DE4118739C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Flüssigkeiten, insbesondere Milch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messenn strömender Flüssigkeiten, insbesondere Milch, bei dem ein Luft-Flüssigkeitsverhältnis im Förderstrom mit konduktiven Unter­ schieden der Medien als Funktion der Größe Flüssigkeitsfördermengen zur Zeit dient, wobei die Flüssigkeit an einer Meßstelle entlanggeführt wird, an der die Impulse erfaßt und bewertet werden und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit der die Milchimpulse erfaßt und bewertet werden.

Es ist bekannt, daß die vom Milchsammelstück des Melkzeuges kommende und einer Sammelleitung zugeführte Milch pulsierend fließt, da der Milchtransport durch zugeführte Luft erfolgt. Während in stationären Melkanlagen die Milchmengenmessung leichter zu be­ herrschen ist, weil dort die Größe und das Gewicht der Meßeinrichtung nicht so entschei­ dend sind, bereitet die Erfassung des Augenblickswertes zwecks Änderung der Melkpara­ meter und Abschaltung der Melkanlage bei Erreichen der Mindestflußmenge und die Erfassung der Gesamtmilchmenge Schwierigkeiten. Gefordert wird von den Milcherfas­ sungseinrichtungen, daß sie nur den Milchanteil messen, leicht und kompakt sind, keine scharfen Strömungsumlenkungen aufweisen, die zur Ausbutterung führen könnten. Sie dürfen sie das Melkvakuum nicht beeinflussen und sich gut reinigen lassen. Weiterhin müssen sie eine Registrierung des Meßergebnisses ermöglichen.

Diese hohen Anforderungen sind nur schwierig zu erfüllen. Aufgrund dessen wurden schon eine Vielzahl von Versuchen unternommen, diese Anforderungen weitestgehend zu erfüllen.

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß die Meßstelle lageabhängig ist. Unterschied­ liche Abstände zwischen Kuheuter und Anschlußstelle an die Milchleitung ergeben eine unterschiedliche Lage der Meßeinrichtung. Deshalb scheiden Meßgeräte aus, die eine genau senkrechte Lage erfordern.

In der Praxis sind Teilstrommesser in Anwendung, die ent­ weder vom Hauptstrom über einen Bypaß einen Zweigstrom in ein Meßglas ableiten oder die den Hauptstrom mittels eines Verteilerkegels gleichförmig aufteilen und davon einen bestimmten Prozentsatz auffangen und in ein Meßgefäß leiten. Bedingung ist hier, daß die Luft vorher abgeschieden wurde und das Meßrohr vollständig mit Milch gefüllt ist.

Zur Melkzeugabschaltung und elektronischen Speicherung der Milchmenge eignen sich diese Meßeinrichtungen nicht. Es ist auch üblich, monatlich ein bis zwei Kontrollmessungen mittels Kannenmelkanlage durchzuführen. Obwohl der Meß­ wert für das betreffende Gemelk genau ist, weicht dieser oftmals weit vom Mittelwert der Monatsleistung ab, da der Milchertrag von verschiedenen Faktoren abhängig ist und beachtlich schwanken kann.

Des weiteren wurden schon viele Versuche unternommen, die Strömungsgeschwindigkeit induktiv durch eine das Meßrohr umgebende Spule oder kapazitiv durch Kondensatorplatten zu messen. Bei horizontal angeordneten Meßstellen wird die sich durch den Füllungsgrad der Rohrleitung ändernde Induktivität bzw. Kapazität zur Messung herangezogen. Das Ergebnis wird jedoch durch die diskontinuierliche Zusammen­ setzung der Milch stark verfälscht. Auch auf dem Leit­ fähigkeitsprizip mittels zweier Elektroden, bei denen die Milch den Widerstand bildet, sind schon viele Versuche unternommen worden. Meist wird dabei das Milchflußende ermittelt. Aber auch hier spielt die Milchzusammensetzung eine wesentliche Rolle. Da die Elektroden feucht bleiben, weisen diese falsche Meßergebnisse auf. Auch Stauhöhen­ messer, die aus einem Staurohr mit seitlichen Öffnungen für den Milchabfluß mit an den Abflußöffnungen angeordneten Elektroden zur kapazitiven Messung oder im Staugefäß angeordneten Magnetschwimmer sind bekannt. Der Schwimmer kann die augenblickliche Füllstandshöhe über Magnetschalter übertragen, wobei diese Werte zur Gesamtmenge integriert werden, oder die Schwimmerlage kann durch einen Ultra­ schallgenerator angepeilt und die Schwimmerhöhe mittels der Laufzeit gemessen werden. Diese Einrichtungen erfordern einen hohen Spülmittelfluß, um das Meßgerät richtig zu reinigen und eine genau senkrechte Aufhängung.

Die DE 26 55 711 A1 beschreibt eine Meßeinrichtung, die kompakt und tragbar ist. Dabei wird die Milch entgast, durch Eigengefälle in eine rotierende Schlauchpumpe oder Kolbenpumpe geleistet und unter Druck abgefördert. Die Pumpenbewegung wird gezählt und mit dem Fördervolumen multipliziert. Da diese einen Motor besitzt und einen zusätzlichen Luftabführschlauch aufweist, wird die Meß­ einrichtung zu groß und zu schwer.

Auch optische Erfassungsmöglichkeiten sind bekannt. Beispielsweise wird mittels einer Lampe ein Glasrohr durchstrahlt, und der gegenüberliegende Empfänger (beispielsweise Selenzelle) registriert den Lichtdurch­ laß. Damit kann das Milchflußende festgestellt werden. Abgelagertes Milchfett beeinflußt die Genauigkeit des Abschaltpunktes.

Die DE-AS 11 81 440 zeigt eine Möglichkeit, mittels zweier Lichtschranken, eines Steuerventils, eines Diffusors und einer Belüftungseinrichtung ein Meßrohr intermetierend zu füllen und durch Absperren und Be­ lüften zu entleeren. Die Füllvorgänge werden gezählt.

Eine günstige, aber noch nicht voll befriedigende Lösung wird in der DE OS 23 55 462 offenbart. Die Einrichtung bezweckt die Abschaltung des Melkzeuges beim Aufhören des Milchflusses. Eine Erfassung der Gesamtmilchmenge ist aus dieser Lösung nicht erkenn­ bar. Für den Zweck ist in dem vom Melkzeug kommenden Milchschlauch ein Meßrohr eingesetzt, das sich im Querschnitt verjüngt und in dessen Verjüngung eine Ringelektrode und im Zentrum eine Rechteckelektrode eingesetzt ist. Auch die Anordnung zweier ne­ beneinanderliegender Ringelektroden um die verjüngte Milchmeßröhre ist beschrieben. Mit der Verjüngung sollen die Milchpfropfen beschleunigt werden, damit die Gefahr des Rückflusses und damit einer Doppelauswertung verringert wird. Obwohl die verwendeten Werkstoffe und die Zusammensetzung unterschiedliche Dielektrika aufweisen, besteht zwischen dem Dielektrikum der Milch und der Luft ein ausreichend großer Unterschied, der durch geeignete Schaltungen als Impuls erfaßt und weiter verarbeitet wird. Im ange­ führten Beispiel wurde eine Resonanzfrequenz von 2 MHz für den Milchpfropfen gewählt. Bei Luft liegt diese Resonanzfrequenz erheblich niedriger.

Die Milchimpulse können also erfaßt und bei Ausbleiben zur Abschaltung des Melkzeuges benutzt werden. Aus dieser Beschreibung ist nicht erkennbar, daß die Summe aller Milch­ pfropfen zur Gesamtmilchmenge erfaßt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messenn von Flüssigkeiten, insbesondere Milch, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit denen mittels einer sicheren Verfahrensführung genaue Meßergebnisse erzielt, sowie eine leichte, transportable Meß- und Steuereinrichtung zur Verfügung gestellt wird, mit dem bei einem geringen schaltungstechnischen Aufwand die Milcherfassung vorgenommen werden soll, wobei der Milchfilm im Meßrohr und auch eine Schräglage des Meßrohres die Genauigkeit der Meßwerte nicht beeinträchtigen sollen.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren und zu einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils der Patentansprüche 1 bzw. 3 gelöst.

Die Erfindung vorteilhaft ausgestaltend registriert der Meßaufbau in der Milchleitung das Verhältnis zwischen den geförderten Milchpfropfen und den Luftblasen. Für ein jeweiliges Melkmaschinenprodukt ist eine reproduzierbare Funktion zwischen diesem Verhältnis und der Milchfördermenge/Zeit gefunden worden.

Mit dem vorgeschlagenen Aufbau kann verfahrensgemäß dieses Milch/Luftverhältnis einfach digital erfaßt werden. Voraussetzung für die Funktion des Meßprinzips ist die sichere Unterscheidung der beiden wechselnden Medien, Milch und Luft, am Meßort auf der Basis ihrer großen Leitwertunterschiede.

Von dem Prozessor ausgehende konstante Sendeimpulse werden an der Elektrodenanord­ nung im Verhältnis der Milch/Luft-Anteile unterbrochen. Diese lückende Impulsinformati­ on setzt der Prozessor mit der gesendeten Impulsanzahl in ein Verhältnis, welches dem Milch/Luft-Verhältnis entspricht. Als Meßverfahren wird eine konstante Meßzeit mit konstanter Sendeimpulszahl vorgeschlagen. Damit vereinfacht sich die Verhältnisbildung und kann auf eine einfache Auswertung der übertragenen Impulse reduziert werden. Da im Prozessor die Milchfördermenge/Zeit als Funktion des Impulsverhältnisses gespeichert ist, kann der Momentanwert der Milchfördermenge/Zeit bestimmt werden. Durch Integration der Milchfördermenge/Zeit über die Melkzeit kann die Gesamtmilchmenge ermittelt werden.

Es ist im Sinne der Erfindung vorteilhaft, wenn eine einfache Schaltungslösung zur An­ schaltung des Elektrodengebers an den Prozessor gesichert ist. Die Schaltung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung erfüllt für eine sichere Funktion zusätzlich die Aufgaben:

• - Vermeidung von Polarisationserscheinungen an den Elektroden
• - Realisierung einer Schaltstelle für empfangene Impulse

Es ist eine Ausbildung der Erfindung, daß die Nadelanordnung als Gegenelektrode zum Rohrende die negativen Wirkungen von Nebenanschlüssen herabsetzt, die durch Wandbe­ netzung im Meßraum zu Nebenanschlüssen zwischen den Elektroden bei der konduktiven Abtastung führen. Damit wird eine klare Unterscheidung beider Meßmedien herabgesetzt oder verhindert. Mit der Gestaltung der Glocke wird die resultierende Weglänge für Flüs­ sigkeitsnebenschlüsse verlängert. Damit ist nahezu ein Schaltverhalten zwischen beiden Meßelektroden erreicht. Für eine einfache digitale Meßwerterfassung ist diese Eigenschaft eine wichtige Voraussetzung.

Typisch auftretende Milchdrückflüsse können ebenfalls das Meßergebnis verfälschen. Die Glocke und die Anordnung des Elektrodenpaares verhindern den Rückfluß der erfaßten Milchmengen. Doppelauswertungen sind damit ausgeschlossen.

Dabei ist die axial angeordnete Elektrode mit einer Spitze versehen, die geringfügig in das Zentrum der Hülsenelektrode eintaucht. Der Anfang und das Ende jedes Milchpfropfens werden hiermit genau abgegrenzt.

Die Hülsenelektrode liegt über einem Kondensator an einem Ausgang des Prozessors an. Die vom Prozessor erzeugten Rechteckimpulse werden bei Berührung des Milchpfropfens mit der Gegenelektrode über Kondensatoren und einem Spannungsteiler zu symmetrischen Impulsnadeln differenziert, dabei werden galvanische Effekte vermieden. Die am Span­ nungsteiler abgegriffenen Impulsnadeln werden vom Prozessor nur dann verarbeitet, wenn die Amplitude die Schaltwelle der Eingangsstufe überschreitet. Damit werden störende vom Milchfilm herrührende kleine Impulse eliminiert. Andererseits haben Amplituden­ schwankungen durch Leitfähigkeitsunterschiede der Milch keinen Einfluß, da sie oberhalb der Schaltwelle wirken. Die empfangenen Impulse werden intervallmäßig summiert. Die Summe der empfangenen Impulse wird anhand einer empirisch ermittelten Funktion in Milchmengen umgerechnet und die einzelnen Intervallmessungen zur Gesamtmilchmenge addiert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1: den schaltungstechnischen Aufbau der Meßeinrichtung mit Prozessor,

Fig. 2: die Ausbildung der Spannungsverläufe in den einzelnen Meßpunkten

Fig. 3: eine Darstellung über die funktionelle Abhängigkeit von Impulszahl und Milchmenge je Zeiteinheit

Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Meßeinrichtung aus einer Geberelektrode 1, die gleichzeitig die Milchleitung darstellt. Dieser gegenüber ist eine nadelförmige Empfängerelektrode 2 mittels einer Glocke 3 isoliert gehaltert. Die Spitze 4 der Nadel ragt in das Zentrum 5 der Geberelektrode 1 geringfügig hinein. Die vom Prozessor 6 kommenden Rechteckimpulse hoher Frequenz, beispielsweise 1 kHz werden über den zweiten und ersten Kondensator C2, C1 und den Spannungsteiler 7 zu symmetrischen Impulsnadeln differenziert, vorausge­ setzt, daß der in der Geberelektrode 1 ankomende Milchpfropfen die Spitze 4 berührt und somit den Stromkreis schließt. Es werden so lange Impulse übertragen, bis der Milchpfrop­ fen die Geberelektrode 1 verlassen hat und der Kontakt zur Empfängerelektrode 2 abgebro­ chen ist. Die nachfolgende für den Milchtransport erforderliche Luft ist für die Impulsüber­ tragung nicht geeignet, so daß nur die durch die Meßstelle geflossene Milch erfaßt wird. Die vom Prozessor 6 ausgesandten Impulse werden intervallmäßig, beispielsweise jeweils 10 Sekunden summiert und mittels der empirisch ermittelten Funktion in Milchmengen umgerechnet. Die Ergebnisse der einzelnen intervallmäßigen Messungen bilden die Gesamtmilchmenge. Die einzelnen Messungen stellen den augenblicklichen Milchfluß dar und sind geeignet, steuerungstechnisch in den Melkprozeß einzugreifen.

Wie die Schaltung in Fig. 1 zeigt, liegt der zweite Kondensator C2 im ersten Anschlußpunkt 8 an. Die im zweiten Anschlußpunkt 9 abgenommenen Nadelimpulse werden der Eingangs­ stufe 10 zugeleitet.

Erster, zweiter und dritter Widerstand R1, R2 und R3 sind so bemessen, daß sich im ersten Anschlußpunkt 8 der Spannungswert Ub/2, im zweiten Anschlußpunkt 9 der Spannungswert Ub/3 ergibt.

Dieses Widerstandsverhältnis ist für eine bestimmte Controllertechnologie optimiert und es kann sich bei Verwendung einer, anderen Controllertechnologie die Änderung des Wider­ standsverhältnisses als vorteilhaft erweisen. Wie Fig. 2a zeigt, sendet der Prozessor 6 Rechteckimpulse aus, die am zweiten Kondensator C2 anliegen. Die in Fig. 2b dargestell­ ten differenzierten Impulse liegen am zweiten Abschlußpunkt 9 an und die in Fig. 2c dar­ gestellten Rechteckimpulse biegen am Ausgang der Eingangsstufe 10 an. Die in der Fig. 3 dargestellte Kurve wird empirisch ermittelt und zeigt das Verhältnis der übertragenen Impulse zur entsprechenden Milchmenge auf. Diese Werte sind im Prozessor gespeichert und werden bei jeder intervallmäßigen Messung abgefragt und als Gesamtmilchmenge summiert.

Claims (5)

1. Verfahren zum Messen strömender Flüssigkeiten, insbesondere Milch, bei dem ein Luft-Flüssigkeitsverhältnis im Förderstrom mit konduktiven Unterschieden der Medien als Funktion der Größe Flüssigkeitsfördermengen zur Zeit dient, wobei die Flüssigkeit an einer Meßstelle entlanggeführt wird, an der die Impulse erfaßt und bewertet wer­ den, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Prozessor Impulse hoher Frequenz kon­ tinuierlich ausgezählt werden und die erhaltene Impulsanzahl als Mengenverhältnis von Luft/Flüssigkeit gewertet, mittels einer im Prozessor abgespeicherten Funktion zur Bestimmung der zugehörigen Flüssigkeitsfördermenge zur Zeit einbezogen werden, wobei durch anschließende Integration des Fördermengen-Zeitverhältnisses während des Meßzeitraumes der Gesamtmilchmenge bestimmt und die Abtastfrequenz zwischen 500 Hz bis 2000 Hz liegend vorgesehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastfrequenz 1000 Hz eingesetzt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit der die durch die Milch ausgelö­ sten Meßimpulse erfaßt und bewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge­ berelektrode (1) an einen ersten Kondensator (C 1), die Empfänngerelektrode (2) an einen zweiten Kondensator (C 2) anliegt, der zweite Kondensator (C 2) am Spannung­ steiler (7) zwischen ersten dem Widerstand (R 1) und dem zweiten Widerstand (R 2) und der Abgang zum Prozessor (6) zwischen dem zweiten Widerstand (R 2) und dem dritten Widerstand (R 3) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (7) so bemessen ist, daß im ersten Anschlußpunkt (8) die Spannung Ub. 2^-1 und im zweiten Anschlußpunkt (9) die Spannung Ub. 3^-1 beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4 des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß eine Empfängerelektrode (2) nadelförmig ausgebildet und axial als isolierte Metallelek­ trode angeordnet ist, deren Spitze (4) im Zentrum (5) am Ende einer, nur zur Empfän­ gerelektrode (2) isolierten hülsenförmigen Geberelektrode (1) mündet.