CN103323507B - 一种粮仓中粮堆多通路二氧化碳浓度自动巡测装置 - Google Patents

Abstract

一种粮仓中粮堆多通路二氧化碳浓度自动巡测装置，包括安装在粮仓中粮堆内的多条与步进电机驱动的由固定盘和转动盘组成的气体巡测装置连接的输气管道，环绕固定盘周边以均布方式开设有多个分别与相应的输气管道相连接的进气孔；在固定盘的1/2半径处开有一个通过出口端气嘴与吸气泵吸气口相连的出气孔；在固定盘与转动盘组合面一侧的每个进气孔缘口处分别设置有定位触点，在转动盘与固定盘组合面一侧的1/2半径处加工有一环槽，以及一条内端与环槽相连通、外端向边缘延伸至设置在固定盘上开设的进气孔位置处的径向矩形导气槽，且在径向矩形导气槽的外端缘口处设置有一个定位触点；所述吸气泵的排气口通过三通输气管与二氧化碳传感器连接，远程控制系统通过相应的电器控制线路和信号线分别与用于驱动转动盘的步进电机、吸气泵、二氧化碳传感器、显示器的相应控制端电连接。

Description

一种粮仓中粮堆多通路二氧化碳浓度自动巡测装置

技术领域

 本发明属于粮食储藏安全监测的技术领域，具体地说，涉及一种可对粮堆大量预设监测点的二氧化碳浓度进行自动巡测的装置，从而在粮堆外远程监测粮堆中害虫和霉菌危害活动的技术。

背景技术

储粮的虫霉控制是储藏行业的主要任务。虫霉活动不仅消耗粮食的数量，引起粮食品质的劣变，还可能导致严重的食品安全问题。众所周知具有强烈毒性和致癌性的黄曲霉毒素就有可能因为黄曲霉等霉菌在粮食中的生长代谢而产生，只有在这些霉菌产生毒素之前进行预警，采取有效的控制措施，才能防止粮食毒素污染的发生。因此，储粮的虫霉活动监测对储粮安全具有及其重要的作用。

粮食储藏行业对虫霉危害活动的监测普遍采用温度检测的方法，其基本原理是基于粮堆是热的不良导体，虫霉等生物代谢活动产生热量可以在粮堆中积累，导致粮食温度升高，从而对储粮的安全性作出警示。该方法的优点是自动化程度高，可以实现仓外远程监测，但存在的缺陷是非常明显的。测温方法难以克服的缺点主要有三个方面：一是粮堆积累热量是虫霉代谢活动产生的结果，粮温有异常升高后，粮食受到虫霉危害已经达到一定的程度，只能起到避免危害更加严重的效果；二是粮堆预埋的测温点一般有2米以上的空间间隔，由于粮食的导热性差，从虫霉活动点产生的温度传导到测温点需要较长的时间，进一步降低了监测虫霉危害的灵敏度；三是接近粮堆表层或仓墙部位受到外界温湿度的影响，是虫霉的高发部位，可是这些部位却具有良好的散热性，使得测温方法很难、甚至不能监测到这些部位的温度变化。因此发展监测粮堆虫霉危害灵敏的新方法是粮食仓储行业迫切的需求。

近几年，人们针对粮食中虫霉活动可以产生二氧化碳气体，同时二氧化碳气体在粮堆中具有较好的扩散性，通过检测粮堆的二氧化碳浓度变化，可以实现对储粮虫霉活动的灵敏监测。现有检测粮堆二氧化碳浓度的方法有很多，它们均有一定的特色，也存在明显的缺陷，归纳起来主要有以下几类：

一类属于人工入仓随机探查的类型，即采用便携式的二氧化碳检测仪和气体采集系统，对粮堆表层进行随机气体采样探查。该方法是人工随机将气体取样管道插入粮堆，操作比较方便，但其检测的深度一般不超过0.5米，由于表层与外界的气体交换量较大，加上二氧化碳的比重大于空气，即使在粮面表层有虫霉活动，其产生的二氧化碳气体部分将会外泄，另一部分将沉降到粮堆内部，因此，在表层存留的二氧化碳气体较少，使得该方法的检测灵敏度较低。

另一类是在粮堆中预埋不同深度和部位的输气管道，人工对每一根输气管道进行检测仪的现场连接和检测。该方法设备简单，人工逐点检测的可靠性也较高，但需要逐一手工连接输气管道进行检测，不仅速度慢、效率低，而且劳动强度很大；最大的缺陷还在于，夏季是虫霉最易发生危害活动的时期，但粮仓往往需要进行熏蒸杀虫处理，在该环节的熏蒸和散气三个多月周期内，操作人员不能进入仓内进行检测，从而给储粮安全监测造成不确定性。

第三类是将粮仓内粮堆中每一条预埋的输气管与一个电磁阀连接，所有电磁阀的出气口端汇集到输气总管中，再与二氧化碳传感器连接，检测时分别开通每一个电磁阀对各检测点进行二氧化碳气体浓度的检测。该方法可以实现仓外远程控制检测，弥补了前两类方法存在的不足，但仍有其自身难以克服的缺陷：（1）系统结构复杂，不易维护。对于粮库中常见的30×50米常规粮仓，通常有效的监测点设置为平面间隔4米、空间分3层，每仓共需布近300个点（增加密度可进一步提高检测效果），这就需要构建一个数量众多的电磁阀群，系统体积庞大，难以在粮仓内找到合适的空间进行安装，为保障电器的可靠性、尤其是电磁阀、气路及连接气密性和可靠性的工作量很大。（2）电磁阀组的购置成本很高。监测系统需要在粮仓内安装（仓外安装的输气管道过长），粮仓的粉尘环境或磷化氢熏蒸气体均属燃暴介质，必须选用价格高的防爆型电磁阀，整个系统的造价很高。（3）汇气总管体积大，影响检测效率和准确度。每个检测系统一般只设一个二氧化碳传感器（每个监测点配置一个二氧化碳传感器不仅成本过高，且会降低监测的效果，因为该监测方法主要通过比较各监测点二氧化碳浓度变化，找出二氧化碳浓度变化较大的点进行进一步的虫霉危害检查确证，但二氧化碳法传感器本身存在检测偏差，粮仓中每个监测点配置二氧化碳传感器反而会影响各监测点的准确比较），该方法需要将所有电磁阀气体输出端汇集到一个总管中，连接数百个输气管道的气体汇集管体积较大，对每个检测点进行检测时需要先将气体汇集管中的气体置换出，不但无法保证气体是否被彻底置换，而且换气耗费的时间长，取样点吸气量大，尤其是吸出大量的气体将改变检测点本身的气体的浓度和性质，影响检测的准确性和可靠性。

鉴于粮仓虫霉监测的技术现状，发展和完善远程实时监测技术，尤其是简化操作系统，提高监测系统的可靠性和检测准确性，降低监测系统的构建和维护成本是粮食储藏行业的迫切需求。

发明内容

本发明的目的正是针对检测二氧化碳浓度监测储粮粮仓中虫霉危害活动的特点，即一个粮仓有大量的测气点，每次只需要与一个预埋在仓内特定部位的输气管道接通并进行检测，减少每个检测点的检测吸气量有利于检测准确度等特点，提供一种粮仓中粮堆多通路二氧化碳浓度自动巡测装置。该装置具有结构简单，操作和维护方便，检测准确可靠的特点。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的粮仓中粮堆多通路二氧化碳浓度自动巡测装置包括安装在粮仓中粮堆内的多条与气体巡测装置相连接的输气管道，所述气体巡测装置是由步进电机驱动的以气密方式组合的固定盘和转动盘组成；环绕所述固定盘周边以均布方式开设有数量与输气管道相等的进气孔，并在与转动盘组合面的另一侧安装连通进气孔和输气管道的进口端气嘴；在固定盘的1/2半径处开一个出气孔，并在与转动盘组合面的另一侧安装连通吸气泵吸气口和出气孔的出口端气嘴；在固定盘与转动盘组合面一侧的每个进气孔缘口处分别设置有定位触点，在转动盘与固定盘组合面一侧的1/2半径处加工有一环槽（使得转动盘转动到任何方位均可以与固定盘上的出口端气嘴接通），以及一条内端与环槽相连通、外端向边缘延伸至设置在固定盘上开设的进气孔位置处的径向矩形导气槽（这一结构使得转动盘每转动一个设定位置，粮堆中监测点的气体可经由输气管道、固定盘上的气体入口端气嘴、矩形导气槽、环形导气槽、出口端气嘴进入吸气泵），且在径向矩形导气槽的外端缘口处设置有一个与固定盘上设置的定位触点旋转半径相同的定位触点；所述吸气泵的排气口通过三通输气管与二氧化碳传感器连接，在所述三通输气管的另一支路中装有电磁阀，远程控制系统通过相应的电器控制线路和信号线分别与用于驱动转动盘的步进电机、吸气泵、二氧化碳传感器、显示器的相应控制端电连接。

本发明中所述输气管道为内径小于3 mm的硅胶管。

本发明中所述步进电机安装在转动盘的轴心或通过减速齿轮带动转动盘，并与固定盘紧密配合安装，构成气体巡测系统。

本发明中配置的可在远程终端显示信号的触点定位器和气流传感器，根据定位器反馈的信号，可指示气体巡测系统形成气体通道的粮堆对应部位，并自动启动吸气泵，安装在气泵出气端口的气流传感器可反馈管道中气流的速度，如管道有堵塞导致气流中断时发出报警信号，进行人工处理，当气流速度达到预先设定的不小于30 ml/min流速时，开启三通排气管排出管道内存留的气体，再将气体送入二氧化碳传感器检测该粮堆部位的二氧化碳气体浓度。

本发明的粮堆二氧化碳浓度自动巡测的过程如下：

远程控制系统通过电器控制线路对气体巡测装置中的步进电机发出脉冲信号，根据触点定位器的指示信号，使转动盘转动到矩形导气槽与所需检测输气管道连接的气体入口端气嘴的位置，远程控制系统启动气粮堆二氧化碳气体浓度自动巡测的过程：（1）远程操作控制系统通过发送脉冲信号驱动步进电机转动所需的角度，使气体巡测系统的转动盘转动相应的角度，将转动盘的矩形导气槽对准固定盘上的一个气体入口端气嘴，通过该入口端气嘴与输气管道连接，预埋到粮堆指定部位形成一个监测点的气体取样通道；（2）每一个固定盘的气体入口端气嘴内侧上方装有定位触点，与转动盘矩形导气槽上方的定位触点接通后，可产生电流信号反馈到控制台，指示某一部位的气体取样通路已经准确连接；远程操作控制系统获得检测位点接通的信号后，启动取样气泵，并启动安装在气泵出气口与二氧化碳传感器之间的排气支路的电磁阀向空间放气，排出管道内残留的气体，排气阀由一个延时器控制开放1 min-3 min后自动关闭，输气管道中的气体即进入二氧化碳传感器；（3）二氧化碳传感器检测气体取样部位粮堆的二氧化碳气体浓度，并将检测值显示在显示器中，同时自动在系统中记录检测值；(4)每个检测点的检测时间持续5 min-10min，远程操作控制系统通过控制步进电机转动变化转动盘位置，对另一个粮堆监测部位进行二氧化碳气体浓度检测，直至完成所有预设监测点的二氧化碳浓度检测，整个二氧化碳气体浓度巡测操作可以通过编程的单片机进行控制完成。

本发明的有益效果如下：

（1）由于采用内径小于3 mm的硅胶管作为检测系统输气管道，可显著提高实仓粮堆二氧化碳气体浓度检测的准确性；以前的检测方法中没有规定具体的管道内径和材料，选择不同内径的管道，管道内存留气体量有差异，管道输气的阻力不同，对检测值有很大的影响。本发明采用的小直径、高强度的硅胶管，适合进行粮堆二氧化碳的长距离输气监测。

（2）结构简单，维护方便：与现有的利用电磁阀组检测的技术比较，大大简化了结构，由一个步进电机带动的转动盘与固定盘配合，代替了需要大量电磁阀组成的复杂系统；输气管道与固定盘的连接口连接后，系统只有一根管道直接与吸气泵连接，而在电磁阀组中每个电磁阀均有一条出气端输气管道与汇气总管连接。在检测中非常重要的气密性检查方面，相对于众多独立的电磁阀和多出一倍的输气管道接口，本发明将所有输气管道接口集中在圆盘上，且公用一个气体输出接口，对整个系统进行气密性检查的工作量会大大降低，日常的电器维护也更加便利。

（3）检测粮堆各点的二氧化碳浓度更加准确：通过矩形导气槽和环形槽的转动分别连接各检测点的输气管道，系统只有一个公用的气体输出接口，大大减少了气体汇集管的空间，使每个监测点的检测气体置换在1 min-3 min即可完成，吸气量小于150 ml，有利于该监测点的气体成分不会因为大量吸气而受周边的影响，保证了该部位二氧化碳浓度检测结果的准确性。

（4）提高了检测系统的可靠性和使用寿命：本发明设定的排气支路将开始检测前吸气2 min内的气体向空间排放，避免了二氧化碳传感器的通气负载，可显著提高二氧化碳传感器的使用寿命和检测的可靠性。

（5）降低了粮堆二氧化碳检测系统的成本：大型粮仓需要在粮堆中设置足够数量的监测点才能起到有效的监测效果。一个中等规模的粮仓通常至少需要设300个监测点，监测点密度越大、越有利于提高监测的灵敏度和准确性。常规方法需要配置大量价格较贵的防爆型电磁阀，整体设备成本高，增加监测点更是会让系统的成本大幅度增加，而本发明整体成本低，增加监测点对整体成本提高不明显，只需要增加相应的输气管道、接口和定位触点即可实现，因此，本发明可显著降低储粮虫霉危害监测系统的成本。

附图说明

    图1是本发明装置的结构示意图。

图2是气体巡测固定盘示意图。

图3是图2的侧视图。

图4是气体巡测转动盘示意图。

图5是图4的侧视图。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图——以四个监测点的粮堆二氧化碳浓度自动巡测为例）作进一步描述：

如图1所示，本发明的粮仓中粮堆多通路二氧化碳浓度自动巡测装置包括安装在粮仓中粮堆内的多条与气体巡测装置5相连接的输气管道3，所述气体巡测装置5是由步进电机驱动的以气密方式组合的固定盘17和转动盘19组成；环绕所述固定盘17周边以均布方式开设有数量与输气管道相等的进气孔，并在与转动盘19组合面的另一侧安装连通进气孔和输气管道3的进口端气嘴4；在固定盘17的1/2半径处开一个出气孔，并在与转动盘19组合面的另一侧安装连通吸气泵7吸气口8和出气孔的出口端气嘴6；在固定盘17与转动盘19组合面一侧的每个进气孔缘口处分别设置有定位触点18（参见图2、3）；在转动盘19与固定盘17组合面一侧的1/2半径处加工有一环槽，以及一条内端与环槽相连通、外端向边缘延伸至设置在固定盘17上开设的进气孔位置处的径向矩形导气槽21，且在径向矩形导气槽21的外端缘口处设置有一个与固定盘17上设置的定位触点旋转半径相同的定位触点20（参见图4、5）（本发明中所述的固定盘17设置的定位触点18，可以与转动盘19上的定位触点20接触，用于确定转动盘的方位，当定位触点18和定位触点20闭合时，转动盘19上的矩形槽21对准气体入口端气嘴4，气体可经与出口端气嘴6相同半径的环形槽22与出气端气嘴6形成气体通路）；所述吸气泵7的排气口9通过三通输气管10与二氧化碳传感器12连接，在所述三通输气管10的另一支路中装有电磁阀11，远程控制系统16通过相应的电器控制线路14和信号线13分别与用于驱动转动盘19的步进电机23、吸气泵7、二氧化碳传感器12、显示器15的相应控制端电连接；所述输气管道3为内径小于3 mm的硅胶管。

本发明自动巡测的工作过程如下：

远程控制系统16通过电器控制线路14对气体巡测装置5中的步进电机23发出脉冲信号，根据触点定位器18和20的指示，使转动盘19转动到矩形槽21与所需检测输气管道3连接的气体入口端气嘴4的位置，远程控制系统16启动气泵7并同时开启电磁阀11，使输气管道3中残存的气体通过三通输气管向空间排出，经1 min-2 min放气后电磁阀11自动关闭，气体样品进入二氧化碳传感器进行检测，检测结果通过信号线13传输到显示器15中显示，检测3 min-5 min后的结果在远程控制系统16中记录，该位点检测结果记录完成后，远程控制系统16发送脉冲信号使转动盘19转动到下一个输气管道3对应的入口端气嘴4位置，直至完成所有预设监测点的二氧化碳浓度检测，整个二氧化碳气体浓度巡测操作可以通过编程的单片机进行控制完成。

Claims (2)

1.一种粮仓中粮堆多通路二氧化碳浓度自动巡测装置，其特征在于：所述装置包括安装在粮仓中粮堆内的多条与气体巡测装置（5）相连接的输气管道（3），所述气体巡测装置（5）是由步进电机驱动的以气密方式组合的固定盘（17）和转动盘（19）组成；环绕所述固定盘（17）周边以均布方式开设有数量与输气管道相等的进气孔，并在与转动盘（19）组合面的另一侧安装连通进气孔和输气管道（3）的进口端气嘴（4）；在固定盘（17）的1/2半径处开一个出气孔，并在与转动盘（19）组合面的另一侧安装连通吸气泵（7）吸气口（8）和出气孔的出口端气嘴（6）；在固定盘（17）与转动盘（19）组合面一侧的每个进气孔缘口处分别设置有定位触点（18），在转动盘（19）与固定盘（17）组合面一侧的1/2半径处加工有一环槽，以及一条内端与环槽相连通、外端向边缘延伸至设置在固定盘（17）上开设的进气孔位置处的径向矩形导气槽（21），且在径向矩形导气槽（21）的外端缘口处设置有一个与固定盘（17）上设置的定位触点旋转半径相同的定位触点（20）；所述吸气泵（7）的排气口（9）通过三通输气管（10）与二氧化碳传感器（12）连接，在所述三通输气管（10）的另一支路中装有电磁阀（11），远程控制系统（16）通过相应的电器控制线路（14）和信号线（13）分别与用于驱动转动盘（19）的步进电机（23）、吸气泵（7）、二氧化碳传感器（12）、显示器（15）的相应控制端电连接。

2.根据权利要求1所述的粮仓中粮堆多通路二氧化碳浓度自动巡测装置，其特征在于：所述输气管道（3）为内径小于3 mm的硅胶管。