СИСТЕМА ДЛЯ ОТБОРА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОБ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ Российский патент 2024 года по МПК G01N1/38 B01F27/90 F04B15/02 

Ссылки на родственные заявки

Настоящая заявка является продолжением заявки США № 17/326050 от 20 мая 2021 года и претендует на приоритет по отношению к предварительным заявкам США №№ 63/191186, 63/191189, 63/191195, 63/191199 и 63/191204 от 20 мая 2021 года. Все вышеупомянутые заявки полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к отбору и анализу сельскохозяйственных проб и, более конкретно, к полностью автоматизированной системе для выполнения отбора проб почвы и других видов, связанных с сельским хозяйством проб и анализа химических свойств.

Уровень техники

Периодическое исследование почвы является важным аспектом сельского хозяйства. Результаты исследований предоставляют ценную информацию о химическом составе почвы, например о доступных растениям питательных веществах и других важных свойствах (например, об уровнях азота, магния, фосфора, калия, рН и т.д.), так что в почву можно вносить различные добавки для максимального повышения качества и количества урожая.

В некоторых существующих процессах отбора проб почвы собранные пробы высушивают, измельчают, добавляют в них воду, а затем фильтруют для получения суспензии почвы, пригодной для анализа. В суспензию добавляют экстрагент, чтобы извлечь доступные растению питательные вещества. Затем суспензию фильтруют для получения прозрачного раствора или надосадочной жидкости, которую смешивают с химическим реагентом для дальнейшего анализа.

Желательны улучшения в исследовании почвы, растительности и органических удобрений.

Раскрытие сущности изобретения

В настоящем изобретении предложена автоматизированная система отбора проб, управляемая компьютером, и соответствующие способы сбора, обработки и анализа сельскохозяйственных проб, таких как в одном варианте осуществления изобретения, помимо прочего, пробы почвы, на различные химические свойства, например, доступные растениям питательные вещества. Система отбора проб позволяет обрабатывать и анализировать несколько проб на различные аналиты (например, доступные растениям питательные вещества) и/или химические свойства (например, рН) одновременно параллельно или частично параллельно, а также в сравнительно непрерывной и быстрой последовательности. Предпочтительно, система может обрабатывать пробы почвы или сельскохозяйственные пробы другого типа в состоянии «как собрана» без сложных стадий сушки и измельчения в предыдущих процессах, описанных ранее.

Настоящая система в целом включает в себя подсистему подготовки проб, которая принимает пробы почвы или сельскохозяйственные пробы другого типа и производит сельскохозяйственную суспензию (например, смесь почвы, растительности и/или органических удобрений и воды), и подсистему химического анализа, которая принимает и обрабатывает подготовленные пробы суспензии из подсистемы подготовки проб для количественного определения аналитов и/или химических свойств пробы. Сельскохозяйственные пробы могут быть собраны автоматически подсистемой сбора проб или другими способами, включая ручной отбор проб. Описанная подсистема химического анализа может быть использована для анализа сельскохозяйственной суспензии, которая может состоять из почвы, растительности, органических удобрений, молока или проб другого типа.

В одном варианте осуществления изобретения система подготовки проб в целом включает в себя смесительное устройство, которое смешивает взятую сырую пробу почвы в состоянии «как собрана» (например, не сушеная и не измельченная) с разбавителем, таким как вода, для образования суспензии пробы. Затем производится грубая фильтрация нефильтрованной суспензии посредством фильтрующего блока грубой очистки для удаления твердых частиц большего размера, чем требуется, которые могут включать в себя посторонний мусор в пробе и/или затвердевшие скопления твердых веществ сельскохозяйственного пробы, не полностью разрушенных смесительным устройством. Отфильтрованная суспензия (фильтрат) затем поступает в замкнутый контур рециркуляции суспензии, выполненный с возможностью обеспечения циркуляции суспензии для определения соотношения воды и твердых веществ в суспензии. Как далее описано в этом документе, различные компоненты, образующие неотъемлемые части контура, выполнены с возможностью обеспечения циркуляции суспензии в замкнутом контуре, подавления скачков давления, измерения плотности суспензии и измерения плотности компонента суспензии в виде твердых частиц. Работой некоторых или всех компонентов системы и контура можно управлять с помощью программируемого системного контроллера. Система измеряет фактическое соотношение воды и твердых веществ и сравнивает это измерение с требуемым целевым соотношением воды и почвы, необходимым для последующего химического анализа суспензии, чтобы количественно определить уровень или концентрацию интересующего аналита (например, питательных веществ в почве или другого параметра). Система выполнена с возможностью добавления воды в замкнутый контур для достижения целевого соотношения воды и почвы.

Как только достигается заданное соотношение воды и почвы, суспензия извлекается из контура рециркуляции суспензии и фильтруется, проходя через фильтрующий блок тонкой очистки, который является неотъемлемым компонентом канала рециркуляции суспензии. Извлеченная и отфильтрованная суспензия затем обрабатывается с помощью подсистемы химического анализа, которая количественно определяет концентрацию или уровень интересующего(их) аналита(ов). Подсистема химического анализа выполняет общие функции добавления/смешивания экстрагента с суспензией, отделения прозрачной надосадочной жидкости от суспензии, добавления/смешивания реагента, изменяющего цвет, с надосадочной жидкостью и, наконец, определения или анализа для обнаружения аналитов и/или определения химических свойств, например, колориметрический анализ или другие аналитические методы.

Хотя системы отбора проб (например, отбор проб, подготовка и обработка) могут быть описаны в этом документе в отношении обработки проб почвы, что представляет собой одну категорию использования раскрытых вариантов осуществления изобретения, следует понимать, что те же самые системы, включающие в себя устройства и выполняющие соответствующие процессы, также могут быть использованы для обработки других типов сельскохозяйственных проб, включающих в себя, помимо прочего, растительность, фураж, органические удобрения, пищу, молоко или другие типы проб. Таким образом, варианты осуществления изобретения, раскрытые в этом документе, следует рассматривать в широком смысле как систему отбора сельскохозяйственных проб. Соответственно, настоящее изобретение явно не ограничено использованием только при обработке и анализе проб почвы на предмет интересующих химических свойств.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение станет более понятным из подробного описания и прилагаемых чертежей, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

На фиг. 1 показана блок-схема системы анализа сельскохозяйственных проб в соответствии с настоящим изобретением, показывающая высокоуровневые функциональные особенности каждой подсистемы системы анализа проб;

на фиг. 2 - принципиальная системная схема центрального процессора (ЦП) на базе программируемого процессора или системного контроллера для управления системами и устройствами, раскрытыми в настоящем документе;

на фиг. 3 - базовая принципиальная схема первого варианта выполнения системы анализа сельскохозяйственных проб;

на фиг. 4 - базовая принципиальная схема второго варианта выполнения системы анализа сельскохозяйственных проб, включающей в себя замкнутый контур рециркуляции суспензии;

на фиг. 5 - вид в перспективе первого варианта измерителя плотности суспензии, применяемого в системах, показанных на фиг. 3 или 4;

на фиг. 6 - его первый вид сбоку;

на фиг. 7 - его второй вид сбоку;

на фиг. 8 - его первый вид с торца;

на фиг. 9 - его второй вид с торца;

на фиг. 10 - его вид сверху;

на фиг. 11 - его вид снизу;

на фиг. 12 - его первый вид в продольном разрезе;

на фиг. 13 - его второй вид в продольном разрезе;

на фиг. 14 - его вид в перспективе в продольном разрезе;

на фиг. 15 - первый вид в перспективе второго варианта выполнения измерителя плотности суспензии, применяемого в системах, показанных на фиг. 3 или 4;

на фиг. 16 - его второй вид в перспективе;

на фиг. 17 - его третий вид в перспективе с отсоединенной периферийной платой системы управления;

на фиг. 18 - его продольный вид в разрезе;

на фиг. 19А - часть колебательной трубки измерителя плотности, иллюстрирующая накопление частиц железа суспензии на внутренней стороне трубки, вызванное магнитным полем постоянного магнита, прикрепленного к трубке;

на фиг. 19B - первый вариант выполнения элемента магнитной изоляции, прикрепленного к колебательной трубке;

на фиг. 19C - второй вариант выполнения элемента магнитной изоляции, прикрепленного к колебательной трубке;

на фиг. 19D - третий вариант выполнения элемента магнитной изоляции, прикрепленного к колебательной трубке;

на фиг. 19E - четвертый вариант выполнения элемента магнитной изоляции, прикрепленного к колебательной трубке;

на фиг. 19F - возможные направленные колебательные движения колебательной трубки;

на фиг. 19G - колебательная трубка, установленная в вертикальном положении;

на фиг. 20 - первый вид в перспективе первого варианта выполнения фильтрующего блока тонкой очистки;

на фиг. 21 - его второй вид в перспективе;

на фиг. 22 - его вид снизу;

на фиг. 23 - его вид сверху;

на фиг. 24 - его продольный вид сбоку в разрезе;

на фиг. 25 - первый вид в перспективе второго варианта выполнения фильтрующего блока тонкой очистки;

на фиг. 26 - его второй вид в перспективе;

на фиг. 27 - его вид с торца;

на фиг. 28 - его вид сверху;

на фиг. 29 - его вид сбоку в разрезе;

на фиг. 30 - принципиальная схема безнасосной системы для перемешивания суспензии почвы с использованием сжатого воздуха;

на фиг. 31 - первый график, показывающий зависимость количества разбавителя (например, воды), добавляемого в суспензию, от плотности суспензии;

на фиг. 32 - второй такой график;

на фиг. 33 - третий такой график;

на фиг. 34 - принципиальная схема оборудования и блок-схема альтернативного варианта выполнения системы подготовки сельскохозяйственной суспензии в соответствии с системой анализа сельскохозяйственных проб;

на фиг. 35 - принципиальная блок-схема системы анализа сельскохозяйственных проб, включающей в себя систему подготовки суспензии, показанную на фиг. 34;

на фиг. 36 - вид в перспективе сверху фильтрующего блока грубой очистки системы подготовки сельскохозяйственной суспензии;

на фиг. 37 - его вид в разобранном состоянии;

на фиг. 38 - его вид в перспективе снизу;

на фиг. 39 - его первый вид сбоку;

на фиг. 40 - его второй вид сбоку;

на фиг. 41 - его продольный вид в разрезе;

на фиг. 42 - увеличенный фрагмент, обозначенный на фиг. 41;

на фиг. 43 - вид в поперечном разрезе фильтрующего блока грубой очистки;

на фиг. 44 - вид в перспективе сверху аккумулятора системы подготовки сельскохозяйственной суспензии;

на фиг. 45 - его вид в перспективе снизу;

на фиг. 46 - его вид в перспективе сверху в разобранном состоянии;

на фиг. 47 - его вид в перспективе снизу в разобранном состоянии;

на фиг. 48 - его продольный вид в разрезе;

на фиг. 49 - вид с впускного торца аккумулятора;

на фиг. 50 - его вид в поперечном разрезе;

на фиг. 51 - вид в перспективе сверху устройства перемешивания системы подготовки сельскохозяйственной суспензии;

на фиг. 52 - его вид сверху;

на фиг. 53 - его вид снизу;

на фиг. 54 - его вид слева;

на фиг. 55 - его вид справа;

на фиг. 56 - его вид спереди;

на фиг. 57 - его вид сзади;

на фиг. 58 - его вид сбоку в продольном разрезе;

на фиг. 59 - его вид спереди в продольном разрезе;

на фиг. 60 - его вид сверху в поперечном разрезе, показывающий приводную зубчатую передачу;

на фиг. 61 - вид снизу в поперечном разрезе, показывающий лопастной узел;

на фиг. 62 - его вид сверху в перспективе в разобранном состоянии, показывающий отделенный двигатель и части приводной зубчатой передачи;

на фиг. 63 - вид в перспективе нижней секции устройства перемешивания;

на фиг. 64 - вид в поперечном разрезе пневматического двухмембранного (ПДМ) насоса системы подготовки сельскохозяйственной суспензии, показывающий насос в первом рабочем состоянии перекачки;

на фиг. 65 - его вид в поперечном разрезе, показывающий насос во втором рабочем состоянии перекачки;

на фиг. 66 - первый вид в перспективе одной из головок насоса, показывающий внутреннюю сторону и присоединенные впускной и выпускной запорные клапаны;

на фиг. 67 - ее второй вид в перспективе, показывающий противоположную внешнюю сторону;

на фиг. 68 - ее вид в перспективе, показывающий впускной клапан в разобранном состоянии;

на фиг. 69 - вид в плане внутренней стороны узла, состоящего из головки насоса и клапана; и

на фиг. 70 - его вид в продольном разрезе.

Все чертежи не обязательно приведены в масштабе. Компоненты, обозначенные и представленные на одной фигуре, но не обозначенные на других фигурах, являются одинаковыми, если специально не указано иное. В данном документе ссылку на целый номер фигуры, который появляется на нескольких фигурах с одним и тем же целым номером, но с разными буквенными символами, следует рассматривать как общую ссылку на все эти фигуры, если специально не указано иное.

Осуществление изобретения

Признаки и преимущества изобретения проиллюстрированы и описаны в данном документе со ссылкой на примеры осуществления изобретения («примеры»). Данное описание примеров осуществления изобретения предназначено для прочтения в сочетании с сопроводительными чертежами, которые следует рассматривать как часть всего описания. Соответственно, изобретение явно не должно ограничиваться такими примерами осуществления изобретения, иллюстрирующими некоторую возможную неограничивающую комбинацию признаков, которые могут иметь место отдельно или в других комбинациях признаков.

В описании вариантов осуществления изобретения, раскрытых в данном документе, любая ссылка на направление или ориентацию дается только для удобства описания и никоим образом не предназначена для ограничения объема настоящего изобретения. Относительные термины, такие как «нижний», «верхний», «горизонтальный», «вертикальный», «над», «под», «вверху», «внизу», «верх» и «низ», а также производные от них (например, «горизонтально», «направленный вниз», «направленный вверх» и т.д.) следует понимать с точки зрения ориентации в соответствии с описанием или ориентации, показанной на обсуждаемых чертежах. Эти относительные термины используются только для удобства описания и не требуют, чтобы устройство было сконструировано или работало в некоторой конкретной ориентации. Такие термины, как «прикрепленный», «закрепленный», «соединенный», «связанный», «взаимосвязанный» и т.п. относятся к такому взаимному расположению, при котором конструкции закреплены или прикреплены друг к другу либо непосредственно, либо опосредовано через промежуточные конструкции, а также как к подвижному, так и жесткому креплению или взаимному расположению, если явно не указано иное.

Любые указанные в данном документе диапазоны используются как сокращенное обозначение для описания каждого значения, которое находится в пределах диапазона. Любое значение в пределах диапазона может быть выбрано в качестве крайнего значения диапазона. Кроме того, все ссылки, цитируемые в данном документе, полностью включены в настоящее описание посредством ссылок. В случае противоречия определений в настоящем описании и в цитируемой ссылке настоящее описание имеет преимущественную силу.

На фиг. 1 приведена схематическая блок-схема системы 3000 отбора сельскохозяйственных проб в соответствии с настоящим изобретением. Описанные в этом документе подсистемы в совокупности обеспечивают полную обработку и химический анализ сельскохозяйственных проб, собранных на сельскохозяйственном поле, подготовку проб и окончательный химический анализ. В одном варианте осуществления изобретения система 3000 может быть установлена на моторизованном транспортном средстве для отбора проб, выполненном с возможностью перемещения по сельскохозяйственному полю для сбора и обработки проб почвы из различных зон поля. Это позволяет точно составить полную схему распределения питательных веществ и химического состава поля, чтобы быстро и удобно определить необходимые поправки к почве и объемы внесения, необходимые для каждой зоны, на основе количественной оценки доступных растениям питательных веществ и/или химических свойств пробы. Система 3000 с успехом позволяет обрабатывать и химически анализировать несколько проб одновременно на наличие различных химических компонентов или свойств, таких как, например, помимо прочего, доступные растениям питательные вещества. В одном варианте осуществления изобретения система отбора проб может представлять собой систему отбора проб почвы, выполненную с возможностью определения уровней содержания питательных веществ в различных частях сельскохозяйственного поля для выращивания сельскохозяйственных культур. Однако система отбора проб может быть использована для различных сельскохозяйственных проб других типов, как описано ранее в этом документе.

Система 3000 отбора сельскохозяйственных проб обычно включает в себя подсистему 3001 сбора проб, подсистему 3002 подготовки проб и подсистему 3003 химического анализа. Подсистема 3001 сбора проб и моторизованное транспортное средство для отбора проб полностью описаны в публикации заявки на патент США № 2018/0124992A1. В случае отбора проб почвы подсистема 3001 сбора проб обычно выполняет функцию извлечения и сбора проб почвы с поля. Пробы могут быть в виде почвенных пробок или кернов. Собранные керны переносят в камеру хранения или сосуд для дальнейшей обработки подсистемой 3002 подготовки проб. Другие системы отбора проб описаны в заявках США №№ 62/983237 от 28 февраля 2020 г.; 63/017789 от 30 апреля 2020; 63/017840 от 30 апреля 2020; 63/018120 от 30 апреля 2020; 63/018153 от 30 апреля 2020; 63/191147 от 20 мая 2021; 63/191159 от 20 мая 2021; 63/191166 от 20 мая 2021; 63/191172 от 20 мая 2021; 17/326050 от 20 мая 2021; 63/191186 от 20 мая 2021; 63/191189 от 20 мая 2021; 63/191195 от 20 мая 2021; 63/191199 от 20 мая 2021; 63/191204 от 20 мая 2021; 17/343434 от 09 июня 2021; 63/208865 от 09 июня 2021; 17/343536 от 09 июня 2021; 63/213319 от 22 июня 2021; 63/260772 от 31 августа 2021; 63/260776 от 31 августа 2021; 63/260777 от 31 августа 2021; 63/245278 от 17 сентября 2021; 63/264059 от 15 ноября 2021; 63/264062 от 15 ноября 2021; 63/264065 от 15 ноября 2021; 63/268418 от 23 февраля 2022; 63/268419 от 23 февраля 2022; 63/268990 от 08 марта 2022; и в заявках PCT №№ PCT/IB2021/051076 от 10 февраля 2021; PCT/IB2021/051077 от 10 февраля 2021; PCT/IB2021/052872 от 07 апреля 2021; PCT/IB2021/052874 от 07 апреля 2021; PCT/IB2021/052875 от 07 апреля 2021; PCT/IB2021/052876 от 07 апреля 2021.

Подсистема 3002 подготовки проб обычно выполняет функции приема твердых веществ или кернов сельскохозяйственных проб в смесительное устройство, добавления предварительно заданного количества или объема отфильтрованной воды, перемешивания смеси почвы и воды для получения суспензии пробы, грубой очистки суспензии и подачи отфильтрованной суспензии в устройство перемешивания, которое является частью замкнутого контура рециркуляции суспензии и пути потока, обеспечивая рециркуляцию суспензии в контуре, измерения фактического соотношения воды и почвы в суспензии и разбавления суспензии водой для достижения целевого соотношения вода/почва.

Подсистема 3003 химического анализа обычно выполняет функции откачивания или извлечения суспензии из контура рециркуляции суспензии через фильтр тонкой очистки, добавления экстрагента, смешивания экстрагента и суспензии для извлечения интересующих аналитов (например, доступных растению питательных веществ и т.д.), обработки смеси экстрагент-суспензия для получения прозрачной жидкости или надосадочной жидкости, удаления или переноса надосадочной жидкости, введения реагента и выдерживания смеси надосадочной жидкости и реагента в течение определенного периода времени, чтобы обеспечить полную химическую реакцию с реагентом, и измерения параметров аналита, например, с помощью абсорбции с использованием колориметрического анализа или другого аналитического метода.

Теперь будут более подробно описаны подсистемы 3002, 3003 подготовки проб и химического анализа, а также их оборудование или компоненты.

Как уже отмечалось в этом документе, система отбора сельскохозяйственных проб, подсистемы и соответствующие процессы/способы, раскрытые в этом документе, могут быть использованы для обработки и исследования почвы, растительности/растений, органических удобрений, корма, молока или других представляющих интерес параметров, связанных с сельским хозяйством. В частности, варианты выполнения части системы, осуществляющей химический анализ (подсистемы 3003 химического анализа), описанные в данном документе, могут быть использованы для тестирования множества химических параметров и аналитов (например, представляющих интерес питательных веществ/химических веществ) в других областях, помимо отбора проб почвы и растений/растительности. Ниже приведены некоторые неограничивающие примеры (включающие в себя почву и растения).

Анализ почвы: нитрат, нитрит, общий азот, аммоний, фосфат, ортофосфат, полифосфат, общий фосфат, калий, магний, кальций, натрий, катионообменная способность, pH, процентное насыщение катионов, сера, цинк, марганец, железо, медь, бор, растворимые соли, органические вещества, избыток извести, активный углерод, алюминий, нитрат аминосахара, аммиачный азот, хлорид, соотношение содержания углерода и азота, электропроводность, молибден, текстура (песок, ил, глина), количество яиц цистовых нематод, минерализующийся азот и поровое пространство почвы.

Растения/растительность: азот, нитрат, фосфор, калий, магний, кальций, натрий, процентное насыщение катионов, сера, цинк, марганец, железо, медь, бор, аммиачный азот, углерод, хлорид, кобальт, молибден, селен, общий азот и живые нематоды, паразитирующие на растении.

Органические удобрения: влага/общее количество твердых веществ, общий азот, органический азот, фосфат, калий, сера, кальций, магний, натрий, железо, марганец, медь, цинк, pH, общий углерод, растворимые соли, соотношение содержания углерода и азота, аммиачный азот, нитратный азот, хлорид, органические вещества, зола, проводимость, содержание азота по Кьельдалю, кишечная палочка, фекальные колиформные бактерии, сальмонелла, содержание общего азота по Кьельдалю, общий фосфат, калий, нитратный азот, водорастворимый азот, водонерастворимый азот, аммиачный азот, гуминовая кислота, pH, общий органический углерод, насыпная плотность (в упаковке), влажность, сера, кальций, бор, кобальт, медь, железо, марганец, мышьяк, хлорид, свинец, селен, кадмий, хром, ртуть, никель, натрий, молибден и цинк.

Корма: аланин, гистидин, пролин, аргинин, изолейцин, серин, аспарагиновая кислота, лейцин, треонин, цистин, лизин, триптофан, глутаминовая кислота, метионин, тирозин, глицин, фенилаланин, валин (требуется сырой белок), белый мышьяк, свинец, кадмий, мышьяк, ртуть.

Витамин E (бета-токоферол), витамин E (альфа-токоферол), витамин E (дельта-токоферол), витамин E (гамма-токоферол), витамин E (общий), влажность, сырой протеин, кальций, фосфор, КДК, зола, общее количество усвояемых питательных веществ, энергия (усваиваемая и метаболизируемая), чистая энергия (прирост, лактация, поддержание), сера, кальций, магний, натрий, марганец, цинк, калий, фосфор, железо, медь (не относится к премиксам), насыщенные жиры, мононенасыщенные жиры, жирные кислоты омега-3, полиненасыщенные жиры, трансжирные кислоты, жирные кислоты омега-6 (требуется сырой или кислый жир), глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, лактоза, афлатоксин (B1, B2, G1, G2), ДОН, фумонизин, охратоксин, Т2-токсин, зеараленон, витамин B2, B3, B5, B6, B7, B9 и B12, калории, хлорид, сырая клетчатка, лигнин, нейтральное детергентное волокно, небелковый азот, селен, общий йод, общий крахмал, витамин А, витамин D3 и свободные жирные кислоты.

Фураж: влага, сырой протеин, кислотно-детергентная клетчатка (КДК), НДК, общее количество усвояемых питательных веществ, чистая энергия (прирост, лактация, поддержание), относительная кормовая ценность, нитраты, сера, медь, натрий, магний, калий, цинк, железо, кальций, марганец, натрий, фосфор, хлорид, клетчатка, лигнин, молибден, синильная кислота и селен USP.

Молоко: молочный жир, истинный белок, количество соматических клеток, лактоза, другие твердые вещества, общее количество твердых веществ, добавленная вода, азот мочевины молока, кислотность, pH, тесты на антибиотики и микроорганизмы.

Хотя ниже приведено описание для исследования почвы, можно использовать любую систему извлечения, анализа или измерения с любым из вышеперечисленных материалов.

Система управления

На фиг. 2 приведена схема системы, показывающая систему 2800 управления или обработки, включающую в себя центральный процессор (ЦП) на базе программируемого процессора или системный контроллер 2820, на который дается ссылка в настоящем документе. Системный контроллер 2820 может включать в себя один или несколько процессоров, энергонезависимый материальный машиночитаемый носитель, программируемые периферийные устройства ввода/вывода и все другие необходимые электронные принадлежности, обычно связанные с полнофункциональным контроллером на базе процессора. Система 2800 управления, включающая в себя контроллер 2820, функционально и с возможностью осуществления связи соединена с различными системами и устройствами обработки и анализа проб почвы, описанными в настоящем документе, через соответствующие каналы связи для управления работой этих систем и устройств полностью интегрированным и последовательным образом.

Как показано на фиг. 2, система 2800 управления, включающая в себя программируемый контроллер 2820, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения может быть установлена на неподвижной опоре в любом месте или, наоборот, на перемещаемой самоходной или буксируемой машине (например, транспортном средстве, тракторе, зерноуборочном комбайне и т.д.), которая может включать в себя сельскохозяйственное орудие (например, сеялку, культиватор, плуг, опрыскиватель, разбрасыватель, ирригационное орудие и т.д.). В одном примере машина выполняет операции трактора или транспортного средства, которое сцеплено с оснасткой для сельскохозяйственных операций. В других вариантах осуществления изобретения контроллер может быть частью стационарной станции или сооружения.

Система 2800 управления, установленная на перемещаемой машине или вне нее, в целом включает в себя контроллер 2820, энергонезависимый материальный компьютерный или машиночитаемый носитель, такой как память 2805, и сетевой интерфейс 2815. Доступный и считываемый компьютером или машиной носитель может включать в себя любую подходящую энергозависимую память и энергонезависимую память или устройства, соединенные функционально и с возможностью осуществления связи с процессором(ами). Можно использовать любую подходящую комбинацию и типы энергозависимой или энергонезависимой памяти, включая в качестве примеров, без ограничений, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и его различные типы, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и его различные типы, жесткие диски, твердотельные накопители, флэш-память или другие подходящие запоминающие устройства и устройства, на которые может быть осуществлена запись и/или которые могут быть прочитаны процессором, функционально подключенным к носителю. Энергозависимая память и энергонезависимая память могут быть использованы для хранения программных инструкций или программного обеспечения. В одном варианте осуществления изобретения компьютерный машиночитаемый энергонезависимый носитель (например, память 2805) содержит исполняемые компьютерные программные инструкции, при выполнении которых системным контроллером 2820 система выполняет операции или способы настоящего изобретения, включая измерение свойств и тестирование проб почвы и растительности. Хотя в примере осуществления изобретения энергонезависимый носитель информации (например, память 2805) показан как единственный носитель, следует понимать, что этот термин включает в себя единственный носитель или несколько носителей (например, централизованную или распределенную базу данных и/или соответствую кэш-память и серверы), на которых хранятся один или несколько наборов управляющей логики или команд. Также следует считать, что термин «машиночитаемый энергонезависимый носитель» включает в себя любой носитель, который может хранить, кодировать или переносить набор команд, которые предназначены для выполнения машиной и которые заставляют машину выполнять любой один или несколько методов настоящего изобретения. Термин «машиночитаемый энергонезависимый носитель», соответственно, также следует понимать как включающий в себя, но не ограничиваясь этим, твердотельные запоминающие устройства, оптические и магнитные среды, а также несущие волновые сигналы.

Сетевой интерфейс 2815 взаимодействует с системами обработки и анализа сельскохозяйственных (например, почвенных или других) проб (и связанными с ними устройствами), описанными где-либо еще (в целом обозначенными 2803 на фиг. 2), и другими системами или устройствами, которые могут включать в себя, но не ограничиваясь этим, устройство 2840, имеющее свои собственные контроллеры и устройства.

Программируемый контроллер 2820 может включать в себя один или несколько микропроцессоров, процессоров, систему на кристалле (интегральную схему), один или несколько микроконтроллеров или их комбинацию. Система обработки включает в себя логическую схему 2826 обработки, предназначенную для выполнения программных инструкций одной или нескольких программ, и модуль или блок 2828 связи (например, передатчик, приемопередатчик) для передачи и приема сообщений от сетевого интерфейса 2815 и/или системы 2803 обработки и анализа сельскохозяйственных проб, которая включает в себя подсистему 3002 подготовки проб и компоненты, описанные в этом документе, которые также включают в себя компоненты замкнутого контура 8002 рециркуляции суспензии. Блок 2828 связи может быть встроен в систему 2800 управления (например, в контроллер 2820) или отделен от программируемой системы обработки.

Программируемая логическая схема 2826 обработки системы 2800 управления, которая управляет работой системного контроллера 2820, включающего в себя один или несколько процессоров, может обрабатывать сообщения, принятые от блока 2828 связи или сетевого интерфейса 2815, включающие в себя сельскохозяйственные данные (например, данные тестов, результаты тестирования, данные GPS, данные о введении жидкости, скорости потока и т.д.), а также данные систем и устройств 6803 для обработки и анализа проб почвы. Память 2805 системы 2800 управления выполнена с возможностью хранения предварительно запрограммированных переменных или заданных величин/базовых значений, хранения собранных данных и компьютерных инструкций или программ, предназначенных для выполнения (например, программного обеспечения 2806), используемых для управления работой контроллера 2820. Память 2805 может хранить, например, программные компоненты, такие как тестовое программное обеспечение для анализа проб почвы и растительности для выполнения операций настоящего изобретения, или любое другое программное приложение или модуль, изображения 2808 (например, захваченные изображения сельскохозяйственных культур), предупреждения, карты и т.д. Система 2800 также может включать в себя подсистему ввода/вывода звука (не показана), которая может включать в себя микрофон и динамик, например, для приема и отправки голосовых команд или для аутентификации или авторизации пользователя (например, биометрической).

Системный контроллер 2820 осуществляет двунаправленную связь с памятью 2805 через канал связи 2830, сетевым интерфейсом 2815 через канал связи 2832, устройством 2830 отображения и, как вариант, вторым устройством 2825 отображения через каналы связи 2834, 2835 и портами ввода/вывода 2829 через каналы связи 2836. Как показано на фигурах, системный контроллер 2820 также может взаимодействовать с системами 2803 обработки и анализа проб почвы по проводным/беспроводным каналам 5752 связи либо через сетевой интерфейс 2815 и/или напрямую.

Устройства 2825 и 2830 отображения могут предоставлять визуальные пользовательские интерфейсы для пользователя или оператора. Устройства отображения могут включать в себя контроллеры отображения. В одном варианте осуществления изобретения устройство 2825 отображения представляет собой портативное планшетное устройство или вычислительное устройство с сенсорным экраном, которое отображает данные (например, результаты тестирования почвы, результаты тестирования растительности, данные по внесению жидкостей, захваченные изображения, слой карты локализованного вида, карты поля высокого разрешения с данными о внесении жидкостей, данные о посеве или сборе урожая или другие сельскохозяйственные переменные или параметры, карты урожайности, предупреждения и т.д.) и данные, созданные программным приложением для анализа сельскохозяйственных данных, и получает входные данные от пользователя или оператора для покомпонентного изображения области поля, мониторинга и управления операциями в поле. Операции могут включать в себя конфигурирование машины или оснастки, создание отчетов о данных, управление машиной или оснасткой, включающими в себя датчики и контроллеры, и сохранение сгенерированных данных. Устройство 2830 отображения может представлять собой дисплей (например, дисплей, предоставленный производителем оригинального оборудования (OEM)), который отображает изображения и данные для слоя карты локализованного вида, данные о внесении жидкостей, данные о посеве или сборе урожая, данные об урожайности, для управления машиной (например, сеялкой, трактором, комбайном, опрыскивателем и т.д.), для регулирования машины и мониторинга машины или оснастки (например, сеялки, комбайна, опрыскивателя и т.д.), подключенной к машине с датчиками и контроллерами, расположенными на машине или оснастке.

Модификации системы обработки суспензии сельскохозяйственной пробы

В последующих разделах описаны различные особенности вышеупомянутых систем анализа сельскохозяйственных проб и связанных с ними устройств, ранее описанных в настоящем документе, которые обрабатывают и анализируют/измеряют подготовленную суспензию сельскохозяйственных проб на предмет интересующих аналитов (например, питательных веществ почвы, таких как азот, фосфор, калий и т.д., растительности, органических удобрений и т.д.). В частности, эти модификации относятся к подсистеме 3002 подготовки проб и подсистеме 3003 химического анализа системы 3000 отбора сельскохозяйственных (например, почвенных или других) проб, показанной на фиг. 1. Чтобы обеспечить широкий контекст для обсуждения альтернативных устройств и оборудования, приведенного ниже, на фиг. 3 представлена блок-схема системы высокого уровня, обобщающая последовательность технологических процессов системы анализа сельскохозяйственных проб. Этот вариант осуществления изобретения иллюстрирует измерение плотности суспензии в статическом режиме, как описано далее в настоящем документе. На фиг. 4 показано, по существу, то же самое, но добавлен контур рециркуляции суспензии между станцией тонкой очистки и смесительной камерой для подготовки проб с целью измерения плотности суспензии в динамическом непрерывном режиме.

Как показано на фиг. 3 и 4, системы 7000 анализа сельскохозяйственных проб в направлении прохождения потока включают в себя подсистему 7001 подготовки сельскохозяйственных проб, подсистему 7002 измерения плотности, подсистему 7003 тонкой очистки, подсистему 7004 экстракции аналита, подсистему 7005 ультратонкой очистки и подсистему 7006 измерения аналита. Подсистема 7001 подготовки проб почвы представляет собой ту часть системы, где первоначально осуществляется получение суспензии пробы. Соответственно, подсистема 7001 может содержать описанное в этом документе смесительное устройство 8010, которое включает в себя смесительную камеру, где вода добавляется к массе сельскохозяйственной пробы (например, почвы или других сельскохозяйственных твердых веществ) для приготовления суспензии, и фильтр грубой очистки (например, фильтрующий блок 8020), описанный в этом документе, который удаляет крупные или превышающие определенный размер частицы (например, мелкие камешки, скальные породы, мусор, затвердевшие комки сельскохозяйственных отходов и т.д.) из приготовленной суспензии почвы. Кроме того, размер фильтра грубой очистки может быть таким, чтобы он пропускал частицы суспензии желаемого максимального размера для обеспечения равномерного потока и плотности суспензии для измерения массы/плотности, используемого в процессе, как описано далее в настоящем документе. Приготовленная и прошедшая грубую фильтрацию суспензия может поступать из смесительного устройства в подсистему 7002 измерения плотности посредством перекачки насосом 7081 для суспензии или, в качестве альтернативы, пневматически за счет создания давления в проточном канале между смесительным устройством 8010 и фильтрующим блоком 8020 посредством сжатого воздуха, подаваемого с помощью соединения по текучей среде с источником 7082 сжатого воздуха (показано пунктирными линиями на фиг. 3).

Подсистема 7004 экстракции аналита и подсистема 7006 измерения могут содержать систему 3000 отбора сельскохозяйственных проб, показанную на фиг. 1. Подсистема 7005 ультратонкой очистки может содержать фильтрующий блок 8080 тонкой очистки, описанный в этом документе (см., например, фиг. 34-35), включая любой из его вариантов, дополнительно описанных в этом документе.

Следует отметить, что порядок расположения устройств и оборудования, показанный на фиг. 3-4 (например, насосов, клапанов и т.д.) может быть изменен, и они могут быть перемещены в системах без ущерба для функционирования устройства. Кроме того, могут быть добавлены дополнительные устройства и оборудование, такие как клапаны, насосы, другие устройства для измерения потока, датчики (например, давления, температуры и т.д.), управляющие потоком жидкости/суспензии и передают дополнительную рабочую информацию системному контроллеру, который может управлять работой показанных систем. Соответственно, системы не ограничены только показанной конфигурацией и устройствами/оборудованием.

Цифровые устройства измерения плотности суспензии

Подсистема 7002 измерения плотности содержит цифровое устройство 7010 измерения плотности суспензии для получения плотности перемешанной суспензии сельскохозяйственной пробы, приготовленной в камере для подготовки проб, показанной на фиг. 3-4 (например, в смесительной камере 8013 смесительного устройства 8010, показанного на фиг. 34). В одном варианте осуществления изобретения устройство 7010 измерения плотности может представлять собой цифровой измеритель плотности колебательного типа с U-образной трубкой любого из вариантов осуществления изобретения, показанных на фиг. 5-19, и может быть использовано для измерения плотности суспензии пробы, которая может представлять собой суспензию почвы в одном неограничивающем примере, который будет использован далее для удобства. Следует понимать, что, тем не менее, в той же системе может быть использована суспензия сельскохозяйственной пробы любого типа, включая почву, растительность, органические удобрения и т.п. Плотность суспензии используется для определения необходимого количества разбавителя (например, воды), которое необходимо добавить к пробе почвы, чтобы достичь требуемого соотношения воды и почвы для химического анализа аналита, как описано далее в настоящем документе. U-образная колебательная трубка 7011 возбуждается с помощью частотного преобразователя или привода 7012 для колебания трубки на ее характеристической собственной частоте. В различных вариантах осуществления изобретения привод 7012 может представлять собой электромагнитную катушку индуктивности, пьезоэлектрический привод/элемент или механический генератор импульсов, который способен генерировать управляемую пользователем и запрограммированную частоту возбуждения. Предусмотрен соответствующий датчик, такой как приемник или чувствительный элемент 7013, который выполнен с возможностью обнаружения и получения измерения колебаний колебательной трубки при возбуждении. Датчик может быть электромагнитным, индуктивным, пьезоэлектрическим приемником/элементом, оптическим или другим коммерчески доступным датчиком, способным обнаруживать и измерять частотную характеристику колебательной трубки 7011 при возбуждении. Пульсирующее или колебательное движение возбужденной колебательной трубки 7011 обнаруживается датчиком 7013, измеряющим амплитуду частотной характеристики трубки, которая является самой высокой на частоте собственных колебаний/резонанса или вторичной гармоники, когда трубка пуста. В качестве альтернативы разность фаз между возбуждающей частотой и частотой возбуждения может быть использована для сужения до собственной частоты.

Во время работы при изменении возбуждения частота колебаний колебательной трубки 7011 может изменяться в зависимости от плотности суспензии, либо когда колебательная трубка заполнена без течения для измерения плотности в статическом режиме в одном варианте осуществления изобретения, либо при наличии течения через U-образную трубку с, предпочтительно, непрерывным и постоянным расходом для непрерывного измерения плотности в другом варианте осуществления изобретения. Цифровое устройство измерения плотности преобразует измеренную частоту колебаний в измерение плотности с помощью цифрового контроллера, который запрограммирован на сравнение базовой собственной частоты пустой трубки с частотой трубки, заполненной суспензией.

Частотный привод и датчик 7012, 7013 функционально и с возможностью осуществления связи соединены с электронной схемой управления, содержащей процессор или контроллер 7016-2 микропроцессорного измерителя плотности, установленный на печатной плате 7016 управления, поддерживаемой основанием 7014. Контроллер 7016-2 выполнен с возможностью подачи импульсной частоты возбуждения на колебательную трубку 7011 с использованием привода 7012 и измерения результирующего изменения резонансной частоты и фазы возбуждаемой колебательной трубки. Цифровое устройство 7010 измерения плотности преобразует измеренную частоту колебаний в измерение плотности с помощью контроллера, который предварительно запрограммирован и сконфигурирован с помощью действующего программного обеспечения или команд для выполнения измерения и определения плотности. Контроллер 7016-2 может быть оснащен и сконфигурирован всеми обычными вспомогательными устройствами и приспособлениями, как и любой из контроллеров, уже ранее описанных в этом документе, необходимыми для получения полнофункционального программируемого электронного контроллера. Соответственно, для краткости эти детали контроллера 7016-2 измерителя плотности не будут описаны более подробно.

На фиг. 5-14 показано устройство 7010 измерения плотности, имеющее колебательную трубку, в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Устройство 7010 измерения плотности также включает в себя основание 7014, несколько опор 7015, блок 7017 крепления трубки, соединительный коллектор 7018, по меньшей мере один или пару постоянных магнитов 7025, электронную плату 7016 управления и интерфейсный модуль 7016-1 для связи и подключения электричества, выполненный как с возможностью подачи электроэнергии на плату, так и обеспечения интерфейса связи для подключения к системному контроллеру 2820. Основание 7014 обеспечивает возможность установки устройства измерения плотности на плоской горизонтальной опорной поверхности, вертикальной опорной поверхности или опорной поверхности, расположенной под любым углом. Соответственно, при необходимости может быть использована любая подходящая ориентация основания для монтажа. Ориентация установки основания может определяться предполагаемым направлением колебаний колебательной трубки 7011 с учетом силы тяжести, действующей на заполненную суспензией колебательную трубку. Как правило, предпочтительно монтировать все каналы для суспензии в колебательной трубке таким образом, чтобы обеспечить максимально возможный процент горизонтальных каналов, чтобы любое осаждение твердых частиц происходило перпендикулярно потоку, а не параллельно ему. В одном варианте осуществления изобретения основание 7014 может быть по существу плоским и, как показано, может иметь прямоугольную форму; однако могут быть использованы основания другой, многоугольной и неполигональной формы. Как вариант, основание может включать в себя несколько монтажных отверстий 7019 для облегчения крепления основания к опорной поверхности с помощью различных крепежных элементов (не показаны). Основание 7014 задает продольную осевую линию CA устройства 7010 измерения плотности, которая выровнена по длине колебательной трубки 7011 (как показано, параллельно параллельным ветвям трубки). Другими словами, длина колебательной трубки проходит вдоль осевой линии CA. В одном варианте осуществления изобретения, как показано, осевая линия CA и проточные каналы внутри колебательной трубки 7011 могут быть горизонтальными, так что любое возникающее осаждение происходит перпендикулярно потоку, проходящему через канал, а не на одной линии с потоком. В других вариантах осуществления изобретения по меньшей мере большинство проточных каналов внутри колебательной трубки могут быть ориентированы горизонтально.

Опоры 7015 могут иметь удлиненную форму и отделять плату 7016 управления от основания 7014 так, что колебательная трубка 7011 может занимать пространство 7015-1, созданное между ними. Для этой цели можно использовать любое подходящее количество опор. Пространство, предпочтительно, является достаточно большим, чтобы обеспечить зазор для размещения колебательной трубки 7011 и других принадлежностей, таких как частотный привод 7012 и датчик 7013. Плоская плата 7016 управления, как показано, предпочтительно, может быть ориентирована параллельно основанию 7014.

Частотный привод 7012 и датчик 7013 могут быть жестко установлены на печатной плате 7016 в одном варианте осуществления изобретения, как по-разному показано на фиг. 5-14. В других возможных вариантах осуществления изобретения, как показано на фиг. 15-18, привод и датчик могут быть жестко установлены на отдельных вертикальных опорах 7031, прикрепленных к основанию 7014. В каждом случае привод и датчик установлены рядом и в непосредственной близости от постоянных магнитов 7025, но не соприкасаются с постоянными магнитами. Постоянные магниты 7025 генерируют статическое магнитное поле (линии магнитного потока), которое взаимодействует с приводом 7012 и датчиком 7013 для возбуждения колебательной трубки 7011 и измерения частоты ее колебаний при возбуждении.

Блок 7017 крепления трубки предназначен для жесткой установки на нем колебательной трубки 7011 консольным образом. Колебательная трубка 7011 в одном варианте осуществления изобретения, как показано, может иметь прямую U-образную конфигурацию, в которой все участки лежат в одной горизонтальной плоскости. Прямой впускной концевой участок 7011-1 и прямой выпускной концевой участок 7011-2 колебательной трубки 7011 установлены на блоке 7017 и жестко поддерживаются им (см., например, фиг. 14), чтобы позволить трубке колебаться аналогично камертону при электронном/электромагнитном возбуждении. Блок 7017 крепления включает в себя пару сквозных отверстий 7017-1, в которые полностью проходят концевые участки 7011-1, 7011-2 колебательной трубки. В одном варианте осуществления изобретения отверстия 7017-1 могут быть параллельными. Участок 7011-3 U-образного изгиба колебательной трубки, противоположный впускному и выпускному концевым участкам, и прилегающие к нему участки трубки, расположенные между U-образным изгибом и блоком 7017 крепления, не имеют опоры и способны свободно колебаться в ответ на частоту возбуждения, подаваемую приводом 7012.

Впускной концевой участок 7011-1 и выпускной концевой участок 7011-2 колебательной трубки 7011 проходят через блок 7017 крепления трубки и выступают за его пределы, при этом каждый из них входит в соответствующее открытое сквозное отверстие 7018-1 соединительного коллектора 7018, связанное с образованием входа 7020 для суспензии и выхода 7021 для суспензии соединительного коллектора 7018 (см. стрелки направления потока суспензии на фиг. 14). Сквозные отверстия 7018-1 могут иметь любую подходящую конфигурацию для герметичного удержания концевых участков 7011-1, 7011-2 колебательной трубки 7011. Для обеспечения герметичного соединения между колебательной трубкой и соединительным коллектором 7018 могут быть использованы соответствующие жидкостные уплотнения, такие как уплотнительные кольца, эластомерные герметики и т.п. Соединительный коллектор 7018 примыкает к блоку 7017 крепления, чтобы обеспечить сквозные соединительные отверстия для впускного концевого участка 70111 и/или выпускного концевого участка 7011-12, чтобы полностью поддерживать концевые участки колебательной трубки 7011. В другом возможном варианте соединительный коллектор 7018 может быть расположен на расстоянии, но, предпочтительно, в относительной близости от блока 7017 крепления.

Блок 7017 крепления, соединительный коллектор 7018 и основание 7014, предпочтительно, могут быть изготовлены из подходящего металла (например, алюминия, стали и т.д.) достаточной массы и толщины, чтобы выступать в качестве гасителей вибрации, так что возбуждение колебательной трубки, которое измеряет устройство 7010 измерения плотности, указывает только на частотную характеристику заполненной колебательной трубки 7011 без помех со стороны каких-либо соответствующих паразитных резонансов, которые в противном случае могли бы быть вызваны в основании или в блоке крепления и соединительном коллекторе.

В первом варианте выполнения колебательной трубки, показанном на фиг. 5-14, колебательная трубка 7011 может иметь обычную U-образную форму, как показано и ранее описано в этом документе. Трубка может быть ориентирована параллельно плоской верхней поверхности основания 7014. В одном неограничивающем варианте осуществления изобретения колебательная трубка 7011 может быть выполнена из неметаллического материала. Подходящие материалы включают в себя стекло, такое как боросиликатное стекло. Однако в других возможных вариантах осуществления изобретения могут быть использованы металлические трубки. Постоянные магниты 7025 неподвижно и жестко установлены на колебательной трубке 7011, например, как показано, на противоположных боковых сторонах U-образной трубки вблизи участка 7011-3 U-образного изгиба. Участок U-образного изгиба наиболее удален от консольной части колебательной трубки, примыкающей к блоку 7017 крепления, и, таким образом, испытывает наибольшее смещение/прогиб при возбуждении приводом 7012, что делает изменение частоты вибрации трубки легко обнаруживаемым с помощью цифрового измерительного контроллера 7016-2. Это создает наибольшую чувствительность измерения отклонения частоты заполненной суспензией колебательной трубки 7011 по сравнению с собственной частотой трубки, когда она пуста; отклонение или разница в частоте используется контроллером 7016-2 для измерения плотности суспензии.

Хотя лабораторные цифровые измерители плотности с колебательными трубками имеются в продаже, они не совсем подходят для измерения суспензий почвы или других сельскохозяйственных материалов, в которых, в отличие от других жидких сред, может присутствовать различное количество железа (Fe). Железо в суспензии почвы создает проблему, которая мешает точному измерению плотности суспензии почвы, поскольку частицы железа в суспензии притягиваются постоянными магнитами, используемыми в устройстве 7010 измерения плотности. Это приводит к тому, что частицы железа скапливаются на участках трубки, ближайших к постоянным магнитам, тем самым искажая результаты измерения плотности и отрицательно влияя на резонансную частоту колебательной трубки, когда она заполнена суспензией почвы и возбуждается приводом 7012. На фиг. 19А показана такая нежелательная ситуация со скопившимися частицами железа в колебательной трубке.

Для решения вышеуказанной проблемы при обращении с суспензиями, содержащими частицы железа, варианты выполнения устройства 7010 измерения плотности в соответствии с настоящим изобретением могут быть модифицированы, чтобы включать в себя различные элементы магнитной изоляции или элементы, выполненные с возможностью магнитной изоляции постоянных магнитов от колебательной трубки 7011 и находящейся в ней железосодержащей суспензии. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 5-14, каждый из постоянных магнитов 7025 может быть установлен на колебательной трубке 7011 с помощью элемента магнитной изоляции, содержащего немагнитный опорный изолятор 7024 (также схематически показан на фиг. 19B и 19C). Опорный изолятор выступает в поперечном направлении наружу от боковых сторон колебательной трубки в противоположных направлениях и перпендикулярно продольной осевой линии CA устройства 7010 измерения плотности. Опорные изоляторы 7024 имеют подходящие размеры или длину для размещения постоянных магнитов на достаточном расстоянии от колебательной трубки 7011, чтобы предотвратить создание статического магнитного поля достаточной напряженности внутри трубки для притягивания и скопления частиц железа, имеющихся в суспензии почвы, по причинам, обсуждавшимся выше. Магнитное поле может быть таким, что его напряженность ослабляется до такой степени, что позволяет частицам перемещаться под действием потока без осаждения на внутренней стороне колебательной трубки. Как показано на фиг. 19B, линии магнитного потока (пунктирные), которые циркулируют и проходят от северного (N) полюса постоянного магнита 7025 к южному (S) полюсу, не достигают колебательной трубки 7011. Магнитные опорные изоляторы 7024 позволяют избежать проблемы скопления железа, показанной на фиг. 19А, вызванного непосредственным креплением постоянных магнитов 7025 к колебательной трубке 7011.

В одном варианте осуществления изобретения, в котором колебательная трубка 7011 выполнена из неметаллического и немагнитного материала (например, стекла или пластика), опорные изоляторы 7024 могут быть выполнены как единое целое с трубкой в виде монолитной конструктивной части. В других вариантах осуществления изобретения опорные изоляторы, на которых установлены постоянные магниты, могут представлять собой отдельные дискретные элементы, которые жестко соединены с колебательной трубкой 7011, например, с помощью клея, зажимов или других подходящих механических способов соединения. Там, где используется металлическая колебательная трубка, опорные изоляторы 7024 выполнены из неметаллического материала (например, пластика или стекла) и прикреплены или приклеены к колебательной трубке подходящими средствами (например, клеями, зажимами, кронштейнами и т.д.).

Могут быть использованы другие возможные устройства для крепления постоянных магнитов 7025 к колебательной трубке 7011 и элементам магнитной изоляции, которые экранируют или направляют создаваемые магнитными линиями потоки, генерируемые магнитами, в сторону от трубки. Например, на фиг. 19D показан узел с постоянным магнитом, содержащий элемент магнитной изоляции, который содержит металлический магнитный экранирующий элемент 7030, размещенный между постоянным магнитом и колебательной трубкой для направления линий магнитного потока (пунктир) в сторону от колебательной трубки. В показанном варианте осуществления изобретения экранирующий элемент 7030 выполнен в виде плоской металлической пластины. На фиг. 19Е показан U-образный или чашеобразный экранирующий элемент 7030, который работает так же, как элемент, показанный на фиг. 19D. Можно использовать металлический магнитный экранирующий элемент любой подходящей формы, лишь бы линии магнитного потока перенаправлялись таким образом, чтобы они не достигали колебательной трубки 7011 и не проникали в нее.

На фиг. 19F показано, что возбуждения колебательной трубки 7011 посредством размещения частотного привода и датчика 7012, 7013 могут направляться в наиболее жестком направлении (например, влево/вправо, как показано стрелками движения колебаний трубки) или в наименее жестком и наиболее гибком направлении (например, вверх/вниз) для горизонтально ориентированной трубки. Это существенно повлияет на собственную частоту колебательной трубки, образующей точку отсчета, с которой сравнивают возбужденную трубку, заполненную суспензией, для определения плотности (массы) суспензии. Более жесткое направление возбуждения/перемещения трубки из стороны в сторону будет иметь более высокую собственную частоту, в то время как более гибкое направление вверх и вниз будет иметь более низкую собственную частоту. Могут быть использованы либо ориентация, либо различные угловые ориентации колебательной трубки. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения может быть выгодно, чтобы трубка была значительно жестче в направлении силы тяжести (т.е. по вертикали), чем в направлении нагрузки/возбуждения (т.е. по горизонтали, как обозначено стрелками колебательного движения трубки), как показано на фиг. 19G, чтобы способствовать уменьшению шума системы, который может повлиять на точность измерения плотности.

Устройство 7010 измерения плотности работает для получения измерений плотности суспензии почвы обычным способом, известным в данной области техники для таких измерителей плотности с U-образной трубкой. Результаты измерений плотности суспензии передаются в систему 2800 управления (программируемый контроллер 2820), функционально соединенную с устройством 7010 измерения плотности (см., например, подсистему 7002 измерения плотности, показанную на фиг. 3, 4 или 35). Контроллер использует результаты измерений для автоматического определения количества воды (разбавителя), которое необходимо добавить в суспензию для достижения запрограммированного целевого соотношения воды и почвы или другого материала сельскохозяйственной пробы в зависимости от типа материала, подлежащего отбору и анализу.

Теперь будет описан пример способа/процесса приготовления суспензии сельскохозяйственного пробы с использованием измерения плотности суспензии с помощью устройства 7010 измерения плотности (измерителя плотности) и предварительно запрограммированной схемы управления с замкнутым контуром, реализуемой контроллером 2820 системы 2800 управления с помощью соответствующих программных команд/логики управления. В этом примере для удобства описания в качестве пробы будет использована почва, но это не является ограничением, и пример может быть использован для других материалов сельскохозяйственных проб (например, растений, органических удобрений и т.д.). Учитывая произвольное количество почвы в собранной пробе и связанное с ним произвольное содержание влаги в почве, основанное на условиях окружающей среды на сельскохозяйственном поле и типе почвы, суспензия почвы будет разбавлена для достижения стабильных показателей плотности, тем самым обеспечивая повторяемость результатов анализа.

На фиг. 31-33 представлены кривые, показывающие соотношение количества разбавителя (например, воды), добавляемого к суспензии, и плотности суспензии, которая используется контроллером 2820 для определения количества разбавителя, необходимого для достижения запрограммированного целевого соотношения воды и почвы. Целевое соотношение воды и почвы может быть предварительно запрограммировано в контроллере в виде целевой плотности суспензии, которая может быть непосредственно приравнена к этому соотношению, поскольку плотность используемого разбавителя является известным фиксированным коэффициентом. При известной плотности используемого разбавителя (например, воды, имеющей плотность 0,998 г/мл), также предварительно запрограммированной в контроллере, по мере добавления все большего и большего количества разбавителя к суспензии в системе, плотность суспензионной смеси в конечном счете приблизится к плотности разбавителя, но никогда не сможет измениться в обратную сторону и стать менее плотной, чем это значение. Соотношение и кривая, показанные на фиг. 33, таким образом, сгенерированы контроллером 2820 и используются для достижения целевой плотности суспензии (соотношения воды и почвы). Величина разбавления (ось Y) - это общий объем, добавленный для достижения разбавления. При добавлении различных количеств почвы, влажности почвы и воды (разбавителя) для получения исходной суспензионной смеси наклон этой кривой может измениться, но общая форма останется прежней.

Как следует из фиг. 3-4, собранная проба сырой почвы и известное количество воды первоначально смешивается в смесительном устройстве 100 в первый раз, как указано, для приготовления суспензии. После того, как суспензия почвы была перемешана и гомогенизирована в смесителе, измеритель плотности регистрирует первое измерение плотности и передает его на контроллер 2820. Точка 7090A на кривой на фиг. 31 указывает на первое выполненное измерение плотности.

Чтобы точнее определить соотношение между количеством разбавителя и плотностью суспензии в режиме реального времени, на следующем этапе контроллер 2820 отмеряет и добавляет в смесительное устройство 100 известное количество воды (например, 20 мл) через функционально подключенный клапан 7091 регулирования подачи воды, и полученная плотность суспензии измеряется во второй раз. Точка 7090B на кривой на фиг. 32 указывает на второе выполненное измерение плотности. Затем контроллер может сгенерировать линейную зависимость между двумя взятыми точками 7090A и 7090B плотности суспензии (представлена сплошной линией на кривой между этими двумя точками). Для заданной предварительно запрограммированной целевой плотности суспензии (соотношения почвы и воды) затем в это соотношение может быть введена целевая плотность, а выходные данные, рассчитанные контроллером 2820, представляют собой первую оценку общего количества разбавителя (например, воды), необходимого для достижения целевой плотности.

Контроллер 2820 выполняет следующие измерения и добавляет расчетное количество дополнительного разбавителя (например, воды), необходимого для достижения целевой плотности суспензии, к смеси суспензии, которая смешивается с суспензией с помощью смесительного устройства 100. Полученная плотность суспензии измеряется в третий раз. Точка 7090C на кривой на фиг. 33 указывает на третье выполненное измерение, которое продолжает добавлять точки данных к линейной зависимости (см. более длинную сплошную линию на кривой). Как только контроллер получит по меньшей мере три измерения плотности суспензии и соответствующие точки на кривой плотности суспензии, контроллер может выполнить полиномиальную регрессию данных, обеспечивая более точное соответствие кривой. На основе предварительно запрограммированной целевой плотности и с ее использованием контроллер 2820 затем вычисляет требуемое общее количество необходимого разбавителя на основе обновленных кривых и добавляет это количество к суспензии для достижения целевой плотности суспензии. Этот процесс может повторяться для повышения точности регрессионной модели или до тех пор, пока фактическая плотность не станет достаточно близкой к целевой плотности.

На фиг. 15-18 показан альтернативный, второй вариант выполнения консольной U-образной колебательной трубки 7032, предназначенной для использования с устройством 7010 измерения плотности, которая отличается от прямой U-образной колебательной трубки 7011, ранее описанной в настоящем документе. В данном варианте осуществления изобретения колебательная трубка 7032 имеет изогнутую U-образную форму, при этом первичный U-образный изгиб 7032-3 на 180 градусов проходит назад поверх прямого впускного концевого участка 7032-1 и выпускного концевого участка 7032-2 колебательной трубки, прикрепленных к блоку 7017 крепления трубки и соединительному коллектору 7018. Это создается добавлением двух дополнительных 180-градусных вторичных U-образных изогнутых участков 7032-4 между прямыми концевыми участками 7032-1, 7032-2 и первичным U-образным участком 7032-3. Как показано, один вторичный U-образный изогнутый участок 7032-4 расположен на впускной ветви для суспензии колебательной трубки выше по потоку относительно первичного U-образного изгиба 7032-3, а другой - на выходной ветви для суспензии колебательной трубки ниже по потоку относительно первичного U-образного изгиба. В данном варианте выполнения изогнутой колебательной трубки опорные изоляторы 7024 расположены на вторичных U-образных изогнутых участках и выступают сбоку наружу в противоположных боковых направлениях для удержания постоянных магнитов 7025 на расстоянии от колебательной трубки. Частотный привод и датчики 7012, 7013 поддерживаются на основании 7014 отдельными вертикальными опорами 7031 вблизи постоянных магнитов для возбуждения колебательной трубки 7032, как ранее описано в настоящем документе.

В изогнутой колебательной трубке 7032 поток суспензии следует по пути, обозначенному стрелками направления потока на фиг. 17. Поток суспензии дважды перемещается в первом направлении, параллельном осевой линии СА, и также дважды в противоположном направлении, параллельном осевой линии СА, посредством первичного и/или вторичных U-образных изогнутых участков 7032-3 и 7032-4. Первичный U-образный изогнутый участок 7032-3 ориентирован горизонтально, в то время как вторичные U-образные изогнутые участки 7032-4 ориентированы вертикально. Как показано, в этой конструкции осевая линия CA и большинство проточных каналов внутри колебательной трубки 7032 могут оставаться горизонтальными, так что любое возникающее осаждение происходит перпендикулярно потоку через канал, а не на одной линии с потоком.

В отличие от первой U-образной колебательной трубки 7011, показанной на фиг. 5, описанной выше первой, конструкция изогнутой колебательной трубки 7032 с тройным изгибом выгодна тем, что вибрационное смещение отражается между левой и правой сторонами трубки (например, вертикальные изгибы 7032-4 движутся навстречу друг другу, а затем друг от друга, когда трубка колеблется). Благодаря этому во время колебаний всегда действуют равные и противоположные силы, уравновешивающие друг друга, и, таким образом, внешние воздействия на массу, жесткость или демпфирование основания и других компонентов не влияют на вибрацию. Предыдущая конструкция осциллятора с прямой U-образной трубкой легко передавала бы вибрацию в основание, поскольку колебание не было уравновешено, и, таким образом, вся система немного вибрировала. Поскольку вибрирует вся система, любые внешние воздействия на массу, жесткость или демпфирование всей системы привели бы к искусственному изменению собственной частоты, что в некоторой степени отрицательно сказалось бы на точности. Тем не менее, осциллятор с прямой U-образной трубкой может быть приемлемым в случаях отсутствия чрезмерных внешних воздействий.

Остальная часть компоновки и компонентов устройства 7010 измерения плотности по существу такая же, как и в варианте осуществления изобретения, использующем колебательную трубку 7011, и ее описание не будет повторяться здесь для краткости.

В некоторых вариантах осуществления изобретения вместо отдельных блоков может быть предусмотрено единое устройство, которое сочетает в себе вышеупомянутые функции как частотного передатчика или привода 7012, так и приемника или датчика 7013. В качестве одного неограничивающего примера таким устройством может быть ультразвуковой преобразователь. Для комбинированного единого устройства 7012/7013 с одним приводом-датчиком устройство может быть активировано для возбуждения колебательной трубки 7011, остановлено на несколько колебаний колебательной трубки, а затем повторно активировано для измерения результирующей частотной характеристики колебаний трубки. В комбинированной конструкции требуется только один постоянный магнит 7025, расположенный вблизи привода/датчика.

Фильтр тонкой очистки

Теперь будет более подробно описан фильтрующий блок тонкой очистки подсистемы 7003 тонкой очистки, показанной на фиг. 3 и 4. В ходе испытаний авторы изобретения установили, что «тонкая» фильтрация (например, 0,010 дюйма/0,254 мм) непосредственно на выходе из смесительного устройства может в некоторых ситуациях отрицательно и значительно повлиять на возможность получения должного соотношения воды и почвы (например, 3:1) для всех типов почв, которые могут быть встречены, отобраны и протестированы. Соответственно, полезно понять и измерить плотность суспензии перемешанной пробы сырой почвы, выходящей из смесительного устройства 100, перед выполнением тонкой очистки. Соответственно, предпочтительные, но не ограничивающие варианты выполнения описанных систем 7000 анализа сельскохозяйственных проб содержат как фильтр 146 грубой очистки, расположенный выше по потоку относительно устройства 7010 измерения плотности, так и фильтр 7050 или 7060 тонкой очистки, расположенный ниже по потоку относительно устройства измерения плотности, каждый из которых более подробно описан ниже. Раскрыты два различных примера конфигурации системы анализа сельскохозяйственных проб, включающей в себя эту двухступенчатую фильтрацию суспензии; далее в этом документе обсуждается один пример с рециркуляцией суспензии из фильтрующего блока тонкой очистки обратно в смесительное устройство 100, показанный на фиг. 4, и один пример без рециркуляции, показанный на фиг. 3.

В системе анализа сельскохозяйственных проб используется первый фильтр 146 грубой очистки, имеющий сетку с крупными ячейками (например, пропускающую частицы с максимальным размером около 0,04-0,08 дюйма/1-2 мм в одной из возможных реализаций), для первоначального просеивания и отфильтровывания камней большого размера, скальных пород и скоплений из суспензии, чтобы избежать засорения проточного канала (трубопровода) выше по потоку относительно микрофлюидного обрабатывающего диска 4000, при этом позволяя проводить точное измерение плотности в устройстве 7010 измерения плотности. В одном варианте осуществления изобретения фильтр 146 грубой очистки может быть встроен в смесительное устройство 100, как описано ранее в этом документе, или может представлять собой отдельный блок, расположенный ниже по потоку. За этой грубой фильтрацией следует тонкая фильтрация в фильтрующих блоках 7050 или 7060 тонкой очистки, имеющих сетку с мелкими ячейками (например, пропускающую частицы с максимальным размером менее 0,04 дюйма/1 мм, например около 0,010 дюйма/0,25 мм, в одной из возможных реализаций), что позволяет суспензии сельскохозяйственной пробы проходить через расположенные ниже по потоку сети для обработки и анализа суспензии в камере (например, через микрофлюидные проточные сети и компоненты микрофлюидного обрабатывающего диска), не вызывая препятствий потоку/закупорки. Примеры таких сетей с микрофлюидным обрабатывающим диском раскрыты в общедоступной международной публикации WO2020/012369. Что касается почвы, то эти чрезвычайно мелкие частицы, пропущенные через фильтрующий блок тонкой очистки, составляют большую часть содержания питательных веществ в почве, поэтому допустимо использовать тонко отфильтрованную суспензию для окончательного химического анализа в системе. Следует отметить, что этап тонкой очистки и фильтрующие блоки 7050, 7060 пригодны и применимы к суспензиям, состоящим из других сельскохозяйственных материалов, из которых берется проба (например, растительности, органических удобрений и т.д.), и, таким образом, их применение не ограничено только для суспензий почвы.

На фиг. 21-24 показан первый вариант фильтрующего блока 7050 тонкой очистки, пригодного для использования с любой из систем подготовки и анализа суспензии почвы, показанных на фиг. 3 или 4. Фильтрующий блок 7050 тонкой очистки специально предназначен для использования с установкой рециркуляции суспензии, показанной на фиг. 4 (которая включает в себя замкнутый контур 7059 рециркуляции), между фильтрующим блоком 7050 (или 7060) тонкой очистки и смесительным устройством 100, как показано.

Фильтрующий блок 7050 имеет продольную ось LA, впускной патрубок 7051 для предварительно отфильтрованной суспензии, выпускной патрубок 7052 для предварительно отфильтрованной суспензии, несколько выходов 7053 для фильтрата (после фильтрования), внутреннюю камеру 7057 для предварительно отфильтрованной суспензии, внутреннюю камеру 7054 для фильтрата и один или несколько фильтрующих элементов, таких как сетки 7055, расположенные между камерами. В одном варианте осуществления изобретения сетки 7055 могут иметь дугообразную форму и могут располагаться в верхней части камеры 7057 для суспензии, как лучше показано на фиг. 24. Может быть предусмотрено любое количество сеток. Пара кольцевых уплотнений 7056 обеспечивают герметичное прикрепление впускного и выпускного патрубков 7051, 7052 к основному корпусу фильтрующего блока, чтобы обеспечить первоначальное размещение фильтрующей сетки 7055 внутри фильтрующего блока перед закреплением впускного и выпускного патрубков на корпусе. Основной корпус может быть прямоугольной, цилиндрической или другой формы. Патрубки могут быть отсоединены от центрального основного корпуса фильтра, чтобы обеспечить доступ к внутренней части фильтрующего блока и чтобы можно было первоначально установить или периодически заменять сетки. Для соединения впускного и выпускного патрубков с противоположными концами основного корпуса могут быть использованы резьбовые крепежные элементы 7058 или другие подходящие соединительные средства. Впускной и выпускной патрубки 7051, 7052 для суспензии могут иметь любую подходящую конфигурацию, чтобы в низ мог вставляться трубный соединитель любого подходящего типа для обеспечения соединения трубки 7088 для суспензии системы с фильтром 7050. Одним неограничивающим примером трубного соединителя, который можно было бы использовать, является пластиковый полукартриджный соединитель John Guest, который имеется в продаже. Можно использовать другие трубные соединители. Для изготовления фильтрующего блока 7050, включающего в себя сетки 7055, могут быть использованы любые подходящие неметаллические (например, пластиковые) или металлические материалы. В одном варианте осуществления изобретения основной корпус фильтрующего блока может быть пластиковым, а сетки 7055 могут быть металлическими, такими как решетчатая сетка, образующая ячейки сетки.

При работе и описании пути прохождения суспензии через фильтрующий блок 7050 тонкой очистки в соответствии с фиг. 4 нефильтрованная суспензия протекает последовательно (сверху вниз по потоку) от фильтра 146 грубой очистки через устройство 7010 измерения плотности и поступает в фильтрующий блок тонкой очистки через впускной патрубок 7051. Суспензия течет в осевом направлении и линейно через камеру 7057 для предварительно отфильтрованной суспензии, а затем выходит из фильтра через выпускной патрубок 7052 обратно в смесительное устройство 100 (см., например, «камеру для подготовки пробы» на фиг. 4). Может быть предусмотрен насос 7080 для рециркуляции суспензии, который управляет потоком рециркуляции в замкнутом контуре 7059 рециркуляции и возвращает суспензию, еще не прошедшую тонкую фильтрацию, обратно в смесительное устройство. Может быть использован любой подходящий тип насоса для суспензии. В некоторых вариантах осуществления изобретения рециркуляционный насос может отсутствовать, если основной насос 7081 для суспензии обеспечивает достаточную мощность для перемещения потока суспензии по всему замкнутому контуру 7059 рециркуляции. Система непрерывно осуществляет рециркуляцию грубо отфильтрованной суспензии обратно в основную смесительную камеру смесителя в течение определенного периода времени. Эта рециркуляция может способствовать более быстрому получению однородной суспензионной смеси для анализа, чем при использовании только смесителя, за счет непрерывной рециркуляции суспензии через смеситель и фильтр грубой очистки в замкнутом контуре 7059 рециркуляции. Во время измерения плотности вода автоматически дозируется и добавляется в смесительное устройство 100 с помощью ранее описанной системы 2800 управления (включающей в себя программируемый контроллер 2820), основанной на системе контроля плотности суспензии, измеряемой устройством 7010 измерения плотности, которое функционально подключено к контроллеру для достижения запрограммированного соотношения воды и почвы. За счет такой непрерывной рециркуляции суспензии она лучше перемешивается.

После получения грубо отфильтрованной однородной суспензии, имеющей требуемое соотношение воды и почвы, небольшая часть потока рециркулирующей суспензии может быть отведена и извлечена из фильтрующего блока 7050 тонкой очистки для первоначальной обработки в подсистеме 7004 экстракции аналита и последующего химического анализа (см., например, фиг. 4). Извлеченная суспензия проходит через фильтрующие сетки 7055 и поступает в камеру 7054 для фильтрата, а затем наружу через выходы 7053 для фильтрата в подсистему экстракции аналита. Потоком извлеченной суспензии можно управлять с помощью соответствующих регулирующих клапанов 7070, положение которых при необходимости может изменяться между открытым с полным потоком, закрытым без потока и частично открытым с дросселируемым потоком. Клапанами 7070 могут управляться вручную или автоматически с помощью контроллера 2820 для открытия в соответствующее время, как только будет достигнута однородная суспензия, имеющая требуемое соотношение воды и почвы, или в соответствии с предварительно заданной программой. Также могут использоваться дополнительные клапаны для открытия подачи воды с целью промывки обратным потоком фильтра во время цикла очистки при подготовке к следующей пробе.

Хотя на фиг. 20, 23 и 24 показано два выхода 7053 для фильтрата, в других вариантах осуществления изобретения может быть более двух выходов для фильтрата или меньше (т.е. один выход). Каждый выход 7053 для фильтрата сообщен по текучей среде с отдельным специальным агрегатом или системой обработки и анализа суспензии проб почвы, описанными в международной публикации № WO2020/012369, и подает в них прошедшую тонкую очистку суспензию (фильтрат); каждый агрегат изолирован от других и выполнен с возможностью параллельного количественного определения концентрации различных интересующих аналитов (например, питательных веществ для растений, таких как азот, фосфор, калий и т.д.).

Следует отметить, что использованный выше термин «предварительно отфильтрованный» означает, что суспензия почвы еще не была отфильтрована описываемым фильтрующим блоком 7050 тонкой очистки. Однако суспензия, возможно, подверглась предварительному фильтрованию или просеиванию выше по потоку, например, в фильтре 146 грубой очистки, показанном на фиг. 3-4. Соответственно, суспензия может быть отфильтрована до поступления в расположенный ниже по потоку фильтрующий блок 7050 тонкой очистки.

Фильтрующий блок 7050 тонкой очистки выполнен с возможностью предотвращения попадания в суспензию почвы или других частиц, которые вызывают засорение или иным образом забивают микрофлюидные каналы/трубопроводы чрезвычайно малого диаметра и компоненты микрофлюидного обрабатывающего диска, такие как клапаны, насосы и камеры, образованные внутри обрабатывающих секторов для анализа микрофлюидного обрабатывающего диска, описанного в международной публикации № WO2020/012369. Соответственно, фильтрующие сетки 7055 фильтрующего блока 7050 тонкой очистки имеют размер, позволяющий им пропускать частицы почвы, совместимые с микрофлюидным обрабатывающим диском, и меньшие по размеру, чем те, которые отсеивает расположенный выше по потоку фильтр 146 грубой очистки, связанный со смесительным устройством. Фильтрующие сетки 7055 имеют множество отверстий, каждое из которых выполнено с возможностью удаления из суспензии частиц, превышающих заданный размер, для получения фильтрата. Сетки 7055 в одном варианте осуществления изобретения могут быть выполнены из металлической сетки, подобной решетке, которая образует ячейки сетки для фильтрования суспензии.

Соответственно, в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения первый фильтр 146 грубой очистки системы выполнен с возможностью пропускания суспензии, имеющей первый максимальный размер частиц, а второй фильтрующий блок 7050 тонкой очистки выполнен с возможностью пропускания суспензии, имеющей второй максимальный размер частиц, меньший, чем первый максимальный размер частиц. Кроме того, подсистема 7005 ультратонкой очистки, которая содержит третий фильтр 5757 ультратонкой очистки (который может быть встроен в микрофлюидный обрабатывающий диск 4000 или связан с ним, или может быть связан с системой 3000 отбора проб почвы), выполненный с возможностью пропускания суспензии, третий максимальный размер частиц которой меньше, чем первый и второй максимальные размеры частиц. Как ранее описано в этом документе, фильтр 5757 ультратонкой очистки представляет собой микропористый фильтр, который может заменять центрифугу и выполнен с возможностью получения прозрачного фильтрата из суспензии почвы и смеси экстрагентов, которая служит в качестве надосадочной жидкости для химического анализа. Соответственно, производительность фильтра 5757 ультратонкой очистки превосходит фильтры как грубой, так и тонкой очистки с точки зрения наименьшего максимально пропускаемого размера частиц. В качестве неограничивающего примера типичные размеры пор, которые могут быть использованы для фильтра 5757 ультратонкой очистки, составляют примерно от 0,05 до 1,00 мкм включительно. Следует отметить, что приведенные выше термины «первый», «второй» и «третий» используются для обозначения фильтрующих блоков, с которыми сталкивается суспензия, последовательно протекающая в направлении потока при прохождении через системы, показанные на фиг. 3-4. Соответственно, максимальный размер частиц суспензии непрерывно уменьшается по мере того, как суспензия последовательно проходит через каждый фильтрующий блок.

При обычной работе фильтра весь поток направляется через сетку, и все, что не проходит через сетку, задерживается на сетке и накапливается. Это требует, чтобы через некоторое время сетка была либо осушена, либо промыта обратным потоком, чтобы она оставалась чистой и могла функционировать по своему назначению. Это создает проблему, если необходимо отфильтровать большое количество твердых частиц, поскольку это приведет к очень короткому периоду времени, в течение которого фильтр будет работать, прежде чем потребуется очистка. По этой причине были разработаны новые сетчатые фильтрующие блоки 7050, 7060 тонкой очистки, которые работают по принципу извлечения небольшого количества суспензии почвы для тестирования из основного канала рециркуляции суспензии, как описано выше, вместо того, чтобы перехватывать весь поток суспензии для тонкой очистки. Как преимущество, это позволяет фильтру оставаться чистым в течение гораздо более длительного периода времени, поскольку извлекается только незначительная часть потока суспензии, которая проходит через сетку перпендикулярно основному направлению потока суспензии через фильтрующий блок. Кроме того, основной путь потока суспензии, который, предпочтительно, направлен параллельно плоскости, занимаемой сеткой 7055, непрерывно очищает фильтрующие сетки 7055 (см., например, фиг. 24) за счет сдвигающего действия потока для предотвращения накопления частиц на сетках. Также следует отметить, что фильтрующие блоки 7050 и 7060 тонкой очистки успешно позволяют избежать внутренних зон с низким давлением или потоком, где могут скапливаться твердые частицы. Также желательно избегать такой ориентации внутренней поверхности фильтра, при которой твердые частицы будут скапливаться под действием силы тяжести. Соответственно, варианты выполнения фильтрующих блоков 7050, 7060 тонкой очистки, предпочтительно, могут быть ориентированы таким образом, что фильтрующие сетки 7055, 7065 соответственно находятся над основным потоком и местом соединения, где отводится поток суспензии для химического анализа, и, предпочтительно, в поперечном направлении к основному пути прохождения суспензии через корпуса фильтров (см., например, фиг. 24 и 29).

На фиг. 25-29 показан второй вариант выполнения фильтрующего блока 7060 тонкой очистки, упомянутого выше. Фильтрующий блок 7060 тонкой очистки содержит несколько заменяемых при необходимости сеточных фильтрующих узлов или блоков 7068. В этом варианте осуществления изобретения, в отличие от фильтрующего блока 7050 тонкой очистки, сеточные фильтрующие блоки могут быть сняты и заменены без нарушения концевых соединений для подачи жидкости к трубкам системы, что значительно облегчает периодическую замену сеток с течением времени. Как описано ранее в данном документе, фильтрующий блок 7050 имеет установленные внутри сетки 7055, доступ к которым можно получить, сняв впускные и выпускные патрубки 7051, 7052 для суспензии. В некоторых вариантах осуществления изобретения сетчатые фильтрующие блоки 7068 могут быть выполнены одноразовыми, так что при необходимости использованные засоренные сетчатые блоки заменяют на новые сеточные блоки.

Фильтрующий блок 7060 тонкой очистки имеет удлиненный в осевом направлении основной корпус, который имеет продольную ось LA, вход 7061 для предварительно отфильтрованной суспензии, выход 7062 для рециркуляции предварительно отфильтрованной суспензии, несколько выходов 7063 для фильтрата (после фильтрования), внутреннюю камеру 7067 для основной предварительно отфильтрованной суспензии, сообщенную по текучей среде с входом и выходом, и несколько сеточных фильтрующих блоков 7068, каждый из которых содержит фильтрующий элемент, такой как сетка 7065, расположенный между камерой 7067 и одним выходом 7063 для фильтрата. Вход 7061 и выходы 7062, предпочтительно, могут быть расположены на противоположных концах корпуса фильтрующего блока тонкой очистки на каждом конце камеры 7067, что позволяет основной камере для суспензии образовывать распределительный коллектор для суспензии, сообщенный по текучей среде с каждым выходом 7063 для фильтрата. В некоторых вариантах осуществления изобретения сетки 7065 могут быть выпукло изогнутыми и куполообразными (лучше всего показано на фиг. 29). Основная камера 7067 для суспензии проходит в осевом направлении между входом и выходом 7061, 7062 под сеточными блоками 7068. Фильтрующий блок 7060 тонкой очистки, хотя и имеет выпуклую форму, может быть использован в показанной ориентации таким образом, что части сеток 7065, обращенные к суспензии в основной камере 7067 для суспензии, можно считать по существу горизонтально ориентированными и параллельными продольной оси LA и осевому потоку суспензии, проходящей через сетки основной камеры для суспензии. Поток через сетки далее направляется вверх (поперечно продольной оси LA и осевому потоку суспензии в камере), когда фильтрующий блок 7060 тонкой очистки используется в предпочтительном горизонтальном положении. Это сочетает в себе сразу два преимущества: (1) сетки 7065 промываются и очищаются, когда суспензия проходит мимо сеток в камере 7067 для суспензии, что предотвращает накопление частиц суспензии на сетках до тех пор, пока не будет извлечен фильтрат, и (2) нейтрализуется воздействие силы тяжести для накопления частиц на сетках, поскольку суспензия поступает на сетки снизу так, что частицы удерживаются под сетками до тех пор, пока не произойдет извлечение фильтрата.

Фильтрующий блок 7060 тонкой очистки удлинен в осевом направлении таким образом, что фильтрующие блоки 7068, как показано, могут быть расположены в виде единственной продольной группы или ряда так, чтобы основная камера 7067 для суспензии была прямолинейной, чтобы избежать создания внутренней застойной области и зон пониженного давления на пути потока суспензии, где могут скапливаться частицы в суспензии.

Кольцевое уплотнение 7066, которое в одном варианте осуществления изобретения может представлять собой эластомерные шайбы, может быть встроено непосредственно в каждый сетчатый фильтрующих блок 7068 как часть узла для герметичного соединения сетчатого блока с основным корпусом фильтрующего блока. В одном варианте осуществления изобретения сетчатый блок 7068 может иметь чашеобразную конфигурацию (лучше всего показано на фиг. 29) с выпукло изогнутой куполообразной сеткой 7065, выступающей наружу/вниз с одной стороны уплотнения 7066 в основную камеру 7067 для суспензии. Каждый сетчатый блок 7068 размещен в ответном открытом вверх приемнике 7069, выполненном в основном корпусе фильтрующего блока 7060, который сообщен по текучей среде с основной камерой 7067 для суспензии фильтрующего блока. Фиксатор 7064 сетки может быть присоединен с возможностью отсоединения к основному корпусу фильтрующего блока и по меньшей мере частично размещен в каждом приемнике для удержания каждого сеточного блока, как лучше показано на фиг. 29. Основной корпус может быть прямоугольной, цилиндрической или другой формы. В одном варианте осуществления изобретения выходы 7063 для фильтрата могут составлять неотъемлемую конструктивную часть фиксаторов 7064 сетки, а в некоторых вариантах осуществления изобретения, как показано, могут заканчиваться обычным трубчатым штуцером для облегчения присоединения к трубопроводу системы. Могут быть использованы концевые соединения другого типа. Выходы 7063 для фильтрата полностью проходят через фиксаторы сверху вниз (фиг. 29). В некоторых вариантах осуществления изобретения фиксаторы 7064 могут иметь в целом ступенчатую цилиндрическую конфигурацию. Для соединения фиксаторов 7064 с основным корпусом фильтрующего блока с возможностью отсоединения могут быть использованы резьбовые крепежные элементы 7058 или другие подходящие соединительные средства. Фиксаторы 7064 удерживают сеточные фильтрующие блоки 7068 в приемниках 7069. Для изготовления фильтрующего блока 7060, включающего в себя сетки 7065, могут быть использованы любые подходящие неметаллические (например, пластиковые) или металлические материалы. В одном варианте осуществления изобретения основной корпус фильтрующего блока может быть пластиковым, а сетки 7065 могут быть металлическими.

Аналогично фильтрующему блоку 7050 и сеткам 7055, сетчатые блоки 7068 имеют сетки 7065, каждая из которых для получения фильтрата выполнена с возможностью удаления из суспензии частиц, превышающих заданный размер. Таким образом, фильтрующие сетки 7065 имеют множество отверстий, каждое из которых выполнено с возможностью пропускания суспензии, имеющей заданный максимальный размер частиц. Сетки 7065 в одном варианте осуществления изобретения могут быть выполнены из металлической сетки, подобной решетке, которая образует ячейки сетки для фильтрования суспензии. В других вариантах выполнения сеток 7065 или 7055 могут использоваться полимерные сетки. В других возможных вариантах осуществления изобретения для выполнения требуемого просеивания суспензии могут быть использованы фильтрующие материалы другого типа.

Пример процесса замены сетчатых фильтрующих блоков 7068 включает снятие резьбовых крепежных элементов 7058, извлечение фиксаторов 7064 из каждого приемника 7069 перпендикулярно продольной оси LA основного корпуса фильтрующего блока, извлечение сетчатых фильтрующих блоков в перпендикулярном направлении, установку новых сетчатых фильтрующих блоков перпендикулярно продольной оси LA в каждый приемник, установку фиксаторов в приемники и установку крепежных элементов на место.

Обзор одного неограничивающего способа подготовки суспензии сельскохозяйственных проб с использованием рециркуляции суспензии и двойного фильтрования обычно включает следующие этапы: смешивание сельскохозяйственной пробы с водой в смесительном устройстве для приготовления суспензии; фильтрование суспензии в первый раз; измерение плотности суспензии; осуществление рециркуляции суспензии обратно в смесительное устройство; и извлечение части рециркулирующей суспензии через вторичный фильтр тонкой очистки для получения конечного фильтрата. При фильтровании суспензии в первый раз пропускается суспензия, содержащая частицы, имеющие первый максимальный размер частиц, а при фильтровании суспензии во второй раз пропускается суспензия, содержащая частицы, имеющие второй максимальный размер частиц, меньший, чем первый максимальный размер частиц. Конечный фильтрат затем поступает в любую из описанных в этом документе систем анализа сельскохозяйственных проб, которые выполнены с возможностью дальнейшей обработки и измерения аналита в суспензии.

Следует отметить, что оба фильтрующих блока 7050 и 7060 тонкой очистки могут быть использованы в системе анализа сельскохозяйственных проб, показанной на фиг. 3, без рециркуляции суспензии, если просто закрыть соответствующие выпускные патрубки с помощью заглушки или путем перекрытия клапана, соединенного с выпускным патрубком. В качестве альтернативы суспензия может попасть в отходы после прохождения через фильтр тонкой очистки. В этом случае фильтрат необходимо было бы извлекать из суспензии во время ее прохождения через фильтр.

Вместо насосной системы рециркуляции, показанной на фиг. 4, на фиг. 30 приведена принципиальная схема, показывающая альтернативную компоновку оборудования и способ рециркуляции прошедшей грубую очистку суспензии через фильтры 7050 или 7060 тонкой очистки, используя вместо этого сжатый воздух. Две смесительные камеры сообщаются по текучей среде с входом и выходом фильтрующего блока 7050 или 7060 тонкой очистки, как показано на схеме сети проточных каналов, которая может представлять собой трубопровод 7086, показанный на фигуре. По меньшей мере одна из смесительных камер может быть оснащена смесительным устройством 100А для первоначального приготовления суспензии воды и почвы. Другая смесительная камера может представлять собой дополнительное смесительное устройство 100B или, в качестве альтернативы, просто пустой сосуд высокого давления. Четыре клапана 7085A, 7085B, 7085C и 7085D для суспензии расположены между фильтрующим блоком тонкой очистки и каждой из камер, как показано на фигуре, для регулирования потока суспензии во время смешивания. В процессе эксплуатации, если суспензия сначала готовится в смесительном устройстве 100А (камера №1 подготовки пробы), клапаны 7085B и 7085C открыты, а клапаны 7085A и 7085D закрыты. Смесительное устройство 100A находится под давлением воздуха из источника 7086 сжатого воздуха с клапаном, который заставляет суспензию проходить через устройство 7010 измерения плотности и фильтрующий блок 7050 или 7060 тонкой очистки к смесительному устройству 100B. Затем клапаны 7085B и 7085C закрываются, а клапаны 7085A и 7085D открываются. Затем в смесительном устройстве 100B создается давление, заставляющее суспензию течь в обратном направлении через фильтрующий блок 7050 или 7060 тонкой очистки и устройство 7010 измерения плотности обратно в смесительное устройство 100А. Последовательный цикл повторяется несколько раз для продолжения смешивания суспензии. Клапаны и источники сжатого воздуха могут быть функционально подключены к системному контроллеру 2820 и могут работать под его управлением, при этом системный контроллер 2820 может быть запрограммирован таким образом, чтобы указанный обратный поток возникал очень быстро. Плотность суспензии может измеряться непрерывно каждый раз, когда суспензия проходит через измеритель плотности. После требуемого тщательного перемешивания суспензии выходы для фильтрата из фильтрующих блоков тонкой очистки открываются, чтобы отфильтрованная суспензия направлялась в подсистему 7004 экстракции, показанную на фиг. 4, для обработки и химического анализа. В некоторых вариантах осуществления изобретения для всех смесительных камер может использоваться единственный источник сжатого воздуха вместо отдельных источников. В другом варианте осуществления изобретения вторая камера могла бы быть установлена непосредственно над первой камерой для подготовки проб с клапаном между ними. Вместо создания давления во второй камере суспензия могла бы стекать обратно в первую камеру самотеком.

Определение размеров канала для потока суспензии в системе

Внутренний диаметр (ID) канала для потока суспензии, например трубок 7088 для суспензии, показанных на фиг. 3-4, имеет решающее значение для правильной работы систем 7000 анализа сельскохозяйственных проб без закупорки трубки. При перемещении суспензии с крупными частицами по маленькой трубке возрастает вероятность засорения. При почти ламинарном потоке скорость у стенки близка к нулю, что усугубляет проблему. Для небольших трубок это становится существенным из-за высоких сил трения о суспензию. Если эти силы трения становятся слишком значительными, частицы выпадают из потока и скапливаются в трубке, вызывая остановку потока. Кроме того, крупные частицы могут сталкиваться с другими крупными частицами в маленькой трубке и вызывать засорение и остановку потока. Однако наличие очень больших трубок является проблематичным, поскольку трудно обеспечить достаточный поток для удержания частиц во взвешенном состоянии и предотвращения выпадения частиц почвы в осадок.

Авторы изобретения установили, что внутренний диаметр трубки 7088 и каналов для суспензии должен быть таким, чтобы внутренний диаметр поперечного сечения как минимум в два раза превышал наибольший размер частиц в суспензии. То есть, например, если фильтром 146 грубой очистки или фильтрами 7050 или 7060 тонкой очистки отсеиваются частицы размером более 2 мм (например, в диаметре), то диаметр трубки должен быть не менее 4 мм. И наоборот, внутренний диаметр трубок и каналов должен быть таким, чтобы внутренний диаметр поперечного сечения не более чем в десять раз превышал наибольший размер частиц (например, диаметр). То есть, например, если отсеиваются частицы размером более 2 мм, то внутренний диаметр трубки должен быть не более 20 мм в диаметре. Соответственно, предпочтительный внутренний диаметр трубки 7088 для суспензии имеет критический диапазон между по меньшей мере двукратным наибольшим размером частиц/диаметром и не более чем десятикратным наибольшим размером частиц/диаметром.

В некоторых вариантах осуществления изобретения используемый материал трубки, предпочтительно, может быть гибким и выполненным из фторполимера, например, помимо прочего, ФЭП (фторированный этилен-пропилен) в одном неограничивающем примере. Другие фторполимеры, такие как ПТФЭ (политетрафторэтилен), ЭТФЭ (этилен-тетрафторэтилен) и ПФА (перфторалкокси-полимерная смола). Динамический коэффициент трения (ДКТ), связанный с этими фторполимерами, также влияет на предпочтительный диапазон внутреннего диаметра трубок, рассмотренный выше, поскольку материал трубок создает сопротивление трения потоку суспензии. ФЭП, ПТФЭ, ЭТФЭ и ПФА имеют значение ДКТ в диапазоне примерно 0,02-0,4 включительно, измеренное в соответствии с протоколом испытаний ASTM D1894. Соответственно, материал трубки, используемый для трубки 7088 для суспензии, связанный с вышеуказанным диапазоном критических внутренних диаметров трубки, предпочтительно, также имеет ДКТ в диапазоне примерно 0,02-0,4 включительно, в частности 0,08-0,3, связанный с ФЭП в некоторых вариантах осуществления изобретения. Испытания, проведенные авторами изобретения, подтвердили, что использование трубок из ФЭП, попадающих в диапазон критического внутреннего диаметра трубок, позволяет избежать проблем с блокированием потока суспензии, отмеченных выше. В других возможных вариантах осуществления изобретения может быть использована нейлоновая трубка.

Система подготовки суспензии сельскохозяйственной пробы с модифицированной рециркуляцией суспензии

На фиг. 34-70 показаны различные особенности модифицированной системы 8000 подготовки сельскохозяйственной суспензии системы 7000 анализа сельскохозяйственных проб и различных ее компонентов. Система 8000 представляет собой один неограничивающий вариант подсистемы 3002 подготовки проб, показанной на фиг. 1. Система 8000 выполнена с возможностью подготовки суспензии на водной основе, содержащей материала сельскохозяйственной пробы (например, твердые вещества) и имеющей требуемое целевое соотношение воды в суспензии и твердых веществ, подходящее для дальнейшего химического анализа и количественного определения уровней содержания аналита в пробе (например, питательных веществ для растений или других). В одном варианте осуществления изобретения система может включать в себя замкнутый контур 8002 рециркуляции суспензии, содержащий устройство измерения плотности, способное измерять плотность подготовленной суспензии. Контур рециркуляции может быть изолирован от других частей системы для суспензии для образования замкнутого канала для суспензии или контура, используемого в сочетании с измерением плотности сельскохозяйственной суспензии, как описано далее в настоящем документе. Контур позволяет суспензии рециркулировать в замкнутой системе рециркуляции, в то время как постепенно добавляется вода (разбавитель) для достижения целевого соотношения воды и твердых веществ (сельскохозяйственных). В одном варианте осуществления изобретения материалом сельскохозяйственной пробы может быть почва, которая составляет твердую часть суспензии на водной основе или часть в виде частиц; однако любой из других сельскохозяйственных материалов или твердых веществ, ранее описанных в этом документе, может быть использован с системой 8000 подготовки суспензии.

На фиг. 34 приведена упрощенная принципиальная схема оборудования системы подготовки 8000 сельскохозяйственной суспензии, представленная на соответствующей высокоуровневой блок-схеме на фиг. 35.

Как показано на фиг. 34-35, система 8000 подготовки сельскохозяйственной суспензии, как правило, включает в себя сообщающиеся по текучей среде и взаимодействующие смесительное устройство 8010, фильтрующий блок 8020 грубой очистки и замкнутый контур 8002 рециркуляции суспензии. Смесительное устройство 8010 может быть сообщено по текучей среде с контуром 8002 рециркуляции суспензии через проточные каналы 8001. В одном варианте осуществления изобретения суспензия может поступать под действием силы тяжести, сжатого воздуха, или она может перекачиваться из смесительного устройства в контур рециркуляции. В одной неограничивающей конструкции используется сила тяжести, чтобы избежать затрат на насос и его техническое обслуживание. Другие варианты осуществления изобретения могут быть основаны на силе тяжести с использованием вспомогательного сжатого воздуха.

Проточные каналы 8001 могут быть образованы с помощью трубок, шлангов и/или трубопроводов по отдельности или в комбинации подходящего размера (т.е. длины и диаметра) и материала, например, из металлических и/или неметаллических материалов (например, пластика, резины и т.д.). При необходимости также может быть использована комбинация этих материалов и размеров. Проточные каналы 8001 могут быть гибкими, полужесткими и/или жесткими по конструкции. В одном варианте осуществления изобретения могут быть использованы пластиковые трубки, по меньшей мере для некоторых каналов. Фильтрующий блок 8020 грубой очистки может быть соединен с контуром 8002 рециркуляции и смесительным устройством 8010 через каналы 8001 и может находиться на пути потока между контуром 8002 рециркуляции и смесительным устройством 8010.

Авторы изобретения установили, что отделение функции подготовки исходного объема сельскохозяйственной суспензии с помощью смесительного устройства 8010 от функции поддержания суспензии в перемешанном гомогенном состоянии для измерения плотности суспензии приводит к более точному определению плотности. Соответственно, как далее описано в этом документе, для этой цели контур 8002 рециркуляции суспензии содержит отдельное специальное устройство 8030 перемешивания.

Смесительное устройство для суспензии

Смесительное устройство 8010, которое используется для приготовления исходной сельскохозяйственной суспензии путем смешивания собранных твердых сельскохозяйственных веществ с водой, обычно содержит герметичный полый корпус, образующий смесительную камеру 8013, вход 8011 для пробы, вход 8012 для воды и вращающийся лопастной механизм 8014, выполненный с возможностью смешивания материалов сельскохозяйственной пробы и воды, добавляемой в смесительную камеру 8013. Сельскохозяйственная проба, состоящая из сыпучего или сырого собранного сельскохозяйственного материала (например, почвы, органических удобрений, растительности или других сельскохозяйственных материалов), может быть добавлена в смесительное устройство 8004 через вход 8011 для пробы. Вода может быть добавлена через вход 8012 для воды.

Лопастной механизм 8014 обычно содержит лопастной узел 8015 и приводной узел, такой как электродвигатель 8016, соединенный с рабочим колесом или приводным валом 8017 лопастного узла. На приводном валу 8017 может быть установлен один или несколько комплектов находящихся на расстоянии друг от друга рабочих колес или лопастей 8016, которые могут вращаться с постоянной заданной скоростью или с переменными скоростями посредством работы двигателя 8016. Для этого можно использовать любой подходящий коммерчески доступный электродвигатель с постоянной или регулируемой частотой вращения.

В одном варианте осуществления изобретения сжатый воздух из доступного источника 8005 сжатого воздуха может использоваться для подачи нефильтрованной суспензии из смесительного устройства 8010 в фильтрующий блок 8020 грубой очистки по каналу 8001. Запорный клапан 8003 в канале 8001 для выпуска суспензии из смесительного устройства 8010 может быть закрыт. Линия 8006 подачи сжатого воздуха может быть подсоединена к каналу 8001 между запорным клапаном и фильтрующим блоком 8020. В других возможных вариантах осуществления изобретения суспензия может перекачиваться из смесительного устройства 8010 в фильтрующий блок 8020.

Фильтрующий блок грубой очистки

На фиг. 36-43 отдельно и более подробно показаны дополнительные изображения фильтрующего блока 8020 грубой очистки. Фильтрующий блок 8020 грубой очистки выполнен с возможностью удаления нежелательных крупных частиц, которые могут оставаться в суспензии сельскохозяйственной пробы после подготовки суспензии в смесительном устройстве 8010. Такие крупные частицы могут содержать затвердевшие скопления или кусочки твердых сельскохозяйственных веществ или посторонний мусор/предметы, собранные вместе с сельскохозяйственной пробой. Для проб почвы такими крупногабаритными частицами могут быть мелкие полевые камни или галька, посторонние предметы в почве (например, части сельскохозяйственного оборудования, инструменты, крепежные детали) или твердые частицы растительных остатков.

Фильтрующая сетка 8021 грубой очистки, установленная внутри фильтрующего блока 8020, имеет размер ячеек или отверстий, выбранный таким образом, чтобы препятствовать прохождению через сетку таких частиц большего, чем требуется, или негабаритного размера, в то же время позволяя желаемым более мелким твердым частицам, взвешенным в сельскохозяйственной суспензии, проходить в контур 8002 рециркуляции суспензии для дальнейшей обработки, как далее описано в этом документе. Таким образом, размер отверстий или ячеек выбирается таким, чтобы препятствовать прохождению через сетку 8021 частиц предварительно заданного размера, которые могут отрицательно повлиять на компоненты или оборудование (например, насосы, клапаны и т.д.), описанные в настоящем документе и расположенные ниже по потоку. Наоборот, отверстия сетки выбираются такими, чтобы они пропускали частицы с заданным максимальным размером. В одном неограничивающем варианте осуществления изобретения, например, размер отверстия или ячейки фильтрующей сетки 8021 может составлять около 1/16 дюйма (0,063 дюйма) для суспензии на основе почвы. Частицы суспензии, превышающие этот размер, не пройдут через фильтрующую сетку. Отверстия сетки другого размера могут использоваться для суспензии почвы или других видов сельскохозяйственных суспензий. Фильтрующая сетка 8021 является удлиненной и в одном варианте осуществления изобретения может быть дугообразно изогнута от одной боковой стороны до другой боковой стороны для более легкого пропускания и удаления скапливающегося мусора.

В одном варианте осуществления изобретения фильтрующий блок 8020 грубой очистки может иметь корпус по существу Y-образной формы, включающий в себя вход 8022 для нефильтрованной суспензии, выход 8023 для отфильтрованной суспензии (фильтрата) и выход 8024 для отходов. Фильтрующий блок 8020 в некоторых вариантах осуществления изобретения может быть выполнен из пластика; однако в других вариантах осуществления изобретения может быть использован металлический корпус. В одном варианте осуществления изобретения вход 8022 для суспензии может содержать упругодеформируемую сегментированную трубную муфту 8022a, содержащую несколько радиально деформируемых удлиненных пальцев 8022b с продольными прорезями 8022c, разделяющими пальцы по окружности (обозначены на фиг. 36). Трубная муфта 8022a позволяет вставлять трубку/шланг 8001 (проточный канал) внутрь муфты, а не снаружи, так что конец трубки/шланга входит во вход 8022 для суспензии фильтрующего блока 8020. Это выгодно устраняет любые небольшие отверстия, зазоры или выступающие края в соединительном устройстве, где могли бы скапливаться и вызывать засорение твердые частицы или мусор нефильтрованной суспензии. Таким образом, канал для потока нефильтрованной суспензии, ведущий в фильтрующий блок, не перекрыт изнутри, что также позволяет избежать нарушения потока. Для сжатия пальцев 8022b внутрь и закрепления трубки/шланга 8001 на трубной муфте 8022a может быть использован стандартный затягиваемый хомут 8022d для шланга (см., например, фиг. 39). В других вариантах осуществления изобретения могут быть использованы другие типы соединительных элементов для труб и шлангов.

В одном варианте осуществления изобретения выходы 8024 для фильтрата и отходов могут быть снабжены резьбой для крепления клапанов 8003 непосредственно к корпусу фильтрующего блока 8020 грубой очистки. Однако могут быть использованы концевые соединительные устройства другого типа.

Фильтрующая сетка 8021 расположена между входом 8022 для суспензии и выходом 8023 для фильтрата, как лучше показано на фиг. 42. В одном варианте осуществления изобретения сетка 8021 может быть удлиненной и дугообразно изогнутой от одной боковой стороны до другой боковой стороны. Сетка 8021 может быть установлена в центральной части Y-образного корпуса, разделяя внутреннюю часть фильтрующего блока на верхнюю полость 8028a (над вогнутой стороной сетки) и нижнюю полость 8028b (под выпуклой стороной сетки). Фильтрующий блок 8020 предназначен для использования в положении, в котором верхняя полость наклонена вниз относительно горизонтальной плоскости H отсчета, проходящей через корпус фильтра (см., например, фиг. 41). В других вариантах осуществления изобретения могут использоваться другие положения.

Как показано на фиг. 41 и 42, нижняя полость 8028b в некоторых вариантах осуществления изобретения может иметь наклонную усечено-коническую форму, образуя сходящийся конус, который сужается вниз в направлении от фильтрующей сетки 8021 к выходу 8023 для фильтрата (отфильтрованной суспензии). Это направляет и концентрирует отфильтрованную суспензию, выходящую из фильтрующего блока 8020, обеспечивая при этом большую верхнюю часть нижней полости, прилегающей к сетке фильтра, для фильтрования максимального количества суспензии при минимальном перепаде давления жидкости.

Фильтрующий блок 8020 грубой очистки в некоторых вариантах осуществления изобретения также может включать в себя прозрачную крышку 8027, чтобы обеспечить визуальный осмотр фильтрующей сетки 8021 на предмет скопления мусора, удаляемого из потока суспензии. Другие варианты осуществления изобретения могут иметь непрозрачную крышку. Каждый из выходов 8023, 8024 для фильтрата и отходов, а также вход 8022 для нефильтрованной суспензии фильтрующего блока являются закрываемыми/герметизируемыми для изоляции по текучей среде от других компонентов системы подготовки суспензии посредством специальных клапанов 8003, связанных с каждым из выходов и входом. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько из этих клапанов 8003 фильтрующего блока могут быть непосредственно соединены с корпусом фильтрующего блока. В одном варианте осуществления изобретения могут быть использованы пневматические прижимные клапаны с упругодеформируемыми мембранами или баллонами (иногда называемыми рукавами), которые идеально подходят для обработки суспензий с захваченными/взвешенными частицами. Клапаны 8003, относящиеся к прижимному типу клапанов, включают в себя отверстие 8003a для подачи сжатого воздуха для создания давления в клапане, которое сжимает баллон для закрытия клапана. Сброс давления воздуха возвращает баллон в исходное открытое упруго смещенное состояние благодаря способности баллона к восстановлению формы. Такие прижимные клапаны имеются в продаже, и их принцип работы известен специалистам без дальнейших уточнений. Однако могут быть использованы другие типы имеющихся в продаже клапанов, подходящих для данного применения. Все клапаны 8003, обсуждаемые в этом документе, могут переключаться по меньшей мере между полностью закрытым положением (состояние отсутствия потока) и полностью открытым положением (состояние потока). При необходимости некоторые клапаны 8003 могут работать в дросселированном (т.е. частично открытом) положении. Следует отметить, что не каждый клапан 8003 может быть обозначен на фиг. 34 и 35 для краткости и сведения к минимуму путаницы на чертежах, на которых показаны клапаны.

Фильтрующий блок 8020 грубой очистки может иметь самоочищающуюся конструкцию. Как показано на фиг. 42, крупные частицы (например, сельскохозяйственные твердые вещества или мусор), захваченные или взвешенные в суспензионной смеси из смесительного устройства 8010, которые слишком велики, чтобы пройти через отверстия в фильтрующей сетке 8021, движутся по линейной траектории по вогнутой верхней поверхности сетки 8021 к выходу 8024 для отходов. Более мелкие твердые вещества или частицы в суспензии, проходящие через сетку, вытесняются вниз через сетку из верхней полости 8028a в нижнюю полость 8028b фильтрующего блока 8020 в направлении, поперечном пути потока суспензии в верхней полости между входом 8022 для суспензии и выходом 8024 для отходов. Следует отметить, что термин «поперек» или «поперечный» в данном контексте не обязательно означает перпендикулярный, но может также включать некоторые угловые ориентации относительно контрольной линии или траектории. Отфильтрованная суспензия (фильтрат) продолжает поступать в контур 8002 рециркуляции суспензии. Это самоочищающееся устройство успешно уменьшает засорение фильтрующей сетки 8021, тем самым позволяя фильтрующему блоку продолжать работу без частых остановок блока для обратной промывки/очистки сетки.

Фильтрующий блок 8020 грубой очистки также может содержать барботажную систему, используемую как для активного фильтрования суспензии, так и для периодической обратной промывки для очистки верхней поверхности фильтрующей сетки 8021 от осевшего на ней мусора, который отсеивается из суспензии, проходящей через сетку. Барботажная система содержит впускной патрубок 8025 для сжатого воздуха («барботер») и впускной патрубок 8026 для воды под давлением. В одном варианте осуществления изобретения для присоединения трубки 8026b для подачи воды под давлением к впускному патрубку 8026 для воды, который может содержать резьбу, может быть использована соединительная муфта, соединяемая нажатием. Аналогичное устройство может быть использовано для подсоединения воздушной трубки к впускному патрубку 8025 для сжатого воздуха. Однако могут быть использованы и другие типы фитингов.

Как впускной патрубок 8025 для воздуха, так и выпускной патрубок 8026 для воды расположены на корпусе фильтрующего блока 8020 для подачи сжатого воздуха и очищающей воды в нижнюю полость 8028b фильтрующего блока 8020 под выпуклой нижней поверхностью фильтрующей сетки 8021, как лучше показано на фиг. 42. Барботажная система объединяет воздух и воду в нижней полости 8028b для получения потока аэрированной воды под давлением как для нормальной работы фильтрующего блока, так и для очистки сетки. В некоторых реализациях нижняя полость может быть сначала заполнена водой перед подачей сжатого воздуха для приведения в действие барботера. Во время обычной операции фильтрования суспензии или цикла очистки сетки обратной промывкой поток аэрированной воды под давлением в нижней полости 8028b течет вверх через фильтрующую сетку для активного удаления мусора, который смывается в отходы. Во время обычного фильтрования поток аэрированной воды течет непрерывно, чтобы предотвратить образование на поверхности сетки скоплений или отложений, которые могут блокировать отверстия сетки. Как преимущество, действие «барботера» под давлением обеспечивает большую силу для перемешивания и вытеснения более крупного мусора или твердых частиц, захваченных суспензией, чем только вода. В случае суспензии почвы эти суспензии могут содержать мусор в виде более тяжелой гальки или камней (или других посторонних металлических или неметаллических предметов), которые нелегко удалить, и в противном случае они могли бы часто закупоривать сетку. Поток аэрированной воды смывает мусор через выход 8024 для отходов. Барботажная система также выгодно сводит к минимуму расход воды для периодической очистки фильтрующего блока 8020 грубой очистки, когда фильтрующий блок 8020 не используется или между использованиями.

Во время периодической операции очистки сетки для технического обслуживания выход 8023 для фильтрата закрывается путем перекрывания связанного с ним клапана 8003. Вход 8022 для суспензии может быть изолирован путем перекрытия входного клапана 8003 между смесительным устройством 8010 и фильтрующим блоком 8020. Следует отметить, что в качестве альтернативы клапан 8003 может оставаться открытым при очистке расположенной выше по потоку смесительной камеры чистой водой и последующего выпуска этой воды через фильтр в отходы. Поэтому часто фильтр не изолирован от перемешивания во время процесса очистки. Выход 8025 для отходов открывается путем открывания связанного с ним клапана 8003. Это обеспечивает изоляцию фильтрующего блока 8021 от смесительного устройства 8010 и контура 8002 рециркуляции суспензии. После завершения операции обратной промывки/очистки фильтра, выход 8025 для отходов закрывается и герметизируется путем закрытия связанного с ним клапана 8003, и, наоборот, клапаны, связанные с входом и выходом для суспензии, снова открываются для возобновления нормальной работы.

Поскольку фильтрующий блок 8020 грубой очистки имеет самоочищающуюся конструкцию, а барботажная система работает во время обычного процесса фильтрования суспензии, незначительная часть нефильтрованной суспензии может быть потрачена впустую, чтобы сохранить фильтрующую сетку сравнительно свободной от мусора и закупорки. Чтобы свести к минимуму количество теряемой суспензии, в конструкции фильтрующего блока предусмотрено несколько мер. Во-первых, вход и выход 8022, 8023 для суспензии, а также выход 8024 для отходов ориентированы относительно друг друга так, чтобы свести к минимуму потери суспензии во время процесса фильтрования. В одном неограничивающем варианте осуществления изобретения осевые линии 8022L, 8023L входа 8022 для нефильтрованной суспензии и выхода 8023 для фильтрата, соответственно, могут быть ориентированы параллельно друг другу. Это позволяет вводить суспензию в фильтрующий блок 8020 и извлекать ее из него в аналогичной ориентации (лучше всего показано на фиг. 42), чтобы использовать тот факт, что нефильтрованная суспензия будет легче всего продолжать течь в том же направлении, в котором ее вводят в фильтрующий блок. Однако осевая линия выхода 8024L для отходов ориентирована поперечно осевым линиям входа и выхода для суспензии. Это приводит к тому, что по пути отходов проходит меньше суспензии, чем по пути через фильтрующую сетку 8021, из-за динамической силы поступающей суспензии в фильтрующий блок 8020. Фильтрующая сетка 8021 также ориентирована поперек осевой линии 8022L входа 8022 для суспензии, так что поступающий поток суспензии направлен на верхнюю поверхность сетки 8021. Это приведет к тому, что суспензия будет проходить через сетку вниз, а не под углом или в боковом направлении к выходу для отходов. Наконец, нижняя полость 8028B по размеру больше, чем верхняя полость 8028a фильтрующего блока 8020, чтобы обеспечить меньшее сопротивление потоку. Более узкая верхняя полость создает большее сопротивление, так что поток суспензии имеет склонность стекать вниз через фильтрующую сетку 8021.

Следует отметить, что если ожидаемое количество мусора в нефильтрованной сельскохозяйственной суспензии, подлежащей обработке, невелико, то при необходимости фильтрующий блок 8020 грубой очистки может работать обычным образом (а не в режиме самоочистки), при закрытом клапане 8003 выхода для отходов фильтрующего блока.

Общий способ или процесс фильтрования суспензии, как правило, включает: обеспечение фильтрующего блока, содержащего фильтрующую сетку, верхнюю полость, образованную над фильтрующей сеткой, и нижнюю полость, образованную под фильтрующей сеткой; нагнетание сжатого воздуха и воды в нижнюю полость для получения потока аэрированной воды; пропускание потока аэрированной воды через фильтрующую сетку в верхнюю полость; подачу нефильтрованной суспензии в верхнюю камеру фильтрующего блока; и пропускание нефильтрованной суспензии через фильтрующую сетку в направлении противотока к потоку аэрированной воды, для получения фильтрата. Соответственно, фильтрующий блок работает в режиме самоочистки, когда клапан 8003 выхода для отходов открыт для удаления части суспензии с захваченными крупными частицами, скользящими по верхней поверхности фильтрующей сетки 8021, через выход 8024 для отходов фильтрующего блока 8020 одновременно с пропусканием оставшейся части нефильтрованной суспензии вниз через фильтрующую сетку в направлении противотока к потоку аэрированной воды для получения фильтрата. Верхняя поверхность фильтрующей сетки дугообразно изогнута от одной боковой стороны до другой боковой стороны и имеет вогнутую форму, образуя желоб, который облегчает направление крупных частиц вдоль сетки к выходу 8024 для отходов. Поток аэрированной воды, проходящий через фильтрующую сетку 8021 и поступающий в верхнюю полость фильтрующего блока 8020 снизу сетки, приводит в движение и вытесняет частицы с верхней поверхности сетки, так что они сметаются с сетки, чтобы не препятствовать эффективности фильтрования суспензии. В некоторых реализациях для получения потока аэрированной воды сначала в нижнюю полость 8028b может быть впрыснута вода с последующим приложением давления воздуха к нижней полости.

Замкнутый контур рециркуляции суспензии - Измерение плотности

Теперь будут описаны компоненты, которые являются частью замкнутого контура 8002 рециркуляции суспензии, используемого в сочетании с измерением плотности суспензии для определения фактического массового соотношения воды и твердых веществ (сельскохозяйственных) для сравнения с целевым массовым соотношением воды и твердых веществ, необходимым для получения текучей суспензии, пригодной для эффективной дальнейшей обработки проб и химического анализа в подсистеме 3003 анализа, и его схема движения потока. Как описано ранее в этом документе, подсистема 3003 в конечном счете измеряет аналиты (например, химические/элементарные составляющие) в сельскохозяйственной суспензии, чтобы охарактеризовать пробу с химической точки зрения. В одном неограничивающем примере сельскохозяйственным материалом, подлежащим анализу на аналиты (например, уровни питательных веществ в почве, таких как азот, фосфор, калий и т.д.), может быть почва, и соотношение представляет собой соотношение вода/почва (соотношение воды и почвы).

Настоящий замкнутый контур 8002 рециркуляции суспензии, показанный на фиг. 34-35, представляет собой модификацию контура 7059 рециркуляции, показанного на фиг. 4. В настоящем контуре 8002 аналогичные компоненты переупорядочены на пути потока суспензии, и добавлены дополнительные компоненты, как описано ниже, для оптимизации точности измерения плотности суспензии для достижения целевого соотношения вода/твердые вещества. Контур 8002 сконфигурирован и функционирует таким образом, чтобы обеспечивать стабильные скорости потока при поддержании суспензии в полностью перемешанном однородном состоянии, что выгодно повышает точность измерений плотности сельскохозяйственной суспензии. Эта информация в конечном счете используется для добавления разбавляющей воды в контур 8002, чтобы достичь целевого сельскохозяйственного соотношения массы воды и твердых частиц.

В одном варианте осуществления изобретения контур 8002 рециркуляции суспензии в целом содержит сообщающиеся между собой устройство 8030 перемешивания, насос 7080 для рециркуляции суспензии, который направляет поток рециркуляции через замкнутый контур рециркуляции, аккумулятор 8050, устройство 8060 измерения сельскохозяйственных твердых веществ, устройство 8070 измерения плотности и фильтрующий блок 8080 тонкой очистки. Направление циркуляции или потока суспензии в контуре обозначено стрелками потока суспензии на фиг. 34-35.

Устройство перемешивания

Устройство 8030 перемешивания представляет собой шлюз для жидкости для введения грубо отфильтрованной суспензии (фильтрата) из смесительного устройства 8010 через фильтрующий блок 8020 в контур 8002 рециркуляции суспензии. Фильтрат поступает из фильтрующего блока в устройство 8030 перемешивания под действием движущей силы, создаваемой линией 8006 подачи сжатого воздуха, соединенной с источником 8005 воздуха, расположенным выше по потоку относительно фильтрующего блока, если он используется, как описано ранее в этом документе. В других вариантах осуществления изобретения фильтрат может поступать к устройству перемешивания только самотеком без помощи давления воздуха или перекачивания в устройство перемешивания.

На фиг. 51-63 отдельно и более подробно показаны различные виды устройства 8030 перемешивания. В одном варианте осуществления изобретения устройство 8030 перемешивания может представлять собой устройство смесительного типа, хотя и специально выполненное с возможностью менее агрессивного взбалтывания суспензии, поскольку более крупные объемные сельскохозяйственные твердые вещества не нужно разбивать на более мелкие частицы для первоначального получения суспензии. Вместо этого устройство перемешивания выполнено с возможностью более мягкого перемешивания и поддержания однородной смеси воды и сельскохозяйственных твердых веществ (например, почвы) для измерения плотности в замкнутом контуре 8002 рециркуляции суспензии, показанном на фиг. 34-35 и описанном в других местах настоящего документа.

Устройство 8030 перемешивания в целом содержит герметичный и вытянутый по вертикали полый корпус, образованный оболочкой 8094, образующей камеру 8031 перемешивания для удержания объема отфильтрованной суспензии (фильтрата), и вращающийся лопастной механизм 8035. Лопастной механизм 8035 выполнен с возможностью взбалтывания сельскохозяйственной суспензии до степени, достаточной для удержания сельскохозяйственных твердых веществ или частиц во взвешенном состоянии в воде, представляющей собой жидкость-носитель (разбавитель) суспензии, но не чрезмерного взбалтывания суспензии, при котором захватывается воздух, что отрицательно сказывается на измерениях плотности суспензии. Камера 8031 образует неотъемлемую часть контура 8002 рециркуляции суспензии и пути прохождения суспензии. В одном варианте осуществления изобретения устройство перемешивания и камера работают при атмосферном давлении, хотя рециркуляционный поток, поступающий в камеру, находится под давлением, создаваемым с помощью ПДМ-насоса 7080 для суспензии.

Корпус 8094 устройства перемешивания имеет верхнюю сторону 8100, нижнюю сторону 8101, правую боковую сторону 8103, левую боковую сторону 8104, переднюю сторону 8105 и заднюю сторону 8106. В одном варианте осуществления изобретения корпус 8094 содержит несколько частей или секций, которые могут включать в себя съемную верхнюю крышку 8090, верхнюю секцию 8091, среднюю секцию 8092 и нижнюю секцию 8093. Секции 8091-8093 могут быть соединены друг с другом постоянно или с возможностью разъединения или сочетают и то, и другое. В одном варианте осуществления изобретения по меньшей мере нижняя секция 8093 соединена с возможностью отсоединения со средней секцией 8092 с помощью резьбовых крепежных элементов 8095. Верхняя крышка 8090 аналогичным образом может быть соединена с возможностью отсоединения с верхней секцией 8091 корпуса 8094 с помощью резьбовых крепежных элементов 8095. Отметим, что для краткости на фигурах могут быть показаны только один или несколько крепежных элементов, учитывая, что в другие аналогичные отверстия в корпусе устройства перемешивания вставлены аналогичные крепежные элементы.

Соединения по текучей среде устройства 8030 перемешивания, которые сообщаются по текучей среде с перемешивающей камерой 8031, включают в себя вход 8032 для суспензии, в который поступает суспензия из смесительного устройства 8010, вход 8033a для рециркуляции суспензии, выход 8033b для рециркуляции суспензии, переливной патрубок 8096 и выпускное отверстие 8049 для отходов для обеспечения промывки и очистки водой камеры перемешивания между проходами суспензии. Через переливной патрубок 8096 удаляется избыток суспензии, добавленной в камеру 8031, из расположенного выше по потоку смесительного устройства 8010. Переливной патрубок выполнен с возможностью подсоединения к шлангу/трубке, находящейся под атмосферным давлением. Это, в свою очередь, создает в камере 8031 перемешивания устройства 8030 перемешивания атмосферное давление во время работы.

В одном варианте осуществления изобретения вход для суспензии, выполненный в верхней секции 8091 корпуса 8094, может быть наклонен относительно вертикальной осевой линии 8040 устройства 8030 перемешивания для подачи суспензии под таким же углом внутрь камеры 8031 перемешивания. Каждое из этих соединений может иметь соответствующий открываемый/закрываемый клапан 8003, как показано на фиг. 34 (за исключением переливного средства в одном варианте осуществления изобретения) для остановки или обеспечения возможности прохождения потока через эти соединения или из этих соединений.

Лопастной механизм 8035 обычно содержит лопастной узел 8034 и приводной узел, такой как электродвигатель 8038, соединенный с рабочим колесом или приводным валом 8036 лопастного узла. Лопастной узел 8034 также содержит один или несколько комплектов рабочих колес или лопастей 8037, установленных на приводном валу 8036, которые могут вращаться с постоянной заданной скоростью или с переменными скоростями посредством работы двигателя 8038. Для этого можно использовать любой подходящий коммерчески доступный электродвигатель с фиксированной или регулируемой частотой вращения.

По сравнению со смесительным устройством 8010, выполняющим более интенсивное взбалтывание, камера 8031 перемешивания может быть по меньшей мере такой же большой по объему, чтобы вместить все содержимое сельскохозяйственной суспензии, подготовленной в смесительной камере 8013, которая поступает в камеру 8031 перемешивания для измерения плотности и регулировки массового соотношения вода/твердые вещества, как описано далее в настоящем документе. В одном варианте осуществления изобретения объемная емкость камеры 8031 перемешивания может быть больше, чем у смесительной камеры 8013 устройства 8010 (например, примерно на 20% или более), чтобы гарантировать возможность размещения всей суспензии.

Лопастной механизм 8014 смесительного устройства 8010 предназначен для передачи большей энергии (т.е. подводимой энергии) и обеспечения более агрессивного взбалтывания суспензии, чем устройство 8030 перемешивания, для разрушения сельскохозяйственных твердых частиц в воде-носителе с образованием исходной сравнительно однородной смеси суспензии. С точки зрения конструкции это может быть достигнуто несколькими способами. В некоторых реализациях, например, лопастной механизм 8014 смесительного устройства 8010 может работать с более высокой скоростью вращения (об/мин - обороты в минуту), чем лопастной механизм 8035 устройства 8030 перемешивания, для более интенсивного смешивания объемного сельскохозяйственного материала и воды друг с другом для получения суспензионной смеси. В этом нет необходимости для устройства перемешивания, назначение которого состоит в простом взбалтывании уже подготовленной суспензии ровно настолько, чтобы предотвратить осаждение твердых частиц сельскохозяйственного пробы из раствора (т.е. поддерживать суспензию в однородном состоянии для измерения плотности суспензии). Без устройства перемешивания суспензионная смесь склонна к отделению твердых веществ, что отрицательно сказывается на получении точной плотности суспензии. В одном иллюстративном, но не ограничивающем примере лопастной механизм 8014 смесительного устройства может иметь частоту вращения около 15000 об/мин в сочетании с несколькими более агрессивными разнесенных наборами лопастей 8016 на рабочем колесе/приводном валу 8017, как показано, которые выполнены с возможностью большего взбалтывания смеси сельскохозяйственного материала и воды. В отличие от этого, в качестве одного неограничивающего примера лопастной механизм 8035 устройства перемешивания может иметь один набор лопастей 8037 на приводном валу 8036 лопастного узла и меньшую скорость вращения порядка примерно 1000 об/мин. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления изобретения лопастной механизм 8014 смесительного устройства может иметь скорость вращения по меньшей мере в 10 раз больше, чем у устройства 8030 перемешивания. При необходимости можно использовать несколько других скоростей, в зависимости от природы сельскохозяйственного материала, из которого формируется проба.

В других вариантах осуществления изобретения для достижения более агрессивного перемешивания в смесительном устройстве 8010 длина лопастей 8016 может быть другой, так что лопасти смесительного устройства имеют большую длину, чем у устройства 8030 перемешивания, тем самым обеспечивая более высокие скорости кончика лопастей даже при одинаковых или меньших скоростях вращения, чем лопасти в устройстве перемешивания. Как отмечено выше, лопастной механизм 8035 устройства перемешивания может иметь меньшее количество лопастей 8037 и/или менее агрессивную конфигурацию лопастей для более мягкого перемешивания суспензии, чем лопасти 8016 смесительного устройства 8010. В зависимости от скорости вращения лопастного узла, количества и/или длины лопастей, их конфигурации или скорости кончиков лопастей, более агрессивное перемешивание суспензии в смесительном устройстве 8010 осуществляется при большей энергии или мощности, подводимой к суспензии, чем в устройстве 8030 перемешивания, для разрушения твердых веществ в исходной подготавливаемой суспензии. Следовательно, потребляемая мощность приводного двигателя 8016 смесительного устройства 8010 больше, чем потребляемая мощность приводного двигателя 8038 устройства 8030 перемешивания во всех предпочтительных случаях перемешивания.

Форма или конфигурация смесительной камеры 8013 и камеры 8031 перемешивания также могут отличаться ввиду различных функций смесительного устройства 8010 и устройства 8030 перемешивания. Как показано на фиг. 61, камера 8031 перемешивания в некоторых вариантах осуществления изобретения может иметь конфигурацию в виде песочных часов, арахиса или «восьмерки (8)» с более узкой средней зоной, как описано далее в настоящем документе, предназначенную для размещения двух отдельно вращающихся приводных валов 8036, которые могут быть предусмотрены для улучшения перемешивания суспензии. В некоторых вариантах осуществления изобретения два приводных вала 8036 также могут вращаться в противоположных направлениях друг относительно друга для дополнительного усиления перемешивания суспензии. Эти признаки помогают перемешивать суспензию, уменьшая при этом завихрение (воздух, который в виде «вихря» спускается по валу), поскольку нежелательно вводить воздух в контур 8002 рециркуляции суспензии, так как это отрицательно влияет на точность измерения плотности суспензии. Кроме того, суспензия, циркулирующая в контуре 8002 рециркуляции суспензии, может быть повторно введена или возвращена в камеру 8031 перемешивания через вход 8033a рециркуляции по касательной для дополнительного уменьшения захвата воздуха, как описано ниже.

Теперь будут описаны дополнительные особенности и детали устройства 8030 перемешивания и вышеупомянутые признаки. Как следует из фиг. 51-63, устройство 8030 перемешивания может содержать удлиненный в вертикальном направлении корпус, задающий вертикальную осевую линию 8040, проходящую через геометрический центр устройства перемешивания. Корпус одновременно образует вертикально вытянутую камеру 8031 перемешивания, в которой расположена пара лопастных узлов 8034. Камера 8031 перемешивания может быть некруглой и продолговатой по форме, имеющей большую поперечную ширину в направлении от одной боковой стороны до другой боковой стороны, чем глубину в направлении спереди назад (лучше всего видно на фиг. 61). Валы 8036 лопастного узла могут проходить параллельно друг другу, как показано на фигуре.

Камера 8031 перемешивания может быть разделена в поперечном/горизонтальном направлении на первую и вторую секции 8031a, 8031b, разделенные суженной горловиной 8041, ограниченной парой противоположных и выступающих внутрь перегородок 8042 с противоположных сторон осевой линии 8040 (см., например, фиг. 61). Перегородки могут иметь выпуклую и дугообразную форму, проходя как внутрь по горизонтали, так и вертикально на большую часть высоты камеры 8031 перемешивания (см., например, фиг. 59). Как показано, один лопастной узел 8034 расположен по центру в каждой секции 8031a, 8031b камеры между боковыми сторонами устройства перемешивания. Перегородки 8042 служат для усиления перемешивания суспензии, так что суспензия не может просто перемещаться вокруг внешней или периферийной части камеры 8031 вдоль внутренних боковых стенок 8043 корпуса устройства перемешивания, чтобы избежать перемешивания. Перегородки 8042 заставляют суспензию течь внутрь к вертикальной осевой линии 8040 в области горловины 8041 и перемешиваться, что способствует поддержанию однородной смеси суспензии из твердых сельскохозяйственных веществ и воды. В одном варианте осуществления изобретения вход 8032 для суспензии, проходящий через верхнюю секцию 8091 корпуса 8094, может быть наклонен относительно вертикальной осевой линии 8040 устройства 8030 перемешивания для подачи суспензии под таким же углом внутрь камеры 8031 перемешивания в области горловины 8041 на верхних концах перегородок 8042 (см., например, фиг. 59). Внутренняя нижняя стенка 8097 устройства 8030 перемешивания внутри камеры 8031 перемешивания может быть наклонена вниз и внутрь по направлению к центрально расположенному выпускному отверстию 8049 для отходов в нижней стенке камеры 8031 перемешивания с каждой стороны устройства перемешивания для эффективного вымывания осадка из камеры при периодической очистке промывочной водой между различными циклами подготовки суспензии.

Устройство 8030 перемешивания также включает в себя приводной механизм для приведения в действие лопастных узлов 8034. В одном варианте осуществления изобретения приводной механизм содержит редуктор 8044, в котором размещен зубчатый механизм или передача 8045, содержащая несколько находящихся в зацеплении зубчатых колес. Вал двигателя 8038 включает в себя приводную шестерню 8038a, а каждый лопастной узел содержит ведомую шестерню 8036a, функционально соединенную с приводной шестерней двигателя и вращаемую ею через промежуточные шестерни 8046 (см., например, фиг. 60). Редуктор 8044 может быть расположен в верхней части устройства перемешивания вблизи двигателя 8038. В одном варианте осуществления изобретения редуктор 8044 может быть образован верхней крышкой 8090 (см., например, фиг. 58-59). Зубчатая передача 8045 функционально соединена с двигателем 8038 и каждым из валов 8036 лопастного узла. Двигатель 8038 приводит в действие зубчатую передачу 8045, которая, в свою очередь, вращает лопастные узлы 8034. В некоторых вариантах осуществления изобретения, как описано ранее в этом документе, лопастные узлы могут вращаться в противоположных направлениях друг относительно друга для улучшения перемешивания сельскохозяйственной суспензии (см., например, фиг. 61 со стрелками вращения). Зубчатая передача 8025 выполнена с возможностью создания такого типа встречного вращательного движения пары лопастных узлов. Промежуточные шестерни 8046 могут быть выполнены и расположены таким образом, чтобы обеспечивать встречное вращательное движение лопастных узлов 8034 (см., например, фиг. 60). В других вариантах осуществления изобретения лопастные узлы могут вращаться в одном и том же направлении вращения. Следует отметить, что возможны и другие схемы зубчатой передачи. Кроме того, для вращения лопастных узлов вместо зубчатой передачи могут использоваться другие способы, такие как ременные передачи или пневмоприводы через воздушную крыльчатку, соединенную с главным приводным валом, который, в свою очередь, приводит в движение зубчатую передачу.

Во время работы отфильтрованная суспензия поступает в камеру 8031 перемешивания через вход 8032 из фильтрующего блока 8020 грубой очистки. Лопастные узлы 8034 вращаются с помощью вышеупомянутого зубчатого механизма для перемешивания суспензии и предотвращения осаждения твердых веществ из суспензии. Если контур 8002 рециркуляции суспензии изначально пуст, то суспензия может по меньшей мере частично заполнять контур в зависимости от диаметра трубопровода контура. Следовательно, в некоторых случаях суспензия может не полностью заполнять контур до тех пор, пока не будет запущен насос 7080 для рециркуляции суспензии, так что насос запускается, когда суспензия первоначально вводится в контур через устройство 8030 перемешивания. В любом случае насос 7080 для рециркуляции суспензии начнет прокачивать суспензию по контуру (см., например, фиг. 34-35). Суспензия закачивается непосредственно во вход 8033a для рециркуляции устройства 8030 перемешивания, где она взбалтывается для поддержания однородной консистенции. Затем суспензия выходит из устройства перемешивания через выход 8033b для рециркуляции и возвращается в контур 8002 для продолжения циркуляции по контуру и другим показанным устройствам под действием движущей силы насоса 7080. Любой избыток суспензии в контуре удаляется через переливной патрубок 8096.

Следует отметить, что рециркулирующая суспензия из контура 8002 рециркуляции суспензии течет по касательной в камеру 8031 перемешивания и поступает (через вход 8033a для рециркуляции суспензии) в одну из двух круглых секций камеры 8031 перемешивания, такую как, например, секция 8031b (см., например, фиг. 59 и 61). В одном предпочтительном, но не ограничивающем варианте осуществления изобретения суспензия повторно вводится по касательной вдоль одной из боковых стенок 8043 секции 8031b камеры перемешивания для уменьшения вовлечения воздуха в суспензию, что отрицательно сказывается на измерениях плотности суспензии, как описано ранее в этом документе. Суспензия может быть извлечена из камеры 8031 в пределах узкой горловины 8041 между секциями 8031a, 8031b камеры, где суспензия будет стремиться к полному перемешиванию и взбалтыванию в однородном состоянии.

В некоторых вариантах осуществления изобретения работу лопастных узлов 8034 в отношении степени взбалтывания суспензии в устройстве 8030 перемешивания может контролировать и автоматически регулировать системный контроллер 2820 на основе уровня суспензии (и, соответственно, ее объема) в камере 8031 перемешивания. Если уровень суспензии ниже, то требуется вращать лопастные узлы с меньшей скоростью (об/мин), чтобы уменьшить взбалтывание, тем самым сводя к минимуму попадание воздуха в суспензию, который отрицательно сказывается на измерениях плотности суспензии. Если уровень суспензии выше, то можно ускорить работу лопастных узлов, чтобы гарантировать, что суспензионная смесь остается однородной, а твердые вещества удерживаются во взвешенном состоянии.

Для достижения вышеуказанной схемы работы может быть предусмотрен датчик 8039 уровня, который выполнен с возможностью измерения уровня суспензии в камере 8031 устройства 8030 перемешивания в режиме реального времени. Может быть использован любой подходящий коммерчески доступный датчик, такой как, например, помимо прочего, ультразвуковой датчик уровня. Датчик уровня и двигатель 8038 могут быть функционально и коммуникационно связаны с системным контроллером 2820 для управления скоростью взбалтывания суспензии. Двигатель может представлять собой двигатель с регулируемой скоростью вращения, скорость которого регулируется на основе уровня суспензии, обнаруженного контроллером 2820, для достижения требуемой степени взбалтывания суспензии путем уменьшения или увеличения скорости вращения лопастных узлов 8034. Следовательно, двигатель 8038 может включать в себя схему регулирования скорости, реагирующую на управляющие сигналы от контроллера 2820, для регулировки скорости двигателя на основе уровня суспензии.

Способ или процесс управления лопастными узлами 8034 устройства 8030 перемешивания может быть обобщен как выполнение контроллером 2820 следующих действий: определение уровня суспензии в камере 8031 перемешивания с помощью датчика 8039 уровня; увеличение или уменьшение частоты вращения двигателя 8038, функционально связанного с парой лопастных узлов 8034, на основе обнаруженного уровня; и вращение лопастных узлов со скоростью, соответствующей частоте вращения двигателя. Если контроллер 2820 обнаруживает первый уровень суспензии в камере 8031, то контроллер вращает лопастные узлы с первой скоростью. Если контроллер 2820 обнаруживает второй уровень суспензии, то контроллер вращает лопастные узлы со второй скоростью, отличной от первой скорости. Если первый уровень суспензии ниже, чем второй уровень суспензии, то контроллер вращает лопастные узлы с меньшей скоростью, чем при втором уровне суспензии, и наоборот. Возможны и другие варианты работы с переменной скоростью вращения лопастей. В некоторых вариантах осуществления изобретения лопастные узлы могут вращаться с постоянной скоростью независимо от уровня суспензии в камере 8031 перемешивания, что может зависеть от типа подготовленной сельскохозяйственной суспензии и сопутствующей склонности твердых веществ выпадать из суспензии или от других факторов.

Аккумулятор

На фиг. 44-50 отдельно и более подробно показан аккумулятор 8050. Аккумулятор предназначен для гашения скачков давления или пульсаций в суспензии, циркулирующей по контуру 8002 рециркуляции суспензии. В одном варианте осуществления изобретения аккумулятор 8050 может представлять собой прямоточную конструкцию, в которой поток поступает в аккумулятор, проходит через него и выходит из аккумулятора по линейному или прямому пути потока вдоль одной оси. Аккумулятор 8050 имеет удлиненный в продольном направлении и разъемный корпус, в целом содержащий первую полусекцию 8051a и вторую полусекцию 8051b, соединенные друг с другом с возможностью отсоединения, например, с помощью резьбовых крепежных элементов. Могут быть использованы и другие способы разъемного соединения. При соединении друг с другом полусекции 8051a, 8051b образуют удлиненную в продольном направлении внутреннюю полость 8053.

Удлиненная в продольном направлении эластомерная упругодеформируемая мембрана 8054 проходит по меньшей мере по всей длине и ширине полости 8053 и, предпочтительно, немного больше по ширине и длине, чем полость. Мембрана 8054 может быть плоской и продолговатой по форме (лучше всего показано на фиг. 46-47), чтобы соответствовать горизонтально вытянутой конфигурации полости 8053 аккумулятора. Периферийные края мембраны 8054 могут быть зажаты между первой и второй полусекциями 8051a, 8051b корпуса, которые удерживают мембрану в требуемом положении. Она разделяет полость 8053 на верхнюю, газовую подполость 8053a и нижнюю, суспензионную подполость 8053b, изолированную от газовой подполости. И верхняя, и нижняя подполости могут иметь куполообразную вогнутую форму в поперечном сечении (лучше всего видно на фиг. 50). Когда мембрана достигает полного смещения (полного прилегания к стенке полости), то это не создает чрезмерной нагрузки на мембрану, заставляя ее соответствовать любым острым углам, которые могут привести к разрыву мембраны в течение многочисленных циклов эксплуатации из-за усталостного разрушения. Подполость 8053a сообщается по текучей среде с отверстием 8057 для подачи сжатого газа для создания давления предварительно введенного газа для аккумулятора посредством подключения к источнику сжатого инертного газа. Верхняя подполость 8053a, предварительно заполненная газом, может быть заполнена сжатым инертным газом, таким как воздух или азот, например, для предварительного заполнения аккумулятора 8050 объемом газа для компенсации колебаний давления в суспензии, протекающей через контур 8002 рециркуляции суспензии. Такие колебания давления (увеличения/уменьшения) могут быть обусловлены запуском/остановкой насоса 7080 для рециркуляции суспензии, вызывающего колебания потока и давления, или другими факторами, связанными с системой обработки суспензии. Конструкция некоторых насосов позволяет создавать импульсы давления, которые могут иметь значительную величину, что может создавать различные проблемы, в том числе отрицательно сказываться на измерении плотности суспензии.

Подполость 8053b для суспензии принимает суспензию и образует основную часть линейного/прямого канала для потока суспензии, проходящего через аккумулятор от одного конца до другого конца. Самая нижняя часть подполости 8053b может включать в себя выполненный как единое целое, проходящий в продольном направлении желоб 8053c, имеющий дугообразно изогнутую в поперечном сечении нижнюю поверхность. Желоб 8053c может иметь полукруглую форму поперечного сечения, как лучше всего видно на фиг. 50, которая отличается от формы поперечного сечения нижней подполости 8053b. Желоб 8053c успешно препятствует перекрытию мембраной выхода в периоды сильного смещения из-за колебаний давления суспензии, обеспечивая путь потока, который мембране трудно полностью перекрыть, а также помогает поддерживать быстрое перемещение любого осадка через аккумулятор в линейном направлении, чтобы препятствовать образованию отложений и засорению аккумулятора.

Подполость 8053b для суспензии сообщается по текучей среде с входом 8055 для суспензии на одном конце второй полусекции 8051b и выходом 8056 для суспензии, который может быть образован на противоположном конце в нижней подполости 8053b для суспензии. Вход 8055 расположен соосно с выходом 8056, задавая продольную ось Lf потока, проходящую между ними по длине корпуса аккумулятора. Большинство аккумуляторов имеют один комбинированный вход и выход, которые при использовании с суспензией не будут эффективно очищаться из-за отложений, образующихся в результате выпадения сельскохозяйственных твердых веществ из суспензии.

По этой причине выгодно использовать прямоточный аккумулятор в соответствии с настоящим изобретением со специально сконфигурированным линейным каналом для обработки суспензии с захваченными твердыми веществами, который имеет такое отношение площадей поперечного сечения, измеренных непосредственно рядом и под гибкой перемещаемой мембраной 8054 (т.е. с влажной стороны) аккумулятора 8050, которое может позволить потоку суспензии (жидкости) непрерывно промывать и эффективно очищать аккумулятор от осадка между циклами подготовки/обработки проб. В одном варианте осуществления изобретения, например, без ограничения, площадь поперечного сечения A1 пути потока нижней подполости 8053b, определенная поперечно оси Lf потока, предпочтительно, превышает не более чем в 20 раз, а более предпочтительно не более чем в 30 раз, минимальную площадь поперечного сечения A2 входа или выхода аккумулятора в предпочтительных вариантах осуществления изобретения. Вход 8055 и выход 8056 для суспензии могут иметь разные или одинаковые площади поперечного сечения A2. В неограничивающем показанном варианте осуществления изобретения площади поперечного сечения входа и выхода для суспензии одинаковы.

В сумме площадь поперечного сечения A2 входа и/или выхода, предпочтительно, меньше общей площади поперечного сечения A1 подполости 8053b аккумулятора, расположенной под упругодеформируемой мембраной 8054, измеренной, когда мембрана находится в состоянии покоя (т.е. не деформирована в результате скачков или падения давления в жидкостной системе). Предпочтительно, такой размер и общее соотношение площадей поперечного сечения подполости 8053b и площади входа и/или выхода 8055, 8056 помогает предотвратить выпадение твердых веществ из суспензии и закупорку аккумулятора между циклами обработки суспензии.

Для того чтобы твердые вещества или осадок не выпадали из суспензии и не скапливались внутри нижней подполости 8053b аккумулятора, между циклами обработки суспензии из-за того, что площадь поперечного сечения A1 нижней подполости существенно больше площади поперечного сечения A2 входа и выхода 8055, 8056 для суспензии (например, не менее чем в 20 раз), как указано выше, вход и выход для суспензии (и, соответственно, продольная ось потока Lf, заданная между ними), предпочтительно, расположены со смещением и ниже горизонтально проходящей геометрической продольной осевой линии C1 нижней подполости 8053b. Осевая линия C1 проходит через геометрический центр нижней подполости 8053b и вертикально расположена посередине между нижней точкой нижней подполости 8053b на дне полукруглого желоба 8053c и мембраной 8054, как обозначено на фиг. 48. Предпочтительно, вход и выход 8055, 8056 для суспензии расположены в самом низу подполости 8053b, как лучше показано на фиг. 48 и 50. В одном варианте осуществления изобретения подполость 8053b содержит пару противоположных наклонных и дугообразно изогнутых вогнутых боковых стенок 8053d, которые помогают направлять тяжелый осадок/твердые вещества, захваченные суспензией, протекающей через аккумулятор, вниз, на дно подполости, где поток имеет наибольшую скорость между входом и выходом 8055, 8056 для суспензии вдоль продольной оси Lf. Это выгодно устраняет любые углы или мертвые зоны в нижней подполости, где осадок/твердые вещества могут скапливаться между циклами обработки суспензии.

В поперечном сечении (относительно продольной оси Ca полости) нижняя подполость 8053b может иметь не полностью полукруглую конфигурацию, как лучше всего показано на фиг. 50. Вместо этого дугообразно изогнутые вогнутые боковые стенки 8053d могут сходиться к заостренной вершине 8053e в самом низу подполости 8053b. Это может быть аналогично вершине, образованной в верхней подполости 8053a вверху. Самый нижний желоб 8053с для суспензии в нижней подполости 8053b, ранее описанный в этом документе, пересекает вершину 8053e. Самая нижняя точка на дне полукруглого желоба 8053с (в поперечном сечении, как показано на фиг. 50) расположена ниже точки или вершины, где встречаются изогнутые сходящиеся нижние боковые стенки 8053d подполости (см. также фиг. 46 и 48). Можно считать, что изогнутые вогнутые боковые стенки 8053d нижней подполости 8053b образуют по существу V-образную форму поперечного сечения в противоположность полукруглой форме поперечного сечения желоба 8053c. Используемый здесь термин «по существу» означает, что изогнутые боковые стенки 8053d не являются плоскими и, следовательно, не образуют идеальной V-образной формы. Верхняя подполость 8053a может быть выполнена дополняющей нижнюю подполость 8053b, при этом каждая из них имеет по существу V-образное поперечное сечение; одна является зеркальным отражением другой с противоположных сторон мембраны 8054 (см., например, фиг. 50).

В дополнение к предотвращению полного перекрытия мембраной 8054 входа и выхода 8055, 8056 для суспензии во время максимальной деформации мембраны вниз, как отмечалось ранее в этом документе, желоб 8053c также, предпочтительно, способствует более высоким скоростям потока суспензии в нем через аккумулятор 8050, чтобы помочь перемещать тяжелый осадок/твердые вещества, захваченные суспензией, через аккумулятор, когда она протекает между входом 8055 для суспензии и выходом 8056 для суспензии. Это также помогает предотвратить скопление или отложение осадка/твердых веществ между циклами обработки суспензии.

Аккумулятор 8050 является устройством накопления энергии и работает обычным образом. При работе суспензия протекает через подполость 8053b, в то время как подполость 8053a удерживает объем сжатого газа. Если в контуре 8002 рециркуляции суспензии возникает скачок давления, то избыточное давление, которое деформирует мембрану 8054 (в направлении газовой подполости 8053a), поглощает импульс давления и поддерживает сравнительно постоянное давление в контуре. Если давление суспензии в контуре упадет ниже давления предварительного заполнения аккумулятора, мембрана переместится к подполости 8053b для суспензии, чтобы увеличить давление суспензии в проточном контуре. Сравнительно постоянное давление, поддерживаемое аккумулятором в контуре 8002 рециркуляции суспензии, повышает общую точность измерений плотности суспензии устройствами измерения плотности в контуре.

Основные и рециркуляционные насосы для суспензии

Теперь будут дополнительно описаны основной насос 7081 для суспензии показанный на фиг. 3-4, и насос 7080 для рециркуляции суспензии, показанный на фиг. 4 и 35, который обеспечивает циркуляцию потока суспензии через замкнутый контур 8002 рециркуляции суспензии. В одном варианте осуществления изобретения нагнетательный насос, такой как пневматический двухмембранный (ПДМ) насос, может быть использован для одного или обоих насосов 7080, 7081 с уникальной конструкцией головки насоса, включающей в себя модификации внутреннего тракта подачи жидкости, сконструированной специально для обработки сельскохозяйственных суспензий, таких как суспензии пробы почвы или другие, в которых тяжелые твердые вещества или осадочный компонент суспензии имеют тенденцию легко выпадать из суспензии. Для сравнения, этот тип суспензии в некоторой степени аналогичен суспензиям из воды и песка. Для таких суспензий стандартные, имеющиеся в продаже насосы типа ПДМ «в готовом виде» подвержены сильному накоплению осадка или отложений в нижней части насосных камер. Эти отложения осадка создают ограничения потока и снижают производительность перекачки, что отрицательно сказывается на производительности перекачки. Очистка насоса между пробами также становится значительно сложнее, поскольку осадок не так легко попадает в поток при промывке в процессе очистки.

Настоящий ПДМ-насос 7080 с инновационными конструктивными решениями, выполненный с возможностью минимизации или устранения скоплений осадка в насосных камерах, преодолевает недостатки вышеупомянутых стандартных ПДМ-насосов для перекачки суспензий, содержащих тяжелые частицы или твердые вещества, таких как суспензии почвы.

Для удобства ПДМ-насос для суспензии будет описан со ссылкой на насос для рециркуляции суспензии, учитывая, что то же самое описание насоса применимо к основному насосу 7081 для суспензии, если используется та же конструкция. Однако следует понимать, что в некоторых других реализациях систем обработки суспензии могут быть использованы насосы другого типа либо в качестве насоса 7080, либо в качестве насоса 7081.

На фиг. 64-70 показаны особенности ПДМ-насоса 7080 для рециркуляции суспензии в контуре 8002 рециркуляции суспензии в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 64 и 65 приведены последовательные виды в поперечном разрезе, показывающие внутреннее устройство и работу насоса с внутренними путями потока суспензии во время ходов насоса. На этих фигурах насос изображен в его нормальном вертикальном рабочем положении.

Как показано на фиг. 64-70, прежде всего насос 7080 для рециркуляции суспензии обычно содержит корпус 8200 насоса, имеющий верхний конец 8210, нижний конец 8211, противоположные правую и левую боковые стороны 8212a, 8212b и вертикальную продольную ось LA, проходящую через геометрический центр корпуса насоса для удобства описания. С противоположных сторон продольной оси LA образованы правая и левая насосные камеры 8201, 8202.

Впускной коллектор 8203 и выпускной коллектор 8204 соединены с противоположными верхним и нижним концами 8210, 8211 корпуса. Каждый коллектор содержит внутренний проточный канал для приема суспензии из контура 8002 рециркуляции суспензии в насос 7080 или выпуска/возврата суспензии обратно в контур из насоса. Впускной коллектор 8203 содержит один вход 8203a и пару впускных каналов 8203b, каждый из которых сообщается по текучей среде с одним из двух впускных запорных клапанов 8220. Впускной коллектор раздваивает или разделяет и распределяет входной поток суспензии из контура 8002 рециркуляции в каждую насосную камеру 8201, 8202. Выпускной коллектор 8204 содержит один выход 8204a и пару выпускных каналов 8204b, каждый из которых сообщается по текучей среде с одним из выпускных запорных клапанов 8221. И наоборот, выпускной коллектор объединяет суспензию из каждой насосной камеры 8201, 8202 и возвращает объединенный поток в контур 8002 рециркуляции из выхода насоса. В одном варианте осуществления изобретения вышеупомянутые каналы впускного и выпускного коллекторов могут иметь цилиндрическую форму с круглым поперечным сечением.

Насос 7080 для рециркуляции суспензии также содержит правую и левую головки 8230a, 8230b насоса, соединенные с возможностью отсоединения с корпусом 8200 насоса сбоку, примыкая к правой и левой насосным камерам 8201, 8202 (см., например, фиг. 64-65). В одном варианте осуществления изобретения головки насоса могут иметь одинаковую конфигурацию и могут быть выполнены с возможностью выполнения как функции обеспечения прохождения потока, так и функции закрытия для насосных камер, как описано ниже.

Функция обеспечения прохождения потока каждой насосной головки 8230a, 8230b обеспечивается несколькими сообщающимися между собой по текучей среде внутренними проточными каналами, представляющими собой продольный проточный канал 8231, сообщающийся по текучей среде с впускным и выпускным коллекторами 8203, 8204, верхним каналом 8232 для выпуска воздуха и нижним каналом 8233 для обмена суспензией. Как показано, верхний канал для выпуска воздуха и нижний канал для обмена суспензией, в свою очередь, сообщаются по текучей среде с соответствующим продольным проточным каналом и правой насосной камерой 8201 или второй насосной камерой 8202. Следует отметить, что продольные проточные каналы 8231 соединены с насосными камерами 8201, 8202 только через верхний канал для выпуска воздуха и нижний канал для обмена суспензией 8232, 8233. В одном варианте осуществления изобретения все каналы могут иметь удлиненную конфигурацию (т.е. их длина больше, чем диаметр), имеющую цилиндрическую форму с круглым поперечным сечением. Следует отметить, что, хотя каналы могут упоминаться как каналы «для выпуска воздуха» и «для обмена суспензией», через каждый из каналов будет проходить некоторое количество суспензии и воздуха на различных этапах цикла работы насоса (например, при наполнении, перекачке, промывке/очистке и продувки воздухом).

В одном варианте осуществления изобретения продольные проточные каналы 8231 головок 8230a, 8230b насоса могут быть ориентированы вертикально и параллельно вертикальной продольной оси LA насоса 7080. Такая ориентация предотвращает накопление осадка из суспензии внутри каналов. Верхние каналы 8232 для выпуска воздуха и нижние каналы 8233 для обмена суспензией могут быть ориентированы поперечно продольным каналам 8231. В одном варианте осуществления изобретения верхние каналы для выпуска воздуха и нижние каналы для обмена суспензией могут быть ориентированы перпендикулярно продольным каналам. Верхние каналы 8232 для выпуска воздуха могут иметь меньший диаметр, чем нижние каналы 8233 для обмена суспензией, из-за функции этих проточных каналов. Верхние каналы 8232 для выпуска воздуха сообщаются по текучей среде с верхней концевой частью насосных камер 8201, 8202 для вытеснения захваченного в камерах воздуха в продольные проточные каналы 8231 во время хода нагнетания. Нижние каналы 8233 для обмена суспензией сообщаются по текучей среде с нижней концевой частью насосных камер для обратного выпуска осадка из камер во время хода нагнетания. Предпочтительно, это предотвращает накопление тяжелого осадка в суспензии в камерах под действием силы тяжести, что сохраняет производительность перекачки за счет устранения ограничений потока, вызванных накоплением осадка. Следовательно, нижние каналы 8233 для обмена суспензией могут иметь больший диаметр, чем верхние каналы 8232 для выпуска воздуха, и они предназначены для двунаправленного/двустороннего потока во время ходов насоса. Суспензия втягивается в насосные камеры через нижние каналы для обмена суспензией в одном направлении во время хода всасывания насоса и выталкивается обратно из камеры в противоположном направлении во время хода выпуска или нагнетания, унося любые тяжелые частицы или осадок, захваченные суспензией, из насосных камер 8201, 8202 вместе с суспензией. Следовательно, верхние каналы 8232 для выпуска воздуха могут иметь меньший диаметр, поскольку их основная функция заключается в удалении воздуха, захваченного в камерах во время хода выпуска (хотя вместе с воздухом может удаляться некоторое небольшое количество суспензии). Верхние каналы для выпуска воздуха меньшего диаметра обеспечивают во время хода нагнетания в первую очередь вытеснение воздуха из насосных камер, особенно во время запуска насоса и начала цикла перекачки, а не суспензии, чтобы удалить какой-либо остаточный воздух, скопившийся в насосных камерах, когда он не работает. Как только воздух будет удален из насосной системы и насосных камер, эти каналы 8232, 8233 будут передавать (т.е. обменивать) между продольными каналами 8231 в головках насоса и насосными камерами 8201, 8202 в основном суспензию.

Следует отметить, что наличие внутренних проточных каналов (каналов 8231-8233) отличает настоящий ПДМ-насос 7080 от обычных насосов аналогичного типа, в которых для закрытия насосных камер используется только простая закрывающая крышка или пластина без внутренних проточных каналов. В таких известных конструкциях мембраны 8241 совершают возвратно-поступательные движения полностью внутри насосных камер. Однако в настоящей конструкции ПДМ-насоса мембраны не входят в продольные каналы 8231. Как насосные камеры, так и мембраны физически отделены/изолированы от продольных каналов, выполненных в головках насосов, перегородкой 8231a, образованной из материала самих головок 8230a, 8230b насосов (см., например, фиг. 64). Другими словами, перегородка выполнена как единое целое с корпусами головок насоса.

В некоторых вариантах осуществления изобретения вход 8232а, 8233а каждого верхнего канала 8232 для выпуска воздуха и нижнего канала 8233 для обмена суспензией в первую насосную камеру может содержать вогнутое углубление для облегчения вытеснения суспензии и осадка, находящегося в суспензии, наружу из первой насосной камеры (см., например, фиг. 69-70). В частности, по меньшей мере нижний канал для обмена суспензией, предпочтительно, может содержать вогнутое углубление, поскольку большая часть суспензии, поступающей в насосные камеры 8201, 8202 и выходящей из них, проходит через канал 8233 с продольным каналом 8231 в головках 8230a, 8230b насоса. С этой целью вогнутое углубление, связанное с нижним каналом 8233 для обмена суспензией, может проходить до самого дна насосных камер (см., например, фиг. 70), чтобы избежать каких-либо мертвых зон на дне камер, где может скапливаться тяжелый осадок во время повторяющихся циклов перекачки суспензии. Однако в других вариантах осуществления изобретения входы в каналы могут не иметь вогнутого углубления.

Функция закрытия насосной камеры представляет собой следующее: головки 8230a, 8230b насоса выполнены с возможностью полностью закрывать внутреннюю вогнутость 8234a насосных камер 8201, 8202, образованную в корпусе 8200 насоса. В головках насосов образована наружная вогнутость 8234b насосных камер. Соответственно, каждая из головок насоса содержит составляющую ее неотъемлемую часть наружную вогнутость, которая объединяется с соответствующей ей внутренней вогнутостью корпуса 8200 насоса, образуя общий непрерывный суммарный объем, который в совокупности образует каждую из насосных камер 8230a, 8230b. Вогнутости 8234a, 8234b могут быть выполнены взаимодополняющими, так что каждая из них имеет дугообразно изогнутую стенку 8234c, которая может представлять собой зеркальное отражение противоположной изогнутой стенки, как показано на фиг. 64-65. В одном варианте осуществления изобретения верхние каналы 8232 для выпуска воздуха и нижние каналы 8233 для обмена суспензией проходят через дугообразно изогнутые стенки 8234с наружных вогнутостей 8234b головок насосов (см., например, фиг. 64, 65, 68 и 70). Стенки 8234с физически отделяют продольные проточные каналы 8231 головок насосов от насосных камер 8201, 8202.

В одном варианте осуществления изобретения головки 8230a, 8230b насоса могут быть выполнены из цельной монолитной детали или блока из металлического или неметаллического (например, пластмассового) материала, который образует корпус головок насоса. Продольные каналы 8231, верхний канал 8232 для выпуска воздуха и нижний канал 8233 для обмена суспензией, описанные ранее в этом документе, могут быть выполнены как неотъемлемая часть в блоке посредством формования, отливки и/или механической обработки (например, сверления/растачивания), частично в зависимости от типа используемого материала и способа изготовления (например, литье, ковка, формовка под давлением и т.д.). Следовательно, каналы 8231-8233 могут иметь цилиндрическую конфигурацию, имеющую соответствующую круглую форму поперечного сечения, образующую отдельные каналы, которые отделены от насосных камер 8201, 8202 и не являются их частью. Другими словами, суспензия поступает или выходит из насосных камер только через каналы 8231-8233, а не непосредственно из впускного или выпускного коллекторов 8203, 8204, в отличие от предыдущих конструкций ПДМ-насосов. Головки 8230a, 8230b насоса выполнены с возможностью крепления с возможностью отсоединения к корпусу насоса для обеспечения доступа к мембранам для замены и другого технического обслуживания насоса. В одном варианте осуществления изобретения головки насоса могут быть соединены с корпусом 8200 насоса с помощью резьбовых крепежных элементов 8235 (фиг. 67).

ПДМ-насос 7080 для рециркуляции суспензии также включает в себя рабочий или перекачивающий механизм, включающий в себя перемещаемый в боковом направлении рабочий шток 8240, содержащий упругодеформируемую мембрану 8241, прикрепленную к каждому из противоположных концов штока. В каждой из насосных камер 8201, 8202 расположено по одной мембране. Шток 8240 ориентирован перпендикулярно вертикальной продольной оси LA насоса и осуществляет возвратно-поступательное движение вперед и назад (например, влево и вправо) во время ходов насоса. Для мембран 8241 может быть использован любой подходящий упругодеформируемый эластомерный материал. Шток 8240, предпочтительно, выполнен из металла.

Мембраны 8241 имеют в целом круглую дискообразную или кольцевую конфигурацию. В одном варианте осуществления изобретения проходящий по окружности периферийный край 8242 может быть зажат между головками 8230a, 8230b насоса и центральной частью корпуса 8200 насоса (лучше всего показано на фиг. 64-65) для закрепления мембран на месте. Концы рабочего штока 8240 жестко соединены с центральной частью мембран таким образом, что шток может толкать или вытягивать мембраны во время противоположных движений при ходах насоса. Для мембраны может быть использован любой подходящий коммерчески доступный упругодеформируемый полимерный материал со способностью к восстановлению формы.

Насосный механизм приводится в действие посредством системы 8250 распределения воздуха, выполненной с возможностью попеременного нагнетания воздуха в насосные камеры 8201, 8202 или извлечения его из них для перемещения вала вперед-назад во время возвратно-поступательных ходов насоса. На фиг. 64-65 схематично показана система распределения воздуха. Система распределения воздуха включает в себя источник 8252 сжатого воздуха, сообщающийся по текучей среде с каждой из камер 8201, 8202 через воздуховод 8251, который действует как для подачи воздуха в одну из камер во время хода нагнетания, так и для одновременного выпуска воздуха из другой камеры во время обратного хода, и наоборот (см. пунктирные стрелки направления воздушного потока). Можно использовать любую подходящую имеющуюся в продаже пневматическую систему распределения (сжатого воздуха), обычно используемую с ПДМ-насосами.

В каждой насосной головке 8230a, 8230b предусмотрено два комплекта запорных клапанов 8260a, 8260b для попеременного регулирования потока суспензии в продольные проточные каналы 8231 или из них. Как показано на фиг. 64-70, впускной запорный клапан 8260a находится между каждым проточным каналом 8231 и впускным коллектором 8203. Выпускной запорный клапан 8260b находится между каждым продольным проточным каналом и выпускным коллектором 8204. Впускные запорные клапаны прикреплены с возможностью отсоединения к верхнему концу головок насоса, например, с помощью резьбовых крепежных элементов 8267, а выпускные обратные клапаны аналогичным образом прикреплены к нижнему концу головок насосов.

Запорные клапаны 8260a, 8260b в одном варианте могут представлять собой запорные клапаны шарового типа. Каждый из шаровых запорных клапанов обычно включает в себя шар 8261, клетку 8263 для шара и корпус 8265 клапана, образующий внутренний канал 8262, который полностью проходит через каждый конец клапана для сообщения с продольными проточными каналами 8231 головки насоса и проточными каналами впускного и выпускного коллекторов 8203, 8204 (см., например, на фиг. 64, 65, 68 и 70). Шар и клетка расположены в канале 8262, который может иметь любую подходящую форму. Кольцевое седло 8264 клапана выполнено в каждом корпусе клапана внутри канала 8262 для установки шара и перекрытия одного из каналов. Корпуса 8265 клапанов могут иметь любую подходящую многоугольную или не многоугольную конфигурацию. Каждый корпус 8265 клапана может быть выполнен из подходящего металлического или неметаллического (например, пластикового) материала и может иметь монолитную конструкцию.

В некоторых вариантах осуществления изобретения может быть предусмотрена пара торцевых пластин 8266, каждая из которых содержит проточное отверстие 8266а. Проточные отверстия 8266a сообщаются по текучей среде с внутренним каналом 8262 корпусов клапанов, как показано на фигуре. Клетка 8263 для шара может быть неподвижно прикреплена к одной из торцевых пластин в каждой паре. Клетки 8263 для шаров в одном варианте осуществления изобретения могут быть образованы разнесенными по окружности и удлиненными в осевом направлении пальцеобразными выступами 8263а. Пальцеобразные выступы ограничивают движение шара 8261. Между пальцеобразными выступами 8263a выполнены отверстия 8263b, чтобы позволить суспензии проходить через запорные клапаны и выходить из них. Клетка для шара выполнена так, что шар примыкает к концевой части пальцеобразных выступов, но не полностью проходит между ними, чтобы отверстия 8263b оставались свободными для прохождения через них суспензии. Следует отметить, что торцевая пластина, включающая в себя клетку 8263, прикреплена к выпускной или выходной стороне запорных клапанов 8260a, 8260b (см., например, фиг. 64-65). Седло 8264 клапана находится на впускной стороне клапанов. Таким образом, как показано, для выпускных запорных клапанов 8260b к одному и тому же концу корпуса клапана может быть прикреплена пара торцевых пластин, уложенных друг на друга.

Теперь со ссылкой на фиг. 64-65 будет кратко изложен процесс или способ перекачки суспензии с использованием насоса 7080 для рециркуляции суспензии, описанного ранее в этом документе. На этих фигурах стрелки потока суспензии показаны сплошными, а стрелки потока воздуха - пунктирными.

Способ в целом включает перемещение рабочего штока 8240 с мембранами 8241 в первом направлении (например, вправо), показанном на фиг. 64. Способ продолжается втягиванием суспензии из впускного коллектора 8203 (сообщающегося с контуром 8002 рециркуляции суспензии на впускной стороне насоса) в насосную камеру 8202 через впускной запорный клапан 8260a, а затем через продольный проточный канал 8231 и нижнее отверстие для обмена суспензией, которые выполнены в левой головке 8230b насоса (см. стрелки потока суспензии с твердым веществом). Суспензия втягивается в нижний конец камеры через канал 8233 для обмена суспензией за счет разрежения, создаваемого на влажной или жидкостной стороне левой мембраны насосной камеры посредством штока 8240, перемещающегося вправо. Шток 8240 перемещается линейно и вбок в этом первом направлении путем приложения давления воздуха к сухой или газовой стороне мембраны 8241 в противоположной правой насосной камере 8201 (см. пунктирные стрелки потока воздуха). Одновременно воздух выпускается из левой насосной камеры 8202 через систему 8250 распределения воздуха.

После того, как суспензия была втянута в левую насосную камеру 8202 благодаря разрежению, созданному внутри камеры перемещением рабочего штока 8240 и мембраны 8241, процесс продолжается перемещением рабочего штока с мембранами во втором, противоположном направлении (например, влево) с помощью системы 8250 распределения воздуха, как показано на фиг. 65. Мембрана 8241 в левой насосной камере 8202 создает давление в суспензии и выталкивает ее обратно из того же нижнего канала 8233 для обмена суспензией (противоположно направлению заполнения камеры) и в продольный проточный канал 8231 в левой головке 8203b насоса. Вытесненная или выпущенная суспензия повторно поступает и затем течет вверх по продольному проточному каналу 8231 через выпускной запорный клапан 8260b и в выпускной коллектор 8204 для выпуска обратно в контур 8002 рециркуляции суспензии.

В то время как суспензия вытесняется из левой насосной камеры 8202, мембрана одновременно вытесняет воздух, который мог быть втянут в камеру во время предыдущего хода насоса для втягивания суспензии, через верхний канал для воздуха и в продольный проточный канал 8231 в левой головке 8230b насоса. Любой воздух, присутствующий в левой насосной камере 8202, имел бы тенденцию подниматься и скапливаться в верхней концевой части камеры 8202, которая по этой причине является местом, где канал для выпуска воздуха сообщается по текучей среде с камерой.

Приводимый в действие воздухом рабочий шток 8240 насоса 7080 быстро совершает возвратно-поступательное движение вправо и влево для повторения описанного выше процесса и перекачивания/циркуляции суспензии через контур 8002 рециркуляции суспензии. Во время тактов впуска и выпуска насоса впускной и выпускной запорные клапаны 8260a, 8260b попеременно открываются и закрываются, как показано на фиг. 64-65. Во время такта впуска для каждой насосной камеры 8201 или 8202 впускной запорный клапан открывается для втягивания суспензии в камеру, в то время как выпускной запорный клапан одновременно закрывается для предотвращения втягивания суспензии обратно в насос из выпускного коллектора 8204. И наоборот, во время хода нагнетания происходит противоположное срабатывание клапана.

Хотя насос 7080 для рециркуляции суспензии описан как пневматический двухмембранный (ПДМ) насос, в одном неограничивающем варианте осуществления изобретения в качестве альтернативы может быть использован электрический двухмембранный (ЭДМ) насос со специально сконфигурированными головками насоса, описанными в этом документе. В электрических двухмембранных насосах используется электродвигатель и зубчатый или кулачковый механизм для поперечного перемещения узла рабочий шток - мембрана, и такие насосы хорошо известны в данной области техники без излишних уточнений.

Хотя в одном неограничивающем варианте осуществления изобретения насос 7080 для рециркуляции суспензии описан как двухмембранный пневматический насос (ПДМ), в других вариантах осуществления изобретения насос может быть пневматическим или электрическим одномембранным насосом, имеющим одну головку насоса, насосную камеру и мембрану, приводимую в действие рабочим штоком, который может перемещаться линейно или с возможностью вращения для обеспечения нагнетающего действия мембраны. В других вариантах осуществления изобретения в насосе для рециркуляции суспензии может быть использовано более двух мембран. В качестве альтернативы может быть использован электрический двухмембранный (ЭДМ) насос со специально сконфигурированными головками насоса, описанными в этом документе. Шток с электрическим приводом может приводиться в движение с использованием электродвигателя, который может включать в себя зубчатое колесо и/или кулачковый механизм для приведения в действие мембраны.

Фильтрующий блок тонкой очистки

Возвращаясь к фиг. 34-35, фильтрующий блок 8080 тонкой очистки в контуре 8002 рециркуляции суспензии может представлять собой любой из фильтрующих блоков 8050 или 8060 тонкой очистки, ранее описанных в этом документе. Фильтрующие сетки этих блоков выполнены с возможностью отфильтровывания более крупных твердых частиц или осадка в суспензии такого размера, которые не способствуют дальнейшей обработке суспензии и анализу в подсистеме 3003 химического анализа и ее компонентах, которые могут включать в себя различные микрофлюидные обрабатывающие дисковые устройства, имеющие чрезвычайно малые размеры проточных каналов или проходов, легко забивающиеся такими крупными частицами. В отличие от этого, фильтрующий блок 8020 грубой очистки имеет такой размер отверстий в сетке, чтобы препятствовать попаданию мусора из сельскохозяйственной суспензии в контур 8002 рециркуляции суспензии и устройства, находящиеся в нем, как описано ранее в этом документе.

Устройство измерения плотности суспензии

Устройство 8070 измерения плотности суспензии в контуре 8002 рециркуляции суспензии может представлять собой, предпочтительно, цифровой измеритель плотности любого подходящего типа, предназначенный для измерения плотности суспензии в условиях динамического потока, когда суспензия циркулирует по контуру 8002 рециркуляции суспензии, и в условиях статического потока. В некоторых вариантах осуществления изобретения устройство 8070 может представлять собой любое из ранее раскрытых вариантов устройства 7010 измерения плотности с U-образной колебательной трубкой. Однако могут быть использованы и другие цифровые измерители плотности.

Устройство измерения плотности частиц сельскохозяйственных твердых веществ

Устройство 8060 измерения плотности частиц сельскохозяйственных твердых веществ (ЧСТВ) в контуре 8002 рециркуляции суспензии может представлять собой любое цифровое устройство, пригодное для измерения плотности твердых веществ или компонента в виде частиц водной сельскохозяйственной суспензии. Данные о плотности, измеренные датчиками, связанными с устройством 8060, могут быть использованы в сочетании с измерениями общей плотности суспензии, полученными от устройства 8070 измерения плотности суспензии, для характеристики соотношения воды и твердых веществ (вода/твердые вещества) в суспензии, циркулирующей по контуру 8002 рециркуляции суспензии. Затем эта информация может быть использована для определения соответствующего количества воды, которое необходимо отмерить и добавить в суспензию с помощью устройства 8030 перемешивания для достижения целевого соотношения воды и твердых веществ в суспензии для последующей обработки в подсистеме химического анализа. Любой подходящий коммерчески доступный продукт или электронные схемы и связанные с ними датчики могут быть использованы для устройства 8060 измерения плотности частиц, например, помимо прочего, такие схемы и связанные с ними датчики, используемые в SmartFirmer от Precision Planting, LLC из Тремонта, Иллинойс, который описан в публикациях WO2014/153157, WO2014/186810, WO2015/171908, US20180168094, WO2019070617 и/или WO2020161566.

Приборы, устройства и компоненты, описанные в этом документе, могут быть изготовлены из любых подходящих металлических материалов, неметаллических материалов (например, пластика) и их комбинаций, пригодных для описанного в этом документе применения и предполагаемых условий эксплуатации.

В некоторых вариантах осуществления изобретения основной насос 7081 для суспензии, ранее описанный в этом документе, может иметь такую же конфигурацию, что описанный выше насос 7080 для рециркуляции суспензии, и также представлять собой пневматический двухмембранный насос (ПДМ). Соответственно, такая конструкция насоса ПДМ, раскрытая в данном документе, может быть использована либо для основного насоса для суспензии, либо для рециркуляционного насоса.

Примеры

Ниже приведены неограничивающие примеры.

Пример 1 - система подготовки сельскохозяйственных проб, содержащая: смесительное устройство, сообщенное по текучей среде с источником воды, причем смесительное устройство предназначено для и выполнено с возможностью приема сельскохозяйственной пробы и смешивания пробы с водой для получения суспензии;

устройство перемешивания, сообщенное по текучей среде с первым смесительным устройством, причем устройство перемешивания выполнено с возможностью приема и поддержания суспензии во взболтанном перемешанном состоянии; и

устройство измерения плотности, сообщенное по текучей среде с устройством перемешивания, причем устройство измерения плотности предназначено для приема суспензии и выполнено с возможностью измерения плотности суспензии.

Пример 2 - система по примеру 1, которая дополнительно содержит замкнутый контур рециркуляции суспензии, сообщенный по текучей среде с устройством перемешивания, причем устройство перемешивания содержит камеру перемешивания, которая образует неотъемлемую часть контура рециркуляции суспензии.

Пример 3 - система по примеру 2, в которой контур рециркуляции суспензии содержит насос для рециркуляции суспензии, предназначенный для обеспечения циркуляции суспензии через контур рециркуляции суспензии, включающий в себя устройство перемешивания.

Пример 4 - система по примеру 3, в которой контур рециркуляции суспензии изолирован по текучей среде от смесительного устройства, когда суспензия циркулирует по контуру рециркуляции суспензии.

Пример 5 - система по примеру 3 или 4, в которой контур рециркуляции суспензии содержит устройство измерения плотности.

Пример 6 - система по примеру 5, в которой устройство измерения плотности представляет собой вибрационный измеритель плотности с U-образной трубкой, выполненный с возможностью измерения суспензии в динамическом состоянии протекания через измеритель или в статическом состоянии.

Пример 7 - система по любому из примеров 2-6, в которой контур рециркуляции суспензии сообщен по текучей среде с подсистемой анализа суспензии, выполненной с возможностью анализа суспензии на наличие аналита.

Пример 8 - система по примеру 7, в которой аналит обладает свойством, имеющим сельскохозяйственное значение.

Пример 9 - система по примеру 7 или 8, в которой контур рециркуляции суспензии дополнительно содержит фильтрующий блок тонкой очистки, сообщенный по текучей среде с подсистемой анализа суспензии, причем фильтрующий блок тонкой очистки предназначен для пропускания суспензии, имеющей заданный максимальный размер частиц.

Пример 10 - система по любому из примеров 1-9, которая дополнительно содержит фильтрующий блок грубой очистки, подсоединенный по текучей среде между смесительным устройством и устройством перемешивания, причем фильтрующий блок грубой очистки выполнен с возможностью удаления крупных частиц из суспензии, поступающей в устройство перемешивания из смесительного устройства.

Пример 11 - система по примеру 10, в которой фильтрующий блок грубой очистки включает в себя вход для воздуха под давлением и вход для воды под давлением, которые вместе образуют барботер для удаления крупных частиц с фильтрующей сетки фильтрующего блока грубой очистки.

Пример 12 - система по любому из примеров 3-11, в которой контур рециркуляции суспензии дополнительно содержит прямоточный аккумулятор, выполненный с возможностью подавления скачков давления, создаваемых насосом для рециркуляции суспензии в контуре рециркуляции суспензии.

Пример 13 - система по примеру 12, в которой аккумулятор содержит:

корпус, образующий удлиненную камеру;

вход для суспензии на первом конце камеры и выход для суспензии на втором конце камеры, причем вход для суспензии и выход для суспензии задают продольную ось потока, проходящую через них; и

упругодеформируемую мембрану, разделяющую камеру на предварительно заполненную газовую часть и суспензионную часть, по которой суспензия проходит от входа к выходу по линейному пути.

Пример 14 - система по примеру 13, в которой площадь поперечного сечения камеры, измеренная поперек продольной оси потока, примерно в тридцать раз превышает площадь поперечного сечения входа и выхода для суспензии.

Пример 15 - система по примеру 2, в которой смесительное устройство содержит смесительную камеру, в которой взбалтывание осуществляется с помощью вращающегося смесительного лопастного механизма, при этом в камере перемешивания устройства перемешивания взбалтывание осуществляется вращающимся перемешивающим лопастным механизмом.

Пример 16 - система по примеру 15, в которой смесительный лопастной механизм предназначен для и выполнен с возможностью сообщения большей энергии и более агрессивного взбалтывания суспензии в смесительном устройстве, чем перемешивающий лопастной механизм в устройстве перемешивания.

Пример 17 - система по примеру 16, которая дополнительно содержит датчик уровня, выполненный с возможностью измерения уровня суспензии в устройстве перемешивания, при этом скорость вращения перемешивающего лопастного механизма контролируется и регулируется на основе уровня суспензии, измеренного датчиком уровня.

Пример 18 - система по любому из примеров 2-17, в которой устройство перемешивания содержит вход для воды, предназначенный для добавления воды в суспензию для разбавления суспензии до целевого соотношения воды и сельскохозяйственных твердых веществ.

Пример 19 - система по любому из примеров 2-18, в которой устройство перемешивания содержит вход для суспензии, предназначенный для приема суспензии из смесительного устройства, вход для рециркуляции суспензии, сообщенный по текучей среде с контуром рециркуляции суспензии, и выход для рециркуляции суспензии, сообщенный по текучей среде с контуром рециркуляции суспензии.

Пример 20 - двухмембранный насос, содержащий: корпус насоса, задающий вертикальную продольную ось и образующий первую и вторую насосные камеры; впускной коллектор и выпускной коллектор, соединенные с корпусом насоса; первую головку насоса, соединенную с корпусом, примыкая к первой насосной камере, причем первая головка насоса содержит продольный проточный канал, отделенный от первой насосной камеры и сообщенный по текучей среде с впускным и выпускным коллекторами, верхний канал для выпуска воздуха и нижний канал для обмена суспензией, при этом каждый из верхнего канала для выпуска воздуха и нижнего канала для обмена суспензией, в свою очередь, соединяет по текучей среде продольный проточный канал с первой насосной камерой; и рабочий шток, соединенный с упругодеформируемой мембраной, причем мембрана расположена в первой насосной камере; при этом шток выполнен с возможностью перемещения во время хода насоса для перекачивания текучей среды через продольный канал первой головки насоса и первую насосную камеру из впускного коллектора в выпускной коллектор; причем верхний канал для выпуска воздуха имеет меньший диаметр, чем нижний канал для обмена суспензией, так что во время хода насоса из первой насосной камеры в первую очередь вытесняется воздух, а не суспензия.

Пример 21 - насос по примеру 20, который дополнительно содержит впускной запорный клапан, сообщенный по текучей среде с нижним концом продольного проточного канала и впускным коллектором, и выпускной запорный клапан, сообщенный по текучей среде с верхним концом продольного проточного канала и выпускным коллектором.

Пример 22 - насос по примеру 20 или 21, в котором мембрана не входит в продольный канал первой головки насоса во время хода насоса.

Пример 23 - насос по любому из примеров 20-22, в котором нижний канал для обмена суспензией предназначен для и выполнен с возможностью обеспечения двунаправленного обмена текучей средой между продольным каналом и первой насосной камерой.

Пример 24 - насос по любому из примеров 20-23, в котором верхний канал для выпуска воздуха и нижний канал для обмена суспензией ориентированы поперечно относительно продольного проточного канала и выполнены как неотъемлемая часть в первой головке насоса.

Пример 25 - насос по примеру 24, в котором продольный проточный канал ориентирован вертикально, а верхний канал для выпуска воздуха и нижний канал для обмена суспензией расположены перпендикулярно продольным проточным каналам.

Пример 26 - насос по любому из примеров 20-25, в котором верхний канал для выпуска воздуха сообщен по текучей среде с верхней концевой частью первой насосной камеры, а нижний канал для обмена суспензией сообщен по текучей среде с нижней концевой частью первой насосной камеры.

Пример 27 - насос по любому из примеров 20-26, в котором отсутствуют другие каналы, соединяющие по текучей среде первую насосную камеру с первым продольным каналом, кроме верхнего канала для выпуска воздуха и нижнего канала для обмена суспензией.

Пример 28 - насос по любому из примеров 20-27, который дополнительно содержит систему распределения воздуха, сообщенную по текучей среде с первой насосной камерой на сухой стороне мембраны, причем система распределения воздуха выполнена с возможностью попеременного нагнетания или отвода воздуха из первой насосной камеры для перемещения штока вперед и назад для перекачки текучей среды.

Пример 29 - насос по любому из примеров 20-28, в котором первая головка насоса содержит составляющую ее неотъемлемую часть наружную вогнутость, имеющую дугообразно изогнутую стенку, которая объединяется с соответствующей ей и дополняющей ее внутренней вогнутостью, имеющей дугообразно изогнутую стенку и выполненную как неотъемлемая часть в корпусе насоса, для образования общего объема, который в совокупности образует первую насосную камеру.

Пример 30 - насос по любому из примеров 20-29, в котором верхний канал для выпуска воздуха и нижний канал для обмена суспензией непосредственно сообщены по текучей среде с наружной вогнутостью.

Пример 31 - насос по примеру 29 или 30, в котором дугообразно изогнутая стенка внутренней вогнутости является зеркальным отражением дугообразно изогнутой стенки наружной вогнутости.

Пример 31A - насос по любому из примеров 20-30, в котором продольный проточный канал, верхний канал для выпуска воздуха и нижний канал для обмена суспензией имеют цилиндрическую конфигурацию с круглым поперечным сечением.

Пример 32 - насос по любому из примеров 20-31A, в котором продольный проточный канал физически отделен от первой насосной камеры перегородкой, выполненной как единое целое с корпусом первой головки насоса.

Пример 33 - насос по любому из примеров 20-32, который представляет собой двухмембранный насос, дополнительно содержащий: вторую головку насоса, соединенную с корпусом, примыкая ко второй насосной камере, причем вторая головка насоса содержит второй продольный проточный канал, отделенный от второй насосной камеры и сообщенный по текучей среде с впускным и выпускным коллекторами, второй верхний канал для выпуска воздуха и второй нижний канал для обмена суспензией, при этом каждый из второго верхнего канала для выпуска воздуха и второго нижнего канала для обмена суспензией, в свою очередь, соединяет по текучей среде второй продольный проточный канал со второй насосной камерой; при этом рабочий шток выполнен с возможностью линейного перемещения и соединен с упругодеформируемой второй мембраной, причем вторая мембрана расположена во второй насосной камере; при этом шток выполнен с возможностью перемещения взад и вперед при возвратно-поступательном ходе насоса для перекачивания текучей среды попеременно через продольный канал первой головки насоса и второй продольный канал второй головки насоса из первой и второй насосных камер.

Пример 34 - способ перекачки суспензии, включающий: обеспечение двухмембранного насоса для суспензии, содержащего вертикальную продольную ось, первую и вторую насосные камеры, первую и вторую головки насоса, образующие первую и вторую насосные камеры соответственно, и перемещаемый рабочий шток, содержащий упругодеформируемую мембрану, соединенную с каждым из противоположных концов штока, при этом по одной мембране находится в каждой из первой и второй насосных камер; перемещение рабочего штока в первом направлении во время хода всасывания; втягивание суспензии из впускного коллектора в первую насосную камеру через продольный канал первой головки насоса и нижний канал для обмена суспензией, каждый из которых выполнен в первой головке насоса отдельно от первой насосной камеры; перемещение рабочего штока во втором направлении во время хода нагнетания; и вытеснение суспензии обратно через нижний канал для обмена суспензией во время хода нагнетания из первой насосной камеры обратно в продольный канал первой насосной головки, одновременно вытесняя воздух из первой насосной камеры в продольный канал первой насосной головки через верхний канал для выпуска воздуха; и вытеснение воздуха из первой насосной камеры через верхний канал для выпуска воздуха во время хода нагнетания в продольный проточный канал первой головки насоса одновременно с этапом вытеснения суспензии; при этом верхний канал для выпуска воздуха имеет меньший диаметр, чем нижний канал для обмена суспензией, так что из первой насосной камеры в первую очередь вытесняют воздух, а не суспензию.

Пример 35 - способ по примеру 34, в котором этап вытеснения дополнительно включает пропускание суспензии через продольный канал первой головки насоса в выпускной коллектор.

Пример 36 - способ по примеру 35, в котором суспензия поступает в выпускной коллектор через выпускной запорный клапан.

Пример 37 - способ по примеру 35 или 36, в котором этап втягивания дополнительно включает втягивание суспензии сначала через продольный проточный канал из впускного коллектора перед втягиванием суспензии через нижний канал для обмена суспензией в первую насосную камеру.

Пример 38 - способ по любому из примеров 35-37, в котором верхний канал для выпуска воздуха соединяет по текучей среде продольный проточный канал первой головки насоса непосредственно с верхней частью первой насосной камеры, а нижний канал для обмена суспензией соединяет по текучей среде продольный проточный канал первой головки насоса непосредственно с нижней частью первой насосной камеры.

Пример 38A - способ по примеру 38, в котором отсутствуют другие каналы, соединяющие по текучей среде первую насосную камеру с продольным каналом первой головки насоса, кроме верхнего канала для выпуска воздуха и нижнего канала для обмена суспензией.

Пример 39 - способ по любому из примеров 34-38A, в котором на этапе втягивания суспензию втягивают из впускного коллектора через впускной запорный клапан.

Пример 40 - способ по любому из примеров 34-39, в котором этап перемещения рабочего штока во втором направлении включает перемещение мембраны в первой насосной камере по направлению к первой головке насоса, а этап перемещения рабочего штока в первом направлении включает перемещение мембраны в первой насосной камере от первой головки насоса в противоположном направлении.

Пример 41 - способ по любому из примеров 34-40, который дополнительно включает втягивание суспензии из впускного коллектора во вторую насосную камеру через продольный проточный канал и нижний канал для обмена суспензией, выполненные во второй головке насоса, одновременно с этапом вытеснения суспензии обратно через нижний канал для обмена суспензией в первую головку насоса.

Пример 42 - способ по любому из примеров 34-41, в котором шток перемещают путем подачи сжатого воздуха на мембраны в первой или второй насосной камере, который деформирует мембраны для перемещения штока.

Пример 42A - способ по примеру 34, в котором продольный канал ориентирован вертикально и является удлиненным, а впускной и выпускной коллекторы ориентированы горизонтально и являются удлиненными.

Пример 42B - способ по примеру 42, в котором во время этапа втягивания суспензии суспензия течет вверх по продольному каналу, при этом во время этапа вытеснения суспензии суспензия течет вниз по продольному каналу.

Пример 42C - способ по примеру 34, в котором вход каждого из нижних каналов для обмена суспензией в первую насосную камеру содержит вогнутое углубление для облегчения вытеснения осадка, захваченного суспензией, наружу из первой насосной камеры.

Пример 43 - способ формирования и обработки сельскохозяйственной суспензии, включающий добавление воды и сельскохозяйственных твердых веществ в смесительную камеру смесительного устройства; взбалтывание воды и сельскохозяйственных твердых веществ с помощью смесительного устройства для образования суспензии; выпуск суспензии в проточный канал; создание давления в проточном канале для подачи суспензии в фильтрующий блок, содержащий фильтрующую сетку; фильтрацию суспензии посредством фильтрующей сетки для удаления частиц суспензии, размер которых превышает предварительно заданный размер частиц; и выпуск отфильтрованной суспензии из фильтрующего блока.

Пример 44 - способ по примеру 43, который дополнительно включает нагнетание сжатого воздуха и воды под давлением в фильтрующий блок во время этапа фильтрации.

Пример 45 - способ по примеру 44, в котором этап фильтрации включает пропускание суспензии через фильтрующую сетку в первом направлении и пропускание сжатого воздуха и воды под давлением через фильтрующую сетку во втором направлении, противоположном направлению пропускания суспензии.

Пример 46 - способ по примеру 45, в котором суспензию направляют в первую полость фильтрующего блока с первой стороны фильтрующей сетки, а сжатый воздух и воду под давлением впрыскивают во вторую полость фильтрующего блока со второй стороны сетки, противоположной первой стороне.

Пример 47 - способ по примеру 46, в котором фильтрующий блок содержит вход для суспензии, выполненный с возможностью пропускания суспензии по линейному пути потока через первую полость, выход для отходов, выполненный с возможностью выпуска крупных частиц из первой полости по тому же линейному пути потока, и выход для суспензии, выполненный с возможностью выпуска отфильтрованной суспензии в направлении, поперечном линейному пути потока.

Пример 48 - способ по любому из примеров 43-47, в котором суспензию направляют в фильтрующий блок в направлении, параллельном направлению, в котором выпускают отфильтрованную суспензию.

Пример 49 - способ по любому из примеров 43-48, в котором смесительное устройство изолировано по текучей среде от проточного канала во время этапа создания давления.

Пример 50 - линейный аккумулятор для снижения давления в системе проточных каналов для суспензии, содержащий: корпус, образующий удлиненную камеру; вход для суспензии на первом конце камеры и выход для суспензии на втором конце камеры, причем вход для суспензии и выход для суспензии расположены соосно и задают продольную ось потока, проходящую через них; и упругодеформируемую мембрану, разделяющую камеру на предварительно заполненную газовую часть и суспензионную часть, по которой суспензия проходит от входа к выходу по линейному пути; при этом мембрана выполнена с возможностью деформирования из-за увеличения или уменьшения давления суспензии для поддержания сравнительно постоянного давления в системе проточных каналов для суспензии.

Пример 51 - аккумулятор по примеру 50, который содержит удлиненный в осевом направлении желоб, имеющий вогнутую форму, который проходит между входом для суспензии и выходом для суспензии.

Пример 52 - фильтрующий блок для суспензии, содержащий: корпус, имеющий внутреннюю часть, образующую верхнюю полость и нижнюю полость; фильтрующую сетку, расположенную между верхней и нижней полостями; вход для нефильтрованной суспензии, сообщенный по текучей среде с верхней полостью; выход для отходов, сообщенный по текучей среде с верхней полостью напротив входа для нефильтрованной суспензии, который задает входной путь потока суспензии в верхней полости; выход для отфильтрованной суспензии, сообщенный по текучей среде с нижней полостью; причем фильтрующий блок выполнен с возможностью пропускания суспензии через фильтрующую сетку из первой полости во вторую в направлении, поперечном входному пути потока суспензии.

Пример 53 - фильтрующий блок для суспензии по примеру 52, в котором входной путь потока суспензии является линейным.

Пример 54 - фильтрующий блок для суспензии по примеру 51 или 52, который дополнительно содержит вход для сжатого воздуха, предназначенный для нагнетания воздуха, и вход для воды под давлением, предназначенный для нагнетания воды, совместно образующие барботер для удаления крупных частиц с фильтрующей сетки.

Пример 55 - фильтрующий блок для суспензии по примеру 54, в котором входы для сжатого воздуха и воды под давлением сообщены по текучей среде с нижней полостью под фильтрующей сеткой.

Пример 56 - фильтрующий блок для суспензии по примеру 55, в котором воздух и вода проходят через фильтрующую сетку в направлении от нижней полости к верхней полости.

Пример 57 - фильтрующий блок для суспензии по любому из примеров 51-56, в котором фильтрующая сетка является удлиненной и дугообразно изогнута в конфигурации, образующей вогнутую сторону, обращенную к верхней полости, и выпуклую сторону, обращенную к нижней полости.

Пример 58 - фильтрующий блок для суспензии по любому из примеров 51-57, в котором вход для нефильтрованной суспензии содержит упругодеформируемую сегментированную трубную муфту, содержащую несколько радиально деформируемых удлиненных пальцев с продольными прорезями, разделяющими пальцы по окружности, причем трубная муфта предназначена для вставки внутрь нее трубки.

Пример 59 - фильтрующий блок для суспензии по любому из примеров 51-58, в котором вход для нефильтрованной суспензии и выход для отфильтрованной суспензии задают соответствующие осевые линии, которые параллельны друг другу.

Пример 60 - устройство перемешивания суспензии, содержащее: удлиненный корпус, задающий вертикальную осевую линию, и камеру перемешивания; вход для суспензии, выполненный с возможностью приема суспензии, вход для рециркуляции суспензии, выполненный с возможностью сообщения по текучей среде с замкнутым контуром рециркуляции суспензии, и выход для рециркуляции суспензии, выполненный с возможностью сообщения по текучей среде с контуром рециркуляции суспензии; и вращающийся лопастной механизм, выполненный с возможностью поддержания суспензии во взболтанном перемешанном состоянии в камере перемешивания.

Пример 61 - устройство перемешивания суспензии по примеру 60, которое дополнительно содержит двигатель, функционально соединенный с лопастным механизмом и выполненный с возможностью вращения лопастного механизма.

Пример 62 - устройство перемешивания суспензии по примеру 60 или 61, в котором лопастной механизм содержит по меньшей мере первый лопастной узел, включающий в себя первый приводной вал, функционально соединенный с двигателем, и первый набор лопастей, жестко соединенных с ним.

Пример 63 - устройство перемешивания суспензии по примеру 62, в котором первый приводной вал ориентирован вертикально, а первый набор лопастей расположен в нижней части камеры для суспензии.

Пример 64 - устройство перемешивания суспензии по примеру 63, которое дополнительно содержит второй лопастной узел, включающий в себя вертикальный второй приводной вал, функционально соединенный с двигателем, и второй набор лопастей, жестко соединенных с ним и расположенных в нижней части камеры для суспензии.

Пример 65 - устройство перемешивания суспензии по примеру 64, в котором первый и второй приводные валы функционально соединены с двигателем посредством зубчатой передачи.

Пример 66 - устройство перемешивания суспензии по примеру 64 или 65, в котором первый лопастной узел выполнен с возможностью вращения в первом направлении вращения, а второй лопастной узел выполнен с возможностью вращения во втором направлении вращения.

Пример 67 - устройство перемешивания суспензии по примеру 66, в котором вход для рециркуляции суспензии выполнен с возможностью подачи суспензии из контура рециркуляции суспензии по касательной к внутренней боковой стенке камеры перемешивания.

Пример 68 - устройство перемешивания суспензии по примеру 67, в котором вход для рециркуляции суспензии дополнительно выполнен с возможностью подачи суспензии в камеру перемешивания в том же направлении, что и второе направление вращения второго лопастного узла.

Пример 69 - устройство перемешивания суспензии по любому из примеров 64-68, в котором камера перемешивания имеет форму восьмерки в поперечном сечении, образуя первую секцию и вторую секцию, разделенные суженной горловиной камеры перемешивания.

Пример 70 - устройство перемешивания суспензии по примеру 69, в котором первый лопастной узел расположен в первой секции камеры перемешивания, а второй лопастной узел расположен во второй секции камеры перемешивания.

Пример 71 - устройство перемешивания суспензии по примеру 69 или 70, в котором выход для рециркуляции суспензии расположен в суженной горловине камеры перемешивания между первой и второй секциями.

Пример 72 - устройство перемешивания суспензии по любому из примеров 60-71, которое дополнительно содержит переливной патрубок, сообщенный по текучей среде с верхним концом камеры перемешивания, и выпускное отверстие для отходов, сообщенное по текучей среде с нижней частью камеры перемешивания.

Пример 73 - устройство перемешивания суспензии по любому из примеров 60-72, которое дополнительно содержит вход для воды, предназначенный для добавления воды в суспензию для разбавления суспензии.

Пример 74 - устройство перемешивания суспензии по любому из примеров 60-73, которое дополнительно содержит датчик уровня, выполненный с возможностью измерения уровня суспензии в камере перемешивания, при этом скорость вращения перемешивающего лопастного механизма контролируется и регулируется на основе уровня суспензии в камере перемешивания, измеренного датчиком уровня.

Пример 75 - устройство перемешивания суспензии по любому из примеров 60-74, в котором корпус устройства перемешивания имеет сегментированную конструкцию, содержащую съемную верхнюю крышку, верхнюю секцию, среднюю секцию и нижнюю секцию.

Дополнительные примеры - Способ формирования/обработки сельскохозяйственной суспензии

1A. Способ формирования и обработки сельскохозяйственной суспензии, включающий: добавление воды и сельскохозяйственных твердых веществ в смесительную камеру смесительного устройства; взбалтывание воды и сельскохозяйственных твердых веществ с первой скоростью с помощью смесительного устройства для образования суспензии; выпуск суспензии из смесительного устройства в фильтрующий блок через проточный канал, соединяющий их по текучей среде; грубую фильтрацию суспензии посредством фильтрующей сетки фильтра грубой очистки для удаления частиц суспензии, размер которых превышает предварительно заданный первый максимальный размер частиц; прием отфильтрованной суспензии из фильтрующего блока в камере перемешивания устройства перемешивания, образующего камеру перемешивания; и взбалтывание суспензии со второй скоростью, отличной от первой скорости в устройстве перемешивания.

2A. Способ по примеру 1А, в котором смесительное устройство включает в себя вращающийся первый лопастной механизм, который вращают во время этапа взбалтывания воды и сельскохозяйственных твердых веществ для образования суспензии, а устройство перемешивания включает в себя вращающийся второй лопастной механизм, который вращают во время этапа взбалтывания суспензии.

3A. Способ по примеру 1А или 2А, в котором первая скорость выше, чем вторая скорость.

4A. Способ по любому из примеров 1А-3А, в котором камера перемешивания устройства перемешивания образует неотъемлемую часть замкнутого контура рециркуляции суспензии, сообщающегося по текучей среде с фильтрующим блоком грубой очистки.

5A. Способ по примеру 4A, в котором контур рециркуляции суспензии содержит насос для рециркуляции суспензии, выполненный с возможностью обеспечения циркуляции суспензии через контур рециркуляции суспензии и устройство перемешивания.

6A. Способ по примеру 5A, в котором контур рециркуляции суспензии изолирован по текучей среде от смесительного устройства, когда суспензия циркулирует по контуру рециркуляции суспензии.

7A. Способ по примеру 5А или 6А, в котором устройство перемешивания предназначено для поддержания суспензии в перемешанном однородном состоянии, когда суспензия циркулирует по контуру рециркуляции суспензии.

8A. Способ по примеру 7А, который дополнительно включает измерение плотности суспензии в перемешанном гомогенном состоянии одновременно с циркуляцией суспензии по контуру рециркуляции суспензии.

9A. Способ по примеру 8А, в котором контур рециркуляции суспензии содержит устройство измерения плотности, выполненное с возможностью измерения плотности суспензии.

10A. Способ по примеру 9A, в котором устройство измерения плотности представляет собой вибрационный измеритель плотности с U-образной трубкой, выполненный с возможностью измерения суспензии в динамическом состоянии протекания через измеритель или в статическом состоянии.

11A. Способ по любому из примеров 1A-10A, в котором контур рециркуляции суспензии сообщен по текучей среде с подсистемой химического анализа суспензии, выполненной с возможностью анализа суспензии на наличие аналита, имеющего сельскохозяйственное значение.

12A. Способ по примеру 11А, который дополнительно включает тонкую фильтрацию суспензии посредством фильтрующего блока тонкой очистки, расположенного в контуре рециркуляции суспензии, перед этапом подачи отфильтрованной суспензии из фильтрующего блока тонкой очистки в подсистему химического анализа суспензии.

13A. Способ по примеру 12А, в котором фильтрующий блок тонкой очистки выполнен с возможностью удаления твердых частиц суспензии, имеющих предварительно заданный второй максимальный размер частиц, меньший, чем предварительно заданный первый максимальный размер частиц фильтрующего блока грубой очистки.

14A. Способ по любому из примеров 1А-13А, который дополнительно включает создание посредством воздуха давления в проточном канале между смесительным устройством и устройством перемешивания для пропускания суспензии через фильтрующий блок грубой очистки в устройство перемешивания.

15A. Способ по примеру 14A, в котором смесительное устройство изолировано по текучей среде от проточного канала во время этапа создания давления.

16A. Способ по примеру 1А, который дополнительно включает введение сжатого воздуха и воды под давлением с образованием аэрированного потока через фильтрующий блок грубой очистки во время этапа грубой фильтрации для предотвращения засорения фильтрующей сетки твердыми частицами, размер которых превышает предварительно заданный первый максимальный размер частиц.

17A. Способ по примеру 16A, в котором этап грубой фильтрации включает пропускание суспензии через фильтрующую сетку в первом направлении и пропускание аэрированного потока через фильтрующую сетку во втором направлении, противоположном первому направлению.

18A. Способ по примеру 17A, в котором суспензию направляют в первую полость фильтрующего блока грубой очистки с первой стороны фильтрующей сетки, а сжатый воздух и воду под давлением впрыскивают во вторую полость фильтрующего блока со второй стороны сетки, противоположной первой стороне.

19A. Способ по примеру 18A, в котором фильтрующий блок грубой очистки содержит вход для суспензии, выполненный с возможностью протекания суспензии по линейной траектории потока через первую полость, выход для отходов, выполненный с возможностью выпуска крупных частиц из первой полости по той же линейной траектории потока, и выход для суспензии, выполненный с возможностью выпуска отфильтрованной суспензии в направлении, поперечном указанной линейной траектории потока.

20A. Способ по любому из примеров 5А-19А, в котором контур рециркуляции суспензии дополнительно содержит аккумулятор, расположенный выше по потоку относительно насоса для суспензии, причем аккумулятор выполнен с возможностью гашения скачков давления в контуре рециркуляции суспензии.

Дополнительные примеры - Аккумулятор

1B. Линейный аккумулятор для снижения давления в системе проточных каналов для суспензии, содержащий: корпус, образующий удлиненную камеру; упругодеформируемую мембрану, разделяющую камеру на верхнюю подполость, предназначенную для предварительного заполнения инертным газом, и нижнюю подполость, предназначенную для прохождения по ней суспензии; при этом нижняя подполость задает геометрическую продольную осевую линию; вход для суспензии, выполненный на первом конце нижней подполости, и выход для суспензии, выполненный на противоположном, втором конце нижней подполости, причем вход для суспензии и выход для суспензии расположены соосно друг с другом и задают продольную ось потока, проходящую между ними; при этом продольная ось потока, задаваемая входом и выходом для суспензии, смещена по вертикали от продольной центральной линии нижней подполости; причем мембрана выполнена с возможностью деформирования из-за увеличения или уменьшения давления суспензии для поддержания постоянного давления в системе проточных каналов для суспензии.

2B. Аккумулятор по примеру 1B, в котором суспензия может протекать через нижнюю подполость от входа для суспензии к выходу суспензии по линейному пути потока.

3B. Аккумулятор по примеру 1B или 2B, в котором нижняя подполость содержит удлиненный в продольном направлении желоб, образованный на дне корпуса в нижней подполости и выполненный с возможностью сбора и перемещения осадка, захваченного в суспензии, через нижнюю подполость по мере протекания суспензии.

4B. Аккумулятор по примеру 3B, в котором желоб полностью проходит по длине корпуса между входом для суспензии и выходом для суспензии.

5B. Аккумулятор по примеру 3B или 4B, в котором желоб соосно выровнен с входом и выходом для суспензии.

6B. Аккумулятор по любому из примеров 3B-5B, в котором желоб имеет полукруглую форму поперечного сечения.

7B. Аккумулятор по примеру 6B, в котором желоб имеет форму поперечного сечения, отличную от формы поперечного сечения нижней подполости.

8B. Аккумулятор по примеру 7B, в котором нижняя подполость имеет по существу V-образную форму поперечного сечения.

9B. Аккумулятор по любому из примеров 3B-8B, в котором нижняя подполость образована наклонными и сходящимися дугообразно изогнутыми вогнутыми боковыми стенками корпуса аккумулятора, которые пересекают желоб.

10B. Аккумулятор по любому из примеров 1B-9B, в котором вход для суспензии и выход для суспензии расположены на дне нижней подполости.

11B. Аккумулятор по примеру 1B, в котором нижняя подполость имеет такую площадь поперечного сечения, которая не более чем в 30 раз превышает минимальную площадь поперечного сечения входа для суспензии или выхода для суспензии аккумулятора.

12B. Аккумулятор по примеру 11B, в котором вход для суспензии и выход для суспензии имеют одинаковую площадь поперечного сечения.

13B. Аккумулятор по примеру 1B, в котором нижняя подполость имеет по существу V-образную форму поперечного сечения.

14B. Аккумулятор по примеру 13B, в котором верхняя подполость имеет по существу V-образную форму поперечного сечения, дополняющую форму поперечного сечения нижней подполости.

15B. Аккумулятор по любому из примеров 1B-14B, в котором мембрана зажата между первой и второй полусекциями корпуса, которые соединены друг с другом с возможностью разъединения.

16B. Аккумулятор по примеру 1B, который включает в себя отверстие для подачи сжатого газа, предназначенное для предварительного заполнения верхней подполости инертным газом.

17B. Аккумулятор по любому из примеров 1B-16B, в котором суспензия является сельскохозяйственной суспензией.

18B. Аккумулятор по примеру 17B, в котором сельскохозяйственная суспензия представляет собой суспензию почвы.

Следует отметить, что уникальные признаки, перечисленные в предыдущих примерах 1B-18B и более подробно описанные ранее в этом документе, относятся к аккумулятору, специально выполненному с возможностью успешной обработки суспензий с захваченными/взвешенными твердыми веществами и осадком, такими как суспензии почвы, в отличие от предыдущих конструкций аккумуляторов, которые обрабатывают только жидкости, не содержащие значительного количества взвешенных твердых веществ.

Дополнительные примеры - Фильтрование суспензии

1С. Фильтрующий блок для суспензии, содержащий: Y-образный корпус, имеющий внутреннюю часть, образующую верхнюю полость и нижнюю полость; фильтрующую сетку, расположенную между верхней и нижней полостями; вход для нефильтрованной суспензии, сообщенный по текучей среде с верхней полостью; выход для отходов, сообщенный по текучей среде с верхней полостью напротив входа для нефильтрованной суспензии, который задает входной путь потока суспензии в верхней полости; выход для отфильтрованной суспензии, сообщенный по текучей среде с нижней полостью; при этом фильтрующий блок выполнен с возможностью пропускания суспензии через фильтрующую сетку из первой во вторую полости в направлении, поперечном входному пути потока суспензии.

2С. Фильтрующий блок для суспензии по примеру 1C, в котором входной путь потока суспензии является линейным, так что суспензия течет параллельно длине фильтрующей сетки.

3С. Фильтрующий блок для суспензии по примерам 1C или 2C, который дополнительно содержит вход для сжатого воздуха, предназначенный для нагнетания воздуха, и вход воды под давлением, предназначенный для нагнетания воды, совместно образующие барботер для удаления крупных частиц с фильтрующей сетки.

4С. Фильтрующий блок для суспензии по примеру 3C, в котором входы для сжатого воздуха и воды под давлением сообщены по текучей среде с нижней полостью под фильтрующей сеткой.

5С. Фильтрующий блок для суспензии по примеру 4C, в котором входы для сжатого воздуха и воды под давлением расположены так, чтобы направлять сжатый воздух и воду под давлением вверх через фильтрующую сетку в направлении от нижней полости к верхней полости для удаления крупных частиц с фильтрующей сетки.

6С. Фильтрующий блок для суспензии по примеру 5C, который выполнен так, что сжатый воздух и вода под давлением проходят вверх через фильтрующую сетку из нижней полости в верхнюю полость.

7С. Фильтрующий блок для суспензии по любому из примеров 1C-6C, в котором фильтрующая сетка дугообразно изогнута от одной боковой стороны до другой боковой стороны в конфигурации, образующей вогнутую сторону, обращенную к верхней полости, и выпуклую сторону, обращенную к нижней полости.

8С. Фильтрующий блок для суспензии по любому из примеров 1C-7C, в котором верхняя полость наклонена вниз относительно горизонтальной плоскости отсчета так, что суспензия проходит по фильтрующей сетке по такому же наклонному пути потока.

9С. Фильтрующий блок для суспензии по любому из примеров 2С, 7С или 8С, в котором вход для нефильтрованной суспензии расположен на одном конце верхней полости, а выход для отходов расположен на противоположном ее конце.

10С. Фильтрующий блок для суспензии по примеру 9C, в котором верхняя полость выполнена таким образом, что захваченные суспензионной смесью крупные частицы, которые слишком велики для прохождения через отверстия фильтрующей сетки, движутся по линейному пути по вогнутой верхней поверхности сетки к выходу для отходов.

11С. Фильтрующий блок для суспензии по любому из примеров 1C-10C, в котором вход для нефильтрованной суспензии содержит упругодеформируемую сегментированную трубную муфту, содержащую несколько радиально деформируемых удлиненных пальцев с продольными прорезями, разделяющими пальцы по окружности, причем трубная муфта предназначена для вставки внутрь нее трубки.

12С. Фильтрующий блок для суспензии по любому из примеров 1C-11C, в котором вход для нефильтрованной суспензии и выход для отфильтрованной суспензии задают соответствующие осевые линии, которые параллельны друг другу.

13С. Фильтрующий блок для суспензии по любому из примеров 1C-12C, который ориентирован так, что верхняя полость расположена над нижней полостью при использовании фильтрующего блока, при этом фильтрующая сетка проходит горизонтально между верхней и нижней полостями.

14С. Фильтрующий блок для суспензии по любому из примеров 1C-13C, в котором суспензия содержит воду и материал сельскохозяйственной пробы.

15С. Фильтрующий блок для суспензии по примеру 14C, в котором материал сельскохозяйственной пробы представляет собой почву.

16С. Фильтрующий блок для суспензии по любому из примеров 1C-15C, в котором нижняя полость имеет наклонную усечено-коническую форму, так что нижняя полость сужается при движении вниз в направлении от верхней части, прилегающей к фильтрующей сетке, к выходу для отфильтрованной суспензии, расположенному на дне нижней полости.

17С. Фильтрующий блок для суспензии по любому из примеров 1C-16C, в котором верхняя полость корпуса закрыта прозрачной пластиковой крышкой, позволяющей пользователю видеть фильтрующую сетку.

18С. Способ фильтрования суспензии, включающий: обеспечение фильтрующего блока, содержащего фильтрующую сетку, верхнюю полость, образованную над фильтрующей сеткой, и нижнюю полость, образованную под фильтрующей сеткой; нагнетание сжатого воздуха и воды под давлением в нижнюю полость для получения потока аэрированной воды; пропускание потока аэрированной воды через фильтрующую сетку в верхнюю полость; введение нефильтрованной суспензии в верхнюю камеру фильтрующего блока; и пропускание нефильтрованной суспензии через фильтрующую сетку в направлении противотока к потоку аэрированной воды для получения фильтрата.

19С. Способ по примеру 18C, в котором фильтрующий блок имеет Y-образный корпус.

20С. Способ по примеру 18C или 19C, который дополнительно включает: введение нефильтрованной суспензии в верхнюю камеру в направлении, параллельном фильтрующей сетке, и ее пропускание вдоль длины фильтрующей сетки из входа для нефильтрованной суспензии фильтрующего блока; пропускание части суспензии с захваченными крупными частицами, которые слишком велики, чтобы пройти через отверстия фильтрующей сетки, по линейному пути потока вдоль верхней поверхности фильтрующей сетки к выходу для отходов в верхней камере, расположенному непосредственно напротив входа для нефильтрованной суспензии.

21С. Способ по примеру 20C, в котором верхняя поверхность фильтрующей сетки дугообразно изогнута от одной боковой стороны до другой боковой стороны и имеет вогнутую форму, образуя желоб.

22С. Способ по примеру 20C или 21C, в котором поток суспензии с захваченными крупными частицами через выход для отходов регулируют посредством сообщающегося с ним по текучей среде открываемого и закрываемого сливного клапана.

23С. Способ по примеру 22C, в котором фильтрующий блок работает в режиме самоочистки, когда открывают сливной клапан для удаления части суспензии с захваченными крупными частицами одновременно с этапом пропускания нефильтрованной суспензии через фильтрующую сетку в направлении противотока к потоку аэрированной воды для получения фильтрата.

24С. Способ по любому из примеров 18C-23C, в котором на этапе нагнетания сжатого воздуха и воды под давлением в нижнюю полость сначала нагнетают воду под давлением, после чего подают сжатый воздух для получения потока аэрированной воды.

25С. Способ по любому из примеров 18C-24C, в котором воздух нагнетают через впускной патрубок для воздуха в нижней полости, который отделен от участка для впуска воды, через который подают воду под давлением.

Хотя приведенные выше описание и чертежи относятся к некоторым примерам систем, следует понимать, что в них могут быть сделаны различные дополнения, модификации и замены без отступления от сущности, объема и диапазона эквивалентов прилагаемой формулы изобретения. В частности, специалистам в данной области техники будет ясно, что настоящее изобретение может быть осуществлено в других формах, структурах, компоновках, пропорциях, размерах и с другими элементами, материалами и компонентами, не отступая от сущности или его основных характеристик. Кроме того, в описанные здесь способы/процессы могут быть внесены многочисленные изменения. Специалисту в данной области техники также понятно, что изобретение можно использовать с множеством модификаций конструкции, расположения, пропорций, размеров, материалов и компонентов, а также иным образом, используемым при практической реализации изобретения, которые адаптированы к конкретной рабочей обстановке и рабочим требованиям без отступления от принципов настоящего изобретения. Таким образом, раскрытые в настоящем документе варианты осуществления изобретения следует рассматривать во всех отношениях как иллюстративные, а не ограничивающие, при этом объем правовой охраны изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами и не ограничен приведенным выше описанием или вариантами осуществления изобретения. Прилагаемую формулу изобретения следует толковать широко, чтобы она включала в себя другие варианты осуществления изобретения, которые могут быть реализованы специалистами в данной области без отступления от объема и диапазона эквивалентов изобретения.

Автоматизированная система отбора проб, управляемая компьютером, и соответствующие способы сбора, обработки и анализа сельскохозяйственных проб на наличие различных химических свойств, таких как доступных растениям питательных веществ. Система отбора проб позволяет обрабатывать и анализировать множество проб на различные аналиты или химические свойства в одновременно параллельном или частично параллельном режиме. Предпочтительно, система может обрабатывать пробы почвы «по мере сбора» без сушки и измельчения. Система включает в себя подсистему подготовки проб, которая принимает пробы почвы, собранные подсистемой сбора проб, и производит суспензию (например, смесь почвы, растительности и/или органических удобрений и воды) и подсистему химического анализа, которая обрабатывает подготовленные пробы суспензии для количественной оценки нескольких аналитов и/или химических свойств пробы. Система подготовки может содержать контур рециркуляции суспензии, связанный с устройствами, предназначенными для перемешивания, измерения и регулировки соотношения воды и твердых веществ в суспензии. 17 з.п. ф-лы, 70 ил.

1. Способ формирования и обработки сельскохозяйственной суспензии, включающий этапы, на которых добавляют воду и сельскохозяйственные твердые вещества в смесительную камеру смесительного устройства; перемешивают воду и сельскохозяйственные твердые вещества с первой скоростью с помощью смесительного устройства для образования суспензии; выпускают суспензию из смесительного устройства в фильтрующий блок через проточный канал, соединяющий их по текучей среде; выполняют грубую фильтрацию суспензии посредством фильтрующей сетки фильтра грубой очистки для удаления частиц из суспензии, размер которых превышает заданный первый максимальный размер частиц; принимают отфильтрованную суспензию из фильтрующего блока в камере перемешивания устройства перемешивания, ограничивающего камеру перемешивания, причем камера перемешивания устройства перемешивания образует составную часть замкнутого контура рециркуляции суспензии, связанного по текучей среде с фильтрующим блоком грубой очистки, перемешивают суспензию со второй скоростью, отличной от первой скорости, в устройстве перемешивания, измеряют плотность суспензии, находящейся в смешанном однородном состоянии, одновременно с направлением суспензии по контуру рециркуляции суспензии, и измеряют плотность твердого компонента сельскохозяйственной суспензии с помощью устройства для измерения плотности частиц твердых веществ, расположенного в указанном контуре рециркуляции суспензии.

2. Способ по п. 1, в котором смесительное устройство включает в себя вращающийся первый лопастной механизм, который вращается во время этапа перемешивания воды и сельскохозяйственных твердых веществ для образования суспензии, а устройство перемешивания включает в себя вращающийся второй лопастной механизм, который вращается во время этапа перемешивания суспензии.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором первая скорость выше, чем вторая скорость.

4. Способ по п. 1, в котором контур рециркуляции суспензии содержит насос для рециркуляции суспензии, который направляет суспензию через контур рециркуляции суспензии и устройство перемешивания.

5. Способ по п. 4, в котором контур рециркуляции суспензии изолируют от смесительного устройства, когда суспензию направляют по контуру рециркуляции суспензии.

6. Способ по п. 4 или 5, в котором при направлении суспензии по контуру рециркуляции суспензии устройство перемешивания работает для поддержания суспензии в смешанном однородном состоянии.

7. Способ по п. 1, в котором контур рециркуляции суспензии содержит устройство измерения плотности, которое измеряет плотность суспензии.

8. Способ по п. 7, в котором устройство измерения плотности представляет собой вибрационный измеритель плотности с U-образной трубкой, выполненный с возможностью измерения суспензии в динамическом состоянии, при протекании суспензии через измеритель, или в состоянии заторможенного потока.

9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором контур рециркуляции суспензии связан по текучей среде с подсистемой химического анализа суспензии, выполненной с возможностью анализа суспензии на наличие аналита, имеющего сельскохозяйственное значение.

10. Способ по п. 9, в котором проводят тонкую фильтрацию суспензии посредством фильтрующего блока тонкой очистки, расположенного в контуре рециркуляции суспензии, перед этапом подачи отфильтрованной суспензии из фильтрующего блока тонкой очистки в подсистему химического анализа суспензии.

11. Способ по п. 10, в котором фильтрующий блок тонкой очистки выполнен с возможностью удаления твердых частиц из суспензии, имеющих заданный второй максимальный размер частиц, который меньше указанного заданного первого максимального размера частиц фильтрующего блока грубой очистки, причем второй максимальный размер частиц выбирают таким образом, чтобы избежать засорения проточных каналов в подсистеме химического анализа суспензии, которая включает микрожидкостные устройства.

12. Способ по любому из пп. 1-11, в котором создают повышенное давление воздуха в проточном канале между смесительным устройством и устройством перемешивания для продвижения суспензии через фильтрующий блок грубой очистки в устройство перемешивания.

13. Способ по п. 12, в котором смесительное устройство изолируют от проточного канала на этапе создания повышенного давления.

14. Способ по п. 1, в котором во время этапа грубой фильтрации через фильтрующий блок грубой очистки вводят сжатый воздух и воду под давлением, образующие аэрированный поток, для предотвращения засорения сетки фильтра твердыми частицами, размер которых превышает указанный заданный первый максимальный размер частиц.

15. Способ по п. 14, в котором на этапе грубой фильтрации суспензию направляют в первом направлении через сетку фильтра, а аэрированный поток направляют через сетку фильтра во втором направлении, противоположном первому направлению.

16. Способ по п. 15, в котором суспензию вводят в первую полость в фильтрующем блоке грубой очистки с первой стороны сетки фильтра, а воздух и воду под давлением вводят во вторую полость в фильтрующем блоке с второй стороны сетки, противоположной первой стороне.

17. Способ по п. 16, в котором фильтрующий блок грубой очистки содержит вход для суспензии, выполненный с возможностью протекания суспензии по линейной траектории потока через первую полость, выход для отходов, выполненный с возможностью выпуска крупных частиц из первой полости по той же линейной траектории потока, и выход для суспензии, выполненный с возможностью выпуска отфильтрованной суспензии в направлении, поперечном указанной линейной траектории потока.

18. Способ по любому из пп. 4-17, в котором контур рециркуляции суспензии содержит аккумулятор, расположенный перед насосом для суспензии, причем аккумулятор выполнен с возможностью гашения скачков давления в контуре рециркуляции суспензии.