SE515187C2 - Fluidumavkänningsanordning och förfarande speciellt för användning i mjölkningsmaskiner - Google Patents

Description

25 30 u .nu o n » ø n ø . n. 515 187 2 satt sändaren. Försvagningen av strålningen, som är mottagen av mottagaren, an- vänds som ett mått på den momentana volymen av fluidet, som flödar genom kana- len. Denna anordning är olämplig för detektering av närvaron och flödet av klara fluider.

Anordningen och forfarandet enligt uppfinningen har syftet att lösa problemen hos känd teknik.

Syftet uppnås enligt uppfinningen med hjälp av en anordning och ett forfarande, som har de egenskaper, som är nänmda i de kännetecknande delama av de oberoen- de kraven. Vidare utvecklingar och förbättringar av uppfinningen nämns i de bero- ende kraven.

Uppfinningen beskrivs närmare med hjälp av exempel på utfóringsformer och de bifogade figurema, i vilka: Figur 1 är en schematisk perspektivsidovy, delvis i genomskärning, av en utfórings- form av en avkänningsanordning enligt uppfinningen; Figur 2 visar en graf, som visar utsignalen mot tiden fór avkänningsanordningen i fig. 1; Figur 3 visar en schematisk sidovy av en utfóringsfonn av en avkänningsanordning i enlighet med uppfinningen, i en tillfórselledning.

Avkärmingsanordningen 1, som visas i fig. 1, innefattar en ljuskälla 3, såsom en diod som utsänder synligt ljus, på ena sidan av en transparent behållare 5, såsom ett transparent glas- eller plaströr, som har ett cirkulärt tvärsnitt, vilket håller fluidet 7, som undersöks, och ett ljusdetekteringsmedel 9, t.ex. en ljuskänsli g resistor eller en fotodiod, som är monterad på motsatta sidan av behållaren, vilket ljusdetekterings- 10 15 20 25 30 o ono- 515 187' 3 medel 9 är känsligt för ljuset, som sänds ut av ljuskällan, och genererar en utsignal ll, t.ex. en spänning, som är proportionell mot ljuset det mottar. Ljusdetekterings- medlet 9 är företrädesvis direkt motsatt ljuskällan 3. Ljusdetekteringsmedlet 9 och ljuskällan 3 är företrädesvis arrangerade med den ena vertikalt ovanför den andra, så att även små kvantiteter av fluidum i behållaren 5 bryter av ljusbanan mellan detek- teringsmedlet 9 och ljuskällan 3 och kan detekteras. I exemplet, som visas i fig. l är röret 5 avsett att vara en del av en mjölkningsanordning, och fluidet 7 kan vara lufi, vatten, rengöringsfluidum, mjölk eller liknande, som flödar genom röret 5. Utsig- nalen ll är här symboliskt representerad av en kurva 13 på en oscilloskopskärm 15, men i den föredragna utföringsfonnen bearbetas utsignalen ll av beräkningsmedel, såsom en dator 17. Kurvan 13 varierar när sammansättningen av fluidet mellan den ljusemitterande källan 3 och ljusdetekteringsmedlet 9 varierar. Även om ljuskällan 3 och detekteringsmedlet 9 för enkelhets skull har visats vara placerade på att avstånd från röret 5, kan i praktiken de bästa resultaten uppnås genom att ha dem i kontakt med röret 5 och möjligtvis monterade i dolda fördjupningar formade i rörets 5 vägg.

I det senare fallet hindrar botten av fördjupningarna fluidet i röret 5 från att komma i kontakt med dessa komponenter. För att förhindra att omgivande ljus påverkar ljus- detekteringsmedlet är anordningen i enlighet med uppfinningen företrädesvis omgi- ven av ett ljustätt fodral eller hölje 10.

Mängden av ljus, som är mottaget av ljusdetekteringsmedlet 9, är beroende av ett antal variabler, såsom t.ex. ljuskällans 3 styrka och avståndet mellan ljuskällan 3 och ljusdetekteringsmedlet 9, ogenomskinligheten hos fluidet 7 i behållaren 5 etc.

Om alla andra variabler hålls konstanta, beror alla variationer i mängden av detekte- rat ljus av ljusdetekteringsmedlet 9 på sammansättningen av fluidet 7. Utsignalen eller spänningen ll, som genereras av detta ljus, kan analyseras, t.ex. genom jämfö- relse med signalema, som mottas från kalibreringsblandningar av känd sammansätt- ning, för att bestämma sammansättningen av fluidet i röret. Denna jämförelse kan utföras manuellt av en operatör, t.ex. genom att jämföra en utsignal med kalibre- ringsdiagram, som visar utsignaler erhållna för olika fluider av känd sammansätt- 10 15 20 25 30 ann nnn n n nn nn n nn a nn n n nn nn n n nn n nn n n n n a n n nn n n nn n n n n :xx :u x s v; ,--o n n - I I _ n n n n n n n n n ~ n n n n »n nn n : n n n nn 4 ning. Alternativt kan ett eller flera tröskelvärden fastställas, vilka motsvarar en eller flera önskade ogenomskinligheter av fluidet som testas. När sedan det detekterade ljuset passerar ett visst tröskelvärde, kan en visuell signal, såsom en lampa eller stroboskopljus, och/eller en hörbar signal, såsom en klocka eller summer, aktiveras.

Denna utföringsforrn har fördelen att den är lätt att implementera utan att den kräver användning av en dator. I den föredragna utföringsfonnen av uppfinningen utförs jämförelsen emellertid av automatiska medel, såsom en dator 17. När sarnmansätt- ningen av fluidet i röret 5 har bestämts, är det möjligt att använda denna information för att styra ventiler (ej visade), så att fluidet 7 styrs till korrekt destination. Det är också möjligt att styra ventiler-för att ändra sammansättningen av fluidet, t.ex. ge- nom att öppna eller stänga en tillförselventil för rengöringsvätska eller en tillförsel- ventil för mjölk.

Kalibrering av anordningen kan utföras genom att låta kalibreringsfluider av känd sammansättning passera genom anordningen och jämföra utsignalen med den för- väntade utsignalen.

Fig. 2 visar en graf över hur en utspänningssignal för en avkänningsanordning enligt uppfinningen kan variera när olika fluider passerar genomröret 5. När röret 5 bara innehåller luft (såsom visas i den del av grafen som är markerad med ”lufi”), kom- mer en viss spänning Vlufi att genereras, och när röret 5 är fullständigt fyllt av ett klart fluidum, såsom vatten, som har ett brytningsindex som är skilt från brytnings- indexet för luft, kommer röret 5 att fungera som en förstorande lins och koncentrera ljuset på detektorn, och en högre spänning Vvatten kommer att genereras (såsom vi- sas i den del av grafen som är markerad med ”vatten”). När röret 5 är fullständigt fyllt av ett ogenomskinli gt fluidum, såsom mjölk (som visas i den del av grafen som är markerad med ”mjölk”), kommer en lägre spänning Vmjölk att genereras, och denna spänning kommer att stiga mot Vvatten om mjölken späds ut med vatten och vice versa. Alltså kan den genererade spänningen användas för att bestämma vilken procent av mjölk och vatten som finns i röret. Genom att använda ett tillräckligt 10 15 20 25 30 515.187 ::.:;::- = - 5 känsligt ljusdetekteringsmedel 9 kan avkärmingsanordningen anordnas för att de- tektera extremt små momentana variationer (såsom ”var”, som visas i den fórstorade delen av fig. 2) i ogenomskinligheten av fluidet 7, och eftersom mjölk eller mjölk och vatten alltid har några små variationer i ogenomskinlighet, kan den också de- tektera om fluidet rör sig. I grafens område mellan Vlufi; och Vvatten kan varje ge- nererad spänning motsvara en blandning av luft och vatten eller en blandning av vatten och mjölk. Det är möjligt att bestämma vilken typ av blandning det är genom att kontrollera vilka ventiler som är öppna eller genom att studera variationen ”var” i signalen, vilken har olika karakteristik, beroende på om det är en klar blandning av lufi och vatten eller en ogenomskinlig blandning av mjölk och vatten.

Fig. 3 visar en utfóringsforrn av en anordning i enlighet med uppfmningen for an- vändning i ett system, som är föremål fór stora variationer i flödeshastighet och sammansättning av fluidet, som passerar genom den. Sådana stora variationer är vanliga i mj ölkningssystem, i vilka mjölkskvättar följs av luftskurar och, i vilka mjölkflödeshastigheten kan variera från noll upp till ett flertal liter per minut. An- ordningen, som generellt visas med 31, monteras tvärs över ett jämförelsevis trångt förbiledningsrör 33, som är under ett tillfórselrör med större diameter. Eftersom för- biledningsröret 33 är under tillförselröret 35, kommer vätskor i tillfórselröret att tendera att fylla upp förbiledningsröret innan de börjar flöda genom tillfórselröret.

Företrädesvis är avkänningsanordningen 31 placerad vid den lägsta punkten av fór- biledningsröret 33, så att endast en liten volym av fluidum krävs för att fylla tvär- snittet av fórbiledningsröret 33 tvärsnitt genom avkänningsanordningen 31. Därför är det, även med små flödeshastigheter, möjligt att ta prover på riktigt vis av fluidet så länge som volymen av fluidet, som samlas i fórbiledningsröret 33, är tillräcklig för att fylla tvärsnittet av röret genom avkänningsanordningen 31. Med flödet av fluidum i tillfórselröret 35 kommer det mesta av fluidet att passera genom förbiled- ningsröret 33. När fluidumflödet ökar, kommer mer och mer av fluidet att flöda ge- nom förbiledningsröret 35. Det är användbart att ha ett tillförselrör 35 med stor dia- meter, eftersom detta reducerar tryckfórlusterna i systemet medan användningen av 10 15 20 25 30 n annu 515' 187 t 6 ett fórbiledningsrör 33 med liten diameter tillåter uppsamling på riktigt vis av små kvantiteter av fluidum.

Förekomsten av blod eller andra färgade föroreningar kan detekteras genom att an- vända ett lämpligt, företrädesvis borttagbart fargfilter eller genom att tillhandahålla fler avkänningsanordningar enligt uppfirmingen, som var och en har ett filter eller en ljuskälla som är anpassad för att möjliggöra detektionen av olika föroreningar.

Klumpar av mjölk kan detekteras genom analys av signalen eftersom passerandet av klumpar av klumphaltig mjölk kommer att orsaka lätt detekterade dippar (momenta- na minskningar) i signalen.

Noggrann mätning av fluidets hastighet kan erhållas genom att använda två eller fle- ra uppsättningar av ljuskällor och detektorer placerade på ett känt avstånd fiån var- andra i flödesriktningen av fluidet som undersöks. Genom att jämföra signalerna som genererats av de åtskilda detektorema för att identifiera likadana oregelbunden- heter i signalerna, kan flödets hastighet beräknas från den tid det tar för oregelbun- denheter i vågforrnen hos den först genererade signalen att visa sig i den andra gene- rerade signalen.

Eftersom ljuskällan och avkänningsmedlet befinner sig på rörets utsida, är det inga problem att hålla dem rena och inga särskilda tätningsarrangemang krävs.

Det cirkulära tvärsnittets linseffekt gör det möjligt att bestämma om röret innehåller lufi eller vatten. Detta eftersom ett vattenfyllt rör 5 verkar som en konvergent lins och mer av ljuset, som är utsänt av ljuskällan 3 fokuseras på detekteringsmedlet 9 än vad som är fallet med ett luftfyllt rör 5. Även om uppfinningen har illustrerats med ett exempel på ett rör med ett cirkulärt tvärsnitt, kan en fórstorande effekt också uppnås genom att använda ett rör med ett annat passande tvärsnitt, t.ex. ovalt, halv- cirkulärt, konvext, bikonvext etc. Alternativt, om ett triangulärt (eller annat flersi- 10 15 20 25 30 5 1 ~ É“: Il* IF' .:É.' : 7 digt) tvärsnittsrör med raka sidor används, kommer röret att verka som ett prisma och kommer att bryta det inkommande ljuset genom en vinkel, som beror på hur fullt av fluidum det Genom att tillhandahålla en kontinuerlig linje av ljusavkän- nande medel placerade med ett avstånd mellan varandra i en linje motsvarande de möjliga banor som det brutna ljuset kan ta, är det möjligt att mäta graden av fyllnad hos röret såväl som sammansättningen av fluidet däri.

Uppfinningen har illustrerats genom ett exempel av en utföringsform där behållaren är gjord av ett transparent material. Det är också möjligt att göra behållarmaterialet av ett halvgenomskinli gt material. Det är vidare möjligt att använda en källa för elektromagnetisk strålning, som inte producerar synligt ljus, t.ex. en källa för infia- röd strålning eller ultraviolett strålning i stället för, eller i kombination med, källan för synligt ljus som nämnts ovan. I syfte att reducera effektema av att materialet verkar som en ljusledare, är det möjligt att det kan vara nödvändigt att omgärda de- tektom med en ljusskyddsskärm eller använda något annat skärrnningsmedel för att försäkra sig om att endast ljus, som passerar genom fluidet i behållaren, mottas av detektom.

I en annan utföringsform av uppfinningen (ej visad) kan en enkel sensor enligt upp- finningen användas för att mäta flödet i ett rör. Detta kan uppnås genom att förse ett rör med en så stor tvärsnittsarea att det aldrig blir helt fyllt av fluidum under normal användning. Det är därför möjligt att mäta djupet av fluidum när den passerar mel- lan källan och detekteringsmedlet. Detta djup kan användas för att beräkna flödes- hastigheten om rörets storlek och kraften som orsakar flödet, t.ex. ett tryck- eller sughuvud, är kända. Även om uppfinningen har illustrerats som detekterande sammansättningen av flui- der som rör sig, är den också lärnplig för ändring för att analysera statiska fluider.

Med andra ord kan en anordning i enlighet med uppfinningen konstrueras i en be- hållare som kan fyllas med ett prov av fluidet som är av intresse, vilket sedan kan 515 187 Éflaf* .å -' 8 analyseras. Anordningen kan användas för att avkänna blandningen av ett ogenom- skinligt fluidum eller pulver i en klar vätska, där vätskans transparens minskar när det ogenomskinliga fluidet eller pulvret blandas i. Utsignalen kommer därför att minska i styrka när blandningen sker, och fullständig blandning indikeras genom att utsignalen når ett stationärt tillstånd.

Claims (18)

10 15 20 25 30 515, 187 ..... i 9 Patentkrav

1. Anordning för användning i mj ölkningsmaskiner för bestämning av samman- sättningen av ett fluidum, varvid mjölkningsmaskinen innefattar minst ett rör (5) för transport av mjölk och medel för att rengöra röret (5) genom att skölja en rengöringsvätska genom röret (5), kännetecknad av att anordningen innefattar en elektromagnetisk strålningskälla (3) anordnad för att utsända elektromagne- tisk strålning genom en del av nämnda rör (5) mot ett detekteringsmedel (9) och medel för att särskilja mellan mjölk och en annan vätska som flyter i nämnda del av röret (5) och för att bestämma procenthalten av mjölk i nämnda del av röret (5)- .

2. Anordning enligt krav l, kännetecknad av att den också innefattar medel för att särskilja luft från vätska. .

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att nämnda medel för att sär- skilja mellan mjölk och en annan vätska är anpassat att särskilja mellan mjölk och rengöringsvätska. .

4. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nänmda rör (5) har ett tvärsnitt i strålgången för ett strålknippe av elektromagnetisk strålning, som är utsänt från källan (3), varvid nämnda tvärsnitt är anordnat så att röret (5), när det är vätskefyllt, koncentrerar nämnda strâlknippe på detekteringsmedlet genom att verka som en konvergent lins och därigenom möjliggöra särskiljning mellan klara fluider som har olika brytningsindex. .

5. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att röret (5) är transparent för synligt eller infrarött ljus eller halvgenomskinlig i strålknippets bana. 10 15 20 25 30 515 187 10

6. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att röret (5) har ett cirkulärt, konvext, halvcirkulärt eller ovalt tvärsnitt.

7. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att källan (3) och detekteringsmedlet (9) är placerade vertikalt åtskilda från varandra på motsatta sidor av röret (5).

8. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att det finns ett filter i strålknippets bana.

9. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att strålknippet är ett strålknippe av synligt ljus eller infraröd strålning.

10. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att den innefattar ett flertal källor (3) och detekteringsmedel (9).

11. ll.Förfarande för användning i mjölkningsmaskiner för att bestämma sarnrnansätt- ningen av ett fluidum, varvid nämnda mjölkningsmaskin innefattar minst ett rör (5) för transport av mjölk och medel för att rengöra nämnda rör (5) genom att skölja en rengöringsvätska genom nämnda rör (5), kännetecknat av stegen: - placera en del av nämnda rör (5) i strålgången för ett strålknippe av elektro- magnetisk strålning som är utsänt av en källa (3); - detektera med hjälp av ett detekteringsmedel (9) den del av strålknippet, som passerar genom fluidumet i nämnda del av röret (5); - särskilja mellan mjölk och en annan vätska, som flyter i nämnda del av röret (5) genom att använda värdena av den detekterade mängden av strålknippet som passerar nämnda del av röret (5); - bestämma procenthalten av mjölk som flyter i nämnda del av röret (5).

12. Förfarande enligt krav 11, kännetecknat av att särskilja luft från vätska med hjälp av hur stor del av strålknippet som detekterats. 5 10 15 20 25 o - n o \ a n | | | n : | r n f nu 515' 187 11

13. Förfarande enligt krav 11 eller 12, kännetecknat av att särskilja mellan mjölk och rengöringsvätska.

14. Förfarande enligt något av kraven 11-13, kännetecknat av att särskilja mellan luft och en klar vätska genom att utnyttja rörets (5) effekt som en konvergent lins, vilket rör (5) har ett tvärsnitt i strålgången for nämnda strålknippe som, när röret (5) är vätskefyllt, koncentrerar nämnda strålknippe på nämnda detekte- ringsmedel (9) eftersom vätskans brytningsindex är större än lufis brytningsin- dex.

15. Förfarande enligt något av kraven 11-14, kännetecknat av att mjölken och den andra fluiden särskiljs genom att jämföra den del av strålknippet som passerar genom närrmda fluid mot den del av strålknippet som passerar genom prov av känd sammansättning.

16. Förfarande enligt något av kraven 11-15, kännetecknat av att jämförelsen utförs av en dator (17).

17. Förfarande enligt något av kraven 11-16, kännetecknat av att i syfte att be- stämma sammansättningen av nämnda fluid, studera en signal från detekte- ringsmedlet (9), vilken har olika kännetecken beroende på om en klar blandning av lufi och/eller vatten är närvarande eller en ogenomskinlig blandning av mjölk och vatten eller bara mjölk.

18. Förfarande enligt något av kraven 11-17, kännetecknat av att placera ett passande fárgdetekteringsmedel, så som ett flyttbart fárgfilter, i strålvägen, när färgad förorening ska detekteras.