PL175803B1

PL175803B1 - Sposób i urządzenie do pobierania próbki mleka w trakcie udoju

Info

Publication number: PL175803B1
Application number: PL94305045A
Authority: PL
Inventors: Tilman Hoefelmayr
Original assignee: Hoefelmayr Bio Melktech
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1999-02-26
Also published as: CA2131979C; HUT70322A; CA2131979A1; NZ264414A; EP0643292A3; JP3701040B2; IL110928A; ES2105448T3; US5645012A; DE59403097D1; US5746153A; IL110928A0; RU2112364C1; HU221373B1; RU94032289A; HU9402592D0; JPH07167755A; AU676070B2; CZ219394A3; AU7166294A

Abstract

14. Urzadzenie do pobierania próbki mleka w tra- kcie udoju, posiadajace w transportowym przewodzie mlecznym miernik strumienia mleka oraz procesor do sterowania polaczonym ze zbiornikiem próbek do analizy zespolem do pobierania próbek, który jest polaczony z przewodem mlecznym, przy czym zespól do pobierania próbek mleka zawiera zawór z co naj- mniej jedna sterowana elektrycznie cewka elektro- magnetyczna wspólpracujaca z przemieszczanym pomiedzy dwoma polozeniami za pomoca tej cewki elektromagnetycznej elementem zamykajacym prze- plyw w zaworze, a ruchomy element zamykajacy sta- nowi ksztaltka cylindryczna, która jest wykonana z magnesu trwalego lub materialu ferromagnetycznego, znamienne tym, ze zespól (7 , 30, 130, 23 0 , 330, 430, 530) do pobierania próbek mleka zawiera co najmniej jeden element (366, 403, 503) z materialu ferromagne- tycznego lub z magnesu trwalego znajdujacy sie w poblizu wlotowego otworu przeplywowego (351, 405, 505) i utrzymujacy element zamykajacy (364, 407, 507) w odpowiednim polozeniu skrajnym. FI G. 6 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do pobierania próbki mleka w trakcie udoju, przeznaczone do oddzielania ze strumienia uzyskiwanego podczas dojenia krowy mleka próbek do analizy proporcjonalnych do ilości wydojonego mleka.

Jakość mleka i cena płacona za jego jeden kg uzależnione są w dużej mierze od zawartych w nim składników, zwłaszcza zaś od procentowej zawartości tłuszczu w mleku. Określenie zawartości mleka ulega jednak znacznemu utrudnieniu, jeżeli mleko stało przez jakiś czas, ponieważ zawarty w nim tłuszcz odkłada się zwykle na powierzchni mleka. Dlatego też istnieją bardzo ścisłe przepisy, które określają, w jaki sposób należy postępować przy pobieraniu tak zwanej reprezentatywnej próbki do analizy, której objętość zazwyczaj nie powinna przekraczać 50 ml. Sposób ten jest bardzo kłopotliwy, także praco- i czasochłonny.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 35 28 827 znane jest urządzenie do pobierania próbek, w którym próbki mleka są pobierane w trakcie przelewania dostarczonego przez gospodarza mleka do cysterny. Przyjmuje się przy tym na podstawie dostarczonej w poprzednich dniach ilości mleka tak zwaną oczekiwaną ilość mleka, i ta ilość mleka jest dzielona przez tę samą, zadaną na wstępie, ilość impulsów pobrania. W. ten sposób każdemu impulsowi pobrania przyporządkowana jest taka sama ilość mleka, która po pomnożeniu przez liczbę impulsów daje wynik w postaci oczekiwanej całkowitej ilości mleka. W zależności od oczekiwanej ilości całkowitej można oczywiście każdemu impulsowi przyporządkować różne objętości. Podczas przetłaczania mleka ustawia się wówczas miernik objętości mleka w ten sposób, że daje on impuls każdorazowo po osiągnięciu ilości cząstkowej. Każdy impuls powoduje pobranie z mleka określonej na wstępie, stale jednakowej, cząstkowej ilości próbnej. W ten sposób cała pobrana ilość próbna, będąca iloczynem stałej liczby impulsów i stałej cząstkowej ilości p'róbnej, jest praktycznie utrzymywana na stałym poziomie.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 34 24 179 znany jest sposób pomiaru ilości mleka uzyskiwanego od krowy podczas udoju, który polega na tym, że mleko wprowadzane jest do naczynia, przy czym wypływ mleka z tego naczynia jest, na podstawie dokonywanego za pomocą czujnika pomiaru wysokości słupa mleka, tak sterowany za pomocą zaworu, że wysokość mleka w naczyniu znajduje się zawsze pomiędzy dwiema wartościami granicznymi. Podczas fazy otwarcia zaworu określany jest na podstawie zmierzonej wysokości słupa mleka wypływający strumień mleka i poprzez okresowe sumowanie wyznaczana jest wypływająca objętość.Przy pomocy tego rozwiązania nie można zrealizować warunku, że pobrana ilość próbna musi wynosić każdorazowo poniżej 50 ml.

175 803

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych nr US 4 292 994 znane jest urządzenie do transportowania mleka, za pośrednictwem przewodu transportowego, ze zbiornika magazynującego zawierającego mieszalnik do zbiornika pojazdu do transportu mleka. Mleko jest przepompowywane przez pompę elektryczną sterowaną za pomocą układu sterującego zawierającego przekaźnik czasowy. Urządzenie to wyposażone jest w sterowany elektrycznie zawór do pobierania próbek mleka, zawierający wykonany przynajmniej w części z materiału magnesowalnego lub namagnesowanego ferromagnetycznego element zamykający, który jest utrzymywany w położeniu otwierającym za pomocą cewki elektromagnetycznej. Mleko, na skutek mieszania, jest przy tym rozwiązaniu ogólnie podczas całego cyklu pompowania takie samo, to znaczy ma zawsze tę samą zawartość tłuszczu.

Z opisu wzoru użytkowego nr GM 85 02 259.4 znane jest urządzenie do przetłaczania mleka, przeznaczone do cystern lub wewnątrzzakładowego transportu mleka w mleczarniach, w którym podobnie liczba pobieranych stałych, cząstkowych ilości próbnych jest ustalana w ten sposób, że określa się stosunek pobieranych cząstkowych ilości próbnych do pobieranej całkowitej ilości próbnej oraz czasu poboru tych cząstkowych ilości próbnych. Ponieważ w trakcie przepompowywania całej ilości w strumieniu mleka mogą jednak występować różnice, zaproponowano, aby uwzględniać czynnik wynikający ze stosunku całej przepompowywanej ilości mleka do zmierzonego w danej chwili natężenia przepływu strumienia mleka i najego podstawie zmieniać odstępy czasowe między dwoma pobraniami próbek cząstkowych w zależności od zmian natężenia przepływu strumienia mleka. Oczekiwane, a zatem również uwzględniane, zmiany natężenia przepływu strumienia mleka są jednak stosunkowo małe.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 32 10 465 znany jest ilościowo proporcjonalny pobór mleka ze strumienia mleka, otrzymywanego bezpośrednio w trakcie procesu dojenia. Poszczególne ilości cząstkowe są tutaj pobierane przy pomocy pompy perystaltycznej, działającej w połączeniu z omywanym przez pochodzące z procesu dojenia mleko miernikiem natężenia przepływu strumienia mleka, w . ten sposób, że prędkość biegu pompy perystaltycznej jest sterowana w zależności od zmierzonego natężenia przepływu strumienia inleka lub poziomu napełnienia, zmierzonego w mierniku natężenia przepływu strumienia mleka. Układ taki nadaje się jednak do wykorzystania tylko w określonym przedziale natężenia przepływu strumienia mleka, przy czym zwłaszcza pompa perystaltyczna nie zapewnia odpowiedniej dokładności poboru w przypadku większych natężeń przepływu strumienia mleka. Z kolei właśnie wyższe prędkości biegu pompy perystaltycznej powodują znaczne skrócenie trwałości pompy i stosunkowo duże zużycie energii, które ulega dodatkowemu zwiększeniu na skutek tego, że pompa musi pracować między próżnią i atmosferą.

Te same wady ma układ znany z niemieckiego opisu patentowego nr DE 32 16 837, w którym do pomiaru natężenia przepływu strumienia mleka służy pierwsza pompa perystaltyczna, natomiast do poboru próbek druga pompa perystaltyczna. Z podwojeniem zużycia energii łączy się tu dodatkowo znaczny ciężar całego układu, który wyklucza możliwość jego zastosowania w przenośnym urządzeniu ręcznym. W układzie takim występuje ponadto stosunkowo duże niebezpieczeństwo zmieszania próbek, spowodowane resztkami mleka, które po poprzedniej próbie pozostają w urządzeniu pomiarowym i przechodzą do następnej próbki.

Jak wspomniano uprzednio, tak zwane próby reprezentatywne przeprowadzane są głównie w aspekcie dokładnego wyznaczenia zawartości tłuszczu w otrzymanym z udoju mleka. Ponieważ jednak tłuszcz wykazuje w trakcie stania mleka tendencję do stosunkowo szybkiego oddzielania się od pozostałych składników mleka, pobranie z odstałego mleka próbki reprezentatywnej wymaga stosowania kłopotliwego, długiego i dokładnego trybu postępowania.

Z takiego sposobu można by oczywiście zrezygnować, jeżeli istniałaby możliwość pobrania próbki reprezentatywnej bezpośrednio w trakcie dojenia krowy, to znaczy gdy mleko nie jest jeszcze odstane. Sposób taki byłby pożądany również z uwagi na to, że można by kontrolować każdą krowę oddzielnie i oddzielnie określać zawartość tłuszczu w mleku. Trudność takiego sposobu polega na tym, że mimo znacznych wahań całkowitej ilości mleka na jedną krowę oraz znacznych różnic natężeń przepływu strumienia mleka między krowami i w trakcie każdego procesu dojenia za każdym razem ma się do dyspozycji tylko jedną przeznaczoną na próbki do analizy, małą butelkę o pojemności poniżej 50 ml, do której to butelki wlewanajest bezpośrednio

175 803 próbka reprezentatywna. I tak, oczekiwana całkowita ilość mleka dla jednej krowy waha się między 5 i 30 kg, a zatem w stosunku 1:6, podczas gdy strumień mleka w takcie jednego procesu dojenia może się wahać w przedziale od 0,1 do 12 kg na minutę, to znaczy w stosunku 1:120. Jeżeli uwzględni się jednocześnie oba czynniki, to jest całkowitą ilość mleka i strumień mleka, wówczas zakres spodziewanych zmian można wyrazić stosunkiem 1:720. Jeżeli jednocześnie uwzględni się założenie, że wielkość próbki do analizy może podlegać wahaniom między 20 i 40 ml, to jest najwyżej w stosunku 1:2, wówczas zakres zmienności głównych czynników, który należy uwzględnić, wynosi nadal 1:360.

Przy pomocy stosowanych zwykle pomp problemu tego nie da się rozwiązać. Tak np. pompa perystaltyczna, która tłoczy zadane objętości na zasadzie załamywania węża, nie ma możliwości sterowania w zakresie 1:360, ponieważ jej maksymalny zakres liczby obrotów wynosi zaledwie 1:100, co ponadto wymaga kosztownego sterowania przy użyciu prądu stałego. Bardzo problematyczne jest zwłaszcza sterowanie niezbędnym do tego celu silnikiem na prąd stały w dolnym zakresie liczby obrotów. Pomijając to, zastosowanie tego typu pompy perystaltycznej do używanego przy krowach, przenośnego urządzenia pomiarowego byłoby bardzo kłopotliwe, ponieważ charakteryzuje się ona poza stosunkowo wysokim zużyciem energii również dużym ciężarem i dużymi wymiarami. Niewielka jest ponadto trwałość potrzebnych do niej węży, ponieważ sprężystość tych węży zmienia się wraz z upływem czasu, co pociąga za sobą zmiany tłoczonych objętości.

W analogiczny sposób również pompa elektromagnetyczna, wyposażona w membranę, nie będzie w stanie pokryć wymaganego zakresu 1:360. Pompa taka wymaga ponadto zastosowania zaworów, z których każdy wymaga odpowiedniego czyszczenia, ponieważ w trakcie eksploatacji istnieje tendencja do osadzania się na nich mleka, co zwiększa niebezpieczeństwo serowacenia. Takie pompy elektromagnetyczne charakteryzują się ponadto stosunkowo wysokim zużyciem prądu.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu oraz urządzenia do pobierania próbki mleka w trakcie udoju, które umożliwiłyby pobieranie mniejszych niż 50 ml, reprezentatywnych próbek do analizy w trakcie dojenia dla każdej krowy oddzielnie.

Sposób pobierania próbki mleka w takcie udoju, polegający na tym, że mierzy się natężenie strumienia mleka płynącego przewodem transportowym i ze strumiena mleka pobiera się cząstkowe ilości próbne, których wielkości określa się na podstawie każdorazowej wartości natężenia przepływu strumienia mleka i które są proporcjonalne do oczekiwanej w trakcie udoju całkowitej ilości mleka, przy czym cząstkowe ilości próbne oddziela się- poprzez sterowany cyklicznie zawór, a każdy cykl sterowania zaworu obejmuje czas otwarcia zaworu i czas zamknięcia zaworu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pobiera się próbkę do analizy o objętości całkowitej nie większej niż 50 ml i dobiera się każdorazowo czas trwania cyklu i czas otwarcia zaworu uwzględniając wynikającą z doświadczenia wartość oczekiwaną ilości mleka uzyskiwanej podczas udoju od danej krowy tak, że znajdują się one w z góry określonym przedziale, przy czym steruje się czasem otwarcia zaworu i czasem cyklu w zależności od natężenia przepływu strumienia mleka, a dla uniknięcia wartości czasu otwarcia zaworu i czasu trwania cyklu znajdujących się poza przedziałami wartości w następstwie zmiany natężenia przepływu strumienia mleka zmienia się wartości czasu otwarcia zaworu i czasu trwania cyklu w takich samych proporcjach do wartości znajdujących się wewnątrz uprzednio określonych przedziałów wartości.

Korzystnie, pobiera się cząstkowe ilości próbne utrzymując je pod takim samym ciśnieniem jak strumień aktualnie dojonego mleka.

Korzystnie, w trakcie pobierania cząstkowych ilości próbnych ze strumienia mleka transportowanego w przewodzie transportowym oddziela się część znajdującą się pod ciśnieniem kinematycznym transportowanego mleka i tę część doprowadza się do zaworu.

Korzystnie, w trakcie pobierania cząstkowych ilości próbnych mleko spiętrza się w komorze spiętrzającej ponad zaworem, przy czym utrzymuje się stałą wysokość słupa mleka nad zaworem.

Korzystnie, nad zaworem wytwarza się wysokość słupa mleka zależną każdorazowo od wartości natężenia przepływu strumienia mleka.

175 803

Korzystnie, zmienia się przedział wartości czasu otwarcia zaworu w zależności od zmierzonej wysokości słupa mleka.

Korzystnie, czas trwania cyklu wynosi od 0,5 · do 30 sekund.

Korzystnie, czas trwania cyklu wynosi od 2 do 30 sekund.

Korzystnie, czas otwarcia zaworu wynosi od 0,05 do 2 sekund.

Korzystnie, czas otwarcia zaworu wynosi od 0,1 do 0,8 sekundy.

Korzystnie, w miarę ciągłego zmniejszania się strumienia mleka pod koniec dojenia zwiększa się czas otwarcia zaworu, odpowiednio do z góry określonej krzywej wzorcowej.

Korzystnie, podczas każdego zamknięcia zaworu odpompowuje się z powrotem część przepływającego przez zawór mleka.

Korzystnie, przy każdym otwarciu zaworu wytwarza się oddziaływujące na mleko podciśnienie, które przyspiesza przepływ mleka.

Urządzenie do pobierania próbki mleka w trakcie udoju, posiadające w transportowym przewodzie mlecznym miernik strumienia mleka oraz procesor do sterowania połączonym ze zbiornikiem próbek do analizy zespołem do pobierania próbek, który jest połączony z przewodem mlecznym, przy czym zespół do pobierania próbek mleka zawiera zawór z co najmniej jedną sterowaną elektrycznie cewką elektromagnetyczną współpracującą z przemieszczanym pomiędzy dwoma położeniami za pomocą tej cewki elektromagnetycznej elementem zamykającym przepływ w zaworze, a ruchomy element zamykający stanowi kształtka cylindryczna, która jest wykonana z magnesu trwałego lub materiału ferromagnetycznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zespół do pobierania próbek mleka zawiera co najmniej jeden element z materiału ferromagnetycznego lub z magnesu trwałego znajdujący się w pobliżu wlotowego otworu przepływowego i utrzymujący element zamykający w odpowiednim położeniu skrajnym.

Korzystnie, element zamykający ma dwa stabilne położenia, z których pierwsze znajduje się blisko wlotowego otworu przepływowego.

Korzystnie, mający postać kształtki cylindrycznej element zamykający zespołu do pobierania próbek mleka jest umieszczony w bocznych prowadnicach.

Korzystnie, element z materiału ferromagnetycznego lub z magnesu trwałego ma postać rurki stanowiącej zakończenie wlotowego otworu przepływowego dla strumienia pobieranych próbek.

Korzystnie, element zamykający i/lub zwrócony w jego stronę koniec wlotowego otworu przepływowego pokryty jest warstwą materiału tłumiącego.

Korzystnie, cewka elektromagnetyczna znajduje się na poziomie drugiego stabilnego położenia elementu zamykającego.

Korzystnie, cewka elektromagnetyczna jest połączona z impulsowym urządzeniem zasilającym.

Korzystnie, cewka elektromagnetyczna jest sterowana impulsami prądowymi o różnych kierunkach.

Korzystnie, długość impulsów jest zawarta w przedziale od 10 do 100 ms.

Korzystnie, połączony z pojemnikiem na próbki do analizy koniec zespołu do pobierania próbek mleka jest połączony z przewodem mlecznym, w którym występuje podciśnienie zasysające.

Korzystnie, koniec zespołu do pobierania próbek mleka od strony pojemnika na próbki do analizy jest wykonany w postaci końcówki rury wprowadzonej w perforowaną osłonę pojemnika na próbki do analizy, przy czym między zewnętrzną powierzchnią tej końcówki rury i otaczającym ją pierścieniem, którego swobodny koniec przylega do powierzchni osłony, utworzona jest pierścieniowa komora połączona z przewodem mlecznym, w którym występuje podciśnienie zasysające.

Korzystnie, koniec zespołu do pobierania próbek mleka jest nasadzany szczelnie na końcówkę pojemnika na próbki do analizy.

Korzystnie, cylindryczny element zamykający jest przesuwny wzdłuż cylindrycznej prowadnicy, w której powierzchni, od strony elementu zamykającego, znajdują się przebiegające wzdłużnie wybrania, które w drugim położeniu elementu zamykającego połączone są z wloto8

175 803 wym otworem przepływowym oraz znajdującym się od strony pojemnika na próbki końcem zespołu do pobierania próbek.

Korzystnie, końce wybrań znajdują się w odległości D pod wlotowym otworem przepływowym, przy czym przekrój poprzeczny cylindrycznej prowadnicy w przybliżeniu odpowiada przekrojowi poprzecznemu końca elementu zamykającego zwróconego ku wlotowemu otworowi przepływowemu.

Korzystnie, wlotowy otwór przepływowy zespołu do pobierania próbek mleka po stronie początku przepływu strumienia pobieranego do próbek mleka jest połączony z komorą spiętrzającą miernika strumienia mleka.

Korzystnie, komora spiętrzająca miernika strumienia mleka jest wyposażona w przyrządy do pomiaru wysokości słupa mleka.

Korzystnie, wlotowy otwór przepływowy zespołu do pobierania próbek mleka jest połączony z odstojnikiem.

Korzystnie, wlotowy otwór przepływowy zespołu do pobierania próbek mleka jest połączony z wstawioną w przewód do transportu mleka rurą do pobierania próbek.

Korzystnie, odległość osi wzdłużnej otworu wlotowego rury do pobierania próbek od wewnętrznej ścianki przewodu do transportu mleka wynosi około 1/3 jego średnicy.

Korzystnie, przed otworem przepływowym w kierunku przepływu oddzielanego strumienia znajduje się doprowadzenie mleka, które rozgałęzia się na pierwszy przewód, obejmujący otwór przepływowy i połączony z odprowadzeniem do pojemnika na próbki do analizy, oraz drugi przewód, połączony z odpływem mleka, przy czym przy pierwszym położeniu elementu zamykającego zamknięty jest otwór przepływowy w pierwszym przewodzie i otwarty jest drugi przewód, a przy drugim jego położeniu otwarty jest otwór przepływowy w pierwszym przewodzie i zamknięty jest drugi przewód.

Sposób według wynalazku umożliwia pobieranie reprezentatywnych próbek do analizy w dużym przedziale wahań oczekiwanej całkowitej ilości mleka między 5 i 30 kg oraz masowego natężenia przepływu strumienia mleka między 0,1 i 12 kg na minutę.

Dzięki temu, że oddzielone cząstkowe ilości próbne są utrzymywane pod takim samym ciśnieniem, jak strumień mleka, ułatwiona jest realizacja sposobu według wynalazku.

Utrzymywanie wysokości słupa mleka nad zaworem na stałym poziomie zapewnia uniezależnienie przepływającego przez zawór, oddzielonego strumienia od natężenia przepływu strumienia mleka.

Zapewniono ponadto możliwość zwiększenia zakresu pomiarów, poprzez uzależnienie wysokości słupa mleka nad zaworem od natężenia przepływu strumienia mleka w celu dokonywania zmian strumienia, płynącego przez zawór, w zależności od natężenia przepływu strumienia mleka.

Zakres zmienności czasu trwania cyklu jest ograniczony od dołu praktycznie tylko możliwością sterowania powtarzalną ilością mleka, odcinaną przez zawór, a od góry przez liczbę próbek, przewidzianych do pobrania przy małych natężeniach przepływu strumienia mleka w celu uzyskania próbki reprezentatywnej, i wynosi zwykle między 0,5 i 30 sekund (120 do 2 cykli na minutę). Zaleca się jednak, aby wartości znajdowały się w przedziale między 2 i 30 sekund.

Zakres zmienności czasu otwarcia zaworu jest przy krótszych czasach otwarcia uzależniony w zasadzie od nośności zaworu, a przy dłuższych czasach otwarcia od tego, do jakich czasów otwarcia można jeszcze przy stałym natężeniu przepływu strumienia mleka uzyskać stały strumień cząstkowy. Wartości te znajdują się przy tym w przedziale między 0,5 i 1,2 sekundy w przypadku większych natężeń przepływu strumienia mleka, zwykle między 0,1 i 0,8 sekundy, a w przypadku bardzo małych natężeń przepływu strumienia mleka można je obniżyć do przedziału między 0,1 do 0,25 sekundy.

Jak wiadomo, zawartość tłuszczu w uzyskanym z udoju mleku wzrasta w trakcie procesu dojenia. Na skutek tego zmienia się również łatwo lepkość i rozlewność mleka. W związku z tym znaczenie może mieć także wpływ sił kapilarnych. Z tego powodu celowe może okazać się stałe wydłużanie lub skracanie czasu otwarcia zaworu w trakcie procesu dojenia w celu dokładnego skorygowania zawartego w próbce tłuszczu przy stale zmniejszającym się natężeniu przepływu strumienia mleka.

175 803

Zazwyczaj postępuje się w ten sposób, że w trakcie każdego zamknięcia zaworu część przepuszczonego przez zawór mleka jest odpompowywana z powrotem, przy czym dalej zaleca się, aby przy każdym otwarciu zaworu mleko było poddawane działaniu podciśnienia, które przyspiesza napływ strumienia mleka.

Dzięki temu, że element zamykający składa się zwykle z magnesu trwałego ewentualnie materiału ferromagnetycznego, a w pobliżu otworu przepływowego umieszczony jest utrzymujący element zamykający w jego pierwszym położeniu element z materiału ferromagnetycznego ewentualnie z magnesu trwałego, możliwajest energooszczędna eksploatacj a urządzenia według wynalazku, ponieważ każdorazowo potrzebny jest jedynie krótkotrwały impuls przełączający, aby przemieścić element zamykający z pierwszego położenia w drugie i odwrotnie. Można to realizować przy pomocy krótkich impulsów o czasie trwania od 10 do 100 ms, które kolejno po sobie doprowadzają prąd o przeciwnych kierunkach. Zmiana kierunku prądu może być dokonywana w ten sposób, że zmienia się jedynie polaryzację napięcia na końcach cewki elektromagnetycznej, co można zrobić przy użyciu elektronicznych układów sterowania.

Gdy element zamykający ma postać kształtki cylindrycznej, prowadzonej w bocznych prowadnicach, wówczas korzystnie jest jeżeli kształtka ta i prowadnice są wykonane z takiego materiału lub pokryte warstwą takiego materiału, który będzie zapewniał jak najmniejsze tarcie między prowadnicami i kształtką.

Dzięki temu, że element zamykający i/lub zwrócony w stronę elementu zamykającego koniec otworu przepływowego jest pokryty warstwą materiału tłumiącego zapewniono optymalne uszczelnienie, a także zmniejszenie poziomu hałasu oraz przedłużenie trwałości. Taki materiał tłumiący można wykonać w postaci płyty, np. silikonowej lub poliuretanowej, lub w postaci drutu ze stali sprężynowej, pokrytego silikonem.

Poprzez umieszczenie cewki elektromagnetycznej na wysokości drugiego stabilnego położenia elementu zamykającego zapewniono zwiększenie niezawodności i dokładności działania urządzenia.

Przewidziany, dla umożliwienia swobodnego wypływu oddzielonej w celu pobrania próbki ilości mleka pod takim samym ciśnieniem, specjalny przewód, który z jednej strony jest połączony z podciśnieniem zasysającym dojenia w przewodzie mlecznym, a z drugiej strony jest poprowadzony aż do końca urządzenia do pobierania próbek mleka, usuwa z butelki do analizy powietrze, wtłaczane w trakcie napełniania jej mlekiem. Dzięki temu zarówno nad strumieniem mleka, z którego należy wydzielić próbkę, jak też na wylocie urządzenia do pobierania próbek panuje jednakowe ciśnienie, w tym przypadku podciśnienie zasysające dojenia wytworzone w kubku udojowym.

Aby jak najbardziej zmniejszyć niebezpieczeństwo mieszania się próbek w zespole do pobierania próbek mleka, przewidziane do przepływu mleka przestrzenie są z jednej strony jak najmniejsze, z drugiej jednak strony są one wykonane w taki sposób, by mleko mogło dobrze spływać, a urządzenie do pobierania próbki mleka dawało się jak najlepiej czyścić. Zapewniono to poprzez takie ukształtowanie urządzenia, w którym cylindryczny element zamykający porusza się wzdłuż również cylindrycznej prowadnicy, w której powierzchni od strony elementu zamykającego znajdują się przebiegające wzdłuż elementu zamykającego wybrania, które w drugim położeniu elementu zamykającego są połączone z otworem przepływowym i znajdującym się po stronie zbiornika próbek do analizy końcem zespołu do pobierania próbek mleka.

Dzięki rozwiązaniu, w którym połączenie między otworem przepływowym i wybraniami do odprowadzania mleka zostaje przerwana w trakcie przemieszczania się elementu zamykającego na załączonym odcinku D przed osiągnięciem całkowitego zamknięcia otworu przepływowego lub w trakcie otwierania elementu zamykającego zapewniono swobodne działanie zaworu, zwłaszcza przy krótkich czasach otwarcia zaworu, jak również zapobiega się w ten sposób jego zatykaniu, zwłaszcza zaś serowaceniu otworu przepływowego.

Zespół do pobierania próbek mleka jest połączony bezpośrednio z przestrzenią, w której ustala się odpowiadającą danemu natężeniu przepływu strumienia mleka wysokość słupa mleka, przy czym jest to zwykle odpowiednia komora użytego miernika strumienia mleka. Do pomiaru wysokości słupa mleka można w tej komorze przewidzieć dodatkowe przyrządy, jak np. umieszczone na różnych wysokościach sondy pomiarowe.

175 803

Koszty systemu operacyjnego i sterującego są mniejsze wówczas, gdy urządzenie do pobierania próbek mleka uchodzi do komory, w której natężenie przepływu strumienia mleka jest utrzymywane na zadanym poziomie. Można to zapewnić np. poprzez realizację odpowiedniego połączenia z odpowiednio wykonanym miernikiem strumienia mleka w tzw. odstojniku.

Zgodnie z jedną z postaci wykonania urządzenia według wynalazku zastosowano dynamiczne pobieranie próbek, realizowane poprzez oddzielanie strumienia w ten sposób, że otwór przepływowy urządzenia do pobierania próbek mleka jest połączony z wstawioną w przewód do transportu mleka rurą do pobierania próbek.

Przedmiot wynalazku jest odtworzony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w sposób schematyczny układ udojowy, w którym można zastosować sposób oraz urządzenie do pobierania próbek mleka według wynalazku, fig. 2 - schemat miernika strumienia mleka w przekroju oraz zespołu do pobierania próbek mleka według wynalazku, fig.

- schemat miernika strumienia mleka w przekroju wraz z zespołem do pobierania próbek mleka według wynalazku w innej kombinacji, fig. 4 - schemat miernika strumienia mleka w przekroju, z którym zespół do pobierania próbek mleka według wynalazku jest połączony w innej kombinacji, fig. 5 - schemat miernika strumienia mleka w przekroju w kombinacji z innym przykładem wykonania przedstawionego w sposób schematyczny zespołu do pobierania próbek mleka według wynalazku, fig. 6 - przykład wykonania zespołu do pobierania próbek mleka według wynalazku w przekroju wzdłużnym, fig. 7 - analogiczny do pokazanego na fig. 6 przykładu wykonania przekrój zespołu do pobierania próbek mleka według wynalazku, przy czym przedstawiono tu jedynie inne sposoby mocowania butelki na próbki do analizy, fig. 8 - inny przykład wykonania zespołu do pobierania próbek mleka według wynalazku w przekroju, fig. 9 - pokazany na fig. 8 przykład wykonania w przekroju wzdłuż linii IX-IX, a fig. 10 - urządzenie do pobierania próbek mleka, w przekroju, jaki pokazany został na fig. 4.

Na figurze 1 przedstawiono w sposób schematyczny wymię 1 krowy, na którego strzyki nasadzone są kubki udojowe 2. Wydojone przy pomocy tych kubków udojowych mleko jest poprzez tak zwany kolektor 3 aparatu udojowego kierowane do wspólnego transportowego przewodu mlecznego 4, który prowadzi wydojone mleko do umieszczonego na przykład ponad głową zbiorczego przewodu transportowego 5, w którym panuje próżnia, wytwarzana w kubkach udojowych. W długim przewodzie mlecznym w postaci węża mlecznego 4 umieszczony jest miernik strumienia mleka 6 służący do pomiaru natężenia przepływu strumienia mleka. Przedstawiono ponadto połączony z długim wężem mlecznym 4 lub także z miernikiem strumienia mleka 6 zespół 7 do pobierania próbek mleka, który zbiera pobraną próbkę w butelce 8 na próbki do analizy. Procesor 9, w który wprowadza się określone dane, otrzymuje z miernika 6 strumienia mleka, za pośrednictwem przewodu 10, sygnały, odpowiadające natężeniu przepływu strumienia mleka lub wysokości słupa mleka w mierniku strumienia mleka, oblicza przepływającą objętość mleka lub zmiany strumienia mleka w jednostce czasu oraz czasy otwarcia zaworu i czasy trwania cyklu, i za pośrednictwem przewodu 11 steruje zespołem 7 do pobierania próbek mleka.

Na figurze 2 przedstawiony został miernik 20 strumienia mleka. Przez rurę 21, która może stanowić część długiego węża mlecznego 4, wydojone mleko przechodzi w warunkach próżni w górę do komory pomiarowej i zbiorczej 22. Odpowiednio do danego natężenia przepływu strumienia mleka osiąga w niej wysokość słupa 23. Spiętrzone w komorze 22 mleko wypływa przez szczelinę pomiarową 24 z komory pomiarowej i zbiorczej do tak zwanego odstojnika 25. W odstojnik 25 jest włożony od góry przewód do odprowadzania mleka 26, który może zarazem stanowić część długiego węża mlecznego 4. Za pośrednictwem węża odprowadzającego 26, dzięki panującemu w nim podciśnieniu zasysającemu, mleko jest zasysane w odstojniku aż do wysokości dolnego końca 27 przewodu odprowadzającego. Dlatego też poziom mleka w odstojniku 25 utrzymuje się na stałej wysokości C.

W komorze pomiarowej i zbiorczej 22 przed szczeliną pomiarową 24 umieszczone są na różnych wysokościach czujniki 28 poziomu, przy pomocy których można określać wysokość słupa mleka w tej komorze. Do ciągłego lub cyklicznego zwalniania czujników 28 można zastosować własne, nie pokazane, elektryczne urządzenie wybierające w samym mierniku 20 strumienia mleka, który będzie wówczas przekazywał pojedynczy sygnał, odpowiadający poziomowi mleka, do procesora 9. Odpowiednie urządzenie do odczytu czujników poziomu można

175 803 jednak umieścić również w procesorze 9, który uruchamia poszczególne czujniki poziomu za pośrednictwem przewodu 10 i wytwarza w samym procesorze odpowiedni sygnał poziomu.

Poniżej miernika 20 strumienia mleka znajduje się zespół 30 do pobierania próbek mleka, który jest połączony poprzez kalibrowany otwór 31 w dnie komory pomiarowej i zbiorczej 22. Różne przykłady wykonania zespołu 30 do pobierania mleka zostaną opisane w dalszej części opisu na podstawie fig. 6 do 10.

Na dolnym końcu zespołu 30 do pobierania próbek mleka zamocowany jest pojemnik 32 na próbki do analizy w postaci butelki, który napełnia się pobraną próbką. Wchodzący do pojemnika 32 na próbki do analizy dolny koniec 33 zespołu do pobierania próbek mleka jest za pośrednictwem połączonego z tym końcem przewodu 34 połączony z komorą 35 powyżej odstojnika mleka. W tej części miernika strumienia mleka panuje podciśnienie zasysające dojenia wytwarzane w kubku udojowym.

Na figurze 3 przedstawiony został miernik strumienia mleka oraz zespół do pobierania próbek mleka tego samego typu co na fig. 2, dlatego też te same elementy zostały oznaczone jednakowymi, ale zwiększonymi o liczbę 100, indeksami. Ten przykład wykonania różni się od pokazanego na fig. 2 rozwiązania jedynie tym, że doprowadzenie do zespołu do pobierania próbek mleka za pośrednictwem kalibrowanego otworu 131 w dnie obudowy miernika strumienia mleka znajduje się w obszarze tak zwanego odstojnika 125. W odróżnieniu od przedstawionego na fig. 2 przykładu wykonania wysokość słupa mleka w obszarze odstojnika utrzymuje się na stałym poziomie, niezależnie od występującego w danej chwili natężenia przepływu strumienia mleka.

W opisanych uprzednio przykładach wykonania zespołu do pobierania próbek mleka przedstawiono go każdorazowo w kombinacji z miernikiem strumienia mleka. Zamiast pokazanego miernika strumienia mleka można oczywiście zastosować inne mierniki strumienia o innej zasadzie działania, na przykład pracujące na zasadzie sedymentacji lub analizy korka. Połączenie miernika strumienia mleka i zespołu do pobierania próbki mleka nie jest oczywiście konieczne, przyczynia się jednak do zwartości konstrukcji całego urządzenia. Zespół do pobierania próbek mleka można oczywiście połączyć również z oddzielną komorą przez którą przepływa uzyskane podczas udoju mleko, spiętrzając się odpowiednio do danego natężenia przepływu strumienia mleka do określonej wysokości, lub z komorą w przewodzie do transportu mleka, w którym mleko jest utrzymywane na stałym poziomie przez zespół do pobierania próbek mleka.

W poprzednich przykładach wykonania zespołu do pobierania próbek mleka wytwarzane przez słup mleka ciśnienie hydrostatyczne ma znaczenie dla strumienia odpływaj ącego do butelki na próbki do analizy. W obu następnych przykładach wykonania natomiast oddzielanie mleka zachodzi przy pomocy energii kinetycznej przyspieszonego na nowo strumienia mleka z odstojnika.

Na figurze 4 te same elementy zostały oznaczone przy pomocy odnośników tych samych, co na fig. 2, tylko zwiększonych o liczbę 200. Z miernika 220 strumienia mleka mleko jest odprowadzane przez przewód odprowadzający 226 w kierunku strzałki A. W pionową część 240 przewodu odprowadzającego 226 wstawiona jest mała rurka do pobierania 241, której skierowany do dołu wolny otwór 242 ma przekrój mniejszy, w stosunku do przewodu odprowadzającego 226, od 50 do 100, a nawet więcej razy. Ponieważ transportowane w przewodzie odprowadzającym 226 tłoki utworzone z mleka nie zawsze mają jednakowy kształt i mogą na przykład po wewnętrznej stronie przewodu 226 być dłuższe niż w środku rurociągu, zaproponowano, w celu uzyskania z każdego tłoka jak najbardziej dokładnej i ilościowo proporcjonalnej próbki, aby środek 243 otworu 242 został umieszczony w odległości równej 113 wewnętrznej średnicy przewodu odprowadzającego 226, patrząc od jego ścianki wewnętrznej, o ile zarówno dla przewodu odprowadzającego, jak też dla wolnego końca 242 przyjmuje się w przybliżeniu przekroje kołowe. Jeżeli zespół 230 do pobierania próbek miałby być otwarty w sposób ciągły, wówczas do butelki na próbki do analizy wpływałby strumień zależny od natężenia przepływu strumienia mleka, powtarzalny z dobrym przybliżeniem, ale nie proporcjonalny ilościowo. Aby ten strumień mleka uczynić proporcjonalnym ilościowo, musiałby on być sterowany według odpowiedniej charakterystyki przy użyciu zaworu. Dla oddzielenia ilości próbnej mniejszej niż

175 803 ml przekroje rurek musiałyby być jednak tak małe, że pomiar byłby wyjątkowo niedokładny, a z drugiej strony pojawiłyby się trudne do przezwyciężenia trudności z ich czyszczeniem.

Aby również z tym układzie oddzielanie mleka następowało pod stałym ciśnieniem, butelka 232 na próbki do analizy jest dodatkowo za pośrednictwem zaznaczonego jedynie linią przerywaną przewodu 244 oraz wstawionej do wnętrza przewodu odprowadzającego 226 rury 245 połączona z podciśnieniem zasysającym dojenia panującym w kubku udojowym i przewodzie mlecznym. Aby zapobiec temu, aby mimo odwrócenia otworu 246 rury od strumienia mleka przedostawało się ono do butelki 232 na próbki do analizy, przewód 244 ma bardzo mały otwór 247 o średnicy najwyżej 0,5 do 0,8 mm. Wielkość tego otworu jest tak dobrana, że występuje lekki prąd powietrza z otworu 247 przez przewód 244 do wnętrza przewodu odprowadzającego 266, który uniemożliwia wnikanie mleka do przewodu 244. Otwór 247 powinien być jednak z drugiej strony na tyle mały, żeby w przewodzie 244 nie występowały żadne straty podciśnienia, ponieważ wewnątrz butelki 232 na próbki do analizy powinno być zachowane podciśnienie zasysające dojenia. Otwór ten jest zwykle umieszczany na początku przewodu 244 w pobliżu rury 245.

Na figurze 5 przedstawiono przykład wykonania zespołu do pobierania próbek mleka, który jest odmienny od pokazanego na fig. 4. Takie same elementy zostały opatrzone takimi samymi, tylko zwiększonymi o liczbę 300, odnośnikami. Elementy te nie będąjuż po raz kolejny omawiane.

Wstawiona w przewód odprowadzający 326 rura 341 jest, przy pomocy rozgałęzienia 350,podzielona na dwa przewody 351 i 352, z których przewód 351 jest poprzez zespół 330 do pobierania próbek mleka i koniec 353 przewodu 351 połączony z odstojnikiem 325 miernika 320 strumienia mleka. Drugi przewód 352 jest poprzez zespół 330 do pobierania próbek mleka połączony z butelką 332 na próbki do analizy. Zespół 330 do pobierania próbek mleka zawiera zawór przełączający, który zostanie bliżej przedstawiony przy omawianiu fig. 11.

Na figurze 6 przedstawiono przykład wykonania zespołu do pobierania próbek, który można zastosować w rozwiązaniach pokazanych na fig. 2,3 i 4. Zespół 430 do pobierania próbek jest tu nasadzany na spód miernika 20 strumienia mleka w taki sposób, że górna powierzchnia 401 przylega do spodu obudowy miernika strumienia mleka, a kalibrowany otwór 31 pokrywa się z otworem przepływowym 402. Otwór przepływowy 402 jest w dolnej części utworzony z pierścieniowego elementu 403, który jest wykonany z magnesu trwałego lub materiału ferromagnetycznego. Do spodu pierścieniowego elementu 403 przylega płytka odbojowa 404 z materiału tłumiącego uderzenia, którym może być przykładowo silikon lub poliuretan. Przy pomocy grubości tej płytki można, przy zachowaniu stałych wartości pozostałych parametrów, dokładnie regulować siłę przyciągania magnesu trwałego. Płytka odbojowa posiada pokrywający się z otworem przelotowym 402 otwór 405 o co najmniej takiej samej wielkości. Zamiast płytki odbojowej 404 można również zastosować umieszczoną bezpośrednio na spodzie pierścieniowego elementu 403 warstwę tłumiącą. Poniżej płytki odbojowej 404 znajduje się cylindryczna komora 406 o wysokości D i średnicy większej niż średnica otworu 405. Wysokość D jest mniejsza niż całkowity suw zaworu. Średnica jest nieco większa od ruchomej części zamykającej. Powoduje to tłokowe działanie zaworu, które będzie przedmiotem dalszego opisu. W komorze prowadzony jest pionowo ruchomy element 407. Element 407 ma zwykle kształt kołowo-cylindryczny, można jednak również zastosować inaczej ukształtowane, poruszane w komorze 406 elementy, byle tylko posiadały one powierzchnię czołową 409, która w pierwszym górnym położeniu może przylegać szczelnie do płytki odbojowej 404 w celu szczelnego zamknięta otworu przelotowego 402. W pokazanym na fig. 6 drugim, dolnym położeniu element zamykający 407 opiera się na ograniczniku 410, który może być wykonany z ustawionego poprzecznie do cylindrycznej komory 406, drutu stalowego 411, pokrytego warstwą tłumiącą 412 z materiału silikonowego. Element zamykający 407 jest zwykle wykonany z materiału o cechach magnesu trwałego.

Współosiowo względem osi cylindrycznej komory 406 umieszczona jest cewka elektromagnetyczna 413, która jest zasilana za pośrednictwem elektrycznego przewodu zasilającego 414.

175 803

W bocznej ściance cylindrycznej komory 406 poniżej wysokości D znajdują się wybrania 415 i 416 (fig. 6), które w drugim, pokazanym na fig. 6 jako dolne, położeniu elementu zamykającego 407 są połączone z komorą 406 komory cylindrycznej, a na dolnym końcu z przewodem wylotowym 417. Przewód wylotowy jest na swym dolnym końcu wykonany w postaci igły skrzykawkowej 418, która może przebijać korek zamykaj ący 419 nie przedstawionej bliżej rurki do pobierania próbek do analizy. Współosiowo względem igły strzykawkowej 418 wykonany jest pierścieniowy występ 420, który przylega szczelnie do górnej powierzchni 421 korka zamykającego 419. W ten sposób między tym pierścieniowym występem 420 i korkiem zamykającym tworzy się pierścieniowa komora 422, która za pośrednictwem wybrania 423 jest połączona z przewodem 434. Przewód 434 może stanowić przedstawiony na fig. 2 przewód 34 lub przedstawiony na fig. 3 przewód 134, który jest połączony z podciśnieniem zasysającym dojenia kubka udojowego. W ten sposób po wkłuciu końcówki igły strzykawkowej 418 w korek zamykający 419 w pierścieniowej komorze 422 tworzy się podciśnienie zasysające dojenia panujące w kubku udojowym, które z jednej strony zapobiega wzrostowi ciśnienia w butelce na próbki do analizy na skutek uszczelnienia korka 419, a z drugiej strony umożliwia odessanie z wnętrza butelki na próbki do analizy objętości gazu, która została wtłoczona przez napływające mleko, dzięki czemu pobieranie próbki następuje pod stałym ciśnieniem.

Zawór mógłby być również wykonany w postaci zaworu ściskającego, w którym każdorazowo następuje puszczenie lub uwolnienie węża.

Na figurze 7 pokazany został podobny przykład wykonania zespołu do pobierania próbek mleka, w związku z czym takie same części zostały oznaczone takimi samymi indeksami, tylko zwiększonymi o kolejne 100, względem fig. 6. Na fig. 7 jedynie w dolnej połówce pokazano kolejny przykład wykonania, w którym korek 524 jest nasadzony na dolny koniec rury 518 i przy pomocy śruby 525 przymocowany do obudowy 530. Na ten korek 524 można następnie nasadzić odpowiednie, mające kształt rury naczynie do pobierania próbek do analizy, które to naczynie przylega szczelnie swym wewnętrznym obwodem do kołnierza 526.

Na dolnej prawej połówce fig. 7 przedstawiony został inny przykład wykonania, w którym na zewnętrznej stronie rury 518 osadzone są dwa pierścienie uszczelniające 527 o przekroju kołowym, na które można następnie szczelnie nasunąć bezpośrednio pojemnik na próbki do analizy.

Na figurach 8 i 9 przedstawiony został następny przykład wykonania zespołu do pobierania próbek mleka, nieco odmienny od pokazanego na fig. 6, stąd też takie same elementy oznaczono takimi samymi odnośnikami, jak na fig. 6, tylko zwiększonymi o kolejne 100. W tym przykładzie wykonania cewka elektromagnetyczna 613 jest przesunięta w stronę dolnego końca znajdującego się w drugim, dolnym położeniu elementu zamykającego 607, co okazało się wyjątkowo korzystne z punktu widzenia dokładnego przebiegu procesu zamykania i otwierania elementu zamykającego. Element zamykający jest tutaj prowadzony jedynie na trzech żebrach prowadzących 640, 641 i 642. Między żebrem 640 i każdym z żeber 641 oraz 642 znajdują się opisane wcześniej wybrania 615 i 616, przeznaczone do odprowadzania mleka. Między żebrami 641 i 642 wykonane jest natomiast dodatkowo bardziej płaskie wybranie 643, które za pośrednictwem następnego wybrania 644jest połączone z komorą 623, w której jest utrzymywana próżnia kubka udojowego. Wybranie 644 powoduje to, że również górny koniec elementu zamykającego 607 pozostaje w drugim dolnym położeniu otwarcia pod działaniem podciśnienia, dzięki czemu spływaniu mleka nie towarzyszy tarcie (nie występuje efekt pipety).

Oddzielanie mleka przy pomocy opisanych w odniesieniu do fig. 2 do 4 i 6 do 9 zespołów do pobierania próbek mleka następuje zwykle w ten sposób, że układ pracuje na zasadzie zaworu dwupołożeniowego. Jeżeli zatem, bazując na pokazanym na fig. 6 drugim położeniu elementu zamykającego 407, na cewkę elektromagnetyczną 413 podany zostanie impuls elektryczny o odpowiednim kierunku i natężeniu prądu, wówczas element zamykający 407 przemieszcza się do góry, aż do styku z płytką odbojową 404. W tym pierwszym górnym położeniu, które odpowiada zarazem położeniu zamknięcia, dopływ mleka przez przewód 402 jest przerwany przez element zamykający 407. Ponieważ albo element zamykający 407, albo pierścieniowy element 403 są wykonane z magnesu trwałego, podczas gdy druga część jest' wykonana z materiału ferromagnetycznego, element zamykający 407 jest utrzymywany w tym położeniu,

175 803 nawet jeżeli przez cewkę elektromagnetyczną 413 nie płynie już prąd. W celu otwarcia zaworu należy jedynie przez cewkę elektromagnetyczną 413 przepuścić skierowany przeciwnie impuls w przybliżeniu tej samej wielkości, aby pokonać siły przyciągania magnetycznego między pierścieniowym elementem 403 i elementem zamykającym 407 i przemieścić element zamykający 407 z powrotem w jego drugie, dolne, położenie otwarcia. W położeniu tym otwarty jest przepływ mleka przez przewód 402. W tym drugim dolnym położeniu cewka elektromagnetyczna nie musi utrzymywać elementu zamykającego 407, ponieważ spoczywa on na ograniczniku 410. Ponieważ element zamykający 407 może się składać z bardzo małego elementu o średnicy około 6 mm i długości około 16 mm, którego suw wynosi około 8 mm, podczas gdy średnica zamykanego przewodu 402 wynosi od 1,5 do 3 mm, masa nośna elementu zamykającego 407 może być bardzo mała, ponieważ całkowita objętość elementu zamykającego wynosi poniżej 1,35 ml, a jego ciężar poniżej 10 g. Otwarcie lub zamknięcie zaworu wymaga zatem bardzo krótkich impulsów o czasie trwania od 10 do 100 ms i maksymalnej mocy do 1,5 W. Oznacza to, że nawet przy bardzo dużych ilościach cykli uruchamiających średnie zużycie energii jest wyjątkowo niskie (zwykle 0,2 W), ponieważ między impulsami energia nie jest zużywana. Znacznie bardziej istotne jest jednak to, że zawór taki pozwala uzyskać określone czasy otwarcia do 0,5 s przy zachowaniu stałej wartości natężenia przepływu odcinanego strumienia.

W celu sterowania zaworem na cewkę elektromagnetyczną podaje się zwykle przeciwnie skierowane impulsy w taki sposób, że zmienia się polaryzacja napięcia na cewce elektromagnetycznej. Zgodnie z korzystnym przykładem wykonania układ ten może być jednak rozwiązany również w taki sposób, że zamiast jednej cewki elektromagnetycznej istnieją dwie cewki elektromagnetyczne o przeciwnych uzwojeniach, przy czym impulsy są podawane na zmianę na pierwszą lub druga cewkę elektromagnetyczną, powodując przemieszczanie się elementu zamykającego z pierwszego położenia w drugie położenie i odwrotnie.

Chociaż urządzenie było poprzednio opisywane zwykle w połączeniu z układem sterowania impulsami, można by jednak urządzenie to zrealizować bez użycia magnesu trwałego, a jedynie przy zastosowaniu materiału ferromagnetycznego na element zamykający, w ten sposób, że na cewkę elektromagnetyczną podawany jest prąd w jednym kierunku, który płynie tak długo, jak długo element zamykający ma być utrzymywany w jednym ze swych stabilnych położeń. W celu przemieszczania elementu zamykającego w jego drugie stabilne położenie kierunek prądu zostaje zmieniony, po czym utrzymuje się go tak długo, aż nastąpi przełączenie. Taki sposób postępowania spowodowałby jednak znaczne zwiększenie zużycie prądu oraz wzrost cieplnego obciążenia cewki.

W pokazanym na fig. 6 przykładzie wykonania w trakcie ruchu elementu zamykającego na odcinku D występuje w znacznej mierze efekt tłoka. Taki efekt tłoka nie jest wprawdzie wymagany do działania zaworu, okazał się jednak niezwykle korzystny.

Działanie efektu tłoka, który można wprowadzić w zaworze, jest następujące: przy zamykaniu za pomocą elementu zamykającego jego główka wchodzi w cylindryczną komorę 406 o długości D na podobieństwo tłoka. Wypycha on przy tym znajdujące się w tej cylindrycznej komorze mleko, przedmuchując przy tym kanał wylotowy 402, dzięki czemu mleko podlega optymalnej wymianie przed następnym cyklem pobierania. Poprawia to dodatkowo reprezentatywność. Wspomniane przedmuchiwanie, wywołane efektem tłoka, powoduje ponadto oczyszczenie całego kanału wylotowego łącznie z kalibrowanymi otworami 31,131, zwanymi dalej także przesłonami, z ewentualnych zanieczyszczeń przed każdym cyklem pobierania. Efekt ten można dodatkowo wzmocnić i lepiej wykorzystać w fazie oczyszczenia urządzenia, stosując znacznie wyższą częstotliwość przełączania zaworu (na przykład 90-120 cykli/min).

W trakcie następującego po ruchu zamykającym ruchu otwierającego elementu zamykającego ten sam efekt tłoka powoduje zassanie mleka z kanału oddzielającego, zanim dopłynie ono na końcu długości cylindra D ponad czołową powierzchnią elementu zamykającego, przez wybrania415,416, do butelki na próbki do analizy. Objętość mleka, którajest zasysana w trakcie otwierania zaworu lub jest cofana w trakcie jego zamykania, jest stale jednakowa i nie ma w związku z tym wpływu (bezpośredniego) na oddzielaną ilość. Przesuwana w jedną i drugą stronę objętość mleka zależy jedynie od efektywnej długości cylindrycznego odcinka D, a także od wielkości pierścieniowej szczeliny między tłokiem i cylindrem. Całkowity suw elementu zamy175 803 kającego musi być ponadto wyraźnie większy niż długość D, ponieważ tylko wówczas mleko może ostatecznie wypływać przez wybrania. Z uwagi na małe wymiary cylindra (na przykład średnica 6 mm, długość D 5mm) siły kapilarne i siły spójności mleka są tak duże, że cylinder nawet w położeniu pionowym jest stałe napełniony mlekiem przed następnym procesem zamykania. Jeżeli przyspieszenie ruchu elementu zamykającego przy otwieraniu i zamykaniu miałoby być różne, można je korygować poprzez przyłożenie do cewki ewentualnie cewek prądów o natężeniu różnym dla obu kierunków ruchu.

Najbardziej istotną zaletą opisanego efektu tłoka jest jednak co następuje. W celu zapewnienia pobierania każdorazowo ilościowo proporcjonalnej próbki i zminimalizowania błędów, wynikających z ewentualnego mieszania się próbek, a także uzyskania jak najmniejszej wysokości urządzenia kanał oddzielający powyżej otworu przepływowego 405 zaworu powinien być jak najkrótszy. W efekcie uzyskuje się, zwłaszcza przy małych natężeniach przepływu strumienia mleka, bardzo niskie ciśnienia hydrostatyczne (zwykle 0,5 do 2 cm wysokości słupa wody). Również ciśnienia spiętrzania w kinetycznych układach oddzielających (por. fig. 4 i 5) są w przypadku małych natężeń przepływu strumienia mleka bardzo niskie. Przy tak niewielkich ciśnieniach hydrostatycznych lub hydrodynamicznych znaczenia nabierają siły, związane z oddziaływaniami kapilarnymi, spójnością mleka oraz oddziaływaniem między ściankami i mlekiem. W rezultacie uzyskuje się nieregularny, nieprecyzyjny i cechujący się dużą bezwładnością napływ oddzielanego strumienia po otwarciu otworu przepływowego 405 typowego zaworu dwupołożeniowego (bez efektu tłoka). Opisany efekt tłoka pozwala tu korzystnie przezwyciężyć bezwładny i nieprecyzyjny sposób napływania oddzielanego strumienia przy bardzo niskich ciśnieniach hydrostatycznych lub hydrodynamicznych. Dopiero wówczas można uzyskać krótkie i jak najkrótsze czasy otwarcia zaworu w ramach jednego cyklu dla najmniejszych, a zarazem powtarzalnych, pobieranych ilości, niezbędnych właśnie w przypadku małych natężeń przepływu strumienia mleka do pobrania reprezentatywnej próbki, którą należy przelać bezpośrednio do małej butelki analitycznej.

Wraz ze wzrostem ciśnienia hydrostatycznego lub ciśnienia spiętrzania oddzielany strumień napływa w każdej chwili spontanicznie i bezpośrednio, tak że efekt tłoka staje się automatycznie coraz mniej potrzebny, ponieważ oddzielany strumień może postępować za ruchem tłokowym lekko i bez oporów. Naturalny przy wyższych ciśnieniach wypływ nie jest wobec tego w żaden sposób zakłócany.

Dokładne parametry wypływu przy uwzględnieniu zachodzącego efektu tłoka wyznacza się najlepiej w sposób empiryczny. W tym celu stworzono w laboratorium możliwość ustawiania różnych poziomów ciśnień hydrostatycznych lub hydrodynamicznych (np. 0,5,1 ,0, 2,0, 4,0,8,0 cm słupa wody) ewentualnie odpowiednich natężeń przepływu mleka (np. 0,1, 0,25, 0,5, 1,0, 2,5, 5,0, 9,0, 12,0 l/min) w zależności od konkretnego wykonania urządzenia. Dla każdego poziomu wyznacza się ilości oddzielane, które wynikają z różnych kombinacji czasu otwarcia zaworu w jednym cyklu oddzielania i liczby cykli oddzielania. Ważne jest przy tym, aby iloczyn czasu otwarcia zaworu i liczby cykli na minutę, to znaczy czas otwarcia (s/min) utrzymywany był na stałym poziomie, co oznacza, że teoretyczna ilość oddzielana jest stała dla każdego poziomu.

Z doświadczeń wynika jednak, że rzeczywiste ilości oddzielane w ramach jednego poziomu nie zawsze są stałe. Zwłaszcza w przypadku niskiego poziomu ciśnienia ewentualnie natężenia przepływu różnorodne kombinacje czynników sterujących, to znaczy czasu otwarcia zaworu w jednym cyklu i liczby cykli na minutę dają w efekcie różne, nie zawsze stałe, jak się oczekuje, ilości oddzielane, również wówczas, gdy bardzo ściśle utrzymuje się czas otwarcia na stałym poziomie. I tak, w ramach jednego poziomu krótsze czasy otwarcia zaworu (przy odpowiednio wyższej liczbie cykli/minutę) dają większe ilości oddzielane niż dłuższe czasy otwarcia zaworu (przy odpowiednio mniejszej liczbie cykli/minutę). Rezultat ten wynika stąd, że wraz ze wzrostem liczby cykli/minutę (przy odpowiednio skracanym czasie otwarcia zaworu) bardziej skuteczny jest również efekt tłoka, który spływającemu leniwie przy niskim poziomie, oddzielanemu strumieniowi nadaje w każdej pozycji otwarcia zaworu lekkie przyspieszenie. Jeżeli przedstawi się te parametry w postaci charakterystyki wykreślnej (ilość oddzielana; czas otwarcia zaworu, poziom ciśnienia lub natężenia przepływu), wówczas okazuje się, że przy

175 803 niskim poziomie (np. strumień mleka 250 ml/min) i czasie otwarcia zaworu w przedziale między np. 0,1 i 0,25 s ilość oddzielana jest praktycznie stała i bardzo dobrze powtarzalna. Przy coraz dłuższych czasach otwarcia zaworu w jednym cyklu oddzielana (i odpowiednio mniejszej ilości cykli) ilość oddzielana ulega natomiast stałemu zmniejszeniu. Częstość występowania efektu tłoka w tych warunkach nie jest już wystarczająca do zapewnienia powtarzalnego i stabilnego strumienia oddzielanego płynu. Problem napływu oddzielanego strumienia, związany z jego bezwładnością, traci na znaczeniu wraz ze wzrostem natężenia przepływu strumienia mleka lub ciśnienia, tak że ostatecznie w zakresie wyższego poziomu wszystkie technicznie możliwe kombinacje czasu otwarcia zaworu i liczby cykli/minutę dają w efekcie stałą i bardzo dobrze powtarzalną ilość oddzielaną która odpowiada obliczeniom teoretycznym. Z tego względu przy wyższych poziomach nie ma już potrzeby ograniczania zakresów zmienności czynników sterowania zaworem.

W odniesieniu do częstości ruchów otwierających i zamykających stwierdzono, że przy określonym natężeniu przepływu oddzielanego strumienia możliwe jest osiągnięcie w ciągu jednej minuty 120 cykli o określonym czasie trwania i zamknięcia, których suma daje czas trwania cyklu. Tak wysoka liczba cykli ma jednak tę wadę, że powoduje większe zużycie, a poziom wytwarzanego przy tym hałasu jest stosunkowo wysoki. Stąd też zalecana dla zaworu liczba cykli jest niższa i wynosi mniej niż 30 cykli na minutę.

Aby umożliwić pobranie jak najbardziej reprezentatywnej i nie zanieczyszczonej próbki we wszystkich warunkach przepływu mleka, należy zadbać o to, by objętość przewodu doprowadzającego 402 była jak najmniejsza i odpowiadała w przybliżeniu rzędowi wielkości oddzielanej przez otwór ilości mleka, lub też w tej objętości zachodziła ciągła wymiana mleka odpowiednia do jego natężenia przepływu strumienia. Urządzenie do pobierania próbek mleka jest tu o tyle korzystne, że dzięki możliwości stosowania krótkich czasów otwarcia przekrój przewodu doprowadzającego może być stosunkowo duży, dzięki czemu oddzielane strumienie mogą być relatywnie duże, a ponadto istnieje możliwość pobrania reprezentatywnej próbki, ponieważ przy każdym procesie otwierania i zamykania mleko odpompowuje się z powrotem z przewodu 402 i zasysa nowe tak, że z każdego strumienia mleka każdorazowo pobierane jest świeże mleko.

Na figurze 10 przedstawiony został bardziej szczegółowo zespół 330 do pobierania próbek mleka, pokazany na fig. 5 w sposób schematyczny. Przewody 351 i 352 uchodzą do wykonanej w obudowie 360 w zasadzie cylindrycznej komory 361. Na znajdujących się naprzeciw ujść przewodów 351 i 352 bocznych ściankach komory znajdują przewody odpływowe 362, 363, zbieżne z przewodami 351 i 352. W komorze 361 przewidziany jest również cylindryczny magnes trwały 364, który posiada taką samą powierzchnię przekroju, jak komora 361. Magnes trwały jest przesuwany w komorze 361 wzdłuż jej osi między pierwszym, pokazanym na fig. 11, położeniem, w którym jego prawy k^^nieic zamyka końce przewodów 3.52 i 363 i otwiera końce przewodów 351 i 362, i drugim, nie pokazanym na fig. 10, położeniem, w którym jego lewy koniec zamyka na fig. 10 końce przewodów 351 i 362, otwierając jednocześnie końce przewodów 352 i 363. W obudowie 360, na osi cylindrycznego magnesy trwałego 364 umieszczone są w odstępie względem jego pierwszego lub drugiego położenia dwa elementy ferromagnetyczne 365 i 366. Każdy ze wspomnianych elementów jest osadzony w mającej kształt korka części 367 lub 368, wykonanej z materiału tłumiącego ruchy rdzenia. W trakcie przemieszczania się magnesu trwałego 364 zjego pierwszego stabilnego położenia w drugie i z powrotem każdorazowo dochodzi on do tego korka. Współosiowo względem osi magnesu trwałego 364 umieszczona jest cewka elektromagnetyczna 369. Przy pomocy przeważnie impulsów prądowych o odpowiedniej wielkości, przesyłanych przez cewkę elektromagnetyczną 369, można przesuwać elektromagnes z pierwszego stabilnego położenia w drugie i z powrotem z położenia drugiego w pierwsze w ten sposób, że magnes trwały jest wówczas każdorazowo utrzymywany przez oddziaływanie magnetyczne przy elemencie ferromagnetycznym 366 lub 365, mimo że przez cewkę elektromagnetyczną nie płynie już prąd.

Pokazany na fig. 10 w połączeniu z fig. 5 zespół do pobierania próbek mleka ma tę zaletę, że z danego strumienia mleka oddzielana jest w sposób ciągy pewna część, która poprzez odgałęzienie 350 oraz przewody 351 i 362 spływa z powrotem do odstojnika mleka 325, gdy

175 803 magnes trwały 364 znajduje się w położeniu pokazanym na fig. 10. Strumień ten zostaje przerwany, gdy magnes trwały ulegnie przemieszczeniu w jego drugie położenie, podczas gdy oddzielany do prób strumień mleka może wówczas przez przewody 352 i 363 spływać do pojemnika na próbki do analizy. Zminimalizowanie objętości odgałęzienia 350 oraz przewodów 351 i 352 gwarantuje, że w prowadzącym do komory 361 przewodzie 351 praktycznie zawsze znajduje się mleko, odpowiednio do danego natężenia przepływu strumienie mleka, co zapewnia pobranie reprezentatywnej próbki i eliminuje problemy związane z napływem oddzielanego strumienia przy niskich ciśnieniach spiętrzania.

Przy realizacji zgodnego z wynalazkiem sposobu przy użyciu zespołu do pobierania próbek mleka ewentualnie opisanego uprzednio typu zaworu przyjęto założenia, że do zbiornika próbek do analizy należy każdorazowo pobrać ilość mleka między 20 i 40 ml, niezależnie od wartości oczekiwanej E, to znaczy podanej w kg (lub w ml) całkowitej ilości mleka dojonej krowy. Stąd też do rozważań przyjęto całkowitą objętość oddzielanej próbki wynoszącą równo 30 ml, oraz założono, że oddzielone ilości cząstkowe powinny być ponadto pobierane proporcjonalnie do danego natężenia przepływu strumienia mleka.

Z tych założeń wynika, że w zależności od natężenia przepływu strumienia mleka należy w jednostce czasu oddzielić następującą objętość strumienia mleka (ml/min) = próbka całkowita (ml) ,, .. . · x nat^ężeme ^przep^ływu strumkenia mleka (mVmin) wartość oczekiwana (ml) aby uzyskać całkowitą ilość próbną.

((1

Jeżeli teraz oz zy się natężenie przepływu strumienia oddzielanego (ml/min) przy trwale otwartym zaworze jako strumień oddzielany 100% według układów pokazanych na fig. 2 i 3, wówczas należy stwierdzić, że strumień oddzielany 100% (trwale otwarty zawór), który wypływa przez wykonany w dnie otwór 31 lub 131 o określonym przekroju (A), jest funkcją wysokości spiętrzania h (ewentualnie ciśnienia hydrostatycznego) według następującego równania:

strumień oddzielany (100%) [ml/min] = 60 x μ x A x SQR (2 x g x h) (2) przy czym: g = przyspieszenie ziemskie (cm/s2 h = wysokość spiętrzania (cm)

A = przekrój otworu w dnie (przesłony) (cm2) μ = współczynnik wypływu 0.63 SQR = pierwiastek z

Jeżeli wysokość spiętrzania h, to znaczy ciśnienie hydrostatyczne nie zmienia się wraz ze zmianą natężenia przepływu strumienia mleka, wówczas wartość strumienia oddzielanego (100%) stanowi wartość stałą. Tak na przykład dla stałej wysokości spiętrzania h = 2 cm i średnicy przesłony równej 0,15 cm, która daje przekrój otworu w dnie A = 0,0176 cm2 otrzymuje się stały strumień oddzielany (100%) = 41,67 ml/min.

Jeżeli wielkość natężenia przepływu strumienia mleka będzie w naczyniu spiętrzającym mierzona przy użyciu wysokości spiętrzania (ewentualnie ciśnienia hydrostatycznego) przed pionową szczeliną pomiarową o szerokości S (jak w przykładzie wykonania, pokazanym na fig. 2), wówczas zachodzi następujący związek:

natężenie przepływu strumienia mleka (ml/min) = x μ x S x 2/3 x SQR [2xg] x h³* (3) przy czym: g = przyspieszenie ziemskie (cm/s2 h = wysokość spiętrzania (cm)

S = szerokość szczeliny (stała) (cm) μ = współczynnik wypływu 0.63 SQR = pierwiastek z

175 803

W połączeniu z równaniem (2) zależny od natężenia przepływu strumienia mleka strumień oddzielany (100%) można określić w następujący sposób:

strumień oddzielany (100%) = x μ x A x SQR(2 x g) x [natężenie przepływu strumienia mleka)/ < 60 x μ x S x 2/3 x SQR(2 x g) >]3 (4)

Przy założonej przykładowo stałej szerokości szczeliny S = 0,25 cm i przekroju przesłony A = 0,0176 cm² (średnica przesłony = 1,5 mm) otrzymuje się w drodze obliczeń następujące wartości tabelaryczne:

Tabela 1

Zmierzone natężenie przepływu strumienia mleka (ml/min)	Strumień oddzielany (100%) (zawór stale otwarty) (ml/min)
100	20,93
250	28,41
500	35,78
1000	45,07
2500	61,15
5000	77,03
9000	93,68
12000	101,95

Oczywiście tabelę tego typu można również przedstawić w postaci wyznaczonej doświadczalnie charakterystyki. Z tej tabeli można teraz wyznaczyć wymagany względny czas otwarcia zaworu w sekundach na minutę, aby otrzymać podane na wstępie objętość oddzielaną/czas w ml/min:

względny czas otwarcia (s/min) = (objętość oddzielana ml/min) x 60s) strumień oddzielany (100%) m/min) '

Stąd wynikałby wymagany według tabeli 2 czas otwarcia w sekundach/minutę (przy stałej wysokości spiętrzenia).

Tabela 2 (wymagany względny czas otwarcia w s/min przy stałej wysokości spiętrzania)

Natężenie przepływu strumienia mleka (ml/min)	Ilość oczekiwana
30.000 ml	10.000 ml	6.000 ml
100	0,14	0,43	0,72
2500	3,60	10,79	17,99
12000	17,28	51,84	86,39

Stąd stosunek maksymalnego do minimalnego czasu otwarcia wynosi 86,39:0,14 = 617:1

Ponieważ wartości większe niż 60 s/min nie są możliwe, oznaczałoby to, że stały strumień oddzielany (tutaj równy 41,67 ml/min) należałoby powiększyć przynajmniej o czynnik 1,5, aby otrzymać realne czasy otwarcia. Wtedy jednak najkrótszy czas otwarcia wyniósłby poniżej 0,1 s/min, co skróciłoby pojedynczy czas otwarcia zaworu w jednym cyklu do wartości znacznie mniejszych niż 0,1 s, bardzo trudne do osiągnięcia ze względów technicznych.

175 803

Przy zmiennej wysokości spiętrzania wymagane czasy otwarcia w s/min są natomiast następujące:.

Tabela 3

Natężenie przepływu strumienia mleka (ml/min)	Ilość oczekiwana
30.000 ml	10.000 ml	6.000 ml
100	0,29	0,86	1,43
250	0,53	1,58	2,64
500	0,84	2,52	4,19
1000	1,33	3,99	6,66
2500	2,45	7,36	12,26
5000	3,89	11,68	19,47
9000	5,76	17,29	28,82
12000	7,06	21,19	35,31

Otrzymywany stąd stosunek maksymalnego do minimalnego czasu otwarcia wynosi 35,31:0,29 = 122:1.

Jeżeli chciałoby się postępować w oparciu o te teoretyczne czasy otwarcia, wówczas trudność polegałaby na tym, że przy dużych strumieniach mleka i niskich wartościach oczekiwanych otrzymywałoby się w efekcie stosunkowo długie czasy otwarcia, podczas gdy strumień mleka zmienia się na skutek działania grawitacji, co uniemożliwia pobranie reprezentatywnej próbki. Z drugiej strony małe natężenia przepływu strumienia mleka i duże ilości oczekiwane dają w efekcie bardzo krótki czas otwarcia, w trakcie którego nie jest możliwe stwierdzenie, że nadal zachodzi założona zależność proporcjonalna między objętością oddzielaną i czasem.

Dlatego też zgodnie z wynalazkiem nie steruje się jednym czasem otwarcia w s/min, lecz ten czas otwarcia zostaje podzielony na kilka cykli pobierania próbek o odpowiednio krótszych czasach otwarcia zaworu w jednym cyklu, przy czym postępuje się w ten sposób, że każdy z czasów otwarcia zaworu zmienia się jedynie w ograniczonym przedziale, w którym zachodzi proporcjonalna zależność między natężeniem przepływu oddzielanego strumienia i czasem. Właściwe sterowanie polega przede wszystkim na tym, że przewidziana do pobrania w ciągu jednej minuty próbka jest pobierana w kilku cyklach o krótszych czasach otwarcia zaworu w ramach jednego cyklu, przy czym każdy cykl składa się z czasu otwarcia zaworu i czasu zamknięcia zaworu w ramach jednego cyklu oddzielania. Liczbę cykli oddzielania, służącą do sterowania, wyznacza się przy tym z następującej zależności:

względny czas otwarcia (s/min) = liczba cykli oddzielania (n/min) x czas otwarcia zaworu w ramach jednego cyklu (s) (6)

Liczba możliwych cykli oddzielania (n/min), którą można osiągnąć przy pomocy opisanego rodzaju zaworu, jest teraz ograniczona. Można wprawdzie bez problemów zwiększyć ilość cykli oddzielania do n = 120, z uwagi jednak na zużycie oraz wysoki poziom hałasu ogranicza się zwykle liczbę cykli oddzielania do n = 30/min. Od dołu liczba cykli jest również ograniczona w ten sposób, że możliwość pobierania reprezentatywnych próbek musi być zachowana do końca dojenia, charakteryzującego się mniejszymi natężeniami przepływu strumienia mleka. Jest to szczególnie istotne, ponieważ skład mleka, zwłaszcza zaś zawartość tłuszczu, ulega istotnym zmianom od koniec fazy dojenia. Zawartość tłuszczu pod koniec dojenia jest znacznie wyższa niż na jego początku. Wynika stąd, że liczba cykli oddzielania nie powinna być mniejsza niż 2 do 3 na minutę.

Jeżeli teraz przeprowadzi się pomiary zgodnie z pokazanym na fig. 3 przykładem wykonania przy stałym ciśnieniu hydrostatycznym, wówczas na skutek konieczności pokrycia dużego zakresu zmienności przeprowadzenia wystarczającej zmiany może okazać się niemożliwe z uwagi na zmianę liczby cykli na minutę przy zachowaniu stałego czasu otarcia zaworu. W przy20

175 803 padku osiągnięcia granicznej wartości liczby cykli na minutę należy wówczas niejednokrotnie skrócić lub wydłużyć czasy otwarcia zaworu. Przy pomiarze w warunkach stałego ciśnienia hydrostatycznego słup mleka, wytwarzający ciśnienie hydrostatyczne, nie powinien być zbyt duży, aby pobranie reprezentatywnej próbki było możliwe dla wszystkich natężeń przepływu strumienia mleka (zwłaszcza pod koniec dojenia). Przy niskich ciśnieniach hydrostatycznych okazuje się jednak, że oddzielany strumień jest stały tylko w niewielkim przedziale czasu otwarcia zaworu, ponieważ szczególnego znaczenia nabierają tutaj siły kapilarne oraz siły spójności. W trakcie pracy pod stałym, niskim ciśnieniem hydrostatycznym zgodnie z fig. 3 może się zatem okazać konieczne, aby zwiększyć przedział czasów otwarcia zaworu, opracowanie krzywej wzorcującej dla przebiegu zmian objętości oddzielanej w odniesieniu do czasu otwarcia zaworu, która byłaby wówczas przekazywana do procesora w celu obliczenia wymaganego czasu otwarcia zaworu w ramach jednego cyklu.

Zadanie polegające na pokryciu całego zakresu pomiarowego przy użyciu jednego urządzenia do pobierania próbek można zrealizować w sposób znacznie bardziej korzystny, jeżeli zespół do pobierania próbek mleka w wykonaniu według fig. 2 będzie pracował w oparciu o wysokość spiętrzania zmieniającą się w zależności od natężenia przepływu strumienia mleka. W tym przypadku uzyskuje się, co widać w tabeli 3, zmniejszenie stosunku maksymalnego do minimalnego czasu otwarcia do wartości 122:1. Oznacza to, że nastąpiła redukcja zakresu pomiarowego w ten sposób, że dane natężenie przepływu strumienia mleka jest uwzględniane w postaci wysokości spiętrzania, a zatem ciśnienia hydrostatycznego, i wykorzystywane do skracania czasów otwarcia w zależności od natężenia przepływu strumienia mleka. W tym przypadku zakres czasów otwarcia zaworu w jednym cyklu można ograniczyć do mniejszego przedziału, od około 0,1 do 0,8 s, w którym to przedziale zapewniona jest proporcjonalna zależność oddzielanego strumienia od czasu. Jednak, jak wspomniano wyżej, również w tym przypadku istnieje konieczność dobierana przy mniejszych natężeniach przepływu strumienia mleka, odpowiadających mniejszej wysokości spiętrzania lub niższemu ciśnieniu hydrostatycznemu, węższego zakresu czasów otwarcia zaworu, aby zachować proporcjonalną zależność między oddzielanym strumieniem i czasem otwarcia. Jak wynika z tabeli 4:

Tabela 4

Natężenie przepływu strumienia mleka (ml/min)	dopuszczalna liczba cykli oddzielania (n/min) (min. do max)	dopuszczalny czas otwarcia w jednym cyklu oddzielania (s) (min. do max)
<250	2-4	0,10-0,25
800	V	0,10-0,60
1200	V	0,10-0,80
V	V	V
>9000	10-30	0,10->2

w zależności od uzyskanego w wyniku pomiaru natężenia przepływu strumienia mleka przewidziane zostały różne przedziały liczby cykli oddzielania oraz dopuszczalnego czasu otwarcia zaworu w jednym cyklu. I tak dla natężeń przepływu strumienia mleka mniejszych niż 250 ml/min minimalna liczba cykli oddzielania wynosi od 2 do 4 cykli na minutę, podczas gdy dopuszczalny czas otwarcia zaworu w jednym cyklu oddzielania wynosi między 0,1 i 0,25 sekundy. Przyczynę tego zawężonego zakresu zmienności czasu otwarcia zaworu/cykl stanowi to, że wraz z wydłużeniem czasów otwarcia zaworu zmniejsza się odpowiednio liczba cykli oddzielania, a wraz z nią występujący w zaworze efekt tłoka. Odpowiednio większe zakresy uzyskuje się dla wyższych natężeń przepływu strumienia mleka. Wartości czasu otwarcia zaworu w jednym cyklu oddzielania można wyzwalać w sposób zaprogramowany krokowo co 0,02 sekundy. Jeżeli następuje przełączenie z liczby cykli oddzielania zbliżonej do granicy jej zakresu w wyniku zmiany zastosowanego do niej czasu otwarcia zaworu w jednym cyklu oddzielania, wówczas przemiana zachodzi w ten sposób, że czas trwania cyklu pobierania próbki jest

175 803 wydłużany lub skracany w tym samym stosunku, co czas otwarcia zaworu w jednym cyklu oddzielania.

Wszystkie zakresy sterowania, odpowiadające tabeli 4, zostają na wstępie przekazane do procesora w postaci danych zakresowych. Obliczenie danej liczby cykli oddzielania przy utrzymanym na stałym poziomie czasie otwarcia zaworu w jednym cyklu oddzielania jest dokonywane każdorazowo przez procesor w zależności od zmierzonego natężenia przepływu strumienia mleka. Po osiągnięciu odpowiedniej granicy zakresu następuje odpowiednie przełączenie liczby cykli oddzielania w połączeniu z odpowiednią zmianą czasu otwarcia zaworu w jednym cyklu oddzielania. Takie przełączenie może oczywiście nastąpić jeszcze przed osiągnięciem odpowiedniej wartości granicznej, aby zachowany został optymalny stosunek liczby cykli i czasu otwarciia zaworu.

Zamieszczone wyżej dane sąjedynie przykładowe i odnoszą się do przepływowego otworu kalibrowanego 31 lub 131 o przekroju czynnym równym 0,0176 cm².

Podany niżej przykład ma pokazać, w jaki sposób oblicza się i dobiera liczbę cykli oddzielania i czas otwarcia zaworu w jednym cyklu oddzielania.

Zadana wartość oczekiwana E (całkowita ilość mleka) wynosi 10 OOOml.

Żądana całkowita objętość próbki wynosi 30 ml.

Zmierzone chwilowe natężenie przepływu strumienia mleka wynosi 2.500 ml/min.

Z równania (1) można zatem obliczyć wymaganą objętość oddzielaną w ciągu jednej minuty, która to objętość wynosi 7,5 ml/min. Z równania (4) można następnie obliczyć strumień oddzielany (100%), który wynosi 61,15 ml/min.

Z równania (5) uzyskuje się następnie względny czas otwarcia równy 7,36 s/min. Z tabeli 4 można, na podstawie założonego chwilowo natężenia przepływu stłumienia mleka, odczytać liczbę cykli oddzielania, przypadających na jedną minutę, jako równą 15. Stąd otrzymuje się na podstawie równania (6) czas otwarcia zaworu w jednym cyklu oddzielania równy 0,49 sekundy na cykl. Według tabeli 4 ten czas otwarcia zaworu w jednym cyklu oddzielaniajest dopuszczalny.

Program sterowania pobieraniem próbek można uczynić jeszcze bardziej dokładnym, jeżeli uwzględni się to, że pokazany na fig. 2 do 5 miernik strumienia mleka sumuje również wcześniej przepływające ilości mleka, co umożliwia dokładniejsze określenie ilości mleka przepływających w odstępach czasowych. Dlatego też jeżeli w jednej z faz dojenia natężenia przepływu strumienia mleka osiągnie początkowo niską wartość około 200 ml/min, spowoduje to ustawienie czasu trwania cyklu na 30 s. Jeżeli teraz natężenie przepływu strumienia mleka wzrosłoby dość gwałtownie, mogłoby to prowadzić· do zafałszowania pobranej do analizy próbki. Jeśli przy wspomnianym ustawieniu oddzielenia próbki nastąpiłoby dopiero po 30 sekundach, przy czym przyjętoby, że w tym czasie mogłoby przepłynąć jedynie 100 ml mleka, wówczas można zatem poprzez jednoczesny, ciągły pomiar rzeczywistej ilości mleka, przepływającej w ciągu jednego cyklu oddzielania, dokonywać korekty w ten sposób, że nowe ustawienie czasu trwania cyklu lub czasu otwarcia zaworu następowałoby wówczas, gdy na podstawie pomiaru ilości mleka stwierdzonoby, że przed upływem czasu trwania cyklu, wynoszącego 30 sekund, przepłynęłaby ilość mleka większa niż 100 ml.

Sterowanie można również poprowadzić w ten sposób, że nowy czas trwania cyklu lub czas otwarcia zaworu jest wyznaczany wówczas, gdy zmiana natężenia przepływu strumienia mleka w jednostce czasu przekroczy zadaną wartość progową.

Czas trwania cyklu i czas otwarcia zaworu można określić w ten sam sposób przy użyciu sposobu realizowanego przy użyciu układów pokazanych na fig. 4 i 5. Jedyna różnica polega na tym, że strumień oddzielany (100%) przy całkowicie otwartym zaworze odpowiada natężeniu przepływu strumienia przepływającego w danym momencie przez przewody 241, 341. Ten strumień oddzielany (100%) jest jednak uzależniony od stosunku przekrojów otworów wlotowych tych przewodów do przekroju przewodu 226, 326 do transportu mleka. Ten strumień oddzielany (100%) jest ponadto uzależniony od natężenia przepływu strumienia mleka i w dużej mierze powtarzalny, nie jest jednak, ogólnie rzecz biorąc, proporcjonalny ilościowo. Strumień oddzielany najlepiej jest przedstawić w postaci wyznaczonej doświadczalnie charakterystyki. Czyszczenie zaworu można przeprowadzać zwiększając do maksimum liczbę cykli.

175 803

FIG.2

175 803

FIG. 3

175 803

FIG.4

175 803

FI6.5

320 326

332

175 803

FIG. 7

175 803

FIG.8

605-χ 603 602 604

FIG.9

175 803

FIG.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób pobierania próbki mleka w takcie udoju, polegający na tym, że mierzy się natężenie strumienia mleka płynącego przewodem transportowym i ze strumiena mleka pobiera się cząstkowe ilości próbne, których wielkości określa się na podstawie każdorazowej wartości natężenia przepływu strumienia mleka i które są proporcjonalne do oczekiwanej w trakcie udoju całkowitej ilości mleka, przy czym cząstkowe ilości próbne oddziela się poprzez sterowany cyklicznie zawór, a każdy cykl sterowania zaworu obejmuje czas otwarcia zaworu i czas zamknięcia zaworu, znamienny tym, że pobiera się próbkę do analizy o objętości całkowitej nie większej niż 50 ml i dobiera się każdorazowo czas trwania cyklu i czas otwarcia zaworu uwzględniając wynikającą z doświadczenia wartość oczekiwaną ilości mleka uzyskiwanej podczas udoju od danej krowy tak, że znajdują się one w z góry określonym przedziale, przy czym steruje się czasem otwarcia zaworu i czasem cyklu w zależności od natężenia przepływu strumienia mleka, a dla uniknięcia wartości czasu otwarcia zaworu i czasu trwania cyklu znajdujących się poza przedziałami wartości w następstwie zmiany natężenia przepływu strumienia mleka zmienia się wartości czasu otwarcia zaworu i czasu trwania cyklu w takich samych proporcjach do wartości znajdujących się wewnątrz uprzednio określonych przedziałów wartości.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pobiera się cząstkowe ilości próbne utrzymując je pod takim samym ciśnieniem jak strumień aktualnie dojonego mleka.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w trakcie pobierania cząstkowych ilości próbnych ze strumienia mleka transportowanego w przewodzie transportowym oddziela się część znajdującą się pod ciśnieniem kinematycznym transportowanego mleka i tę część doprowadza się do zaworu.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w trakcie pobierania cząstkowych ilości próbnych mleko spiętrza się w komorze spiętrzającej ponad zaworem, przy czym utrzymuje się stałą wysokość słupa mleka nad zaworem.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że nad zaworem wytwarza się wysokość słupa mleka zależną każdorazowo od wartości natężenia przepływu strumienia mleka.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że zmienia się przedział wartości czasu otwarcia zaworu w zależności od zmierzonej wysokości słupa mleka.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas trwania cyklu wynosi od 0,5 do 30 sekund.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że czas trwania cyklu wynosi od 2 do 30 sekund.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas otwarcia zaworu wynosi od 0,05 do 2 sekund.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że czas otwarcia zaworu wynosi od 0,1 do 0,8 sekundy.
11. Sposób według zastrz. 1 albo 10, znamienny tym, że w miarę ciągłego zmniejszania się strumienia mleka pod koniec dojenia zwiększa się czas otwarcia zaworu, odpowiednio do z góry określonej krzywej wzorcowej.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas każdego zamknięcia zaworu odpompowuje się z powrotem część przepływającego przez zawór mleka.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy każdym otwarciu zaworu wytwarza się oddziaływujące na mleko podciśnienie, które przyspiesza przepływ mleka.
14. Urządzenie do pobierania próbki mleka w trakcie udoju, posiadające w transportowym przewodzie mlecznym miernik strumienia mleka oraz procesor do sterowania połączonym ze zbiornikiem próbek do analizy zespołem do pobierania próbek, który jest połączony z przewodem mlecznym, przy czym zespół do pobierania próbek mleka zawiera zawór z co najmniej

175 803 jedną sterowaną elektrycznie cewką elektromagnetyczną współpracującą z przemieszczanym pomiędzy dwoma położeniami za pomocą tej cewki elektromagnetycznej elementem zamykającym przepływ w zaworze, a ruchomy element zamykający stanowi kształtka cylindryczna, która jest wykonana z magnesu trwałego lub materiałU ferromagnetycznego, znamienne tym, że zespół (7,30, 130,230,330,43<0,530) do pobierania próbek mleka zawiera co najmniej jeden element (366, 403,503) z materiału ferromagnetycznego lub z magnesu trwałego znajdujący się w pobliżu wlotowego otworu przepływowego (351; 405, 505) i utrzymujący element zamykający (364; 407, 507) w odpowiednim położeniu skrajnym.
15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że element zamykający (364, 407, 507) ma dwa stabilne położenia, z których pierwsze znajduje się blisko wlotowego otworu przepływowego (351, 405, 505).
16. Urządzenie według zastrz. 14 albo 15, znamienne tym, że mający postać kształtki cylindrycznej element zamykający (407) zespołu (430) do pobierania próbek mleka jest umieszczony w bocznych prowadnicach (640, 641, 642).
17. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że element (403, 503) z materiału ferromagnetycznego lub z magnesu trwałego ma postać rurki stanowiącej zakończenie wlotowego otworu przepływowego dla strumienia pobieranych próbek.
18. Urządzenie według zastrz. 14 albo 15, znamienne tym, że element zamykający (407, 507) i/lub zwrócony w jego stronę koniec wlotowego otworu przepływowego (405, 505) pokryty jest warstwą materiału tłumiącego.
19. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że cewka elektromagnetyczna (369, 413, 513, 613) znajduje się na poziomie drugiego stabilnego położenia elementu zamykającego (364, 607).
20. Urządzenie według zastrz. 14 albo 19, znamienne tym, że cewka elektromagnetyczna (369, 413, 513, 613) jest połączona z impulsowym urządzeniem zasilającym.
21. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że cewka elektromagnetyczna (369, 413, 513, 613) jest sterowana impulsami prądowymi o różnych kierunkach.
22. Urządzenie według zastrz. 20 albo 21, znamienne tym, że długość impulsów jest zawarta w przedziale od 10 do 100 ms.
23. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że połączony z pojemnikiem na próbki do analizy koniec (518) zespołu (530) do pobierania próbek mleka jest połączony z przewodem mlecznym, w którym występuje podciśnienie zasysające.
24. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że koniec zespołu (430) do pobierania próbek mleka od strony pojemnika na próbki do analizy jest wykonany w postaci końcówki rury (418) wprowadzonej w perforowaną osłonę (419) pojemnika na próbki do analizy, przy czym między zewnętrzną powierzchnią tej końcówki rury (418) i otaczającym ją pierścieniem (420), którego swobodny koniec przylega do powierzchni osłony (419), utworzona jest pierścieniowa komora (422) połączona z przewodem mlecznym, w którym występuje podciśnienie zasysające.
25. Urządzenie według zastrz. 21, znamienne tym, że koniec (518) zespołu (530) do pobierania próbek mlekajest nasadzany szczelnie na końcówkę pojemnika na próbki do analizy.
26. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że cylindryczny element zamykający (407, 507, 607) jest przesuwny wzdłuż cylindrycznej prowadnicy, w której powierzchni, od strony elementu zamykającego, znajdują się przebiegające wzdłużnie wybrania (415,416, 515, 615, 616, 643), które w drugim położeniu elementu zamykającego połączone są z wlotowym otworem przepływowym (405, 505, 605) oraz znajdującym się od strony pojemnika na próbki końcem (418, 518) zespołu do pobierania próbek.
27. Urządzenie według zastrz. 26, znamienne tym, że końce wybrań (415, 416, 515, 615, 616,643) znajdują się w odległości D pod wlotowym otworem przepływowym (405), przy czym przekrój poprzeczny cylindrycznej prowadnicy w przybliżeniu odpowiada przekrojowi poprzecznemu końca elementu zamykającego (407, 507, 607) zwróconego ku wlotowemu otworowi przepływowemu (405,505, 605).
28. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że wlotowy otwór przepływowy (31) zespołu (30) do pobierania próbek mleka po stronie początku przepływu strumienia pobieranego do próbek mleka jest połączony z komorą spiętrzającą (22) miernika (20) strumienia mleka.

175 803
29. Urządzenie według zastrz. 28, znamienne tym, że komora spiętrzająca (22) miernika (20) strumienia mleka jest wyposażona w przyrządy (28) do pomiaru wysokości słupa mleka.
30. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że wlotowy otwór przepływowy (131) zespołu (130) do pobierania próbek mleka jest połączony z odstojnikiem (125).
31. Urządzenie według zastrz. 14. znamienne tym, że wlotowy otwór przepływowy zespołu (230, 330) do pobierania próbek mleka jest połączony z wstawioną w przewód (226; 326) do transportu mleka rurą (241, 341) do pobierania próbek.
32. Urządzenie według zastrz. 31, znamienne tym, że odległość osi wzdłużnej otworu wlotowego rury (241, 341) do pobierania próbek od wewnętrznej ścianki przewodu (226,326) do transportu mleka wynosi około 1/3 jego średnicy.
33. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że przed otworem przepływowym w kierunku przepływu oddzielanego strumienia znajduje się doprowadzenie mleka, które rozgałęzia się na pierwszy przewód, obejmujący otwór przepływowy i połączony z odprowadzeniem (363) do pojemnika (332) na próbki do analizy, oraz drugi przewód, połączony z odpływem mleka, przy czym przy pierwszym położeniu elementu zamykającego (364) zamknięty jest otwór przepływowy w pierwszym przewodzie (352) i otwarty jest drugi przewód (351), a przy drugim jego położeniu otwarty jest otwór przepływowy w pierwszym przewodzie (352) i zamknięty jest drugi przewód (351).