RU2163758C2

RU2163758C2 - Method and apparatus for controlling amounts of honey in hive

Info

Publication number: RU2163758C2
Application number: RU99112467A
Authority: RU
Inventors: В.Э. Дрейзин; А.Ф. Рыбочкин; И.С. Захаров
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2001-03-10

Abstract

FIELD: apiculture. SUBSTANCE: method involves mounting current-conductive plates on hive walls and measuring electric capacitance of hive space free of honey; measuring electric capacitance of hive space full of honey; comparing electric capacitance difference value to honey weight value determined by means of weigh; setting up table by results of several measurements; using mentioned table for determining amounts of honey in hive by changing hive volume. Hive is equipped with capacitance converter defined by two flat current-conductive plates isolated one from the other and attached to inner surfaces of hive side walls. Two opposite plates are connected one with the other and with generator output through screened earthen wire, and each of two other plates is connected through separately screened earthen wires to amplifier input and output, respectively. Capacitance converter and amplifier define inverting amplifier whose output is connected to rectifier input. Rectifier output is connected to first input of differentiating amplifier, and second input of differentiating amplifier is connected to output of zeroing device. Output of differentiating amplifier is connected to input of measuring device. Zeroing device buses and amplifier power supply buses are connected to power supply unit outputs. Method and construction allow amount of honey in hive and in apiary to be determined without direct weighing of hives. EFFECT: increased efficiency and provision for obtaining precise date. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение в практической работе на индивидуальных и коллективных пасеках. The invention relates to the field of beekeeping and can find application in practical work on individual and collective apiaries.

Известен способ контроля количества меда в улье, заключающийся в периодическом определении веса улья с помощью весов [1,2]. A known method of controlling the amount of honey in the hive, which consists in periodically determining the weight of the hive using weights [1,2].

Недостаток способа заключается в том, что для определения массы меда необходимо контролировать общий вес улья с медом вместе с пчелами, т.е. весы дают интегральную оценку количества меда [2]. Для этого выбранный улей устанавливают на весы и измеряют общую массу улья с медом вместе с пчелосемьей. Прибавление меда во время взятка определяют по увеличению общей массы улья или ее убыли, если масса улья при отсутствии взятка уменьшилась по сравнению с начальной. Процесс взвешивания характеризуется громоздкостью и большими трудозатратами, отсутствием возможностей контроля перераспределения меда по корпусам улья. The disadvantage of this method is that to determine the mass of honey, it is necessary to control the total weight of the hive with honey along with the bees, i.e. scales give an integrated estimate of the amount of honey [2]. To do this, the selected hive is set on the scales and the total mass of the hive with honey is measured together with the bee family. The addition of honey during a bribe is determined by the increase in the total mass of the hive or its loss, if the mass of the hive in the absence of a bribe has decreased compared to the initial one. The weighing process is characterized by cumbersome and time-consuming, the lack of control over the redistribution of honey in the hive buildings.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение возможностей контроля количества меда в улье, а также распределение меда по корпусам улья без взвешивания. Способ контроля количества меда в улье заключается в том, что на внутренних стенках корпусов улья устанавливают проводящие пластины и проводят измерение электрической емкости корпусного пространства улья без меда, а затем проводят измерение электрической емкости корпусного пространства улья с медом, изменившееся значение электрической емкости соответствует массе меда, дополнительно определенной с помощью весов; по результатам измерений составляют таблицу соответствия (или график), использование которых позволяет по изменению емкости корпусного пространства улья устанавливать количество меда в корпусе, а суммарное количество меда по корпусам соответствует общему количеству меда в улье. Для повышения чувствительности метода проводящие пластины включают таким образом, что они образуют две емкости, и измеряется их отношение. The technical problem to which the invention is directed is to provide the ability to control the amount of honey in the hive, as well as the distribution of honey over the hive’s bodies without weighing. The way to control the amount of honey in the hive is that conductive plates are installed on the inner walls of the hive’s hulls and the electric capacity of the hive’s hull space is measured without honey, and then the electric capacity of the hive’s hull space with honey is measured, the changed electric capacity value corresponds to the mass of honey, additionally determined using weights; according to the measurement results compile a correspondence table (or schedule), the use of which allows you to change the amount of honey in the hull by changing the capacity of the hive’s hull space, and the total amount of honey in the hull corresponds to the total amount of honey in the hive. To increase the sensitivity of the method, the conductive plates are turned on in such a way that they form two containers, and their ratio is measured.

Устройство для контроля количества меда в улье включает емкостной преобразователь, образованный двумя проводящими пластинами, установленными на противоположных боковых стенках улья с внутренней стороны, при этом каждая пластина изолирована друг от друга, противоположные пластины соединяются экранированным проводником между собой с выходом генератора, две другие пластины соединены каждая отдельно экранированными проводниками, соответственно, с входом усилителя и выходом усилителя, емкостной преобразователь и усилитель образуют инвертирующий усилитель выход которого соединен с входом устройства выпрямления, а выход устройства выпрямления соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом устройства для установки нуля, выход дифференциального усилителя соединен с входом измерительного прибора, экраны проводников заземляются, шины устройства установки нуля и шины питания усилителей соединены с выходами блока питания. A device for controlling the amount of honey in the hive includes a capacitive transducer formed by two conductive plates mounted on opposite side walls of the hive from the inside, each plate being isolated from each other, opposite plates being connected by a shielded conductor to each other, and the other two plates are connected each separately shielded conductors, respectively, with the input of the amplifier and the output of the amplifier, the capacitive converter and the amplifier form in the output amplifier of which is connected to the input of the rectifier, and the output of the rectifier is connected to the first input of the differential amplifier, the second input of which is connected to the output of the device for setting zero, the output of the differential amplifier is connected to the input of the measuring device, the screens of the conductors are grounded, the buses of the device for setting zero amplifier power buses are connected to the outputs of the power supply.

Способ реализуется следующим образом. Все боковые стенки корпусов улья (поз. 1, фиг. 1) с внутренней стороны покрываются электрически изолированными друг от друга проводящими пластинами (или обклеиваются проводящей фольгой) (поз. 2, фиг. 1). Две пластины, расположенные на противоположных стенках улья, электрически соединены экранированным проводником (поз. 3, фиг.1). К остальным двум противоположным пластинам также подсоединены экранированные проводники. В результате в улье образуются две электрические емкости C₁ и C₂, первый, второй, третий выходы и экраны выведены на разъем.The method is implemented as follows. All the side walls of the hive bodies (pos. 1, Fig. 1) on the inside are coated with conductive plates electrically isolated from each other (or glued with a conductive foil) (pos. 2, Fig. 1). Two plates located on opposite walls of the hive are electrically connected by a shielded conductor (item 3, figure 1). Shielded conductors are also connected to the other two opposite plates. As a result, two electric capacitances C ₁ and C ₂ are formed in the hive, the first, second, third outputs and screens are displayed on the connector.

Сущность способа основана на том, что в улье образуются две электрические емкости, по отношению двух электрических емкостей судят о количестве меда в корпусах улья. Две электрические емкости представляют собой емкостной преобразователь, действие которого основано на следующем. Между пластинами емкости возникает электрическое поле (фиг. 1). При наличии в пространстве корпуса улья рамок с медом конфигурация электрического поля изменяется за счет отличия диэлектрических свойств меда от диэлектрических свойств воздуха и пчелиных сотов без меда. При этом изменяется не столько суммарная емкость C₁ и C₂ (эти изменения составляют не более (1-3)% в зависимости от количества меда), сколько соотношение между ними, что вызывается перераспределением силовых линий между проводящими пластинами, образующими эти емкости (одна емкость увеличивается, а другая - уменьшается). Отношение емкостей C₁/C₂ в зависимости от количества меда в улье может достигать 300%. Таким образом, такой емкостной преобразователь по сравнению с обычным (две пластины, расположенные на противоположных стенках улья) позволяет повысить чувствительность способа в 100 раз.The essence of the method is based on the fact that two electrical capacitances are formed in the hive, and the amount of honey in the hive buildings is judged in relation to two electrical capacities. Two electric capacitances are a capacitive converter, the action of which is based on the following. An electric field arises between the plates of the container (Fig. 1). If there is a frame with honey in the hive’s body space, the electric field configuration changes due to the difference in the dielectric properties of honey from the dielectric properties of air and honeycombs without honey. This changes not so much the total capacitance C ₁ and C ₂ (these changes are no more than (1-3)% depending on the amount of honey), but the ratio between them, which is caused by the redistribution of the lines of force between the conductive plates forming these capacities (one capacity increases, while the other decreases). The ratio of the capacities C ₁ / C ₂ depending on the amount of honey in the hive can reach 300%. Thus, such a capacitive converter in comparison with the usual one (two plates located on opposite walls of the hive) allows to increase the sensitivity of the method by 100 times.

Способ реализуется с помощью устройства, которое поясняется чертежом (фиг. 2). The method is implemented using the device, which is illustrated by the drawing (Fig. 2).

Устройство для контроля количества меда (фиг. 2) содержит генератор 1, блок ульевых конденсаторов 2, усилитель 3, инвертирующий усилитель 4, устройство выпрямления 5, устройство установки нуля 6, дифференциальный усилитель 7, измерительный прибор 8, блок питания 9. A device for controlling the amount of honey (Fig. 2) contains a generator 1, a block of hive capacitors 2, an amplifier 3, an inverting amplifier 4, a rectification device 5, a zero setting device 6, a differential amplifier 7, a measuring device 8, a power supply 9.

Конструктивно улей модернизируется таким образом, что внутренние боковые поверхности его корпусов покрывается проводящими пластинами, причем каждая проводящая пластина изолирована друг от друга. Если улей многокорпусный, то каждый корпус улья модернизируют аналогично первому корпусу, т.е. две противоположные пластины соединяются между собой экранированным проводником, который выходит на первый контакт разъема. К двум остальным противоположным пластинам также присоединяются экранированные проводники, которые выходят на второй и третий контакты разъема. К четвертому контакту разъема присоединяются экраны проводников. Разъем для каждого корпуса улья располагается на стенке корпуса. Такое конструктивное исполнение позволяет контролировать наличие меда в отдельности в каждом корпусе улья. Блок ульевых конденсаторов 2 (фиг. 2), изготовленных согласно фиг. 1, работает совместно с усилителем 3. Structurally, the hive is modernized in such a way that the inner side surfaces of its bodies are covered with conductive plates, with each conductive plate isolated from each other. If the hive is multi-hull, then each hive hull is modernized similarly to the first hull, i.e. two opposite plates are interconnected by a shielded conductor, which goes to the first contact of the connector. Shielded conductors that go to the second and third pins of the connector are also connected to the other two opposite plates. The screens of the conductors are connected to the fourth pin of the connector. The connector for each hive housing is located on the housing wall. This design allows you to control the presence of honey separately in each hive body. The block of hive capacitors 2 (FIG. 2) made according to FIG. 1, works in conjunction with amplifier 3.

Для контроля количества меда в каждом корпусе улья с пчелами разъем модернизированного корпуса улья присоединяют к устройству контроля. Контроль начинают, когда в корпусах улья мед отсутствует. Для этого включают блок питания 8. С помощью устройства установки нуля 6 устанавливают на измерительном приборе 7 "Нуль". Затем производят отсчеты в одно и то же фиксированное время. To control the amount of honey in each hive housing with bees, the connector of the upgraded hive housing is connected to a control device. Control begins when honey is absent in the hive buildings. To do this, turn on the power supply 8. Using a zero-setting device 6, “Zero” is installed on the measuring device 7. Then, samples are taken at the same fixed time.

Работает устройство для измерения количества меда следующим образом. При подаче переменного напряжения U_вх от генератора 1 на инвертирующий усилитель 4 на его выходе появится переменный сигнал, усиленный в К раз, где К - коэффициент усиления инвертирующего усилителя 4, равный

где ω = 2πf, f - частота генератора 1. Этот сигнал выпрямляется устройством выпрямления 5. Полученное постоянное напряжение U₁, величина которого пропорциональна коэффициенту усиления инвертирующего усилителя 4,

(U_вх - переменное напряжение на входе инвертирующего усилителя) подается на первый вход дифференциального усилителя 7, на второй вход подается регулируемое с помощью устройства установки нуля 6 постоянное напряжение U₂ от стабилизированного блока питания 9. Выходное напряжение U_вых.d дифференциального усилителя 7 будет пропорционально разности напряжений U₁ и U₂.A device for measuring the amount of honey works as follows. When applying an alternating voltage U _in from the generator 1 to the inverting amplifier 4, an alternating signal amplified by K times will appear at its output, where K is the gain of the inverting amplifier 4, equal to

where ω = 2πf, f is the frequency of the generator 1. This signal is rectified by the rectification device 5. The resulting constant voltage U ₁ , the value of which is proportional to the gain of the inverting amplifier 4,

(U _in - alternating voltage at the input of the inverting amplifier) is supplied to the first input of the differential amplifier 7, the constant voltage U ₂ from the stabilized power supply 9, regulated by the zero-setting device 6, is supplied to the second input. The output voltage U _{output.d of the} differential amplifier 7 will be in proportion to the voltage difference U ₁ and U ₂ .

U_вых.d = K_d(U₁ - U₂) (3)
где K_d - коэффициент усиления дифференциального усилителя.U _out.d = K _d (U ₁ - U ₂ ) (3)
where K _d is the gain of the differential amplifier.

При загрузке корпуса улья пустыми (без меда) рамками производится установка нуля устройством установки нуля 6 путем регулировки U₂, таким образом, чтобы оно сравнялось с U₁. При заполнении рамок медом будет меняться отношение

, вследствие чего изменится напряжение U₁, на выходе дифференциального усилителя 7 появится дифференциальный сигнал U_d = U₁ - U₂, и измерительный прибор 8 покажет количество меда в улье.When loading the hive’s case with empty (without honey) frames, zeroing is performed by the zero-setting device 6 by adjusting U ₂ so that it is equal to U ₁ . When filling the frames with honey, the ratio will change

as a result of which the voltage U ₁ changes, the differential signal U _d = U ₁ - U ₂ appears at the output of the differential amplifier 7, and the measuring device 8 shows the amount of honey in the hive.

Применение усилителя 3 позволяет устранить влияние распределенных емкостей экранированных проводников, соединяющих пластины емкостей C₁ и C₂ (фиг. 1), расположенных в улье, с устройством для контроля количества меда. Емкость экранированного проводника, соединяющего генератор 1 с одной из пластин емкости C₁ корпусного пространства улья, оказывается включенной параллельно выходному сопротивлению генератора 1 и поэтому не оказывает влияния на измерительную схему устройства для контроля количества меда. Емкость экранированного проводника, соединяющего C₁ и C₂ с инвертирующим входом усилителя 3, практически не влияет на его работу, поскольку инвертирующий вход усилителя 3 всегда находится под нулевым потенциалом, т.е. эквипотенциален экрану экранированного проводника. Емкость экранированного проводника, соединяющего емкость C₁ с выходом усилителя 3, включена параллельно его выходному сопротивлению и также не влияет на работу схемы устройства для контроля количества меда в улье (фиг. 2). Следовательно, емкости соединительных экранированных проводников, даже если они будут больше емкостей самого емкостного преобразователя C₁ и C₂ (фиг. 1), не будут оказывать никакого влияния на работу измерительной схемы и снижать ее чувствительность.The use of amplifier 3 eliminates the influence of distributed capacities of shielded conductors connecting plates of capacitances C ₁ and C ₂ (Fig. 1) located in the hive with a device for controlling the amount of honey. The capacity of the shielded conductor connecting the generator 1 to one of the plates of the capacitance C _{1 of the} hive body space is turned on in parallel with the output resistance of the generator 1 and therefore does not affect the measuring circuit of the device for controlling the amount of honey. The capacity of the shielded conductor connecting C ₁ and C ₂ with the inverting input of amplifier 3 does not practically affect its operation, since the inverting input of amplifier 3 is always at zero potential, i.e. Equipotential to shielded conductor screen. The capacity of the shielded conductor connecting the capacitance C ₁ with the output of the amplifier 3 is connected in parallel with its output resistance and also does not affect the operation of the circuit of the device for controlling the amount of honey in the hive (Fig. 2). Therefore, the capacitance of the shielded connecting conductors, even if they are larger than the capacitances of the capacitive transducer C ₁ and C ₂ (Fig. 1), will not have any effect on the operation of the measuring circuit and reduce its sensitivity.

Работа устройства поясняется экспериментальным примером. The operation of the device is illustrated by an experimental example.

Для контроля количества меда в улье были использованы пчелиные рамки с медом. Вес рамок составлял, соответственно: N 1 - 4 кг, N 2 - 3,4 кг, N 3 - 3,6 кг, N 4 - 3,0 кг, N 5 - 3,2 кг. Сначала в улей десятирамочный типа Дадан были помещены рамки без меда. При контроле для получения точных результатов следует соблюдать следующие условия. Необходимо, чтобы пчелиные рамки были однотипные, при этом должна быть соблюдена одинаковая установка вощинодержателей (проволочек) в рамке. Кроме того, если в плоскости контролируемой рамки установлены три проволочки, то и в контрольных пчелиных рамках с медом также в середине сота должны быть установлены только три проволочки. В пространство первого корпуса модернизированного улья установлены все 10 рамок без меда. После подключения устройства для контроля количества меда в улье проводят установку нуля с помощью устройства установки нуля 6. На измерительном приборе (вольтметр, желательно цифровой) 7 устанавливают "Нуль". Затем из улья вынимается одна пустая рамка, вместо нее вставляется рамка с медом N 1 массой в 4 кг, при этом на выходе прибора получено напряжение U = 0,61 В. Потом из улья была изъята вторая рамка и вместо нее была установлена рамка с медом N 2 с массой в 3,4 кг, на выходе прибора получено напряжение U = 0,96 В. После этого была изъята третья пустая рамка и вместо нее была установлена рамка с медом N 3 массой в 3,6 кг, на выходе прибора наблюдалось напряжение U = 1,57 В. Затем изъяли четвертую пустую рамку и вместо нее установили пчелиную рамку с медом N 4 массой в 3 кг, измерительный прибор показал напряжение U = 2,44 В. Затем изъяли пятую пустую рамку и вместо нее установили пчелиную рамку с медом N 5 массой 3,2 кг, измерительный прибор показал напряжение 2,56 В. To control the amount of honey in the hive, bee frames with honey were used. The weight of the frames was, respectively: N 1 - 4 kg, N 2 - 3.4 kg, N 3 - 3.6 kg, N 4 - 3.0 kg, N 5 - 3.2 kg. First, frames without honey were placed in a ten-frame hive of the Dadan type. The following conditions must be observed during monitoring to obtain accurate results. It is necessary that the bee frames are of the same type, while the same installation of wax holders (wires) in the frame must be observed. In addition, if three wires are installed in the plane of the controlled frame, then in the control bee frames with honey, only three wires should be installed in the middle of the cell. All 10 frames without honey are installed in the space of the first building of the modernized hive. After connecting the device to control the amount of honey in the hive, zeroing is performed using the zero-setting device 6. On the measuring device (voltmeter, preferably digital) 7 set "Zero". Then one empty frame is removed from the hive, a frame with honey N 1 weighing 4 kg is inserted instead of it, and the voltage U = 0.61 V is obtained at the output of the device. Then the second frame was removed from the hive and a honey frame was installed instead N 2 with a mass of 3.4 kg, the voltage U = 0.96 V was obtained at the output of the device. After that, the third empty frame was removed and a frame with honey N 3 weighing 3.6 kg was installed instead, the output of the device was observed voltage U = 1.57 V. Then the fourth empty frame was removed and a bee frame with honey N 4 weighing 3 was installed instead kg, the measuring device showed a voltage of U = 2.44 V. Then the fifth empty frame was removed and a bee frame with honey N 5 weighing 3.2 kg was installed instead, the measuring device showed a voltage of 2.56 V.

По полученным показаниям измерительного прибора 7 построен график зависимости выходного напряжения от массы меда в ульевых рамках (фиг. 3). Видна монотонная зависимость напряжения от массы меда. Заменив все пустые рамки рамками с медом, можно получить таблицу соответствия или построить полный тарировочный график для данного корпуса улья, по которому можно проградуировать измерительный прибор 7. Тарировочные графики (таблицы соответствия) для ульев разной конструкции будут отличаться друг от друга, поэтому для применения одного и того же устройства для определения количества меда для каждого улья необходимо получить свою градуировочную характеристику. According to the testimony of the measuring device 7, a graph of the dependence of the output voltage on the mass of honey in the hive framework is constructed (Fig. 3). A monotonic dependence of the voltage on the mass of honey is visible. Replacing all empty frames with honey frames, you can get a correspondence table or build a complete calibration schedule for a given beehive housing, according to which you can calibrate a measuring device 7. Calibration schedules (correspondence tables) for beehives of different designs will differ from each other, therefore, to use one and the same device for determining the amount of honey for each hive, you need to get your calibration characteristic.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для контроля количества меда в улье позволит контролировать количество меда без применения весов. Несущественная модернизация корпусов ульев позволит с помощью портативного простого дешевого прибора контролировать количество меда в каждом корпусе улья, что существенно снизит трудозатраты на пасеке, так как в настоящее время для определения количества меда в улье перед зимовкой требуется разборка пчелиной семьи и осмотр каждой рамки. Поскольку каждый улей имеет индивидуальный вес, применить весы на каждый улей затруднительно, поэтому контроль веса без разборки гнезд с помощью одних весов на крупной пасеке весьма трудоемок. Применение весов для контроля количества меда, приносимого во время взятка отдельно взятой средней силы пчелиной семьей, позволяет оценивать только приблизительно количество меда, приносимое всеми ульями пасеки. Неравномерное заполнение медом ульев, а также отсутствие индивидуального контроля привеса меда не позволяет планировать отбор меда от наиболее сильных пчелосемей. В итоге мед из всех ульев пасеки отбирается одновременно, что влияет на его качество, поскольку в отстающих пчелосемьях мед еще недостаточно созрел, и эти пчелосемьи затрачивают значительные усилия на ликвидацию подтеков меда и наведению порядка в улье. Это отвлекает их от работы во взятке, который в этот день может быть значительным. Пчеловод может недобрать определенное количество меда. Thus, the proposed method and device for controlling the amount of honey in the hive will allow you to control the amount of honey without using weights. An insignificant modernization of the hive’s hulls will make it possible to control the amount of honey in each hive’s hull with the help of a portable, low-cost device, which will significantly reduce labor costs in the apiary, since now it is necessary to disassemble the bee colony and examine each frame to determine the amount of honey in the hive. Since each hive has an individual weight, it is difficult to apply scales to each hive; therefore, controlling the weight without dismantling the nests using one scale on a large apiary is very laborious. The use of scales to control the amount of honey brought during a bribe by a single average strength by the bee family allows us to estimate only approximately the amount of honey brought by all apiary hives. Uneven filling of beehives with honey, as well as the lack of individual control of honey gain does not allow to plan the selection of honey from the most powerful bee colonies. As a result, honey from all apiary hives is taken at the same time, which affects its quality, since honey has not matured enough in lagging bee colonies, and these bee colonies spend considerable effort on eliminating smudges of honey and restoring order in the hive. This distracts them from working in a bribe, which on this day can be significant. A beekeeper can get a certain amount of honey.

Claims

1. The method of controlling the amount of honey in the hive, namely, that conductive plates are installed on the inner walls of the hive and the electric capacity of the hive space is measured without honey, then the electric capacity of the hive space is measured with honey, the difference value of the electric capacity is compared with the mass of honey, determined additionally with the help of scales, according to the measurement results compile a correspondence table in which each value of the change in the capacity of the hive space corresponds PAS honey in the hive.

2. The method of controlling the amount of honey in the hive according to claim 1, characterized in that two containers are formed from the conductive plates on opposite walls of the hive and their ratio is measured.

3. A device for controlling the amount of honey in the hive containing a capacitive transducer, wherein the capacitive transducer is formed by two conductive plates mounted on the inner side walls of the hive, each plate being isolated from each other, opposite plates are connected by a shielded conductor to each other and to the output of the generator, the other two plates are each connected separately by shielded conductors, respectively, with the input of the amplifier and the output of the amplifier, a capacitive converter and an amplifier an inverting amplifier is formed, the output of which is connected to the input of the rectification device, and the output of the rectification device is connected to the first input of the differential amplifier, the second input of which is connected to the output of the device for setting zero, the output of the differential amplifier is connected to the input of the measuring device, the conductor screens are grounded, the busbars of the installation device the zero and power buses of the amplifiers are connected to the outputs of the power supply.