NL9200129A - Regelwijze en inrichting voor het doseren van additieven. - Google Patents

Description

Regelwijze en inrichting voor het doseren van additieven

De uitvinding heeft betrekking op een regelwijze voor het in een hoofdstroom aan draagvloeistof met bepaald debiet doseren van een vloeibaar additief, zoals een chemisch gewasbestrijdings- of beschermingsmiddel, groei-bevorderende stof, zoals kunststof of hormoon, waarbij het additief met een door een regeling bepaalde hoeveelheid per tijdseenheid aan de hoofdstroom wordt toegevoegd.

Dergelijke additieven worden veelvuldig in de gewasteelt gebruikt en daartoe geïnjecteerd in een waterstroom, die vervolgens aan de planten wordt toegevoerd of over de planten wordt uitgesproeid. Aangezien dergelijke additieven een bijzonder sterk effect hebben op de gewassen is een nauwkeurige dosering noodzakelijk, waarbij de hoeveelheid van de te doseren stof soms heel klein moet zijn. Het verspuiten van de mengvloeistof gebeurt met mobiele sproeiinstallaties, die onder ruwe bedrijfsomstandigheden moeten werken. Het bedienend personeel is bovendien beperkt deskundig wat betreft de nauwkeurig werkende apparatuur. De gebruikte additieven hebben een sterk wisselende eigenschap wat betreft viscositeit en stromingsgedrag. De additieven zijn vaak agressief voor metalen en zijn in geconcentreerde vorm schadelijk voor mens en milieu. De bekende doseersyste-men zijn voorzien van pompen, waarvan de opbrengst door ijking moet worden vastgesteld. Bij verandering van het additief moet deze ijking herhaald worden, wat veelal wordt nagelaten waardoor de gewenste mengverhouding niet meer klopt en het additief in de onjuiste concentratie op het gewas wordt verspreid. Dit leidt tot verspilling of te geringe werking van het additief. Het is bekend om de concentratie van het geïnjecteerde middel te meten in de waterstroom waarna via een regelkring de injectiehoeveelheid wordt aangepast. Deze systemen zijn langzaam, kwetsbaar door noodzaak van sensoren.en bovendien kostbaar. Het is vaak nodig om voor verschillende additieven verschillende sensoren te hebben. Voor veel gewasbeschermingsmiddelen zijn geen sensoren bekend.

De uitvinding beoogt een regelwijze te verschaffen, waarbij bovengenoemde bezwaren kunnen worden ondervangen, welke regelwijze zich onderscheidt, doordat het additief tijdelijk wordt gebufferd of opgeslagen, de afname per tijdseenheid van de bufferhoeveelheid tijdens de dosering wordt gemeten en het meetsignaal wordt gebruikt om de nominale toevoerstroom van het additief te verminderen of te vermeerderen voor het verkrijgen van de gewenste dosering.

Dankzij de voorgestelde werkwijze is het mogelijk door regelmatig over langere tijd de geïnjecteerde hoeveelheid additief met voldoende nauwkeurigheid te meten, de stromingseigenschappen te kunnen vaststellen en wordt de klepbesturing aangepast, zodat afhankelijk van de gewenste hoeveelheid de gedoseerde hoeveelheid additief wordt berekend aan de hand van de stromingseigenschappen. Dit geeft de mogelijkheid om een grovere hoeveelheidsmeting toe te passen, waarbij de gemeten hoeveelheid vergeleken wordt met de berekende hoeveelheid. Uit deze vergelijking volgt een correctie van de stromingseigenschap van het additief. De nieuwe waarden van de stromingseigenschappen worden vervolgens weer gebruikt bij de dosering via de regelklep.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de regelwijze zoals hierboven beschreven. De inrichting volgens de uitvinding onderscheidt zich door een hoofdleiding voor de hoofdstroomaandraagvloei-stof, alsmede een met de hoofdleiding in verbinding staande toevoerleiding voor het additief, in welke leiding een regelbaar gestuurde klep is aangebracht, waarbij een buffer-of opslagvat is verbonden met de toevoerleiding, en waarbij een meetorgaan bij het vat is aangebracht en een stuurketen met rekenorgaan is verbonden met het meetorgaan en de klep.

Zodoende kan elk moment de werkelijke uit het buffer- of opslagvat afgevoerde hoeveelheid additief worden gemeten, in het rekenorgaan worden vergeleken met de gewenste hoeveelheid voor de dosering, en wordt de stuurketen geherprogrammeerd om de regelklep een aangepaste karakteristiek te geven, afwijkend van de standaardkarakteristiek.

In de voorkeursuitvoeringsvorm is het meetorgaan uitgevoerd als een niveausensor, waarmee het verlagen van het niveau van het additief in het opslagvat kan worden waargenomen en gemeten.

Het opslag- of buffervat is bij voorkeur een gekalibreerde staande cilinder, waardoor de meting sterk kan worden vereenvoudigd.

De uitvinding stelt voorts voor om als sensor een ultrasoon sensor te gebruiken, die niet alleen goedkoop is, maar ook ongevoelig tegen de agressieve werking van de additieven.

Ter vermijding van de corrosieve werking van de additieven op mechanische pompmiddelen, verdient het de voorkeur om het opslagvat luchtdicht uit te voeren en aan te sluiten op een luchtpomp, waardoor het opslagvat onder druk kan worden gebracht, welke druk het additief via de regelklep in de hoofdleiding stuwt. Drukverschillen worden automatisch gecorrigeerd door de voornoemde regelwijze.

De inrichting leent zich uitstekend om te worden aangebracht in een mobiele veldspuit voorzien van secties aan groepen spuitmondstukken.

Door het toevoegen van een meetorgaan voor het waarnemen van de snelheid van het voertuig aan de stuurketen kan de inrichting tamelijk eenvoudig worden aangepast aan de wens van een snelheidsafhankelijk dosering, waarmee ongeacht de rijsnelheid het concentraat aan werkingsmiddel per verspoten oppervlakte-eenheid gelijk blijft.

De uitvinding zal nader worden toegelicht in de hieronderstaande figuurbeschrijving van een aantal uitvoer ingsvoorbeelden. In de tekening toont: fig. 1 t/m fig. 4 telkens een schematische weergave van een mogelijke opstelling van een inrichting volgens de uitvinding voor het doseren van een additief in een hoofdstroom draagvloeistof, fig. 5 een perspectivisch achteraanzicht van een landbouwtrekker voorzien van een veldspuit uitgerust met een doseersysteem volgens de uitvinding/ fig. 6 een schema van een doseersysteem met veldspuit/ sproeimondstukken toegepast bij de uitvoering in fig. 5, fig. 7 een staande doorsnede door een voorraad met kalibreervat geschikt voor de dosering in het schema volgens fig. 6f fig. 8 een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een stationair sproeisysteem voorzien van een doseermechanisme volgens de uitvinding.

In de figuren 1 t/m 4 is met het cijfer l de hoofdleiding aangegeven, waardoorheen volgens pijl Pi een draag-vloeistof, bijvoorbeeld water kan worden voortgestuwd door niet getoonde stuwmiddelen, bijvoorbeeld een rotatiepomp. De hoofdleiding 1 kan naar elk willekeurig gebruikstation leiden ën in fig. X is dat aangegeven met een aantal secties spuitmondstukken 2.

In de hoofdleiding 1 mondt een toevoerleiding 3 uit en wel in de keel van een in de toevoerleiding 1 aangebrachte venturiopening 4. Ten gevolge van de venturiwerking zal een onderdruk in leiding 3 ontstaan.

De toevoerleiding is aangesloten op een opslag- of buffervat 5 voor een in de hoofdstroom te doseren additief. In de toevoerleiding 3 is een elektronisch gestuurde regel-klep 6 aangebracht. De regelklep 6 is door middel van veer 7 voorbelast zodanig dat deze altijd in de sluitstand komt, indien de klep niet is bekrachtigd. De elektronische sturing komt via lijn 8 van een regelketen 9. De regeling is zodanig dat de klep wordt aangestuurd met een bepaalde "duty-cycle" met een vaste frequentie. De doorstroomhoeveelheid kan dan worden gevarieerd door de verhouding tussen de open- en dichttijd te veranderen.

Het opslag- of kalibreervat kent een niveauwaarneem-systeem 10, bijvoorbeeld in de vorm van een ultrasoon sensor, die via lijn 11 met de regelketen is verbonden. De ultrasoon sensor is bijvoorbeeld van het fabrikaat

Honeywell, type 945-F. Met deze ultrasoon sensor is zeer nauwkeurig het niveau van de vloeistof in het buffer- of kalibreervat vast te stellen, en het door de ultrasoon sensor 10 afgegeven signaal wordt via lijn 11 naar de regel-keten 9 gestuurd. De regelketen krijgt derhalve momentaan de hoeveelheid uit het buffervat 5 gestroomde additief per tijdseenheid, vergelijkt dat met de gewenste hoeveelheid en zal bij afwijking de stuurkarakteristiek van de regelklep 6 aanpassen. Op deze wijze wordt de gedoseerde hoeveelheid additief in de hoofdstroom in hoofdleiding 1 telkenmale aangepast, zodat onder invloed van uitwendige omstandigheden, bijvoorbeeld temperatuurwisselingen, toch de juiste hoeveelheid in de hoofdstroom terechtkomt.

Fig. 2 is een alternatieve uitvoeringsvorm van een mogelijke doseerwijze, waarbij het kalibreervat telkens wordt bijgevuld door middel van een opslagtank 12, die via een met klep 13 af te sluiten leiding met het kalibreervat 5 is verbonden. De klep 13 is eveneens gestuurd door de regelketen 9. Met deze uitvoering is het mogelijk om het kalibreervat 5 relatief klein uit te voeren in vergelijking roet die uit fig. 1, waardoor de meetnauwkeurigheid wordt verhoogd. Het vat is echter relatief snel leeg en dient te worden bijgevuld met additief uit de opslagtank 12. Daartoe wordt de klep 13 door de regelketen 9 na een bepaald tijdsinterval geopend, zodat vloeistof bijvoorbeeld onder invloed van de zwaartekracht, omdat de tank 12 hoger is gesteld dan het vat 5 het vat 5 opnieuw vult. In verband met de veiligheid, opdat bij stroomuitval geen lekkage optreedt, is deze klep veersluitend. Het doseren kan zonder meer blijvend plaatsvinden.

Fig. 3 toont een uitvoering, waarbij geen gebruik wordt gemaakt van de venturiwerking in de hoofdleiding 1, maar van een apart motor-aangedreven pomp 15. De pomp 15 wordt gestuurd door de regelketen 9 en verzorgt een afname van additief uit het buffervat 5 en een toevoer via leiding 3 naar de hoofdstroomleiding l. De dosering vindt weer plaats door een regelbare klep 6, een en ander zodanig dat in de gesloten stand van de regelklep 6 de pomp 15 het additief via een retourleiding 16 met smooropening 17 terugvoert naar de ingangszijde daarvan.

Ook hier is het mogelijk om ongeacht het toerental van de pomp 15 de afgenomen hoeveelheid uit het buffervat 5 door middel van de niveausensor 10 vast te stellen, en de regelkarakteristiek- van de klep 6 aan te passen.

Fig. 4 toont een uitvoering, waarbij gebruik wordt gemaakt van een voorraadtank 12, die telkens het buffervat 5 vult na onttrekken van een bepaalde hoeveelheid additief daaruit. De toevoer van additief uit de voorraadtank 12 vindt plaats door een motor-aangedreven pomp 18, die eveneens door de regelketen 9 is gestuurd. Voor het overige werkt het systeem gelijk aan het systeem gelijk aan het systeem in fig. 3.

Een dergelijke doseerinrichting kan bijzonder goed worden toegepast bij een mobiele veldspuit, zoals in fig. 5 is getoond. Daar is de trekker 20 uitgevoerd met een veldspuit bestaande uit zijdelings uitstekende armen 21 met sproeikoppen 22. De veldspuit is uitgevoerd met een voorraadvat 23 voor draagvloeistof, bijvoorbeeld water en is voorts uitgevoerd met een voorraadtank 12 respectievelijk 5 voor het additief, dat naast het vat 23 is opgesteld. Er vindt derhalve geen voormenging plaats, maar tijdens het rijden over het veld zal het additief aan de draagvloeistof worden toegevoerd middels het systeem volgens de uitvinding, bijvoorbeeld op een van de wijzen zoals getoond in de figuren 1 t/m 4.

Een bijzonder gunstige regelwijze is getoond in fig. 6 geschikt voor een veldspuit volgens fig. 5. De gewoonlijk tamelijk agressieve additieven, zoals gewasbestrijdingsmiddelen, zijn ook agressief voor de toegepaste pompen. In fig. 6 is een systeem weergegeven, waarbij de voedingspomp voor het additief niet in aanraking daarmee komt. Het voorraadvat 12 is luchtdicht uitgevoerd en aangesloten op een leiding 30, welke wordt gevoed door een com-pressie-eenheid 31, waarmee perslucht met druk van 0,1 tot 0,3 bar overdruk wordt opgewekt. Aan de bovenzijde loopt een leiding 32 naar het ventiel aan de bovenzijde van de kali- breerbuis of -vat 5. In deze leiding heerst altijd constante druk, bijvoorbeeld 0,05 bar overdruk. Aan de onderzijde loopt een leiding 33, waardoor middelen van buffervat naar kalibratievat stromen als de druk in leiding 30 hoger is dan in leiding 32. Als het kalibratievat hoger geplaatst wordt dan het buffervat kan in deze leiding een terugslagklep geplaatst worden. Deze terugslagklep wordt met de hand geopend als het kalibratievat terug moet stromen in het buffervat. in de leiding van de draagvloeistof is een regelbare klep 34 opgenomen, waarmee de weerstand in de leiding na de pomp 38 wordt geregeld, waardoor een pomp met regelbare opbrengst ontstaat.

Na de luchtcompressie-eenheid 31 is een reduceerventiel 35 aangebracht, dat ook afblaast als de druk in de leiding 32 hoger wordt dan de ingestelde waarde.

De klep 36 na de luchtcompressie-eenheid 31 wordt zodanig geschakeld, dat de druk in het buffervat gelijk of hoger is dan de druk in het kalibratievat. De hoofdtank 23 is voorzien van een leiding 37 voor de draagvloeistof, bijvoorbeeld schoon water.

Pomp 38 kan bijvoorbeeld uitgevoerd zijn als centri-fugaalpomp. Met het cijfer 39 is een druksensor weergegeven. Met het cijfer 40 een volumestroomsensor. Met 41 is een opvangbak en tank aangegeven, waarin een sproeikop voor het reinigen van de containers is geplaatst. Deze sproeikop 42 kan bijvoorbeeld roterend zijn aangedreven. De klep 43 verzorgt de verbinding tussen de pomp en de sproeikop via de persleiding, waarbij het cijfer 44 de toevoerleiding naar de sproeikop weergeeft.

Het cijfer 45 geeft een opvangbak voor verontreinigd water aan.

De klep 46 verzorgt de verbinding tussen de aanzuig-zijde van de pomp naar de opvangbak voor het verontreinigd water. De klep 47 verzorgt de verbinding van de aanzuig-leiding naar een externe waterbron, bijvoorbeeld een regen-watertank.

Het cijfer 48 geeft een leiding weer, bijvoorbeeld een slang, naar een externe waterbron. De leiding 49 is aangebracht tussen de tank, waarin de containers worden gereinigd en de opvangbak voor het verontreinigde water. Het cijfer 50 is een roestvast stalen opvangbak, waarin het buffervat en het kalibratievat geplaatst zijn, zodat geen additieven weg kunnen lekken.

Leiding 51 is aangebracht tussen kalibratievat en injectieklep, zodanig dat in uitgeschakelde toestand deze leiding bij loskoppelen of beschadigen leeg stroomt in het kalibratievat. Deze leiding loopt steeds omhoog, zodat het injectiepunt 53 het hoogste punt is.

Het cijfer 52 geeft een lekvrij koppelpunt aan van de additiefleiding naar de regelklep. Bij het losnemen wordt de leiding 52 belucht, zodat deze leegstroomt in het kalibratievat. Het cijfer 53 is een injectiepunt, bij voorkeur zodanig, dat in de middelenleiding een onderdruk ontstaat, waardoor de middelen worden aangezogen. Hierdoor kan de overdruk in het kalibratievat zeer laag zijn, waardoor er geen middelen over de rand van de bak 50 geperst kunnen worden. Ten slotte is het cijfer 54 een vlotterklep, die bij een te hoog vloeistofniveau de afblaasleiding afsluit, waardoor er geen middelen uit het vat kunnen stromen.

Na afloop van het spuiten wordt het middelensysteem als volgt gereinigd:

Het lekvrije koppelpunt 52 wordt losgenomen en omhoog gehouden totdat de leiding leeggestroomd is in het kalibratievat. Vervolgens wordt het kalibratievat opgetild en laat men dit leegstromen in het buffervat. Het buffervat wordt weggenomen en veilig opgeborgen. Er voor in de plaats komt een vat met schoon water dat wordt aangezogen op de gebruikelijke wijze, maar waarbij klep 46 zodanig is gesteld dat het water wordt aangezogen uit de opvangbak verontreinigd water, en klep 43 zodanig is gesteld dat het via sproeier 42 weer terug komt in deze opvangbak. De draag-vloeistof circuleert dus en zuigt water uit buffervat 12 en kalibratievat 5, waardoor deze en alle middelenleidingen gereinigd worden. Per installatie kunnen er meerdere regel-kleppen 5 met bijbehorende middelensystemen zijn.

Op de sproeikop 42 wordt op bekende wijze een middelencontainer geschoven, die dan door middel van sproeien met schoon water aan de binnenkant gereinigd wordt. Het vervuilde water loopt via leiding 49 in de verontreinigd watertank 45. Deze tank wordt door middel van de handbediende klep 46 in leiding 37 tijdens het sproeien geleegd, waardoor de tank 23 steeds gevuld blijft met schoon water.

De sproeikop 42 krijgt schoon water via leiding 44 als klep 43 bediend wordt. De waterstroom wordt verzorgd door pomp 38, waarbij de middelendoseerklep 6 vanzelfsprekend gesloten is.

De schoonwatertank 23 wordt gevuld door water aan te zuigen via klep 47 en slang 48 uit een waterbron.

Thans volgt een beschrijving van een mogelijk gecombineerde eenheid voorraadtank 12 en kalibreerbuis 5, aan de hand van fig. 7.

In fig. 7 heeft de voorraadtank de vorm van een jerrycan met luchtdichte invoeropening 40, welke tank verder alzijdig is gesloten. De tank kan worden geplaatst op een steun 41, welke een onderdeel vormt van het gestel voor de veldspuit uit fig. 5. In de bovenwand 42 van de tank is een gat uitgespaard, waarin luchtdicht kalibreerbuis 5 is geplaatst. De kalibreerbuis bestaat uit een binnen- en buitenbuis, waarbij de buitenbuis op en neer verschuifbaar is, zodanig dat de onderrand ervan samenwerkt met een uitstulping in de bodem van de tank 12. De samenwerking is dusdanig dat geen vloeistof uit de voorraadtank 12 in de buitenbuis van de kalibreerbuis 5 kan stromen. Aan de bovenzijde is de binnenbuis verbonden met een spruitstukblok 43, waarin alle kleppen en aansluitingen voor toe- en afvoer van lucht is opgenomen alsmede de ultrasoon niveaumeter. De luchtpomp 31 is via de leiding 32 met het spruitstuk 43 verbonden, waarbij tevens het afvoerkanaal 33 in verbinding staat met de ruimte tussen de binnen- en buitenbuis van de kalibreerbuis 5.

Voor het vullen van die ruimte wordt de buitenbuis omhooggedrukt door middel van een in de onderzijde van de buis aangebrachte veer. Als de binnenbuis is gevuld, duwt een in het blok 43 opgenomen solenoxde de buitenbuis naar beneden, waardoor de opening aan de onderzijde wordt afgesloten, waardoor geen additief meer in die ruimte wordt toegevoerd. Als het additief in de binnenbuis tijdens de doseergang ver genoeg is gedaald dan schuift de buitenbuis omhoog en wordt de binnenbuis weer ontlucht. Het additief stroomt nu de binnenbuis weer in, de vloeistofstroom naar de regelklep gaat onverminderd voort.

Fig. 8 toont een uitvoering van een stationaire sproeixnstallatie, waarbij de sproeisecties bovenin een teelkas is opgehangen. De sproeisecties kunnen op overeenkomstige wijze met behulp van de hierboven beschreven regelsystemen worden gevoed.

Opgemerkt wordt, dat de kleppen bij voorkeur veer-sluitend zijn, waardoor bij stroomstoring geen additief kan weglekken.

Binnen het kader van de uitvinding zijn andere regelsystemen mogelijk, waarbij wordt gedacht aan een continue regelbare klep 6 in plaats van een open/dichtregeling, zoals hierboven beschreven.

Claims (11)

1. Regelwijze voor het in een hoofdstroom aan draagvloeistof met bepaald debiet doseren van een vloeibaar additief, zoals een chemisch gewasbestrijdings- of beschermingsmiddel, groeibevorderende stof, zoals kunststof of hormoon, waarbij het additief met een door een regeling bepaalde hoeveelheid per tijdseenheid aan de hoofdstroom wordt toegevoegd, met het kenmerk, dat het additief tij deli jk wordt gebufferd of opgeslagen, de afname per tijdseenheid van de bufferhoeveelheid tijdens de dosering wordt gemeten en het meetsignaal wordt gebruikt om de nominale toevoerstroom van het additief te verminderen of te vermeerderen voor het verkrijgen van de gewenste dosering.

2. Inrichting voor het uitvoeren van de regelwijze volgens conclusie 1, welke inrichting in hoofdzaak bestaat uit een hoofdleiding voor de hoofdstroom aan draagvloeistof, alsmede een met de hoofdleiding in verbinding staande toe-voerleiding voor het additief, in welke leiding een regelbaar gestuurde klep is aangebracht, waarbij een buffervat is verbonden met de toevoerleiding, met het kenmerk, dat een meetorgaan bij het vat is aangebracht en een stuurketen met rekenorgaan is verbonden met het meetorgaan en de klep.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het buffervat intermitterend wordt gevuld uit een op-slagvat via een vulleiding.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het meetorgaan een niveausensor omvat voor het waarnemen van het vloeistofniveau in het vat.

5. Inrichting volgens conclusie 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat het buffervat een gekalibreerde staande cilinder is.

6. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de sensor een ultrasoon sensor is.

7. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies 2 t/m 6, met het kenmerk, dat een luchtdicht opslagvat voor een additief is aangebracht, waarbij een op een luchtpomp aangesloten drukleiding uitmondt.

8. Inrichting volgens conclüsie 7, met het kenmerk, dat het gekalibreerde buffervat in het voorraadvat is aangebracht.

9. Mobiele veldspuit voorzien van een of meer secties spuitmondstukken, met het kenmerk, dat de spuitmond-stukken worden gevoed door middel van een drukpomp in de hoofdleiding van de regelinrichting volgens conclusie 2.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat een snelheidsmeetorgaan in de mobiele veldspuit is aangebracht, welke is verbonden met de stuurketen van de regelinrichting.

11. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat bij stroomuitval alle kleppen door middel van verende elementen een zodanige stand innemen dat wegstromen van het additief wordt geblokkeerd.