УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ЗЕРНА Российский патент 2001 года по МПК F26B25/22 

Изобретение относится к области измерений, а именно к устройствам измерения температуры и влажности сыпучих материалов с использованием электрических средств, и может быть использовано в сельском хозяйстве и других отраслях для измерения параметров зерна и других сыпучих материалов, например, в зерносушилках, бункерах активного вентилирования зерна и т. п.

Известно устройство контроля параметров зерна (см. Цветнов С.А. Контроль процесса сушки зерна. - М.: Колос, 1968, с. 74), содержащее датчик температуры и защитный экран, установленные в сушильной камере на месте удаленного из нее подводящего короба. Его наиболее существенным недостатком является низкая точность измерения. Это обусловлено удалением из сушильной камеры подводящего короба, что ведет к существенному нарушению потоков распределения теплоносителя в зоне установки датчика и искажению температурного поля. Кроме того, удаление короба ведет к снижению эффективности использования сушильного объема. По этой причине использование устройства для осуществления многоточечного контроля параметров зерна нецелесообразно.

Известно устройство контроля параметров зерна (см. статью Гуляев Г.А., Цыдендоржиев В. Д. Структура и основные параметры автоматической системы контроля температуры нагрева зерна в шахтной сушилке. Тракторы и сельхозмашины. - 1979. - N 8). В нем N•M датчиков температуры, снабженных защитными экранами, размещены в сушильной камере без удаления коробов. Однако и это устройство имеет недостатки.

1. Установка непроницаемых перегородок ведет к устойчивому нарушению (искажению по сравнению с реальным) потоков теплоносителя в зонах установки датчиков температуры. Это вызывает искажение температурного поля и отражается на показаниях датчиков.

2. Датчики температуры в известном устройстве защищены от действия теплоносителя вертикальными непроницаемыми перегородками с четырех сторон. Однако это не защищает их полностью от действия теплоносителя, так как при любой схеме продувки зерна (расположении подводящих и отводящих теплоноситель коробов) в сушильной камере создается разность давлений между нижними и верхними рядами коробов, что побуждает движение теплоносителя в вертикальном направлении и влияет на показания датчиков.

3. Конструктивное исполнение защитных экранов в известном устройстве не исключает возможности их засорения крупными растительными остатками, присутствующими в обрабатываемом зерновом ворохе. Это может приводить к длительным нарушениям работы датчиков температуры зерна. В результате чего создаются условия к выбору (сушильщиком или системой регулирования) неоптимальных режимов сушки, что может привести, например, к снижению качественных показателей зерна. Вместе с тем очистить устройство от засорения невозможно без остановки технологического процесса. Это снижает надежность устройства и удорожает его эксплуатацию.

4. Известное устройство хотя и может быть применено с установками других конструкций и другим типом зернового слоя (например, в установках с кипящим слоем), однако показатели точности измерения параметров зерна в них будут еще ниже, например, из-за более сильного влияния теплоносителя на показания датчика температуры. Это ограничивает область применения известного устройства.

Известно устройство контроля параметров зерна (см. Секанов Ю.П. Влагометрия сельскохозяйственных материалов. - М.: Агропромиздат, 1985. - С. 42, 43, рис. 17, в и г), содержащее проточный влагомер, установленный на выходе из сушильной камеры. Во влагомере осуществляется одновременное измерение влажности и температуры зерна, а также стабилизация плотности подвижного зернового слоя. Это позволяет обеспечить высокую точность измерения влажности зерна в потоке. Однако его существенным недостатком является невозможность точной оценки распределения поля влажностей зерна внутри сушильной камеры. Конструктивное же исполнение устройства затрудняет его размещение и работу внутри сушильной камеры.

Известно устройство контроля параметров зерна (см. Секанов Ю.П Влагометрия сельскохозяйственных материалов. - М.: Агропромиздат, 1985. - С. 42. 43, рис. 17, а), содержащее N датчиков влажности зерна, установленных внутри сушильной камеры. Однако его недостатком также является низкая точность оценки поля влажностей зерна.

Это объясняется отсутствием в устройстве стабилизации плотности подвижного зернового слоя. Поскольку скорость перемещения зерна по сушилке (оно движется под действием гравитационных сил) может быть установлена различной в зависимости от режимов сушки и начальной влажности зерна, поэтому плотность зернового слоя является величиной переменной (зависящей от скорости движения и влажности вороха), что отражается на показаниях датчиков влажности.

В устройстве невозможна точная оценка распределения поля влажностей зерна вдоль коробов, т.к. конструктивное исполнение датчиков (одна пластина конденсатора на всю длину короба) позволяет оценить лишь средние значения поля влажностей по длине N коробов сушильной камеры.

Известное устройство хотя и может быть применено с установками других конструкций и другим типом зернового слоя (например, в установках с кипящим слоем), однако показатели точности измерения параметров зерна в них будут еще ниже, например, из-за более сильного влияния изменений плотности кипящего слоя на показания датчика влажности. Это ограничивает область применения известного устройства.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому является устройство контроля параметров зерна (см. Цветнов С.А. Контроль процесса сушки зерна. - М.: Колос, 1968, с. 72, 73) - прототип. Оно содержит девять датчиков температуры и устройство защиты от действия потоков теплоносителя. Устройство защиты выполнено в виде трех полых валов из теплоизоляционного материала, в каждом из которых выполнена продольная щель (заборное окно) и установлено по три датчика температуры. Датчики подключены к измерительному устройству, а валы размещены в нижнем горизонтальном сечении сушильной камеры, закреплены на ее противоположных стенках посредством подшипниковых узлов и соединены с реверсивным электродвигателем. На время замера, определяемого реле времени, валы поворачивают заборными окнами вверх. После замера их поворачивают окнами вниз для высыпания зерна из полости вала через окна.

Недостатками известного устройства являются:
1. Известное устройство не позволяет вести контроль температуры зерна в вертикальных сечениях сушильной камеры. Между тем эта информация может быть необходимой, например, при зонном способе управления температурой теплоносителя. Кроме того, в ряде случаев нагрев зерна в вертикальных сечениях может превысить допустимые значения, например в случае зависания зерна между коробами (аварийная ситуация), в этом случае своевременное обнаружение зон перегрева зерна становится важным.

2. В известном устройстве контроль температуры осуществляется лишь в девяти точках нижнего горизонтального сечения сушильной камеры. Это ведет к недостаточно точной оценке температурного поля в сечении. Возможные ошибки в оценке температуры зерна не позволяют сушильщику вести сушку с максимально возможной производительностью, либо ведут к перегреву зерна и снижению его качественных показателей. Учитывая то, что количество коробов в горизонтальном сечении сушильной камеры в несколько раз превышает количество датчиков (их всего три), расположенных по ее ширине, в устройстве сохраняется возможность перегрева зерна в неконтролируемых зонах сечения. Так, например, в случае зависания зерна между коробами (аварийная ситуация).

3. В устройстве определена лишь продолжительность замера параметров зерна (например, 2, 3 мин), а интервалы между замерами не определены. Вместе с тем, если их продолжительность будет мала, то зерно не будет успевать освобождать полость вала, что будет приводить к влиянию остатков зерна на показания датчиков. Если же интервалы будут слишком велики, то редкими будут замеры параметров зерна, это также ведет к низкой точности оценки температурного поля зерна, которое является переменным не только в пространстве (в горизонтальном сечении), но и во времени. Для осуществления наиболее точных измерений интервал между замерами должен быть равен времени освобождения полости вала от зерна. Это время определяется скоростью перемещения слоя зерна по сушильной камере и задается скоростью работы ее выпускного аппарата. В устройстве отсутствует связь между приводом датчиков и приводом выпускного аппарата.

4. В известном устройстве отсутствуют датчики влажности, что не позволяет использовать его для контроля влажности зерна.

5. Известное устройство не приспособлено для использования его в качестве N•M•K -точечного пробоотборника. Во-первых, оно выполнено стационарным при помощи трудно разборных соединений. Во-вторых, ограничено количество сечений сушильной камеры, в которых оно размещается. В-третьих, полости валов не разделены по длине на N секций. Это ограничивает возможности использования лабораторного экспресс-анализа по оценке качественных и количественных характеристик зерна (состояние клейковины, влажность и т.п.) для оперативного корректирования процесса сушки. Ошибки в выборе режимов могут приводить, например, к снижению показателей качества обрабатываемого зерна. Невозможность отбора проб ограничивает функциональные возможности известного устройства.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности контроля параметров зерна.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве контроля параметров зерна количество валов увеличено до M•K штук, валы установлены в K горизонтальных сечениях сушильной камеры, закреплены на стенках (например, противоположных) сушильной камеры посредством подшипниковых узлов с разъемными подшипниками, соединены, например, через передаточный механизм и электромагнитную муфту с приводом выпускного аппарата, и каждый из них N+1 перегородкой (например, из теплоизоляционного материала) разделен на N секций, в которых установлены соответственно по одному датчику температуры и влажности зерна, подключенных через блок коммутации к измерительному устройству, в свою очередь электромагнитная муфта f подключена ко второму выходу реле времени.

Таким образом, введение в устройство датчиков влажности позволяет использовать его в качестве многоточечного влагомера.

Введение дополнительных датчиков и размещение их в K горизонтальных сечениях сушильной камеры позволяет точнее контролировать распределение полей температур и влажностей зерна в ее горизонтальных и вертикальных сечениях.

Введение связи привода датчиков с приводом выпускного аппарата позволяет с максимально возможной частотой осуществлять замеры параметров зерна. Этим достигается повышение точности изменения полей температур и влажностей зерна во времени.

Крепление валов к стенкам сушильной камеры при помощи легко разъемных соединений и разделение их полостей перегородками на N секций позволяет использовать устройство в качестве N•M•K-точечного пробоотборника. Использование легко разъемных соединений позволяет осуществлять быстрое и легкое извлечение пробоотборника из сушильной камеры, а его разделение на секции позволяет четко разделять пробы между собой. Это позволяет оперативно выполнять экспресс-анализ проб зерна по определению его качественных характеристик (влажность, состояние клейковины и т.п.). В случае отклонения качественных показателей от требуемых значений возможно своевременное корректирование режимов сушки. Это позволяет повысить точность их поддержания и добиться высокого качества высушенного зерна.

Кроме того, возможность быстрого извлечения устройства из сушильной камеры может потребоваться в случаях его засорения крупными растительными остатками. В этом случае без остановки технологического процесса (в отличие от прототипа) можно будет очистить датчики и, таким образом, устранить сбой в их работе. Этим достигается более высокая надежность устройства и простота эксплуатации.

Таким образом, одновременное использование устройства в качестве защиты датчиков от действия теплоносителя и пробоотборника позволяет не только достигнуть его простоты (т.к. не требуются дополнительные пробоотборники по сравнению с прототипом), но и расширить его функциональные возможности.

Одновременное размещение в зоне измерений датчиков температуры и влажности зерна, а также конструктивное исполнение и работа устройства позволяют осуществлять измерение влажности зерна внутри сушильной камеры с высокой точностью. Это объясняется тем, что, во-первых, показания датчика температуры могут использоваться для корректировки показаний датчика влажности (температурная компенсация измерений), во-вторых, измерения влажности осуществляются в неподвижном зерновом слое, чем достигается стабилизация его плотности (по сравнению с движущимся слоем).

Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет более точных оценок полей температур и влажностей зерна, а также оперативных оценок его качественных показателей возможно более точное поддержание режимов сушки. За счет этого может быть увеличена производительность сушилки и достигнуто высокое качество высушенного зерна.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом.

Устройство содержит сушильную камеру 1, снабженную выпускным аппаратом 2 и электроприводом 3 для приведения его в действие. В K горизонтальных сечениях сушильной камеры размещены M•K штук полых валов 4 (на чертеже изображен один из них). Валы закреплены на стенках сушильной камеры посредством подшипниковых узлов с разъемными подшипниками 5 и соединены с приводом 3 выпускного аппарата 2, например, через передаточный механизм 6 и электромагнитную муфту 7. Каждый из M•K полых валов 4 N+1 перегородками 8 разделен на N секций, в каждой из которых выполнена продольная щель (заборное окно) 9 и установлены по одному датчику температуры 10 и влажности 11 зерна. Все датчики подключены через блок коммутации 12 к измерительному устройству 13. В свою очередь реле времени 14 входом подключено к блоку коммутации 12, а выходами к электромагнитной муфте 7 и измерительному устройству 13.

Устройство работает следующим образом.

Подвергающееся сушке зерно движется по сушильной камере 1 сверху вниз под действием гравитационных сил. Скорость перемещения зерна определяется скоростью работы привода 3 выпускного аппарата 2. Значения температур и влажностей зерна измеряются соответствующими датчиками температуры 10 и влажности 11. Их сигналы через блок коммутации 12 поступают в измерительное устройство 13.

Для осуществления измерений полые валы 4 поворачивают так, чтобы их продольные щели 9 (заборные окна) находились вверху. При этом зерно заполняет полости валов (измерительных секций) и вступает в контакт с поверхностями датчиков 10 и 11. Продолжительность измерения выбирается с учетом инерционности датчиков 10 и 11 и задается соответствующей настройкой реле времени 14. На время измерения реле 14 подает сигналы в электромагнитную муфту 7 для отсоединения валов 4 от привода 3 выпускного аппарата 2 и в измерительное устройство 13 для инициирования считывания показаний с датчиков 10 и 11. Таким образом, на протяжении времени измерения параметров зерна полые валы 4 находятся в неподвижном состоянии, при этом стенки его измерительных секций защищают датчики от действия теплоносителя с пяти сторон.

По истечении времени измерения от реле 14 поступают сигналы в измерительное устройство 13 с целью прекращения считывания показаний датчиков 10 и 11 и в электромагнитную муфту 7 для соединения привода 3 выпускного аппарата с валами 4. При этом с помощью электромагнитной муфты 7 и передаточного механизма 6 осуществляется быстрый поворот валов 4 заборными окнами 9 вниз и удержание их в таком положении в течение всего интервала между замерами. Это может быть достигнуто, например, путем использования механизма кулачкового типа в составе передаточного механизма 6, при этом положение вала 4 будет определяться соответствующим профилем кулачка. Продолжительность нахождения валов 4 в таком положении определяется минимальным временем, необходимым для полного высыпания зерна из его полостей (из измерительных секций). Поскольку скорость перемещения зерна по сушильной камере, а следовательно, и продолжительность высыпания зерна из измерительных секций определяются скоростью работы привода 3 выпускного аппарата, то очевидно, что выбор соответствующего передаточного отношения механизма 6 обеспечит заданный интервал времени на высыпание зерна из измерительных секций. Таким образом, интервал между замерами параметров зерна задается автоматически в зависимости от скорости работы выпускного аппарата 2 и он больше, если выпускной аппарат работает медленнее, и, наоборот, меньше, если выпускной аппарат работает быстрее.

Дальнейшая работа привода валов 4 (после высыпания зерна из полостей измерительных секций) заключается в быстром повороте их заборными окнами 9 вверх. С этого момента сигнал от блока коммутации 12 поступает в реле времени 14, реле через свои связи вновь отсоединяет валы 4 от привода 3 выпускного аппарата и инициирует работу измерительного устройства 13. Таким образом начинается новый цикл измерения параметров зерна.

В случае необходимости осуществления отбора проб зерна соответствующий вал 4 извлекается из сушильной камеры 1 и взятые из его секций пробы отправляются в лабораторию, а вал устанавливается на свое место. Крепление валов 4 к стенкам сушильной камеры 1 посредством легко разъемных соединений 5 позволяет выполнять операцию по отбору проб легко и быстро. Результаты экспресс-анализа качественных характеристик зерна, полученные в лаборатории, могут использоваться оператором как для корректирования режимов сушки, так и для уточнения настроек соответствующих датчиков. Кроме того, необходимость быстрого извлечения валов из сушильной камеры 1 может потребоваться в случае устойчивого засорения его измерительных секций крупными растительными остатками, что ведет к устойчивому нарушению работы датчиков 10 и 11.

Таким образом, в предлагаемом устройстве предусматривается возможность измерения температуры, влажности и одновременно отбора проб зерна в N•M•K точках сушильной камеры, расположенных в ее горизонтальных и вертикальных сечениях. Это позволяет с высокой точностью контролировать пространственное распределение полей температур и влажностей зерна внутри сушильной камеры, а также (по результатам обработки проб) оценивать качество проведения процесса.

Введение связи валов 4 (например, через передаточный механизм 6 и электромагнитную муфту 7) с приводом 3 выпускного аппарата 2, а также выбор оптимального передаточного отношения передаточного механизма 6 позволяют автоматически (на любых режимах) обеспечивать максимально возможную частоту замеров параметров зерна. Это позволяет с высокой точностью контролировать изменение полей температур и влажностей зерна во времени.

Вместе с тем связь валов 4 с приводом 3 может быть выполнена не только механической, но и другими способами, например, электрическая связь. Причем способы конкретной реализации как механической связи, так и других видов связей могут быть разнообразными. Независимо от выбора и реализации связи существенным является лишь сохранение определенного алгоритма работы измерительных секций валов 4.

Повышенная точность измерения параметров зерна достигается установкой датчиков 10 и 11 внутри измерительных секций валов 4, при этом стенки измерительных секций с пяти сторон защищают датчики от действия теплоносителя, что полностью исключает его движение в зоне установки датчиков.

За счет одновременного размещения датчиков температуры 10 и влажности 11 зерна в зоне измерений (в измерительной секции вала 4), а также специальной конструкции и примененного алгоритма работы измерительных секций достигается высокая точность измерения влажности зерна внутри сушильной камеры 1. Это объясняется тем, что, во-первых, показания датчика температуры могут использоваться для корректировки показаний датчика влажности (температурная компенсация измерений), во-вторых, измерения влажности осуществляются в неподвижном зерновом слое, чем достигается стабилизация его плотности (по сравнению с движущимся слоем).

Материал стенок измерительных секций (то есть материал вала 4 и перегородок 8) выбирается, например, с незначительным коэффициентом теплопроводности, это позволяет уменьшить влияние теплопередачи через стенки секций на показания датчиков температуры 10. С точки зрения минимальной погрешности показаний датчиков влажности 11 могут предъявляться дополнительные требования к материалу стенок измерительных секций. Так в случае применения кондуктометрического способа измерения влажности дополнительным может служить требование минимальной электропроводности стенок, в случае применения диэлькометрического способа - требование минимальной электропроводности и диэлектрической проницаемости стенок, при выборе акустического метода дополнительных требований не выдвигается.

Крепление валов 4 к стенкам сушильной камеры 1 при помощи легко разборных соединений 5 и разделение их полостей перегородками 8 на N секций позволяет использовать устройство в качестве N•M•K-точечного пробоотборника. Использование легко разборных соединений 5 позволяет осуществлять быстрое и легкое извлечение пробоотборника из сушильной камеры 1, а его разделение на секции позволяет четко разделять пробы между собой. Это позволяет оперативно выполнять отбор проб зерна с целью определения его качественных характеристик (влажность, состояние клейковины и т.п.). В случае отклонения показателей от требуемых значений возможно своевременное корректирование режимов сушки. Это позволяет повысить точность их поддержания и добиться высокого качества высушенного зерна.

Кроме того, возможность быстрого извлечения валов 4 из сушильной камеры позволяет без прерывания технологического процесса очищать датчики 10 и 11 в случае их засорения. Этим достигается более высокая технологическая надежность устройства и простота эксплуатации.

Одновременное использование валов 4 в качестве защиты датчиков 10 и 11 от действия теплоносителя и пробоотборников зерна расширяет функциональные возможности устройства.

Возможно применение предлагаемого устройства не только в сушилках шахтного типа (как в прототипе), но и в сушилках других конструкций и другим типом зернового слоя. Например, возможно его применение во всех типах сушилок с гравитационно движущимся слоем, таких как колонковые, бункерные, жалюзийные и т.п. Возможно применение устройства в сушилках с движущимся плотным слоем, например конвейерных, в этом случае измерительные секции валов 4 могут устанавливаться, например, в зонах пересыпания зерна с конвейера на конвейер, а также на входе и выходе сушильной камеры. Наконец, возможно использование устройства в сушилках с плотным неподвижным слоем (напольные, ромбические, треугольные и т. п.), в сушилках с псевдоожиженным и кипящим слоем. Однако работа устройства в таких сушилках будет сопряжена с циклическими извлечениями вала 4 из сушильной камеры после выполнения каждого очередного замера параметров зерна, что необходимо для опорожнения полостей его измерительных секций. Применение устройства возможно также для экспресс-контроля параметров зерна при его хранении в закромах.

Применение устройства с другими типами сушилок может потребовать закрепления валов 4 не только на противоположных стенках сушильной камеры (как в прототипе), но и других конструктивных решений. Так, например, может использоваться консольное закрепление вала лишь на одной стенке сушильной камеры или крепление на специально установленных перегородках и т.п. Однако все различные способы крепления должны обеспечивать возможность быстрого и легкого извлечения вала 4 из сушильной камеры.

Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет более точных оценок полей температур и влажностей зерна, а также оперативных оценок его качественных показателей возможно более точное поддержание режимов сушки. За счет этого может быть увеличена производительность сушилки и достигнуто высокое качество высушенного зерна.

Использование: измерение температуры и влажности сыпучих материалов с использованием электрических средств, в частности измерение параметров зерна в зерносушилках, бункерах активного вентилирования и т.п. Сущность изобретения: устройство контроля параметров зерна содержит сушильную камеру, в К горизонтальных сечениях сушильной камеры установлено М•К штук полых валов, которые закреплены на ее стенках посредством подшипниковых узлов с разъемными подшипниками и соединены через передаточный механизм и электромагнитную муфту с приводом выпускного аппарата. Каждый из валов N+1 перегородкой разделен на N секций, в которых установлены соответственно по одному датчику температуры и влажности зерна, подключенных через блок коммутации к измерительному устройству, в свою очередь электромагнитная муфта подключена к реле времени. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности контроля параметров зерна. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство контроля параметров зерна, содержащее сушильную камеру с выпускным аппаратом, в нижнем горизонтальном сечении которой при помощи подшипниковых узлов закреплены полые валы из теплоизоляционного материала, в каждом из которых выполнена продольная щель и установлены датчики температуры, подключенные через блок коммутации к измерительному устройству, которое, в свою очередь, через реле времени подключено к блоку коммутации, отличающееся тем, что в нем количество валов увеличено до МхК штук, валы установлены в К горизонтальных сечениях сушильной камеры, соединены с приводом выпускного аппарата и каждый из них N+1 перегородкой разделен на N секций, в которых установлены соответственно по одному датчику температуры и влажности зерна. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем валы закреплены на стенках сушильной камеры при помощи подшипниковых узлов с разъемными подшипниками. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем валы соединены с приводом выпускного аппарата через передаточный механизм и электромагнитную муфту, которая входом подключена ко второму выходу реле времени.