CN105548287B - 谷物水分分析仪、分析方法及谷物干燥系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种谷物水分分析仪，包括料斗、塑料板、传感器板、底板、底板电机、控制电路，其中，料斗竖直放置，料斗顶部开口，用于接收谷物，料斗的底部由底板进行密封，所述底板在底板电机的驱动下打开和关闭所述料斗；料斗的至少一个侧壁上开有一个开槽，塑料板嵌入到该开槽中；传感器板贴着塑料板布置在料斗的外侧且与料斗绝缘；料斗和传感器板均由导电材料制成，且构成了电容式的谷物水分分析仪的正极和负极。本申请还涉及谷物水分分析的分析方法及谷物干燥系统。

Description

谷物水分分析仪、分析方法及谷物干燥系统

技术领域

本发明涉及一种谷物连续干燥过程中的谷物水分分析仪、分析方法及谷物干燥系统。

背景技术

粮食干燥是粮食储存的基本目标。不够干燥的粮食存在容易腐烂、甚至引起火灾等风险。

在粮食的干燥过程中，粮食中水分的检测就是一项必要的任务。

传统谷物干燥过程水分在线检测多采用电容法或电阻法等方法检测，近期国内也己出现采用重量进行在线水分检测和控制的新研究和趋向。

电阻法水分在线检测原理是利用谷物水分与其电阻值之间的相关关系来间接测定谷物水分，水分高电阻小，水分低电阻大。在循环式谷物干燥机一般使用电阻式水分传感器进行在线检测，通常安装在干燥机的提升机机筒侧壁，从提升机的提升斗散落下的谷物颗粒不断散落入一对相对旋转的滚轮，滚轮是一对电极，当谷粒通过滚轮时被碾碎，同时测出滚轮电极之间物料的电阻变化曲线；对一定数量的谷物颗粒电阻变化曲线特征值的提取并进行滚动统计，求出其平均值；依据此平均值与水分相关函数关系(事先标定好的)，求解出谷物的水分值；最后依据水分值对谷物的干燥过程实施目标控制或过程控制。

现有的电阻法水分在线检测的缺点是：①当谷物水分不均匀，含有较多青粒、未熟粒时，检测值误差较大；②结构复杂，故障多；③当物料有石块等异物时，容易在滚轮处堵塞，损坏滚轮；④只能适应性状、粒度相近的谷物，如稻、麦，谷物类型改变时传感器要作大的更改，也就是说，特定的检测仪只能检测特定的谷物类型，对于多种谷物来说通用性较差；⑤被检测的谷物均被损坏而无法保存或使用，属于有损检测：⑥高水分谷物水分的检测精度低。

电容法水分在线检测原理是应用谷物水分和电容之间的相关关系来间接测定谷物水分的，水分高电容大，水分低电容小。目前，谷物自动干燥机采用电容式水分传感器时，一般是具有一运容量的筒状物，安装在循环式谷物干燥机的缓苏段内部或出口谷物流中，粮食流经电容极板，根据粮食水分不同则其介电特性就不同，而测出含水率的变化。实现对水分的检测，再通过二次仪表或上位机根据谷物水分值调整对谷物干燥的控制。

现有的电容法水分在线检测的缺点是：①安装和检修不方便；②检测精度受环境和谷物温湿度、谷物密度、谷物流速的影响大；③当谷物含杂质较高时监测误差大。

除此之外，申请人还知道两种电容法水分检测仪。一种是手持式的电容法水分检测仪，这种检测仪的缺点是不能直接与谷物干燥机的电路连接，需要人来手工进行操作。此外，这种检测仪需要配合特定的量杯，以装入正好数量的谷物。量杯底部的弹簧控制的底板可以侧向弹跳打开，以使得谷物同时落入手持式检测仪中(如果不是这样，而是采用将谷物倒入检测仪的方式，会引起较大的测量误差)。此外，当谷物中含有较多杂质时，检测仪的测量会受到影响。

另一种是在电容法在线检测仪，其与谷物干燥机配合使用。在该在线检测仪中，电容板的正极、负极交替竖直设置，谷物从上往下持续不断的通过电容板的正极与负极之间的空隙。然而，这种在线检测仪有以下缺点：1、由于正负极均是暴露于流动的潮湿的谷物中的，因此谷物通过会影响正负极之间的电容特性，如果谷物中含有铁丝类的导电杂质，则容易使得电容板短路；2、其次，长期使用会导致电容板被大量通过的谷物磨得变薄，导致电容板之间的电容特性进一步变动，而这种电容特性的变动是很难校准的；3、由于谷物是细长形的且电容板本身也是细长形的，在电容板的上下端处，谷物与电容板的接触样式也会影响到电容测量的准确度，例如，谷物的尖端与电容板的上端接触的电容就不同于谷物的细长侧边与电容板的上端接触的电容，因此，这样的不确定性进一步导致了电容测量的不准确。

重量法水分在线检测的原理是应用单位体积内不同水分含量的物料具有不同的重量进行水分检测的方法或在己知初始水分的条件下，通过重量降低来计算谷物的实时在线水分的方法。重量检测方法存在精度高和稳定性好的优点，但是也存在安装不便利和动态误差不易消除的缺点。中国申请号为01310682597.8和201410052968.9的专利申请公开了基于总重检测的谷物循环干燥水分在线测控方法及其系统，公开了一种利用重量检测实时在线检测的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的电容法水分在线检测的谷物水分分析仪、分析方法及谷物干燥系统。

根据一个实施例，一种谷物水分分析仪，包括料斗、塑料板、传感器板、底板、底板电机、控制电路，其中，料斗竖直放置，料斗顶部开口，用于接收谷物，料斗的底部由底板进行密封，所述底板在底板电机的驱动下打开和关闭所述料斗；料斗的至少一个侧壁上开有一个开槽，塑料板嵌入到该开槽中；传感器板贴着塑料板布置在料斗的外侧且与料斗绝缘；料斗和传感器板均由导电材料制成，且构成了电容式的谷物水分分析仪的正极和负极。

根据一个优选的实施例，传感器板与塑料板具有相同的形状，所述形状是矩形、圆形、或椭圆形。

根据一个优选的实施例，塑料板卡住所述开槽，以使料斗的内表面是平滑的方式嵌入到所述开槽中。

根据一个优选的实施例，传感器板的边长大于所述开槽的边长。

根据一个优选的实施例，料斗的所述开槽距离该料斗的顶部一个预定距离。

根据一个优选的实施例，在该开槽上方的料斗边缘处开设至少一个通风孔，在料斗中蓄积谷物期间，通过通风孔向料斗的顶部吹风，从而将干瘪的谷粒和杂质吹出料斗。

根据一个优选的实施例，在控制电路中，连接着传感器板的电路部分设置有防静电开关；在未开始测量时，所述防静电开关将传感器板连接的电路部分接地；而在开始测量时，所述防静电开关将传感器板连接的电路部分接入到控制电路的计算单元。

根据一个优选的实施例，在料斗的上方中央悬置有一个狭缝，谷物通过狭缝落入到料斗中。

根据一个优选的实施例，该谷物水分分析仪还包括绝缘板，该绝缘板与前述的塑料板将传感器板夹在其中。

根据一个优选的实施例，该谷物水分分析仪被放置于谷物干燥系统的下绞龙处或放置于提升机的侧壁。

根据一个优选的实施例，一种利用谷物水分分析仪进行谷物水分分析的方法，包括步骤：关闭底板，使得通过料斗的谷物逐渐覆盖住塑料板；利用电容法对料斗中的谷物的水分进行测量；测量完成后，打开底板，使得谷物落下。

根据一个优选的实施例，一种谷物干燥系统包括干燥机主体、提升机、鼓风机、信号检测与转换单元、控制显示单元、温湿度探头组、进粮溜管、下绞龙，其特征在于，还包括谷物水分分析仪。

通过本发明，实现了如下的有益效果：

1、本申请的谷物水分分析仪能够和谷物干燥系统联合使用，并且具有较高的测量精度；

2、由于料斗内侧是平滑的，避免了塑料板的磨损，也使得电容极板之间的介电常数不会变化，从而进一步提高了测量精度；

3、由于传感器板的边长大于所述开槽的边长，因此有效地防止了传感器板未完全对准所造成的误差或由于传感器板热胀冷缩所造成的误差；

4、由于料斗的上部边缘处设置有至少一个通风孔，能够吹散不饱满的谷物颗粒和杂质，因此进一步提高了测量精度；

5、由于在控制电路中设置了防静电开关，因此保护了控制电路的安全，延长了谷物水分分析仪的使用寿命。

本申请的其余技术效果将在具体实施方式中进一步论述。

附图说明

通过下面结合附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1a-图1d是谷物水分分析仪的一个优选实施例的结构图，其中，图1a是底部视图，图1b是立体图，图1c是一个侧视图，图1d是另一个侧视图。

图2a-图2b是谷物水分分析仪的底板的打开和关闭的侧视图，其中，图2a显示出底板关闭，图2b显示出底板打开。

图3是谷物水分分析仪的另一个优选实施例中开槽、塑料板、传感器板、绝缘板的分解图。

图4是谷物干燥系统的整体示意图。

图5a和图5b是谷物水分分析仪位于谷物干燥系统的下绞龙处的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

在下面的描述中，只通过说明的方式对本发明的某些示范实施例进行描述，毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同方式对所述的实施方案进行修正。因此，附图和描述在本质上只是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

参考图1-图3，谷物水分分析仪100包括料斗1、塑料板2、传感器板3、底板4、底板电机5、控制电路6，其中，料斗1可以竖直放置，料斗1顶部开口，用于接收待测的谷物，料斗1的底部由底板4进行密封，底板4在底板电机5的驱动下打开和关闭所述料斗。料斗1的至少一个侧壁上开有一个开槽，塑料板2嵌入到该开槽中；传感器板3贴着塑料板2布置在料斗1的外侧且与料斗1绝缘；料斗1和传感器板3均由导电材料制成，且构成了电容式的谷物水分分析仪的正极和负极。由于塑料板2嵌入到该开槽中，因此使得整个料斗1的内表面是平滑的，从而不会和谷物产生积累的摩擦，避免了料斗1与塑料板2的磨损。

料斗1可以是柱状筒形，塑料板2与传感器板3都可以是矩形的。此外，塑料板2与传感器板3也可以是其它形状，诸如圆形、椭圆形等。料斗1和传感器板3均可以由金属制成，且构成了电容式水分分析仪的正极电容板和和/或负极电容板。控制电路6由PCB电路板制成，包括CPU(单片机)、数据传输模块、水分检测模块、数字显示模块等。谷物水分分析仪100还可以包括显示电路7，显示电路7连接到控制电路6，用于显示检测次数、水分含量等数值。

作为一个优选的实施例，塑料板2包括内板和外环板，其中，内板被外环板所包围，内板相对于外环板向料斗1侧壁上的开槽的方向凸起，凸起的厚度大约是1-2毫米，但是不作为对凸起的限制，该凸起以与料斗1的侧壁的厚度相等为最佳，以便塑料板2正好卡在开槽处。当内板卡在开槽处时，外环板与料斗1的侧壁外侧(容纳谷物的相对另一侧)相贴合。贴合的固定方式可以是多种现有技术中的选择，在此不作具体的限定。例如，外环板的边沿可以具有多个圆孔，用于容纳将塑料板2整体固定在料斗1的侧壁上的螺钉。

作为一个优选的实施例，传感器板3的边长优选地大于料斗1侧壁上的开槽的边长。这样做的好处是，使得正负极电容之间的相对面积保持不变，即使在热胀冷缩的情况下或者在传感器板与开槽未完全对准的情况下，也能保证料斗1与传感器板3之间的极板面积保持不变，从而防止由于极板之间未完全对准或者由于热胀冷缩等原因导致的极板面积的变化。

在料斗1的上方中央有一个狭缝，谷物从该狭缝缓慢地流入料斗1，从而保证测量的精确性。在不进行水分测量时，底板4处于打开状态，使得谷物通过该水分分析仪100；在进行测量时，底板4在底板电机5的驱动下关闭，使得谷物在料斗1中积累，直到谷物盖满塑料板2的整个区域之后，才开始谷物水分的测量。在当前的设定中，底板4闭合后谷物大约需要2分钟盖满料斗1；当然，本领域技术人员知道谷物的这个填充时间是可以调整的，不构成对本申请的限制，只要保证谷物均匀下落即可，从而保证测量的精度。

作为一个优选的实施例，在料斗1内靠近底板电机5的位置可以设置有温度传感器，用于测量料斗1内的谷物温度。该温度传感器优选地可以是一个圆筒状笔尖型，直径优选是5mm。为了防止杂草等异物挂在该温度传感器上而无法随着谷物一同滑落下去，从而造成残留，优选地该温度传感器以向下倾斜的方式插入在料斗1内。优选地，该温度传感器以向下倾斜45度角的方式插入在料斗1内。

由于被测的谷物盖满了整个塑料板2的区域，因此相当于作为正负极电容板的料斗1与传感器板3之间充满了谷物，这样测量能够得到比较准确的结果。如果谷物未能覆盖整个塑料板2的区域，即使知道覆盖的具体比例(诸如，覆盖50％、覆盖70％等)，也无法得到准确的测量结果。

当测量完成时，底板4打开，使得谷物落下，完成一个测量循环。

谷物覆盖塑料板2的整个区域之后，可以开始测量，电容变化通过传感器板3中心连接着的金属杆传递到控制电路，从而进行电容计算，由此得到被测谷物的水分的测量值。作为一个电路示例而非限制，水分高则电容大，水分低则电容小。

作为一个优选的实施例，料斗1的开槽可以距离料斗1的顶部一个预定距离，以避免开槽过高时，谷物蓄积无法均匀覆盖该开槽所对应的塑料板2，从而使得塑料板2的两个顶角暴露出来而没有谷物覆盖。

此外，还可以在该开槽的上方开设至少一个通风孔11，在料斗1中蓄积谷物期间，通过通风孔11向料斗1的顶部吹风，从而将干瘪的谷粒和杂质吹出料斗1，以避免这些杂质影响测量结果。

作为一个优选的实施例，在控制电路6中，连接着传感器板3的电路部分设置有防静电开关；在未开始测量时，所述防静电开关将传感器板3连接的电路部分接地，从而避免电容板处的电容累积；而在开始测量时，所述防静电开关将传感器板3连接的电路部分接入到控制电路6的计算单元，从而进行测量。这样的电路结构进一步增强了测量的准确性，同时避免了控制电路6的损坏，延长了整个谷物分析仪的使用寿命，同时也保证了在谷物干燥机不停机的情况下的连续测量。

作为一个优选的实施例，该谷物水分分析仪还包括绝缘板22，该绝缘板22与前述的塑料板2将传感器板3夹在其中，以提高绝缘效果。绝缘板22可以与塑料板2具有相同的材料和形状，也可以具有与塑料板2不同的材料和形状，只要能达成本申请的目的，就不会构成对本申请的限制。

作为一个优选的实施例，谷物水分分析仪还可以包括显示电路、温度控制与检测电路等现有的组成部分，这些部分作为公知技术，在此不再赘述。

作为一个优选的实施例，进行谷物水分分析的方法包括如下步骤：关闭底板4，使得通过料斗1的谷物逐渐覆盖住塑料板2；利用电容法对料斗1中的谷物的水分进行测量；测量完成后，打开底板4，使得谷物落下。

参见图4和图5a-图5b，一种连续式谷物干燥系统包括干燥机主体200、提升机300、鼓风机400、信号检测与转换单元(未在图中示出)、控制显示单元(未在图中示出)、温湿度探头组(未在图中示出)、进粮溜管500、下绞龙600等。作为一个优选的实施例，上述的多个实施例中的谷物水分分析仪100也可以被包括在该谷物干燥系统中。

干燥作业时，待干燥谷物被提升机提升到干燥机主体的顶部，通过进粮溜管进入到干燥机主体内，待干燥谷物在干燥机主体内进行干燥，层层下落到干燥机作业系统底部的下绞龙所在的仓内，并通过下绞龙将谷物输送到提升机的底部，从而再次被提升机提升，实现谷物的循环干燥。图5a中下绞龙600上方的向左的箭头指示着风力方向，谷物水分分析仪100上方的颗粒表示着谷物落下且落入到谷物水分分析仪100中。

谷物干燥系统还包括控制电路，控制电路用于监测和控制整个作业系统的运行，并且通过控制显示单元将有效信息显示给操作者，以方便查看和记录。由于谷物干燥系统是本领域技术人员所公知的技术内容，因此在此不再赘述。

通过检测谷物水分或者水分变化速率，可以手动调节或者自动控制调节谷物运转速度和/或干燥温度，使谷物水分变化和谷物运转速度和/或干燥温度相适应。非限制性的示范性举例来说，如果谷物水分干燥速度慢，降低谷物运转速度和/或增高干燥温度；如果谷物水分干燥速度过快，增加谷物运转速度和/或降低干燥温度。作为一种优选，谷物运转速度和/或干燥温度的自动控制策略可以采用传统的PID控制方式。

将本申请上述的水分分析仪整合到该干燥系统中时，水分分析仪的控制电路6也可以与系统的控制电路电连接，从而以更集成的方式向操作者显示信息。

作为一个优选的实施例，可以考虑将水分分析仪放置在谷物干燥自动系统的多个位置，诸如，可以将其放置在提升机的侧壁，也可以将其放置在下绞龙处。

在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进和变形，都落在本发明的保护范围内，本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好地解释本发明的目的，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种谷物水分分析仪，包括料斗、塑料板、传感器板、底板、底板电机、控制电路，

其中，料斗竖直放置，料斗顶部开口，用于接收谷物，料斗的底部由底板进行密封，所述底板在底板电机的驱动下打开和关闭所述料斗；

料斗的至少一个侧壁上开有一个开槽，塑料板嵌入到该开槽中；

传感器板贴着塑料板布置在料斗的外侧且与料斗绝缘；

料斗和传感器板均由导电材料制成，且构成了电容式的谷物水分分析仪的正极和负极；

塑料板卡住所述开槽，以使料斗的内表面是平滑的方式嵌入到所述开槽中；

传感器板的边长大于所述开槽的边长。

2.根据权利要求1所述的谷物水分分析仪，其特征在于，传感器板与塑料板具有相同的形状，所述形状是矩形、圆形、或椭圆形。

3.根据权利要求1所述的谷物水分分析仪，其特征在于，料斗的所述开槽距离该料斗的顶部一个预定距离。

4.根据权利要求1所述的谷物水分分析仪，其特征在于，在该开槽上方的料斗边缘处开设至少一个通风孔，在料斗中蓄积谷物期间，通过通风孔向料斗的顶部吹风，从而将干瘪的谷粒和杂质吹出料斗。

5.根据权利要求1所述的谷物水分分析仪，其特征在于，在控制电路中，连接着传感器板的电路部分设置有防静电开关；在未开始测量时，所述防静电开关将传感器板连接的电路部分接地；而在开始测量时，所述防静电开关将传感器板连接的电路部分接入到控制电路的计算单元。

6.根据权利要求1所述的谷物水分分析仪，其特征在于，在料斗的上方中央悬置有一个狭缝，谷物通过狭缝落入到料斗中。

7.根据权利要求1所述的谷物水分分析仪，其特征在于，该谷物水分分析仪还包括绝缘板，该绝缘板与前述的塑料板将传感器板夹在其中。

8.根据权利要求1所述的谷物水分分析仪，其特征在于，该谷物水分分析仪被放置于谷物干燥系统的下绞龙处或放置于提升机的侧壁。

9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的谷物水分分析仪进行谷物水分分析的方法，其特征在于，

关闭底板，使得通过料斗的谷物逐渐覆盖住塑料板；

利用电容法对料斗中的谷物的水分进行测量；

测量完成后，打开底板，使得谷物落下。

10.一种谷物干燥系统，包括干燥机主体、提升机、鼓风机、信号检测与转换单元、控制显示单元、温湿度探头组、进粮溜管、下绞龙，其特征在于，还包括如权利要求1-8中任一项所述的谷物水分分析仪。