CN103411872B - 一种散粒体孔隙度就仓测量仪 - Google Patents

Abstract

一种散粒体孔隙度就仓测量仪，属于孔隙度测量装置。该测量仪由气源、管道、电磁阀、压力传感器、信号线、储气瓶、粮仓、窥视窗、套筒、端盖、待测区和测量仪电路装置构成。测量仪电路装置由单片机、压力检测电路、驱动器、显示屏、键盘和蜂鸣器构成。气源与管道相连，电磁阀装在管道上，密闭待测区由套筒和端盖形成，待测区、储气瓶通过支管与管道相连，压力传感器装在储气瓶和端盖上并通过信号线与测量仪电路装置相连。该装置能就仓测量，测量结果更贴近实际，用充气方式求得孔隙度，不破坏散粒体的性质和结构，自动化程度高，具有测量迅速准确、操作便捷、结构简单的优点，克服了现有装置测量结果不符合实际仓储条件，结构复杂和成本高的不足。

Description

一种散粒体孔隙度就仓测量仪

技术领域

一种散粒体孔隙度就仓测量仪，属于孔隙度测量装置

背景技术

在仓储条件下，不同位置散粒体的孔隙度是不相等的。由于受上部散粒体挤压，下部颗粒之间接触更加紧密，孔隙度变小。除此振动也能起到压实作用，降低孔隙度。现有的孔隙度测量装置只对少量样品进行测量，忽略了大量散粒体自重及振动的影响，不能真实反映仓储条件下散粒体的孔隙度。

常见的孔隙度测量方法有液体浸入法、三维成像法、气体状态方程法。由于液体浸入法会改变吸水性待测物的性质和结构，不能达到无损检测的目的，因此不适合测量散粒体(如粮食、面粉)的孔隙度，常用来测量差吸水性物料(如岩石)的孔隙度。另外液体具有表面张力，有时难以进入到细小的孔或缝隙，增大了测量误差。三维成像法具有精度高，不改变待测物性质和结构的优点，但其设备价格高，运行和维护条件高，在实际测量中较少应用。气体状态方程法是人为给待测物注入气体，根据压力变化间接求得孔隙度，该方法可用于散粒体，但目前的设备自动化程度不够且用时较长。

计算机技术、电子技术、自动控制技术发展迅速，利用这些先进的技术对传统的孔隙度测量方法进行改造，实现就仓测量，提高测量结果真实性及其自动化水平是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种测量迅速准确、操作便捷、自动化程度较高的散粒体孔隙度就仓测量仪，无需取样，可直接测定仓内不同位置的孔隙度。

一种散粒体孔隙度就仓测量仪，其特征在于由气源(1)、管道(2)、电磁阀I(3)、压力传感器I(4)、信号线(5)、电磁阀II(6)、测量仪电路装置(7)、粮仓(8)、套筒(9)、待测区(10)、压力传感器II(11)、窥视窗(12)、端盖(13)、储气瓶(14)构成；所述的气源(1)与管道(2)相连，以恒定的速度向储气瓶(14)提供压力气体；所述的电磁阀I(3)、II(6)装在管道(2)上；所述的粮仓(8)开有窥视窗(12)；所述的套筒(9)由内筒、外筒组成，底端敞开，顶端有半穹顶；所述的内筒底端外围有凸沿，上有小孔，通过连接件、橡胶垫片与端盖(13)配合；所述的密闭待测区(10)由套筒(9)和端盖(13)形成，端盖(13)上有进气孔；所述的储气瓶(14)、待测区(10)分别通过支管与管道(2)相连；所述的压力传感器I(4)、II(11)分别装在储气瓶(14)和端盖(13)上，并通过信号线(5)与测量仪电路装置(7)相连；

所述的测量仪电路装置(7)，其特征在于由单片机、压力检测电路、驱动器、显示屏、键盘和蜂鸣器构成；所述的单片机控制整个系统动作和进气时间，判断储气瓶与待测区中气体是否达到平衡状态，接收、存储、运算压力传感器传来的数据；所述的压力检测电路将压力传感器传来的信号转化成系统可以识别的数字信号；所述的显示屏依次显示两个压力传感器测得的压力值和散粒体孔隙度值；所述的键盘用来输入进气时间；所述的蜂鸣器提示测量结束，可以关机。

本发明的工作原理：

该测量仪的原理是气体状态方程，即PV=RTm／M(式中P为气体压力，V为气体体积，R为气体常量，T为温度，m为气体质量，M为气体的摩尔质量)。

当电磁阀I(3)开启，电磁阀II(6)闭合时，系统进气，进气总量m=P₁V₁／MRT。进气结束后，电磁阀I(3)闭合，电磁阀II(6)开启，储气瓶(14)中气体向待测区(10)扩散，此时二者内的气压值发生变化。当储气瓶(14)与待测区(10)中气体压力达到平衡时，气体停止扩散，平衡压力为P₂，此时，储气瓶(14)中气体质量m₁=P₂V₁／MRT，待测区(10)中气体质量m₂=P₂V_V/MRT。由质量守恒得m=m₁+m₂，即P₁V₁／MRT=P₂V₁／MRT+P₂V_V／MRT，于是可以求得孔隙度P=V_V／V₂=V₁(P₁-P₂)／(V₂P₂)。(式中P₁为储气瓶内气体压力，V₁为储气瓶体积，V₂为待测区体积，V_V为物料孔隙体积)

与现有装置相比，本发明的优点在于：

就仓测量，考虑了散粒体压实和振动影响，测量结果更接近真实值；气体不会改变散粒体的结构和性质，可实现无损检测；自动化程度高；测量迅速准确；操作便捷；结构简单。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中，1.气源、2.管道、3.电磁阀I、4.压力传感器I、5.信号线、6.电磁阀II、7.测量仪电路装置、8.粮仓、9.套筒、10.待测区、11.压力传感器II、12.窥视窗、13.端盖、14.储气瓶。

图2为本发明套筒结构示意图。

图中，1.内筒、2.外筒。

图3为本发明端盖结构示意图。

图4为本发明电路装置结构示意图。

具体实施方式

连接管路，安装电磁阀I(3)、II(6)和传感器I(4)、II(11)。将套筒(9)内、外筒的半穹顶对齐，从粮仓窥视窗(12)推入取粮。当粮食充满后，将内筒转动90°，套筒顶端闭合，结束进粮。将套筒(9)拉至窥视窗(12)附近，盖上端盖(13)，用连接件、橡胶垫片使套筒(9)和端盖(13)配合牢靠，套上橡胶薄膜，形成密闭待测区(10)。在确定系统连接紧密牢固后，按下开关，系统初始化，电磁阀I(3)通电，处于开启状态，电磁阀II(6)闭合，系统按某恒定速度(根据存粮品种设定)向储气瓶(14)充气，经过时间t后(根据储气瓶容量和进气速度设定)，进气结束，压力传感器I(4)将测量值传给单片机，显示屏上显示储气瓶(14)内的压力值P₁。电磁阀I(3)断电，处于闭合状态，电磁阀II(6)通电，处于开启状态，储气瓶(14)中气体向待测区(10)扩散，此时二者内的压力发生变化，当二者中气体压力达到平衡，气体停止扩散，此时显示屏显示平衡压力为P₂。最终显示屏上显示由孔隙度计算公式求得的孔隙度值。拆掉连接件，缓慢取出端盖(13)，将内筒转动90°，大约过上一分钟，待压力降低后蜂鸣器工作，按下开关，停机，拔出气管(2)。整个过程中单片机通过驱动器控制两个电磁阀的开启和闭合，存储压力传感器的测量值P₁、P₂并自动计算孔隙度p=V₁(P₁-P₂)／(V₂P₂)。显示屏上显示的值依次为P₁、P₂和P值。

Claims (1)

1.一种散粒体孔隙度就仓测量仪，其特征是由气源(1)、管道(2)、电磁阀I(3)、压力传感器I(4)、信号线(5)、电磁阀II(6)、测量仪电路装置(7)、粮仓(8)、套筒(9)、待测区(10)、压力传感器II(11)、窥视窗(12)、端盖(13)、储气瓶(14)构成；所述的气源(1)与管道(2)相连，以恒定的速度向储气瓶(14)提供压力气体；所述的电磁阀I(3)、II(6)装在管道(2)上；所述的粮仓(8)开有窥视窗(12)；所述的套筒(9)由内筒、外筒组成，底端敞开，顶端有半穹顶；所述的内筒底端外围有凸沿，上有小孔，通过连接件、橡胶垫片与端盖(13)配合；所述的待测区(10)由套筒(9)和端盖(13)形成，端盖(13)上有进气孔；所述的储气瓶(14)、待测区(10)分别通过支管与管道(2)相连；所述的压力传感器I(4)、II(11)分别装在储气瓶(14)和端盖(13)上，并通过信号线(5)与测量仪电路装置(7)相连，所述的测量仪电路装置(7)是由单片机、压力检测电路、驱动器、显示屏、键盘和蜂鸣器构成；所述的单片机控制整个系统动作和进气时间，判断储气瓶与待测区中气体是否达到平衡状态，接收、存储、运算压力传感器传来的数据；所述的压力检测电路将压力传感器传来的信号转化成系统能够识别的数字信号；所述的显示屏依次显示两个压力传感器测得的压力值和散粒体孔隙度值；所述的键盘用来输入进气时间；所述的蜂鸣器提示测量结束，然后能够关机。