УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСКРЕТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ СЫПУЧИХ ПРОДУКТОВ В БУНКЕРЕ Российский патент 2021 года по МПК G01F23/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к измерительным устройствам, предназначенным для измерения уровня сыпучих продуктов в бункере, и может быть использовано в сельскохозяйственной, пищевой, химической и других отраслях промышленности, где возникает необходимость измерения объемов сыпучей продукции загружаемой в бункеры, резервуары, хранилища и т.п.

Известно устройство для измерения уровня сыпучих материалов (авторское свидетельство SU 750281, МПК G01F 23/18). Устройство содержит зонд, подвешенный на тросе, проходящем через ролик весового рычага, электропривод с двумя усилителями и входной инвертор, соединенный с датчиком натяжения троса и через промежуточные инверторы с цепями управления, опусканием и подъемом зонда с элементом времени в цепи подъема. Цепь управления опусканием зонда выполнена в виде последовательно соединенных двух инверторов и элемента времени, включенных между одним усилителем и промежуточным инвертором цепи управления опусканием зонда, а цепь управления подъемом зонда выполнена в виде последовательно соединенных двух инверторов, ячейки памяти и инвертора, включенных между другим усилителем и промежуточным инвертором цепи управления подъемом зонда, который подключен к инвертору цепи управления опусканием зонда, соединенному с промежуточным инвертором той же цепи и усилителем цепи управления подъемом зонда, причем ячейка памяти соединена с элементом времени.

Недостатком является наличие подвижных частей, приводящих к невысокой точности контроля количества материала в бункере.

Известно устройство для контроля количества материала в бункере (авторское свидетельство SU №1781150, МПК B65G 65/30, G01G 11/04). В бункере установлен весовоспринимающий элемент, содержащий датчик веса - тензометрический датчик (ТД), опорную штангу с жестко закрепленными на ней на разных уровнях тарелями. Штанга опирается на ТД, расположенный на бункере. ТД заключен в защитный кожух, предохраняющий его от воздействия внешних сил. Сигнал поступает непосредственно на тензометрический прибор на щите через тензометрический преобразователь на любой показывающий, регистрирующий прибор, который принимает аналоговый инфицированный электрический сигнал. При необходимости этот унифицированный электрический сигнал можно подать в АСУ ТП ЭВМ.

Недостатком является сложность конструкции и невозможность контроля в режиме on-line.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для дискретного измерения уровня (патент RU №2010175, МПК G01F 23/00), содержащее последовательно расположенные датчики и схему обработки сигнала. Схема обработки сигнала выполнена в виде блока передачи - приема и последовательно соединенных блока сопряжения с ЭВМ и пульта управления, выход которого соединен с управляющим входом блока передачи-приема, информационный и управляющий выходы которого подключены соответственно ко второму входу пульта управления и входу блока сопряжения с ЭВМ, при этом каждый датчик, начиная со второго, соединен с предыдущим и последующим, а входы первого и выходы последнего датчиков подключены соответственно к выходам и входам блока передачи - приема.

Недостатком является невозможность контроля в режиме on-line.

Техническая проблема заключается в расширении арсенала устройств позволяющих контролировать уровень сыпучих продуктов в бункере.

Технический результат заключается в возможности on-line контроля уровня сыпучего продукта в бункере за счет формирования аналогового уровня сигнала.

Для решения технической проблемы и достижения заявляемого результата в устройстве для дискретного измерения уровня сыпучих продуктов в бункере, содержащем последовательно расположенные датчики уровня, соединенные со схемой обработки сигнала, согласно решению, в качестве датчиков используют емкостные датчики с нормально замкнутым выходом, устройство дополнительно содержит GPS терминал, соединенный с выходом схемы обработки сигнала, содержащей источник опорного напряжения, подключенный к опорному резистору, который соединен с набором резистивных делителей, каждый из которых соединен с выходом датчика, при этом количество делителей кратно количеству датчиков, при этом одни из датчиков жестко закреплены вдоль одной из стенок бункера, а другие вдоль днища.

Емкостные датчики закреплены с поверхностью бункера при помощи винтов.

Устройство иллюстрируется чертежами, где:

на фиг. 1 - приведена структура заявляемого устройства;

на фиг. 2 - электрическая схема обработки сигнала с подключенными емкостными датчиками;

на фиг. 3 - приведена принципиальная электрическая схема устройства;

на фиг. 4 - график зависимости изменения уровня зерна в бункере комбайна в ходе уборки.

Позициями на чертежах обозначены:

1. Зерновой бункер,

2. Емкостные датчики с нормально замкнутым выходом,

3. Схема обработки сигнала,

4. GPS терминал,

5. Жгут проводов подключения датчиков к блоку электронному,

6. Источник опорного напряжения U_оп.,

7. Опорный резистор делителя напряжения R_оп,

8. Сыпучий продукт.

R₁ - R_N - резисторы делителя напряжения,

R_оп. - опорный резистор,

R_см. - резистор смещения напряжения,

K₁ - K_N - датчики емкостные нормально замкнутые,

U_вых. - выходное напряжение,

X1 - разъем подключения питания,

Х2 - разъем выходного сигнала,

U1 - стабилизатор напряжения,

Р1-Р11 - датчики емкостные.

Устройство содержит зерновой бункер 1 с коническим днищем, внутри которого расположены соединенные последовательно друг с другом емкостные датчики 2 с нормально замкнутым выходом. При этом одни из датчиков 2 жестко закреплены вдоль одной из стенок бункера, а другие вдоль днища. Выход датчиков 2 подключен к входу схемы обработки сигнала 3, выход которой соединен с GPS терминалом 4.

В состав схемы обработки сигнала 3 входит источник опорного напряжения U_оп. 6. соединенный с опорным резистором R_оп. 7 делителя напряжения. Каждый выход емкостного датчика 2 подключен к входу резистора делителя напряжения R₁ - R_N, количество которых выбрано соответствующим количеству датчиков. Выходы резисторов R₁ - R_N делителя напряжения и резистора смещения напряжения R_см - соединены с опорным резистором 6 R_оп 7. Резистор смещения напряжения R_см. предназначен для установки напряжения отличного от опорного при срабатывании всех датчиков.

В заявляемом устройстве применяются два типа крепления емкостных датчиков 2 в зависимости от их конструкций. Цилиндрические датчики крепятся на индивидуальных кронштейнах на внутреннюю поверхность бункера 1 с помощью винтов. Накладные датчики 2 крепятся непосредственно на внутреннюю поверхность бункера 1 с помощью винтов. Чувствительные поверхности датчиков обращены во внутренний объем бункера.

Количество датчиков 2 выбирается исходя из величины минимального интервала измерения уровня. Нижний датчик устанавливается на высоте измерения минимального уровня, верхний датчик устанавливается на высоте измерения максимального уровня.

Устройство работает следующим образом.

При наполнении зернового бункера 1 комбайна сыпучим продуктом 8 происходит поочередное засыпание емкостных датчиков 2. При этом контакты в датчиках K₁ - K_N подключенные через резисторы R₁ - R_N на общий «-» поочередно размыкаются, напряжение на опорном резисторе R_оп. повышается пропорционально числу засыпанных продуктом в бункере датчиков. Так как схема запитана от источника опорного напряжения U_оп., выходное напряжение U_вых. не зависит от напряжения питания. Далее аналоговый сигнал в виде выходного напряжения U_вых. передается на GPS терминал 4 и далее на сервер мониторинга (на чертежах не показан). При снижении уровня сыпучего продукта в бункере происходит обратный процесс. Контакты в датчиках K₁ - K_N подключенные через резисторы R₁ - R_N на общий «-» поочередно замыкаются, напряжение на опорном резисторе R_оп. понижается пропорционально числу не засыпанных продуктом в бункере датчиков.

Пример конкретного выполнения.

На зерновой бункер последовательно друг с другом крепят 11 емкостных датчиков (Р1-Р11) с нормально замкнутым выходом. При этом одни из датчиков жестко закреплены вдоль одной из стенок бункера, а другие вдоль днища. Выходы датчиков подключены к входам схемы обработки сигнала, выход которой соединен с GPS терминалом Locarus-702x.

При наполнении зернового бункера комбайна сыпучим продуктом происходит поочередное засыпание емкостных датчиков. При этом контакты в датчиках K₁ - K₁₁ подключенные через резисторы R₁ - R₁₁ на общий «-» поочередно размыкаются, напряжение на опорном резисторе R_оп. повышается пропорционально числу засыпанных продуктом в бункере датчиков. При засыпании всех датчиков в бункере выходное напряжение зависит только от резистора смещения R_см. Так как схема запитана от источника опорного напряжения U_оп., выходное напряжение U_вых. не зависит от напряжения питания. Далее аналоговый сигнал в виде выходного напряжения U_вых передается на GPS терминал и далее на сервер мониторинга (на чертежах не показан). При снижении уровня сыпучего продукта в бункере происходит обратный процесс. Контакты в датчиках K₁ - K₁₁ подключенные через резисторы R₁ - R₁₁ на общий «-» поочередно замыкаются, напряжение на опорном резисторе R_оп. понижается пропорционально числу не засыпанных продуктом в бункере датчиков.

В заявляемом устройстве (фиг. 3) используют стабилизатор напряжения (U1) марки L7809CV, резистор (R1) МЛТ-0.25, 1 кОм, 5%, резистор (R2) МЛТ-0.25, 1.8 кОм, 5%, резистор (R3) МЛТ-0.25, 3.9 кОм, 5%, резисторы (R4 и R12) МЛТ-0.25, 5.6 кОм, 5%, резисторы (R5 и R6) МЛТ-0.25, 8.2 кОм, 5%, резистор (R7) МЛТ-0.25, 10 кОм, 5%, резистор (R8) МЛТ-0.25, 12 кОм, 5%, резисторы (R9, R10, R11) МЛТ-0.25, 15 кОм, 5%, резистор (R13) МЛТ-0.25, 2.7 кОм, 5%, датчики емкостные (Р1-Р11) марки CSN E41A5-32N-10-LZ или ВБЕ-Ц18-82В-2123-ЗА.

На фиг. 3 R13 это R_оп. - опорный резистор, R12 это R_см. - резистор смещения напряжения.

В качестве ГЛОНАСС - GPS терминала применяется Locarus-702x подключение к аналоговому входу A_IN1.

В таблице 1 отображается зависимость уровня напряжения от уровня сыпучего материала в бункере.

Кривая, представленная на фиг. 4 показывает зависимость изменения уровня зерна в бункере комбайна в ходе уборки. График сделан с помощью системы АгроСигнал, позволяющей в реальном времени обрабатывать потоки данных с емкостных датчиков, установленных в бункере.

Емкостный датчик с дискретным выходом является готовым серийным устройством, реагирующим на изменение электрической емкости при погружении в сыпучий материал. При срабатывании дискретный выход датчика типа открытый коллектор размыкается.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет on-line измерять уровень сыпучего продукта в зерновом бункере комбайна с интервалом пропорциональным количеству датчиков, полученный на выходе аналоговый сигнал в виде напряжения пропорционален уровню сыпучего продукта в зерновом бункере комбайна.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к измерительным устройствам, предназначенным для измерения уровня сыпучих продуктов в бункере, и может быть использовано в сельскохозяйственной, пищевой, химической и других отраслях промышленности, где возникает необходимость измерения объемов сыпучей продукции, загружаемой в бункеры, резервуары, хранилища и т.п. В устройстве для дискретного измерения уровня сыпучих продуктов в бункере, содержащем последовательно расположенные датчики уровня, соединенные со схемой обработки сигнала, согласно решению, в качестве датчиков используют емкостные датчики с нормально замкнутым выходом, устройство дополнительно содержит GPS терминал, соединенный с выходом схемы обработки сигнала, содержащей источник опорного напряжения, подключенный к опорному резистору, который соединен с набором резистивных делителей, каждый из которых соединен с выходом датчика, при этом количество делителей кратно количеству датчиков, при этом одни из датчиков жестко закреплены вдоль одной из стенок бункера, а другие вдоль днища. Емкостные датчики закреплены с поверхностью бункера при помощи винтов. Технический результат заключается в возможности on line контроля уровня сыпучего продукта в бункере за счет формирования аналогового уровня сигнала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Устройство для дискретного измерения уровня сыпучих продуктов в бункере, содержащее последовательно расположенные датчики уровня, соединенные со схемой обработки сигнала, отличающееся тем, что в качестве датчиков используют емкостные датчики с нормально замкнутым выходом, устройство дополнительно содержит GPS терминал, соединенный с выходом схемы обработки сигнала, содержащей источник опорного напряжения, подключенный к опорному резистору, который соединен с набором резистивных делителей, каждый из которых соединен с выходом датчика, при этом количество делителей кратно количеству датчиков, при этом одни из датчиков жестко закреплены вдоль одной из стенок бункера, а другие вдоль днища.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что емкостные датчики закреплены с поверхностью бункера при помощи винтов.