УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА ЗЕРНА В ЭЛЕВАТОРЕ Российский патент 1995 года по МПК G01F1/00 

Изобретение относится к устройствам для измерения массового расхода объектов с диэлектрическими постоянными, отличающимися от окружающей их среды, особенно сыпучего материала.

Известно устройство, в котором несколько потоков сельскохозяйственного материала, собираемого при уборке, особенно зерна, квазинепрерывно пропускаются через соответствующие конденсаторы, емкости которых измеряются в ходе этого пропускания и сравниваются друг с другом так, что полученное отношение емкостей представляет собой относительную, качественную меру соотношения обоих потоков зерна [1]
При этом зерна в падении проходят через конденсаторы, будучи произвольно распределены в пространстве. Поэтому полученное значение емкости представляет лишь качественную, а не строго количественную меру расхода зерна, так как измеряемые объекты по-разному оказывают влияние на поле и тем самым на измерительный сигнал. Кроме того, это устройство не предназначено для получения абсолютного измеряемого значения, поскольку влияние потоков массы на емкостное поле в значительной степени зависит от свойств материала, например влажности, относительной диэлектрической проницаемости, электропроводности, но особенно плотности измеряемого материала. Конденсаторы известного устройства имеют неоднородное распределение поля, что влечет за собой дополнительное повышение неточности измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения массового расхода зерна в элеваторе, содержащее формирователь потока зерна с установленным в нем первым емкостным датчиком, второй емкостный датчик, установленный в месте стока потока зерна, измерительную схему и индикатор [2]
Недостатком известного устройства [2] является невысокая точность измерения при измерении больших расходов.

Цель изобретения использование устройства при большом расходе и при сравнительно простой конструкции, повышение точности и создание абсолютной величины измеряемого значения.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения массового расхода зерна, содержащее формирователь потока зерна с установленным в нем первым емкостным датчиком, второй емкостный датчик, установленный в месте стока потока зерна, измерительную схему и индикатор, дополнительно введены операционный усилитель, соединенный выходом со своим инвертирующим входом, двухпозиционный переключатель, соединенный своим выходом с входом операционного усилителя, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок вычисления, подключенный выходом к индикатору, а управляющим выходом соединенный с управляющим входом двухпозиционного переключателя, тахометр, выполненный с возможностью соединения с приводом элеватора и подключенный выходом к первому входу блока вычисления, первые измерительные электроды первого и второго емкостных датчиков окружены защитными кольцевыми электродами, электрически соединенными и подключенными к инвертирующему входу операционного усилителя, и подключены к соответствующим входам двухпозиционного переключателя, соединенного выходом с первым входом измерительной схемы, вторые измерительные электроды емкостных датчиков объединены и подключены к второму входу измерительной схемы, выходом соединенной с входом аналого-цифрового преобразователя, первый электрод первого емкостного датчика расположен внутри формирователя потока зерна с зазором относительно его направляющей поверхности, а второй электрод первого емкостного датчика расположен на внешней поверхности формирователя потока зерна напротив первого электрода, защитный кольцевой электрод второго емкостного датчика покрывает не менее 1/4 поверхности противолежащего измерительного электрода, при этом измерительная схема состоит из измерительного моста, емкостное плечо которого образовано последовательно включенным конденсатором и одним из подключаемых к входам измерительной схемы емкостным датчиком, а резистивное плечо образовано последовательно соединенными резисторами, питающая диагональ измерительного моста подключена к источнику переменного напряжения, а измерительная диагональ подключена к дифференциальному усилителю, соединенному своим выходом с выходом измерительной схемы через последовательно включенные полосковый фильтр, фазоселективный выпрямитель и фильтр низких частот.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 диаграмма влияния влажности на емкость в пшенице.

Предложенное устройство содержит корпус 1 элеватора, взвешивающее устройство 2, первый емкостный датчик 3, окруженный защитным кольцевым электродом 4, участвующим в создании потенциала вместе с измерительным покрытием 5, измерительный электрод 6, второй емкостный датчик 7 с измерительным электродом 8, окруженным защитным кольцевым электродом 9, электрод 10 сравнения, тахометр 11, операционный усилитель 12, двухпозиционный переключатель 13, измерительную схему 14, состоящую из измерительного моста, емкостное плечо которого образовано последовательно включенным конденсатором С и одним из подключенных к входам измерительной схемы емкостным датчиком 3 или 7, а резистивное плечо образовано последовательно соединенными резисторами R₁ и R₂, источника 15 переменного напряжения, дифференциального усилителя 16, полосового фильтра 17, фазоселективного выпрямителя 18, фильтра 19 нижних частот, блок 20 вычисления, аналого-цифровой преобразователь 21 и индикатор 22.

Диаграмма влияния влажности на емкость в пшенице, изображенная на фиг.2, составлена по данным, приведенным в кн. Kutzbach, "Lehrbuch der Agvartechnik Bd. 1, A.Vgemeine Crundlagen, Ackerschlepper, Fordertechnik".

Для других материалов можно определить соответствующие функции зависимости емкости емкостного датчика от свойств и состава материала.

С помощью показанного графика можно определить влажность по отношениям емкости, полученным из емкости с полностью высушенным материалом того же состава.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 элеватора отклоняет поток зерна 5 в первый емкостный датчик 3, в результате чего поток зерна 5 образует в нем слоистый диэлектрик, перпендикулярный направлению силовых линий.

Со стороны отвода потока зерна установлен второй емкостный датчик 7, имеющий настолько небольшое выпускное отверстие, чтобы постоянно быть заполненным зерном до переполнения. Первый 3 и второй 7 емкостные датчики через двухпозиционный переключатель 13 поочередно подключаются в емкостное плечо измерительного моста измерительной схемы 14. Сигнал с измерительной диагонали моста поступает на дифференциальный усилитель 16, выходной сигнал с которого проходит последовательно через полосовой фильтр 17, фазоселективный выпрямитель 18 и фильтр 12 нижних частот, выходной сигнал с которого, представляющий в зависимости от положения переключателя 13 измерительный сигнал того или иного емкостного датчика, подается на блок 20 вычисления, в аналого-цифровом преобразователе 21 которого этот сигнал, соотнесенный с временем переключения, преобразуется в цифровую форму. Полученные таким образом значения емкости преобразуются в соответствии с мостовой функцией и программными средствами сравниваются. Это соотношение преобразуется функциональным сопоставлением изменения емкости слоистого диэлектрика и обоими емкостными датчиками и получается отношение расходов. Это отношение умножается на соответствующую величину сигнала скорости V, полученного с тахометра 11, и на заданное значение удельной плотности ρ, в результате чего получают величину расхода Q сыпучего материала, которая выводится на индикатор 22.

Сигнал V датчика скорости соответствует средней скорости зерен, которая увеличивается при переходе лопаток элеватора из подъемного перемещения во вращательное с увеличением расстояния от оси поворота. Поскольку зерна отбрасываются наружу под действием центробежной силы, соударяясь, они приобретают среднюю скорость V с небольшими отклонениями в ту или иную сторону.

Поскольку функции расслаивания и гомогенизации потока зерна выполняются только в определенном диапазоне скоростей, блок 23 вычисления контролирует сохранение этого допустимого диапазона скоростей, периодически сравнивая значение сигнала скорости с верхним и нижним пороговыми значениями, при переходе которых он выдает сигнал тревоги.

Величину плотности ρ зависящую, в частности, от влажности, можно периодически определять и вводить в блок 23 вычисления или определять ее непрерывно с помощью взвешивающего механизма, непрерывно вводя эту величину в блок 23 вычисления. В качестве взвешивающей ячейки можно использовать измерительный конденсатор 7, разместив его во взвешивающем устройстве 2. Сигнал взвешивания подвергают усреднению через такие промежутки времени, чтобы скомпенсировать колебания, возникающие из-за вибраций при движении уборочной машины.

Предлагаемое измерительное устройство можно разместить как в главном потоке убираемого материала, так и в побочных потоках, например во входном потоке, содержащем необмолоченный материал со стеблями, или в соломоспуске.

Таким измерительным устройством можно оборудовать и другие уборочные машины, например соломорезки, измельчители травы или кукурузы, подборщики травы или соломы.

Второй емкостный датчик 7, поддерживаемый полностью заполненным, целесообразно выполнять цилиндрическим, что позволяет до минимума сократить краевые зоны с неоднородным распределением поля.

Для предотвращения искажений результатов измерения омической составляющей один из электродов в каждом из емкостных датчиков и их защитные кольцевые электроды покрыты износостойким изолированным материалом со стороны потока зерна.

Использование: для измерения массового расхода объектов с диэлектрическими постоянными, отличающимися от окружающей среды, особенно сыпучего материала. Сущность изобретения: устройство для измерения массового расхода зерна в элеваторе содержит корпус элеватора, взвешивающее устройство, два емкостных датчика, два защитных кольцевых электрода, измерительное покрытие, два измерительных электрода, электрод сравнения, тахометр, операционный усилитель, переключатель, измерительную схему, источник переменного напряжения, дифференциальный усилитель, полосовой фильтр, фазоселективный выпрямитель, фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь, индикатор. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА ЗЕРНА В ЭЛЕВАТОРЕ, содержащее формирователь потока зерна с установленным в нем первым емкостным датчиком, второй емкостный датчик, устоновленный в месте стока потока зерна, измерительную схему и индикатор, отличающееся тем, что в него введены операционный усилитель, соединенный выходом со своим инвертирующим входом, двухпозиционный переключатель, соединенный своим выходом с входом операционного усилителя, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок вычисления, подключенный выходом к индикатору, а управляющим выходом соединенный с управляющим входом двухпозиционного переключателя, тахометр, выполненный с возможностью соединения с приводом элеватора и подключенный выходом к первому входу блока вычисления, первые измерительные электроды первого и второго емкостных датчиков окружены защитными кольцевыми электродами, электрически соединенными и подключенными к инвертирующему входу операционного усилителя, и подключены к соответствующим входам двухпозиционного переключателя, соединенного выходом с первым входом измерительной схемы, вторые измерительные электроды емкостных датчиков объединены и подключены к второму входу измерительной схемы, выходом соединенной с входом аналого-цифрового преобразователя, первый электрод первого емкостного датчика расположен внутри формирователя потока зерна с зазором относительно его направляющей поверхности, а второй электрод первого емкостного датчика расположен на внешней поверхности формирователя потока зерна напротив первого электрода, защитный кольцевой электрод второго емкостного датчика покрывает не менее 1/4 поверхности противолежащего измерительного электрода, при этом измерительная схема состоит из измерительного моста, емкостное плечо которого образовано последовательно включенным конденсатором и одним из подключенных к входам измерительной схемы емкостных датчиков, а резистивное плечо образовано последовательно соединенными резисторами, питающая диагональ измерительного моста подключена к источнику переменного напряжения, а измерительная диагональ подключена к дифференциальному усилителю, соединенному своим выходом с выходом измерительной схемы через последовательно включенные полосовой фильтр, фазоселективный выпрямитель и фильтр низких частот. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй емкостный датчик выполнен в виде вертикально расположенного цилиндрического конденсатора с открытыми торцами. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что один из электродов в каждом из емкостных датчиков и их защитные кольцевые электроды покрыты износостойким изолированным материалом со стороны потока зерна.