о влажности зерна и второго корректирующего сигнала для коррекции сигнала о расходе зерна через зону 3 контроля основного емкостного датчика 84.

Сигналы основных емкостных датчиков 89 и 90 после корректировки первым корректирующим сигналом, как было описано выше по фиг.3, и корректировки вторым корректирующим сигналом от дополнительного датчика 88 характеризуют расход вороха в пневматических транспортерах 91 и 92. На пульте 22 в кабине 96 зерноуборочного комбайна 83 по сигналам датчиков 89 и 90 вырабатывается информация о технологических параметрах его работы, в частности, о перегрузке комбайна для снижения скорости движения его ходовой части 97 или, а в сочетании с сигналами о влажности зерна вырабатывается информация о целесообразности проведения технологического процесса или режимов работы молотильного устройства 98. Сопоставление сигналов датчиков 89 и 90 на пульте 22 дает информацию о крене комбайна. Сигналы датчика 84 дают информацию о заполнении накопительной емкости 86 и исключают необходимость применения датчика уровня зерна. Сигналы датчика 84, характеризующие общий расход зерна, поступающего в накопительную емкость 86 используются также при определении потерь зерна комбайном (при использовании специального датчика, например, пьезоэлектрического на соломотрясе).

Для контроля скорости движения контролируемого материала в этом варианте может быть использована переменная составляющая сигнала, обусловленная модуляцией потока материала лопастями скребкового транспортера или лопастями вентилятора.

В другом варианте может использоваться сигнал датчика контроля вращения вала подающего механизма по фиг.2.

Аналогично работают устройства, привязанные к многоковшовым экскаваторам, дозирующим устройствам периодического действия, механизмам роторного типа.

Вариант применения устройства на выходе шнекового транспортера, в частности, дозатора концентрированных кормов показан на фиг.9. В частности, емкостный датчик по фиг.1 смонтирован на выходе 99 шнекового транспортера 100 таким образом, что контролируемый материал падает на наклонно установленный электрод 5, за счет чего достигается уплотнение и стабильность структуры потока в зоне контроля 3. Сигнал такого датчика, обработанный микропроцессором 68 после корректировки первым корректирующим коэффициентом, как описано выше, характеризует расход контролируемого материала через зону 3 контроля емкостного датчика 1.

При необходимости автоматической подстройки устройства в зависимости от изменяющихся свойств контролируемого материала целесообразно применять двухчастотный метод контроля по фиг.4 или многочастотный метод с перестройкой генератора электромагнитных колебаний по частоте.

Аналогично работают устройства, привязанные к ленточным транспортерам, лоткам и трубам самотечного транспорта дозирующим устройствам с непрерывной подачей материала.

Абразивостойкое выполнение, формирование потока контролируемого материала посредством электрода, связанного с генератором электромагнитных колебаний, автоматическая компенсация утечки энергии между этим электродом и средством экранирования зоны контроля, корректировка сигнала в зависимости от изменяющихся электрофизических свойств контролируемого материала с помощью дополнительного датчика или многочастотных измерений позволяет расширить технологические возможности, повысить надежность и точность контроля.

Предложенное сочетание конструктивных и схемных технических решений позволяет обеспечить высокоточный надежный контроль расходов и объемов различных материалов в широком диапазоне технологических процессов. В частности, в транспортных устройствах уборочных комбайнов, транспортных и дозирующих устройствах и перерабатывающих и добывающих машинах в различных отраслях народного хозяйства. В том числе, для контроля расходов материалов скребковыми, шнековыми, ленточными, пневматическими и другими транспортерами, в устройствах самотечного транспорта, технологических машинах.

Такое выполнение устройства позволяет решать ранее не решаемые задачи точного контроля расходов различных материалов с такими изменяющимися параметрами, как влажность, плотность, крупность, форма элементов, электрические свойства и т.д. В частности, устройство позволяет точно контролировать расходы таких материалов как зерно, ворох, поступающий на вход уборочных машин, химические, органические и минеральные удобрения, сыпучие материалы и минералы, а также продукты переработки различных сыпучих материалов.

Предложенное устройство является необходимым элементом компьютерных технологий в сельском хозяйстве, перерабатывающих и добывающих отраслях промышленности.

Кроме того, это устройство позволяет получить информацию об электрических свойствах различных материалов и как следствие, о различных технологических параметрах, в частности устройство позволяет контролировать его влажность, в том числе зерна, концентрированных кормов, удобрений, минеральных материалов.

Может быть получена комплексная информация о технологических параметрах влажности и плотности (влажности и крупности и т.д.) контролируемого материала, в частности скошенного вороха, силосной или сенажной массы, материала в транспортной цепи домолота на зерноуборочном комбайне, органических удобрений и других видов вороха в технологических цепях сельскохозяйственных, перерабатывающих и добывающих машин.

Предложенное устройство предназначено для контроля расходов и таких технологических параметров сыпучих материалов, как влажность при известном виде этих материалов. В частности, это относится к таким сыпучим материалам, как зерно, ворох в уборочных машинах всех видов, силос и сенажная масса, сено, корма, сахар, мука, специи, сыпучие лекарственные материалы, гранулы всех видов и другие промежуточные и конечные продукты получения и переработки сыпучих материалов органического и минерального происхождения.

Устройство предназначено для применения в таких транспортных и дозирующих устройствах, как скребковые, пневматические, ленточные, шнековые и другие транспортеры и элеваторы, дозаторы сыпучих материалов, многоковшовые и роторные экскаваторы, лотки и трубы самотечного транспорта.

Устройство предназначено для наладки, ручного и автоматического управления такими машинами и линиями, как уборочные комбайны, транспортные, дозирующие и расфасовывающие устройства периодического или непрерывного действия в процессах получения и переработки различных видов сыпучих материалов, в частности, в сельском хозяйстве, сахарной промышленности, промышленностях различных продовольственных товаров, минеральных удобрений, лекарственных растений и препаратов, в химической, угольной и горнодобывающей промышленности, а также в промышленности строительных материалов, на различных объектах хранения и торговли сыпучими материалами.

Использование: в сельскохозяйственном машиностроении, в частности в устройствах для контроля характеристик с/х материалов, например сыпучих материалов в растеневодстве, животноводстве, перерабатывающих и добывающих отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: устройство содержит емкостный датчик, включающий генератор электромагнитных колебаний, связанный с электродом, выполненным в виде открытой и токопроводящей поверхности, формирующий плотный участок потока контролируемого материала. Электроды выполнены в виде секций, утопленных в диэлектрические прокладки. Устройство включает средства экранирования зоны контроля, учета начальных условий и свойств контролируемого материала, а также линеаризации характеристик. В данном случае применяются многочастотные измерения, контроль скорости перемещения материалов по модуляции потока подающим механизмом, что позволяет контролировать влажность, плотность, крупность материалов в изменяющихся технологических условиях работы устройства. 11 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее по меньшей мере один основной емкостный датчик, имеющий первый и второй электроды для образования между ними зоны контроля, генератор электромагнитных колебаний, с выходом которого связан первый электрод, средство экранирования зоны контроля, усилитель, охваченный цепью отрицательной обратной связи, вход которого связан с вторым электродом, детектор, вход которого подключен к выходу усилителя, а также выходной блок формирования сигналов, отличающееся тем, что первый электрод выполнен в виде открытой токопроводящей поверхности, изолированной от средства экранирования зоны контроля по торцам и со стороны, противоположной зоне контроля, диэлектрическими прокладками, а второй электрод выполнен по меньшей мере из двух секций, установленных внутри диэлектрических прокладок, смонтированных с противоположных торцов и под углом к первому электроду. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина диэлектрической прокладки, установленной между торцами первого электрода и средства экранирования зоны контроля, выполнена соизмеримой с размерами абразивных частиц контролируемого материала. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый электрод выполнен в виде поверхности для формирования плотного участка потока контролируемого материала. 4. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что первый электрод установлен примыкающим к плотному участку потока контролируемого материала, а секции второго электрода смонтированы по сторонам плотного участка потока контролируемого материала. 5. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что первый электрод выполнен в виде поверхности для изменения направления потока контролируемого материала. 6. Устройство по пп.1 - 5, отличающееся тем, что оно снабжено средством компенсации утечки между первым электродом и средством экранирования зоны контроля, содержащим усилитель мощности, включенный между первым электродом и выходом генератора электромагнитных колебаний, регулятор напряжения, первый вход которого подключен между первым электродом и выходом усилителя мощности, цепь питания которого связана с выходом регулятора напряжения, с вторым входом которого связана цепь задатчика. 7. Устройство по пп.1 - 6, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере двумя генераторами электромагнитных колебаний, один из которых выполнен в частотном диапазоне, в котором разница электрических свойств контролируемых материалов минимальна, а второй - в частотном диапазоне, в котором разница электрических свойств контролируемых материалов отличается от указанной минимальной разницы. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно снабжено коммутатором, выходы которого связаны с цепями управления генераторов электромагнитных колебаний. 9. Устройство по пп. 1 - 6, отличающееся тем, что генератор электромагнитных колебаний выполнен перестраиваемым по частоте. 10. Устройство по пп. 2 - 9, отличающееся тем, что оно содержит связанные между собой и последовательно включенные между детектором и выходным блоком формирования сигналов средства учета начальных условий, линеаризации получаемой характеристики, учета свойств контролируемого материала и средство контроля включения технологического процесса. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оно снабжено преобразователем напряжения в частоту импульсов, цепью термокомпенсации параметров детектора, схемой выделения сигнала, при этом вход преобразователя напряжения в частоту импульсов подключен к выходу детектора, а выход преобразователя связан с входом схемы выделения сигналов, выполненной на оптронном преобразователе, кроме того, средства учета начальных условий и линеаризации получаемой характеристики выполнены на микропроцессоре, связанном со средством включения технологического процесса, оперативным и постоянным запоминающими устройствами, клавиатурой посредством соответствующего контроллера с жидкокристаллическими индикаторами, а также динамиком, причем средство учета свойств контролируемого материала включает идентичный основному дополнительный емкостный датчик, установленный в нижней части емкости периодического опорожнения машины, а также клавиатуру выбора вида контролируемого материала, связанную с микропроцессором и постоянным запоминающим устройством. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что средство контроля включения технологического процесса содержит схему фиксации переменной составляющей сигнала от контролируемого материала, обусловленной модуляцией потока указанного материала подвижными деталями подающего механизма.