CN101785433A - 定容式挤奶电子计量设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定容式挤奶电子计量设备，旨在提供一种检测精度高的定容式挤奶电子计量设备。主要包括上壳体、计量腔、下壳体。还包括定容腔、阀体、气液两相流分离管道，在计量腔和下壳体之间设置定容腔，并通过上壳体和下壳体将计量腔和定容腔上下串接紧固密封安装；该阀体设置在奶流圆形通道和排奶圆形通道之间，气液两相流分离管道沿轴向穿过计量腔，该气液两相流分离管道的上端口从计量腔的上锥体伸出，并与上壳体的内腔相通，该气液两相流分离管道的下端口与该定容腔相通。本发明适用于机械化挤奶站挤奶量动态容积计量。

Description

定容式挤奶电子计量设备

技术领域

本发明属于畜牧挤奶设备中的一种测量奶体积的仪器，尤其是涉及一种定容式挤奶电子计量设备。

背景技术

目前，我国奶站对挤奶量进行计量时，一般采用两种计量方式，一种是静态计量，另一种是动态容积计量。我国产品普遍采用的是静态计量，国外同类产品采用动态容积计量。静态计量一般都采用地磅、台秤、瓶式计量等方式进行，此种计量方式操作时不仅费力、费工、费时，步骤繁琐，不易管理，并且存在精度低和二次污染的缺点。现有国外计量方式是动态容积式，其利用浮球传感器进行液位控制，控制点有两个，一个是高液位，另一个是低液位。当计量腔内液位达到高液位时，计量腔的底部阀打开，奶开始向下排出，液位下降，当计量腔内液位降至低液位时，阀关断，一次容积计量结束。继续采集奶进行下一次计量。该技术方案有效解决了连续动态检测和避免静态计量的二次污染问题。但尚有不足之处：即在奶排出过程中，奶还在继续采集续流，使实际排出体积大于计量体积，多出的体积只能用排奶时间(T+Δt)软件给予补偿，这是产生误差的原因之一。由于此种计量方式为开关量计量，没有液位的具体高度，所以奶采集延时时间到，认定挤奶结束，挤奶结束时容积杯里的液位不知道，按半杯计算误差最小。这是产生误差的原因之二。虽然其精度指标标称为±1.6％～±2％，但实际最高精度只能达到±2％～±3％。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种检测精度高的定容式挤奶电子计量设备。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：本发明的定容式挤奶电子计量设备包括气阀电磁铁、气阀、接管、奶吸入管、顶起弹簧、气动腔、皮碗、上壳体、磁浮球、传感器、计量腔、排奶管、检测电路、下壳体、集乳器、电子脉动器、PLC控制器、阀管体、阀杆体，皮碗设置在上壳体的上端中心孔道处，阀管体从中心垂直贯通安装在计量腔内，该阀管体的顶端顶置在皮碗的下面，该顶起弹簧安装在皮碗的上表面，阀杆体穿过顶起弹簧和皮碗与该阀管体的顶端紧固联接；该阀管体的外测套装磁浮球；奶吸入管的一端连接集乳器另一端接通上壳体的内腔；接管连接在气阀与气动腔之间，气阀的真空管连接在奶吸入管上，检测电路安装在下壳体的底部，电子脉动器用于为集乳器提供需要的可变真空，该电子脉动器的两个可变真空管与集乳器的输入接口连接，气阀电磁铁用于控制气阀的打开和关闭，磁浮球用于传感器的信号源，检测电路用于对检测信号进行处理，PLC控制器用于输入/输出控制信号，

其中：

气阀电磁铁的信号输入端与PLC控制器的信号输出端相连；

检测电路的信号输出端与PLC控制器的信号输入端相连；

电子脉动器的信号输入端与PLC控制器的信号输出端相连；

还包括定容腔、阀体、气液两相流分离管道，在计量腔和下壳体之间设置定容腔，并通过上壳体和下壳体将计量腔和定容腔上下串接紧固密封安装；阀体由本体、上端阀和下端阀组成，本体设计为圆柱管形状，定容腔上设置上隔板，该上隔板将计量腔和定容腔上下隔开，该上隔板中心处设置奶流圆形通道，下壳体的内侧面设计为倒锥形，该倒锥形即为定容腔的底面，位于该倒锥形的中心处与奶流圆形通道同中心线对应设置排奶圆形通道，并与排奶管相通，该阀体设置在奶流圆形通道和排奶圆形通道之间，且该阀体通过上端阀套装在阀管体的下端，上端阀的上密封面与奶流圆形通道的下密封面为接触面，下端阀的下密封面和排奶圆形通道的上密封面为接触面，上端阀上密封面和下端阀下密封面之间的距离小于奶流圆形通道和排奶圆形通道上下密封面之间的距离，该两个距离之差即为阀体的上下行程间隙；气液两相流分离管道沿轴向穿过计量腔，该气液两相流分离管道的上端口从计量腔的上锥体伸出，并与上壳体的内腔相通，且该气液两相流分离管道的上端口高度高于计量腔的奶入口，该气液两相流分离管道的下端口透过定容腔的上隔板，并与该定容腔相通；该阀管体内同中心轴向设置内衬管，该内衬管的下端穿过阀体安装在下壳体的中心处，内衬管内设有传感器，该传感器的数量为四个，该四个传感器沿高低位等间距设置在内衬管内，每个传感器的信号输出端分别与检测电路的输入端相连。

作为本发明定容式挤奶电子计量设备的改进，在所述上壳体的顶部中心线上，位于气动腔上方安装奶阀电磁铁，阀杆体作为动铁芯与该奶阀电磁铁的定铁芯配合实现吸合分离控制，该奶阀电磁铁用于与顶起弹簧联合控制上端阀的关闭和下端阀的同时打开或者联合控制上端阀的打开和下端阀的同时关闭，该奶阀电磁铁的信号输入端与PLC控制器的信号输出端相连。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：

1.在计量腔和下壳体之间设置定容腔，并通过上壳体和下壳体将计量腔和定容腔上下串接紧固密封安装，即在计量腔下还有一个定容腔，奶从计量腔通过定容腔的上隔板中心处奶流圆形通道，先流入定容腔，待奶充满定容腔时，上端阀关闭，同时下端阀打开，奶再向外排出，其为动态检测的静态测量，有效克服了奶续流产生的误差；

2.气液两相流分离管道沿轴向穿过计量腔，上端口从计量腔的上锥体伸出，并与上壳体的内腔相通，且该气液两相流分离管道的上端口高度高于计量腔的奶入口，该气液两相流分离管道的下端口与该定容腔相通。一方面可有效避免奶通过气液两相流通道进入定容腔；另一方面奶从计量腔流入定容腔的过程中，奶中气泡通过气液两相流分离管道向上浮动，使奶液充满定容腔，有效克服气泡产生的误差。在本发明中，液体的流速和流动方式对其计量精度不造成影响，

3.磁浮球作为传感信号源，传感器接收信号为模拟量输出，标定上下两点阀值为开关量。当认为挤奶结束时，根据磁浮球的高度，模拟计量最后一杯的奶量，最后统计定容腔排空次数所对应的奶量加上模拟计量的奶量，得到计量值，即定容计量+模拟量计量。使计量值更加接近实际体积。

综上所述，本发明定容式挤奶电子计量设备的检测精度高，通过实验得出精度提高到小于等于±1.5％。

附图说明

图1是本发明定容式挤奶电子计量设备注奶状态结构示意图；

图2是图1中I的局部放大图；

图3是图1中II的局部放大图；

图4是本发明注奶定容计量开始状态结构示意图；

图5是图4中III的局部放大图；

图6是本发明注奶定容计量结束状态结构示意图；

图7是本发明排奶和注奶同时开始状态结构示意图。

图中：气阀电磁铁1 气阀2 接管3 奶阀电磁铁4 奶吸入管5 顶起弹簧6 气动腔7 皮碗8 上壳体9 磁浮球10 传感器11 计量腔12 上端阀13 定容腔14 下端阀15 排奶管16 检测电路17 下壳体18 集乳器19电子脉动器20 PLC控制器21 气液两相流分离管道22 阀管体23 阀杆体24 阀体25

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明定容式挤奶电子计量设备的结构如图1所示，包括气阀电磁铁1、气阀2、接管3、奶吸入管5、顶起弹簧6、气动腔7、皮碗8、上壳体9、磁浮球10、传感器11、计量腔12、排奶管16、检测电路17、下壳体18、集乳器19、电子脉动器20、PLC控制器21、阀管体23、阀杆体24。在图1、图2中，皮碗8设置在上壳体9的上端中心孔道处，阀管体23从中心垂直贯通安装在计量腔12内，该阀管体23的顶端顶置在皮碗8的下面，该顶起弹簧6安装在皮碗8的上表面，阀杆体24穿过顶起弹簧6和皮碗8与该阀管体23的顶端紧固联接；在图3中，该阀管体23的外测套装磁浮球10；在图1中，奶吸入管5的一端连接集乳器19另一端接通上壳体9的内腔；接管3连接在气阀2与气动腔7之间，气阀2的真空管连接在奶吸入管5上，检测电路17安装在下壳体18的底部，电子脉动器20用于为集乳器19提供需要的可变真空，该电子脉动器20的两个可变真空管与集乳器19的输入接口连接，气阀电磁铁1用于控制气阀2的打开和关闭，磁浮球10用于传感器11的信号源，检测电路17用于对检测信号进行处理，PLC控制器21用于输入/输出控制信号，

其中：

气阀电磁铁1的信号输入端与PLC控制器21的信号输出端相连；

检测电路17的信号输出端与PLC控制器21的信号输入端相连；

电子脉动器20的信号输入端与PLC控制器21的信号输出端相连；

如图1所示，还包括定容腔14、阀体25、气液两相流分离管道22，在计量腔12和下壳体18之间设置定容腔14，并通过上壳体9和下壳体18将计量腔12和定容腔14上下串接紧固密封安装；阀体25由本体、上端阀13和下端阀15组成，本体设计为圆柱管形状，定容腔14上设置上隔板，该上隔板将计量腔12和定容腔14上下隔开，该上隔板中心处设置奶流圆形通道，下壳体18的内侧面设计为倒锥形，该倒锥形即为定容腔14的底面，位于该倒锥形的中心处与奶流圆形通道同中心线对应设置排奶圆形通道，并与排奶管16相通，该阀体25设置在奶流圆形通道和排奶圆形通道之间，且该阀体25通过上端阀13套装在阀管体23的下端，上端阀13的上密封面与奶流圆形通道的下密封面为接触面，下端阀15的下密封面和排奶圆形通道的上密封面为接触面，上端阀13上密封面和下端阀15下密封面之间的距离小于奶流圆形通道和排奶圆形通道上下密封面之间的距离，该两个距离之差即为阀体25的上下行程间隙；气液两相流分离管道22沿轴向穿过计量腔12，该气液两相流分离管道22的上端口从计量腔12的上锥体伸出，并与上壳体9的内腔相通，且该气液两相流分离管道22的上端口高度高于计量腔12的奶入口，该气液两相流分离管道22的下端口透过定容腔14的上隔板，并与该定容腔14相通；在图1、图2中，该阀管体23内同中心轴向设置内衬管，该内衬管的下端穿过阀体25安装在下壳体18的中心处，内衬管内设有传感器11，该传感器11的数量为四个，该四个传感器11沿高低位等间距设置在内衬管内，每个传感器11的信号输出端分别与检测电路17的输入端相连。

如图1、图2所示的优选方案中，在所述上壳体9的顶部中心线上，位于气动腔7上方安装奶阀电磁铁4，阀杆体24作为动铁芯与该奶阀电磁铁4的定铁芯配合实现吸合分离控制，该奶阀电磁铁4用于与顶起弹簧6联合控制上端阀13的关闭和下端阀15的同时打开或者联合控制上端阀13的打开和下端阀15的同时关闭，该奶阀电磁铁4的信号输入端与PLC控制器21的信号输出端相连。

本发明定容式挤奶电子计量设备为动态检测的静态测量，其原理是定容积加模拟量精确计量，即定容计量+模拟量计量。定容计量是固定的体积累计完成的次数，模拟量计量是传感器对磁浮球的所在液面高度进行检测标定，使计量值更加接近实际体积。

计量过程分三步：第一步进行定容计量，累计定容腔排空次数。第二步，当延时一定时间还不够一杯容量时，认定挤奶结束，则进行模拟量计量。第三步，将定容计量值与模拟计量值进行累加，即可得到计量数值。

计量控制过程具体如下：

脉动器20始终保持接入挤奶设备真空系统，排奶管16始终保持接入奶收集真空管道。

如图1所示本发明注奶状态结构示意图。

PLC控制器21输出控制信号使气阀电磁铁1和奶阀电磁铁4同时供电，气阀2吸合，接管3与奶吸入管5相通，如图2所示，气动腔7处于真空状态，皮碗8向上拱起，带动顶起弹簧6辅助阀杆体24向上吸合，此时上端阀13关闭、下端阀15同时打开，上端阀13关断定容腔和计量腔之间的奶流圆形通道，集乳器19采集到的奶经奶吸入管5注入计量腔12。

如图4所示本发明注奶定容计量开始状态结构示意图。

随着计量腔12内奶液面升高，磁浮球10上升，当判断够一杯时，传感器11输出信号，PLC控制器21输出控制信号使气阀电磁铁1和奶阀电磁铁4同时断电，接管3与大气相通，如图5所示，气动腔7处于大气状态，皮碗8向下回位，顶起弹簧6回落、阀杆体24与定铁芯分离，此时上端阀13打开、下端阀15同时关闭，定容腔和计量腔之间的奶流圆形通道打开，奶开始从计量腔12流入定容腔内。

如图6所示本发明注奶定容计量结束状态结构示意图。

奶液不断流入定容腔，直到奶液充满定容腔，奶从计量腔流入定容腔的过程中，奶中气泡通过气液两相流分离管道22向上浮动，使奶液充满定容腔，有效克服气泡产生的误差。在本发明中，液体的流速和流动方式对其精度不造成影响。

如图7所示本发明排奶和注奶同时开始状态结构示意图。

待奶液充满定容腔后，根据充满时间经验设定值2秒钟，PLC控制器21输出控制信号使气阀电磁铁1和奶阀电磁铁4同时供电，此时上端阀13关闭、下端阀15同时打开，定容腔和计量腔之间的奶流圆形通道关断，定容腔底部液体出口打开，定容腔内奶液迅速排出，有效克服了奶续流产生的误差。如此往复循环计量过程。当认为挤奶结束时，根据磁浮球的高度，模拟计量最后一杯的奶量，最后统计定容腔排空次数所对应的奶量加上模拟计量的奶量，得到计量值，计量结束。

Claims (2)

1.一种定容式挤奶电子计量设备，包括气阀电磁铁(1)、气阀(2)、接管(3)、奶吸入管(5)、顶起弹簧(6)、气动腔(7)、皮碗(8)、上壳体(9)、磁浮球(10)、传感器(11)、计量腔(12)、排奶管(16)、检测电路(17)、下壳体(18)、集乳器(19)、电子脉动器(20)、PLC控制器(21)、阀管体(23)、阀杆体(24)，皮碗(8)设置在上壳体(9)的上端中心孔道处，阀管体(23)从中心垂直贯通安装在计量腔(12)内，该阀管体(23)的顶端顶置在皮碗(8)的下面，该顶起弹簧(6)安装在皮碗(8)的上表面，阀杆体(24)穿过顶起弹簧(6)和皮碗(8)与该阀管体(23)的顶端紧固联接；该阀管体(23)的外测套装磁浮球(10)；奶吸入管(5)的一端连接集乳器(19)另一端接通上壳体(9)的内腔；接管(3)连接在气阀(2)与气动腔(7)之间，气阀(2)的真空管连接在奶吸入管(5)上，检测电路(17)安装在下壳体(18)的底部，电子脉动器(20)用于为集乳器(19)提供需要的可变真空，该电子脉动器(20)的两个可变真空管与集乳器(19)的输入接口连接，气阀电磁铁(1)用于控制气阀(2)的打开和关闭，磁浮球(10)用于传感器(11)的信号源，检测电路(17)用于对检测信号进行处理，PLC控制器(21)用于输入/输出控制信号，

其中：

气阀电磁铁(1)的信号输入端与PLC控制器(21)的信号输出端相连；

检测电路(17)的信号输出端与PLC控制器(21)的信号输入端相连；

电子脉动器(20)的信号输入端与PLC控制器(21)的信号输出端相连；

其特征在于：还包括定容腔(14)、阀体(25)、气液两相流分离管道(22)，在计量腔(12)和下壳体(18)之间设置定容腔(14)，并通过上壳体(9)和下壳体(18)将计量腔(12)和定容腔(14)上下串接紧固密封安装；阀体(25)由本体、上端阀(13)和下端阀(15)组成，本体设计为圆柱管形状，定容腔(14)上设置上隔板，该上隔板将计量腔(12)和定容腔(14)上下隔开，该上隔板中心处设置奶流圆形通道，下壳体(18)的内侧面设计为倒锥形，该倒锥形即为定容腔(14)的底面，位于该倒锥形的中心处与奶流圆形通道同中心线对应设置排奶圆形通道，并与排奶管(16)相通，该阀体(25)设置在奶流圆形通道和排奶圆形通道之间，且该阀体(25)通过上端阀(13)套装在阀管体(23)的下端，上端阀(13)的上密封面与奶流圆形通道的下密封面为接触面，下端阀(15)的下密封面和排奶圆形通道的上密封面为接触面，上端阀(13)上密封面和下端阀(15)下密封面之间的距离小于奶流圆形通道和排奶圆形通道上下密封面之间的距离，该两个距离之差即为阀体(25)的上下行程间隙；气液两相流分离管道(22)沿轴向穿过计量腔(12)，该气液两相流分离管道(22)的上端口从计量腔(12)的上锥体伸出，并与上壳体(9)的内腔相通，且该气液两相流分离管道(22)的上端口高度高于计量腔(12)的奶入口，该气液两相流分离管道(22)的下端口透过定容腔(14)的上隔板，并与该定容腔(14)相通；该阀管体(23)内同中心轴向设置内衬管，该内衬管的下端穿过阀体(25)安装在下壳体(18)的中心处，内衬管内设有传感器(11)，该传感器(11)的数量为四个，该四个传感器(11)沿高低位等间距设置在内衬管内，每个传感器(11)的信号输出端分别与检测电路(17)的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的定容式挤奶电子计量设备，其特征在于：在所述上壳体(9)的顶部中心线上，位于气动腔(7)上方安装奶阀电磁铁(4)，阀杆体(24)作为动铁芯与该奶阀电磁铁(4)的定铁芯配合实现吸合分离控制，该奶阀电磁铁(4)用于与顶起弹簧(6)联合控制上端阀(13)的关闭和下端阀(15)的同时打开或者联合控制上端阀(13)的打开和下端阀(15)的同时关闭，该奶阀电磁铁(4)的信号输入端与PLC控制器(21)的信号输出端相连。

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