CN108761041A - 一种测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置及检测方法，包括电缆线、主机盒、电脑主机和显示器，还包括：水分传感器，所述水分传感器包括电缆、环氧树脂块、探针，所述探针为三针式探针，所述探针顶端为15～30°倾角；所述水分传感器通过所述电缆线与主所述机盒电性连接，所述主机盒通过所述USB数据线与所述电脑主机，所述电脑主机与显示器连接。本发明装置结构紧凑，操作方法简单，由于探针体积小巧，避免了工作时对堆体结构的破坏，在保证堆肥质量的同时使测定结果更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种含水率实时在线检测装置，具体为一种测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置及检测方法。
背景技术
水分是畜禽粪便、生活垃圾、园林修剪物等有机物的堆肥化处理过程的重要工艺参数，其含量高、低都会对微生物发酵效果产生影响，及时准确的测定水分有助于了解堆肥进程、优化工艺参数，提高堆肥效率，选择合适的水分在线监测方法对畜禽粪便堆肥规模化而言十分重要。
目前常用测定物料含水率的主要方法为烘干称重法，采用烘干称重法检测物料含水量时，物料中部分挥发性物质会随着温湿度的升高而散失，影响结果准确性。在规模化堆肥过程中，采用该方法取样不方便，且该方法获得结果滞后性强。
实时在线水分检测方法不仅可以克服取样位置不同所带来的取样误差，避免繁琐的取样测定过程，而且还可以及时获得水分含量信息，实时指导堆肥工艺的调控和优化，提高堆肥效率。原位测定方法-频域反射法(FDR)是利用电信号测定物料介电常数，再通过其与含水率的关系计算出物料体积含水率，是一种适用于畜禽粪便堆肥物料含水率实时在线检测方法。频域反射法(FDR)测定快速准确，几乎不破坏堆体结构。但是畜禽粪便在堆肥过程中由于物料配比不同导致容重不同，并且堆肥温度变化范围大，发酵环境具有一定的特殊性和复杂性，频域反射法不能在畜禽粪便堆肥中直接应用，因此需要设计一种检测装置及检测方法以满足实时在线检测的需要。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置，该装置具有抗老化、防腐蚀、耐酸碱等优点，通过实验得出的新的标定模型可抵抗物料容重和堆肥温度的干扰。
本发明的目的之二在于提供一种测定畜禽粪便堆肥物料含水率的检测方法，该方法结果准确性高。可以避免传统方法所需的繁琐取样烘干测定过程，可用于指导畜禽粪便堆肥和工艺调控，加速物料快速发酵。
为实现目的之一，发明提供如下技术方案：一种测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置，包括主机盒、电缆线、电脑主机、显示器和信号转换基站台，还包括：
水分传感器，所述水分检测器用环氧树脂块材料浇筑呈扁形，所述水分检测器与信号收发器连接，所述信号收发器设置在所述水分检测器尾端，所述信号收发器接到信号后将信号发射到信号转换基站，所述信号转换基站将信号转换后将信号发射给主机盒，所述主机盒上设有信号收发器、信号线及电源线，所述主机盒将数据处理完成后通过USB数据线传输给电脑主机。
优选的，所述水分检测器为双排探针，一排三针式为水分探针，另一排分别为温度探针、压力探针。
优选的，所述水分探针直径3mm，所述水分探针中间用联结板固定，间距为2cm，平行排列，所述水分探针长度为5-15cm。
优选的，所述水分探针、温度探针、压力探针表面涂有特殊涂层。
优选的，所述特殊涂层为环氧防腐涂层或鳞片防腐涂层或环氧聚酯混合型或户外纯聚酯。
为实现目的之二，发明提供如下技术方案：一种测定畜禽粪便堆肥物料含水率的检测方法，步骤如下：
步骤一：将水分检测器、信号基站台、主机盒、电缆线、电脑主机和显示器依次配对连接；
步骤二：将所述信号转换基站台固定在堆肥箱的进出料口处及取样口处；
步骤三：将所述水分检测器埋入畜禽粪便堆肥物料中；
步骤四：将所述主机盒通上电源，通过软件可设置所述水分检测器采集数据的时间间隔；
步骤五：将物料体积输入进所述主机盒，所述水分传感器检测装置上温度探针和压力探针测得物料温度和压力之后，将信号发射到所述信号转换基站台，所述信号转换基站台将信号转换后发射到所述主机盒；
步骤六：所述主机盒收到信号后，根据压力计算出物料容重，并结合温度、容重选择合适的标定模型后将信号反馈给水分检测器；
步骤七：通过所述水分检测器测定得被测物料的体积含水率，将信号发射给发射给所述信号转换基站台，所述信号转换基站台转换信号后发到所述主机盒，所述主机盒可计算出物料真实含水率。
与现有技术相比，发明的有益效果是：
(1)本发明装置结构紧凑，操作方法简单，由于探针体积小巧，避免了工作时对堆体结构的破坏，在保证堆肥质量的同时使测定结果更加准确。
(2)本发明将有线装置转换为无线装置，扩大了水分检测装置的工作范围。
(3)本发明设有信号转换基站台，加强了检测信号传输的稳定性。
(4)本发明设有温度和压力探针，根据检测到的温度和容重自主精确的选择检测模型，提高了检测结果的准确性。
(5)本发明探针长度范围选择在5-15cm范围内，且探针材料加有特殊涂层，即可减少物料电导率对检测精度的影响又可抵抗物料对探针的腐蚀性。
(6)本发明可以连续工作一个堆肥周期，可实时测得物料含水率。
(7)本发明在整个堆肥周期内可选用一个整体模型进行含水率测定，精度达到使用要求，亦可分别对应堆肥升温期、高温期以及降温期选用相对应的模型检测，且测定精度提高。
(8)本发明具有抗老化、防腐蚀、耐酸碱等优点，通过实验得出的新的标定模型可抵抗物料容重和堆肥温度的干扰。
(9)本发明适用于多种畜禽粪便堆肥过程中的含水率测定，对于配比不同的物料，可通过标定方法将测定精度提高到标准范围以内。
(10)本发明适用于畜禽粪便堆肥物料含水率的实时在线检测，结果准确性高。可以避免传统方法所需的繁琐取样烘干测定过程，可用于指导畜禽粪便堆肥和工艺调控，加速物料快速发酵。
附图说明
图1为发明整体装置的结构示意图；
图2为本发明水分传感器结构示意图；
图3为本发明机顶盒的结构示意图；
图4为本发明发酵物料中的含水率测定结果。
其中：1、水分检测器；2、主机盒；3、电缆线；4、电脑主机；5、显示器；6、信号转换基站台、7、信号收发器；8、环氧树脂块；9、水分探针；10、温度探针；11、压力探针；12、信号线；13、电源线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
水分检测器1为双排探针，一排三针式为水分探针9，另一排分别为温度探针10、压力探针11，水分探针9直径3mm，水分探针9中间用联结板固定，间距为2cm，平行排列，水分探针9长度为5-15cm，水分探针9、温度探针10、压力探针11材料为金属材料，水分探针9顶部具有一定倾斜角度，倾斜角度为15～30°倾角，水分探针9、温度探针10、压力探针11表面涂有特殊涂层；具体地，特殊涂层为环氧防腐涂层或鳞片防腐涂层或环氧聚酯混合型或户外纯聚酯；
水分检测器1尾端装有信号收发器7，信号收发器7近似圆锥形，信号收发器7内部装有电源，电源将信号收发器7及水分检测器1并联，信号收发器7与水分检测器1连接在一块；
信号转换基站台6安装在进出料口处，主要负责水分检测器1和主机盒2之间的信号传输，规模化堆肥过程中需要将水分检测器1埋进物料中，发酵箱难免会对信号产生屏蔽，信号转换基站6可保证信号的稳定传输；
水分检测器1上的温度探针10和压力探针11测得压力和温度后将信号传给信号转换基站台6，信号转换基站台6通过顶端的信号收发器7将数据发到主机盒2，主机盒2将压力信号换算为物料容重，并结合温度选择合适的检测模型，并将信号通过信号转换基站台6反馈到水分检测器1；
主机盒2可自主调制水分传感器1采集数据的时间间隔；
含水率测定后，数据可通过相应软件显示于电脑的显示器5上。
为使对本发明有进一步了解，下面给出较佳实施例并结合附图对本发明作详细描述，其中：
本实施例的装置参见图1，本装置主要有水分检测器1、主机盒2、信号线3、电脑主机4、显示器5、信号转换基站6组成。
其中各部件的形状、结构及相互之间的连接关系分别图2、图3。
经过试验测试，当水分检测器1的水分探针9长度为10-15cm时，探针受物料电导率的影响最小，装置测量精度最高。水分检测器1与信号收发器7被电源并联之后，水分检测器用环氧树脂块8(PVC)材料浇筑呈扁形，信号收发器7近似为圆锥形，水分检测器1上的探针之间由联接板固定。为了防止畜禽粪便对水分检测器1上的水分探针9、温度探针10、压力探针11腐蚀，在水分探针9、温度探针10、压力探针11表面涂有防腐涂层。为方便探针插入物料，探针9头部设有一定角度。
水分检测器1上设有水分探针9、温度探针10、压力探针11，它们分别通过内部电缆与信号收发器7连接，信号收发器7接到信号后将信号发射到信号转换基站6，信号转换基站6将信号转换后将信号发射给主机盒2，主机盒2上设有信号收发器7、信号线12及电源线13，主机盒2将数据处理完成后通过USB数据线传输给电脑主机4。
使用时，将该装置的水分检测器1埋入畜禽粪便堆肥物料中，将电脑主机4通上电源，通过软件可设置水分检测器1采集数据的时间间隔，通过水分检测器1测定得被测物料的温度、压力，由主机盒2得出的物料温度及容重，据此主机盒2可自主选择合适标定模型，测出的体积含水率经过软件处理可直接得出被测物料的含水率。
一种测定畜禽粪便堆肥物料含水率的检测方法，步骤如下：
步骤一：将水分检测器1、信号基站台6、主机盒2、电缆线3、电脑主机4和显示器5依次配对连接；
步骤二：将信号转换基站台6固定在堆肥箱的进出料口处及取样口处；
步骤三：将水分检测器1埋入畜禽粪便堆肥物料中；
步骤四：将主机盒2通上电源，通过软件可设置水分检测器采集数据的时间间隔；
步骤五：将物料体积输入进主机盒2，水分传感器1检测装置上温度探针10和压力探针11测得物料温度和压力之后，将信号发射到信号转换基站台6，信号转换基站台6将信号转换后发射到主机盒2；
步骤六：主机盒2收到信号后，根据压力计算出物料容重，并结合温度、容重选择合适的标定模型后将信号反馈给水分检测器1；
步骤七：通过水分检测器1测定得被测物料的体积含水率，将信号发射给发射给信号转换基站台6，信号转换基站台6转换信号后发到主机盒2，主机盒可计算出物料真实含水率。
从上述不难看出，本发明装置结构紧凑，操作方法简单，由于水分检测器体积小巧，避免了工作时对堆体结构的破坏，本发明将有线装置转换为无线装置，增加了本装置的自主灵活性，本发明设有信号转换基站，保证了信号平稳运行，且本发明可检测物料温度和容重，并据此自主选择合适的检测模型，可在保证堆肥质量的同时使测定结果更加准确。本发明可以连续工作一个堆肥周期，可实时测得物料含水率。
图4使本发明在畜禽粪便堆肥物料中的含水率测定结果与实际含水率的值作比较，实验结果表明，本发明装置所测定的畜禽粪便堆肥物料的含水率与实际含水率吻合非常好。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置，包括主机盒(2)、电缆线(3)、电脑主机(4)、显示器(5)和信号转换基站台(6)，其特征在于，还包括：
水分传感器(1)，所述水分检测器(1)用环氧树脂块(8)材料浇筑呈扁形，所述水分检测器(1)与信号收发器(7)连接，所述信号收发器(7)设置在所述水分检测器(1)尾端，所述信号收发器(7)接到信号后将信号发射到信号转换基站(6)，所述信号转换基站(6)将信号转换后将信号发射给主机盒(2)，所述主机盒(2)上设有信号收发器(7)、信号线(12)及电源线(13)，所述主机盒(2)将数据处理完成后通过USB数据线传输给电脑主机(4)。
2.如权利要求1所述的测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置，其特征在于：所述水分检测器(1)为双排探针，一排三针式为水分探针(9)，另一排分别为温度探针(10)、压力探针(11)。
3.如权利要求2所述的测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置，其特征在于：所述水分探针(9)直径3mm，所述水分探针(9)中间用联结板固定，间距为2cm，平行排列，所述水分探针(9)长度为5-15cm。
4.如权利要求2或3所述的测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置，其特征在于：所述水分探针(9)、温度探针(10)、压力探针(11)材料为金属材料，所述水分探针(9)顶部具有一定倾斜角度。
5.如权利要求2或3所述的测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置，其特征在于：所述水分探针(9)、温度探针(10)、压力探针(11)表面涂有特殊涂层。
6.如权利要求4所述的测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置，其特征在于：所述水分探针(9)、温度探针(10)、压力探针(11)表面涂有特殊涂层。
7.如权利要求5所述的测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置，其特征在于：所述特殊涂层为环氧防腐涂层或鳞片防腐涂层或环氧聚酯混合型或户外纯聚酯。
8.如权利要求6所述的测定畜禽粪便堆肥物料含水率的装置，其特征在于：所述特殊涂层为环氧防腐涂层或鳞片防腐涂层或环氧聚酯混合型或户外纯聚酯。
9.一种测定畜禽粪便堆肥物料含水率的检测方法，其特征在于：步骤如下：
步骤一：将水分检测器(1)、信号基站台(6)、主机盒(2)、电缆线(3)、电脑主机(4)和显示器(5)依次配对连接；
步骤二：将所述信号转换基站台(6)固定在堆肥箱的进出料口处及取样口处；
步骤三：将所述水分检测器(1)埋入畜禽粪便堆肥物料中；
步骤四：将所述主机盒(2)通上电源，通过软件可设置所述水分检测器(1)采集数据的时间间隔；
步骤五：将物料体积输入进所述主机盒(2)，所述水分传感器(1)检测装置上温度探针(10)和压力探针(11)测得物料温度和压力之后，将信号发射到所述信号转换基站台(6)，所述信号转换基站台(6)将信号转换后发射到所述主机盒(2)；
步骤六：所述主机盒(2)收到信号后，根据压力计算出物料容重，并结合温度、容重选择合适的标定模型后将信号反馈给水分检测器(1)；
步骤七：通过所述水分检测器(1)测定得被测物料的体积含水率，将信号发射给发射给所述信号转换基站台(6)，所述信号转换基站台(6)转换信号后发到所述主机盒(2)，所述主机盒(2)可计算出物料真实含水率。
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