FI64789C - Foerfarande och anordning vid volymmaetningar av mjoelk - Google Patents

Description

1 64789

Menetelmä ja laite maidon tilavuusmittauksissa Förfarande och anordning vid volymmätningar av mjolk

Keksinnön kohteena on menetelmä maidontuottajilta tankkiautojen avulla tapahtuvassa maidonkeruussa maidon tilavuusmittaamiseksi, jossa menetelmässä maito johdetaan imuletkun tai imuputken ja imuletkun kautta ilmanerottimeen ja ilmanerottimesta tilaavuusmittarille, ja jossa mene-5 telmässä pumppulaitetta, joka on sijoitettu ilmanerottimen suhteen siten, että ilmanerotin on pumppulaitteen imupuolella ohjataan ohjausjärjestelmän avulla ilmanerottimessa olevan maidon pinnankorkeudesta riippuen.

Keksinnön kohteena on lisäksi laite maidontuottajilta tankkiautojen 10 avulla tapahtuvassa maidonkeruussa maidon tilavuusmittaamiseksi, joka laite käsittää imuletkun tai imuputken ja imuletkun, ilmanerottimen, joka on varustettu ilmanpoistolaitteella, pumppulaitteen sekä tilavuus-mittarin, ja jolla laitteella maito imetään maatilantankista tai mai-topystöstä ilmanerottimeen, josta maito johdetaan edelleen tilavuusmit-15 tarille.

Nesteiden tilavuusmittauksia suoritetaan esim. maidontuottajilta tankki-autojen avulla tapahtuvassa maidonkeruussa. Maito pumpataan putkiston kautta ilmanerottaja-astiaan, jossa nestepinta nousee, kunnes nestepintaa 20 tunnustelevan uimurin varteen kiinnitetty sulkuelin lopulta sulkee il-manpoistoventtiiliin johtavan ilma-aukon. Tällöin ilmanerottaja-astian yläosa muodostaa suljetun systeemin, johon kehittyy vähitellen painetta, joka tietyn arvon saavutettuaan voittaa mittarin jälkeen sijoitetun suuntaventtiilin jousikuorman ja suuntaventtiili aukeaa. Tällöin maito 25 alkaa virrata mittarin läpi ja maidon virtausta jatkuu niin kauan, kunnes pumppu työntää ilmanerottaja-astiaan pelkää ilmaa. Tällöin nestepinta ilmanerottaja-astiassa alkaa laskea ja lopulta uimuri on niin alhaalla, että ilma-aukko avautuu ja paine purkautuu ilmanpoistoventtiilin kautta ulos. Tällöin suuntaventtiili sulkeutuu ja maidon tilavuuden mittaus 30 loppuu. Tällainen nesteiden tilavuusmittausjär j es telinä on esitetty esim.

FI -patent tihakemuksessa n:o 780025, johon viitataan te_kniikan tason osalta.

2 64789

Edellä kuvatussa tunnetussa tilavuusmittausjärjestelmässä esiintyy useita mittaustarkkuuteen epäedullisesti vaikuttavia teknisiä ratkaisuja. Ensinnäkin pumppu on asennettu ennen ilmanerotinta, mistä on seurauksena ilman ja maidon sekoittuminen pumpussa mikroskooppisen pieniksi kuplik-5 si. Tämän johdosta ilman erottaminen maidosta täydellisesti on erittäin vaikeaa ja usein suorastaan mahdotonta, mistä on seurauksena mittausvirhe maitomäärän tilavuusmittauksessa. Toiseksi joissakin laitteisto-sovellutuksissa pumpun jälkeen on pystysuora putkenosa, jossa mittauksen päätyttyä jäävä maitomäärä vaihtelee eri mittauskerroilla aiheuttaen 10 mittausvirhettä. Kolmanneksi ilmanerottimessa on yleensä suuri poikkileikkauksen pinta-ala sillä kohdalla, jossa maidon pinta pyritään mittausten lopussa pysäyttämään. Suuresta pinta-alasta aiheutuva pieni korkeusvaihtelu aiheuttaa suuren tilavuusvaihtelun ja siten mittausvirheen. Neljänneksi mittauksen päättyminen on epämääräistä ja liiaksi 15 mittauslaitteistoa käyttävän henkilön toiminnasta riippuvaa.

Suomalaisessa patentissa n:o 51 092 on esitetty ratkaisu, jossa pumppu pysäytetään ja vastaavasti käynnistetään maidon pinnan saavuttaessa ilmanerottimessa tietyn tason.

20

Saksalaisessa hakemusjulkaisussa n:o 2 202 697 on esitetty ratkaisu, jossa käytetään kahta referenssitasoa. Ratkaisussa ei ohjata pumpun pump-pausnopeutta, vaan säätö suoritetaan venttiilin ja pumpun avulla.

25 Suomalaisessa patenttihakemuksessa n:o 771743 on esitetty menetelmä maidon tilavuusmittaamiseksi. Tässä tunnetussa menetelmässä maitoa ei kuitenkaan johdeta imuletkun tai imuputken ja imuputken kautta ilmanerotti-meen ja ilmanerottimesta tilavuusmittarille.

30 Keksinnön päämääränä on aikaansaada parannus nykyisin tunnettuihin tila-vuusmittausmenetelmiin. Keksinnön yksityiskohtaisempana päämääränä on aikaansaada menetelmä, jossa voidaan mahdollisimman tarkasti estää satunnaisten mittausvirheiden syntyminen sekä estää tai vakioida systemaattiset virhelähteet.

Keksinnön päämäärät saavutetaan menetelmällä, jolle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että pumppulaitetta ohjataan ohjausjärjestelmän avulla 35 64789 siten, että maidon pinnan saavuttaessa ilmanerottimessa ensimmäisen ylemmän tason ohjausjärjestelmä on sovitettu kytkemään pumppulaitteen toimintaan hitaalle pumppausnopeudelle, ja että maidon pinnan saavuttaessa ilmanerottimessa toisen mainittua ensimmäistä ylempää tasoa kor-5 keammalla olevan ylemmän tason ohjausjärjestelmä on sovitettu kytkemään pumppulaitteen toimintaan suuremmalle pumppausnopeudelle.

Keksinnön mukaisen menetelmän muut tunnuspiirteet on esitetty patenttivaatimuksissa 2 ja 3.

10

Keksinnön päämääränä on lisäksi aikaansaada parannus nykyisin käytettyihin tilavuusmittauslaitteisiin. Keksinnön yksityiskohtaisempana päämääränä on aikaansaada tilavuusmittauslaite, jonka rakenne ja toiminta mahdollisimman tarkoin estää satunnaisten mittausvirheiden syntymisen sekä 15 estää tai vakioi systemaattiset virhelähteet. Vielä eräänä keksinnön päämääränä on aikaansaada tilavuusmittauslaite, jossa käyttövirheiden tai oheislaitteiden vajaatoiminnan vaikutus on mahdollisimman pieni.

Keksinnön päämäärät saavutetaan laitteella, jolle on pääasiallisesti 20 tunnusomaista se, että ohjausjärjestelmä on sovitettu ohjaamaan pumppu-laitetta siten, että maidon pinnan saavuttaessa ilmanerottimessa ensimmäisen ylemmän tason pumppulaite kytkeytyy toimintaan hitaalle pumppausnopeudelle, ja että maidon pinnan saavuttaessa ilmanerottimessa toisen mainittua ensimmäistä ylempää tasoa korkeammalla olevan ylemmän tason 25 pumppulaite kytkeytyy toimintaan suuremmalle pumppausnopeudelle.

Keksinnön mukaisen laitteiston muut tunnuspiirteet on esitetty patenttivaatimuksissa 5-8.

30 Keksinnön mukaisessa menetelmässä ja laitteessa on oivallettu se, että suurimmat mittausvirheet aiheutuvat muista tekijöistä kuin käytetystä tilavuusmittarista. Näin ollen keksinnön mukaisessa menetelmässä ja laitteessa on oivallettu lisätä etupäässä ilmanerotuksen tehokkuutta sekä parantaa mittauksen aloituksen ja lopetuksen vakiointia. Keksin-35 nön mukaisessa menetelmässä on oivallettu erottaa ilma maidosta ennen pumppausta. Tämän johdosta estetään ilman ja maidon tarpeeton sekoittuminen ennen varsinaista ilman erotusta. Toiseksi keksinnön mukaises- 4 64789 sa menetelmässä ilma erotetaan maidosta alhaisessa paineessa, ts. paineessa, joka on pienempi kuin ilmakehän paine, jolloin maidon sisältämät ilmakuplat laajenevat ja erkaantuvat nopeasti. Ilman erotuksessa mahdollisesti erkaantumatta jääneet "mikrokuplat" puristetaan ilman ero-5 tuksen jälkeisessä pumppauksessa suuremmassa paineessa pieneen tilavuuteen, jolloin niiden vaikutus mittausvirheeseen aivan olennaisesti pienenee. Keksinnön mukaisessa laitteessa on käytetty ilmanerotinta, jossa se poikkipinta-ala, johon maidon pinta mittauksen päätyttyä pysäytetään, on pieni. Tämän johdosta pinnan korkeuden vaihtelusta aiheu-10 tuva satunnainen virhe pysyy erittäin pienenä.

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen edulliseen suoritusmuotoon, johon keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus yksinomaan rajoittaa. 15

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetyn laitteen erästä edullista suoritusmuotoa.

Kuvio 2a esittää tunnetussa mittauslaitteessa havaittua absoluuttista 20 virhettä litroina ja prosentuaalisena virheenä, kun mittaastiana on käytetty 302 litran mitta-astiaa.

Kuvio 2b esittää keksinnön mukaisessa mittauslaitteessa havaittua absoluuttista virhettä litroina ja prosentuaalisena virheenä, kun mitta-25 astiana on käytetty 302 litran mitta-astiaa.

Kuvio 3a esittää tunnetussa mittauslaitteessa havaittua absoluuttista virhettä litroina ja prosentuaalisena virheenä, kun mitta-astiana on käytetty 40 litran mitta-astiaa.

30

Kuvio 3b esittää keksinnön mukaisessa mittauslaitteessa havaittua absoluuttista virhettä litroina ja prosentuaalissena virheenä, kun mitta-astiana on käytetty 40 litran mitta-astiaa.

35 Kuvio 4a esittää tunnetussa mittauslaitteessa havaittua absoluuttista virhettä litroina ja prosentuaalisena virheenä, kun mitta-astiana on käytetty 20 litran mitta-astiaa.

64789

Kuvio 4b esittää keksinnön mukaisessa mittauslaitteessa havaittua absoluuttista virhettä litroina ja prosentuaalisena virheenä, kun mitta-astiana on käytetty 20 litran mitta-astiaa.

5 Kuvion 1 mukaisessa suoritusmuodossa keksinnön mukaista laitetta on merkitty yleisesti viitenumerolla 10. Laite 10 käsittää imuputken 11, sulkuventtiilillä 12 varustetun imuletkun 13, ilmanerottimen 14, pump-pulaitteen 18, tilavuusmittarin 20 sekä takaiskuventtiilin 21. Ilman-erotin 14 on varustettu ilmanpoistolaitteella 15, pinnankorkeuden tun-10 tijalla 16 sekä paineanturilla 17. Viitenumerolla 22 on merkitty ohjauslaitetta, joka on sovitettu ohjaamaan ilmanpoistolaitteen 15 toimintaa. Pinnankorkeuden tuntijalta 16 ja paineanturilta 17 saadut mittaussignaalit johdetaan ohjauslaitteeseen 22. Pumppulaite 18 on edullisesti keskipakopumppu, jota hydraulinen ohjausjärjestelmä 23 on sovitettu 15 ohjaamaan ohjauslaitteelta 22 tulevan ohjaussignaalin perusteella. Viitenumerolla 19 on merkitty suodatinta, joka on sijoitettu putkilinjaan pumppulaitteen 18 ja tilavuusmittarin 20 välille.

Keksinnön mukaisen laitteen 10 toiminta on seuraava. Ennen mittauksen 20 aloittamista sulkuventtiili 12 on suljettu, jolloin ajoneuvon moottoriin kytketty hydrauliikkapumppu on toiminnassa ja laite 10 täynnä maitoa ilmanerottimen 14 tasolta A eteenpäin maidon virtauksen suunnassa. Mittauksen suorittaja kytkee laitteen 10 toimintaan ohjauslaitteessa 22 olevalla kytkimellä. Paineanturi 17 ilmoittaa ohjauslaitteelle 22 il-25 manerottimessa 14 vallitsevan paineen. Mikäli ilmanerottimessa 14 vallitseva paine on suurempi kuin ennalta asetettu rajapaine P^, joka on pienempi kuin ilmakehän paine, niin ilmanpoistolaite 15 kytkeytyy toimintaan imien ilmaa pois ilmanerottimesta 14.

30 Mittauksen suorittaja kytkee imuletkun 13 maatilatankkiin ja avaa maa-tilatankin pohjaventtiilin tai vastaavasti pystökeräilyssä kiinnittää imuputken 11 ja työntää imuputken 11 pystöön sekä avaa sulkuventtiilin 12, jolloin maito alkaa paine-eron vaikutuksesta virrata ilmanerotti-meen 14. Ilmanpoistolaite 15 poistaa jatkuvasti ilmanerottimeen 14 tu~ 35 levää ilmaa imien samalla lisää maitoa ilmanerottimeen 14.

Kun maidon pinta saavuttaa ilmanerottimessa 14 tason B, kytkeytyy pump- 6 64789 pulaite 18 toimintaan "hitaalla pumppausnopeudella", joka on suurempi tai yhtä suuri kuin tilavuusmittarille 20 sallittu minimivirtausnopeus. On siis erityisesti huomattava, että keksinnön mukaisessa laitteessa 10 pumppulaite 18 on sijoitettu ilmanerottimen 14 suhteen siten, että 5 ilmanerotin 14 on pumppulaitteen 18 imupuolella.

Kun maidon pinta saavuttaa ilmanerottimessa 14 tason C, kytkeytyy pumppulaite 18 "täydelle pumppausnopeudelle" ja ilmanpoistolaite 15 lopettaa ilman poiston. Mikäli maidon joukkoon ei nyt joudu ilmaa, keksin-10 non mukaisen laitteen 10 toiminta jatkuu tässä tilassa.

Mikäli ilmaa joutuu maidon seassa ilmanerottimeen 14, niin ilma erottuu ilmanerottimen 14 yläosaan ja samalla paine ilmanerottimen 14 yläosassa kasvaa, jolloin kasvanut ilman paine painaa maidon pintaa ilman-15 erottimessa 14 alaspäin. Kun maidon pinta ilmanerottimessa 14 laskee alle tason C, käynnistyy ilmanpoistolaite 15 poistaen ilmaa, kunnes maidon pinta ilmanerottimessa 14 saavuttaa jälleen tason C. Maidon pinnan saavuttaessa ilmanerottimessa 14 jälleen tason C ilmanpoistolaite 15 pysähtyy.

20

Mikäli maidon tulo ilmanerottimeen 14 lakkaa kokonaan esim. maatila-tankin tyhjentyessä, maidon pinta laskeutuu ilmanerottimessa 14 jatkuvasta ilmanpoistosta huolimatta ensin tasolle B, jolloin pumppulaite 18 kytkeytyy "hitaalle pumppausnopeudelle" ja edelleen tasolle A, 25 jolloin pumppulaite 18 pysähtyy. Tilavuusmittäristä 20 voidaan nyt lukea laitteen 10 läpi virranneen maidon tilavuus.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä on olennaista pumppulaitteen 18 ohjaus kahdelle eri pumppausnopeudelle. Lisäksi on olennaista ilman ero-30 tus alipaineeseen perustuen. Eräs edullinen suoritusmuoto on se, jossa ilman erotukseen tarvittava alipaine aikaansaadaan käyttämällä auton jarrujärjestelmän paineilmaa. Edelleen keksinnön mukaisessa menetelmässä on omalaatuista alipaineen ylläpitotapa ilmanerottimessa 14. Ilmanerotin 14 on edelleen edullisesti muotoiltu kartiokkaaksi siten, 35 että ilmanerotin 14 kapenee kartiomaisesti alaspäin, jolloin aikaansaadaan erittäin tarkka lopetustilavuus.

7 64789

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella 10 päästään erittäin suureen mittaustarkkuuteen, kuten kuvioissa 2a ja 2b, vastaavasti 3a ja 3b ja vastaavasti 4a ja 4b esitetyt vertailutulokset osoittavat. Näissä vertailutuloksissa tilavuusmittarin kalibrointi on suoritettu 5 vedellä 300 1/min virtausnopeudella. Käytettyjen mitta-astioiden koko oli 302, 40 ja 20 litraa. Raakamaito oli rauhoitettu 2 tuntia ja raaka-maidon lämpötila oli 3-4°C. Mittausten suorittajan toimenpiteet vastasivat normaalia imukeräilymittausta. Yleensäkin kaikki toimenpiteet oli yhdenmukaistettu sekä tunnetulla mittauslaitteella että keksinnön mu-10 kaisella mittauslaitteella 10 suoritetuissa mittauksissa.

Kuten kuvioissa 2a ja 2b, vastaavasti 3a ja 3b ja vastaavasti 4a ja 4b esitetyt virheet absoluuttisina virheinä litroina ja prosentuaalisina virheinä osoittavat, keksinnön mukaisessa laitteessa 10 päästään aivan 15 olennaisesti parempaan mittaustarkkuuteen. Mittaustuloksista voidaan päätellä, että mittausarvojen keskiarvot ilmaisevat systemaattiset ilman erotuksesta aiheutuvat virheet. Toiseksi yksittäiset mittaustulosten väliset vaihtelut ilmaisevat satunnaiset virheet. Tällaisia satunnaisia virheitä ovat aloituksessa ja lopetuksessa syntyvät tilavuus-20 vaihtelut. Lisäksi on huomattava, että pienet mittausmäärät pumpataan ainoastaan "hitaalla virtausnopeudella", joka tilavuusmittarin 20 omi-naiskäyrän mukaan nosta kalibrointia n. 0,1 % positiiviseen suuntaan. Tämä selittänee keskiarvojen eron pienillä ja suurilla mittausmäärillä.

25 Edellä on esitetty ainoastaan keksinnön eräs edullinen suoritusmuoto ja alan ammattimiehelle on selvää, että siihen voidaan tehdä lukuisia mo-dofikaatioita oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (8)

8 64789

1. Menetelmä maidontuottajilta tankkiautojen avulla tapahtuvassa mai-donkeruussa maidon tilavuusmittaamiseksi, jossa menetelmässä maito johdetaan imuletkun (13) tai imuputken (11) ja imuletkun (13) kautta il-manerottimeen (14) ja ilmanerottimesta (14) tilaavuusmittarille (20), 5 ja jossa menetelmässä pumppulaitetta (18) , joka on sijoitettu ilman-erottimen (14) suhteen siten, että ilmanerotin (14) on pumppulaitteen (18) imupuolella ohjataan ohjausjärjestelmän (23) avulla ilmanerotti-messa (14) olevan maidon pinnankorkeudesta riippuen, tunnet tu siitä, että pumppulaitetta (18) ohjataan ohjausjärjestelmän (23) avulla 10 siten, että maidon pinnan saavuttaessa ilmanerottimessa (14) ensimmäisen ylemmän tason (B) ohjausjärjestelmä (23) on sovitettu kytkemään pumppulaitteen (18) toimintaan hitaalle pumppausnopeudelle, ja että maidon pinnan saavuttaessa ilmanerottimessa (14) toisen mainittua ensimmäistä ylempää tasoa (B) korkeammalla olevan ylemmän tason (C) 15 ohjausjärjestelmä (23) on sovitettu kytkemään pumppulaitteen (18) toimintaan suuremmalle pumppausnopeudelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että maidon seassa oleva ilma erotetaan ilmanerottimessa (14) alipai- 20 neeseen perustuen siten, että ilmanpoistolaite (15) kytketään toimintaan kun ilmanerottimessa (14) vallitseva paine on suurempi kuin ennalta asetettu rajapaine (P ), joka on pienempi kuin ilmankehän paine .

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ilmanerotukseen tarvittava alipaine aikaansaadaan käyttämällä tankkiauton jarrujärjestelmän paineilmaa.

4. Laite maidontuottajilta tankkiautojen avulla tapahtuvassa maidonke-30 ruussa maidon tilavuusmittaamiseksi, joka laite (10) käsittää imuletkun (13) tai imuputken (11) ja imuletkun (13), ilmanerottimen (14), joka on varustettu ilmanpoistolaitteella (15), pumppulaitteen (18) sekä ti-lavuusmittarin (20), jolla laitteella (10) maito imetään maatilatan-kista tai maitopystöstä ilmanerottimeen (14), josta maito johdetaan edel-35 leen tilavuusmittarille (20), ja jossa laitteessa (10) pumppulaite (18) 64789 on sijoitettu ilmanerottimen (IA) suhteen siten, että ilmanerotin (IA) on pumppulaitteen (18) imupuolella, ja pumppulaite (18) on varustettu ohjausjärjestelmällä (23), tunnettu siitä, että ohjausjärjestelmä (23) on sovitettu ohjaamaan pumppulaitetta (18) 5 siten, että maidon pinnan saavuttaessa ilmanerottimessa (IA) ensimmäisen ylemmän tason (B) pumppulaite (18) kytkeytyy toimintaan hitaalle pumppausnopeudelle, ja että maidon pinnan saavuttaessa ilmanerottimessa (IA) toisen mainittua ensimmäistä ylempää tasoa (B) korkeammalla olevan ylemmän tason (C) pumppulaite (18) kytkeytyy toimin-10 taan suuremmalle pumppausnopeudelle.

5. Patenttivaatimuksen A mukainen laite, tunnettu siitä, että laite (10) on varustettu ohjauslaitteella (22), joka on sovitettu ohjaamaan ilmanpoistolaitteen (15) toimintaa siten, että ilmanpoistolaite 15 (15) kytkeytyy toimintaan kun ilmanerottimessa (IA) vallitseva paine on suurempi kuin ennalta asetettu rajapaine (Pj.)» joka on pienempi kuin ilmankehän paine.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että 20 ilmanerottaja (IA) on varustettu paineanturilla (17), joka on sovitettu ilmoittamaan ohjauslaitteelle (22) ilmanerottimessa (IA) vallitsevan paineen.

7. Jonkin patenttivaatimuksien A-6 mukainen laite, tunnettu 25 siitä, että ohjausjärjestelmä (23) on hydraulinen ohjausjärjestelmä.

8. Jonkin patenttivaatimuksien A-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että ilmanerottaja (IA) on kartiomaisesti alaspäin kapeneva. 10 64789