УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТОКА МОЛОКА
MILK FLOW MEASUREMENT APPARATUS

Изобретение относится к устройству для измерения потока молока в смеси молока и воздуха, содержащему средство для отделения воздуха и имеющую утечку измерительную камеру с электродами для измерения проводимости, посредством которых уровень молока в измерительной камере преобразуется в меру потока.
В области техники, касающейся контролирования процессов доения, содержится много примеров электрических измерений потока молока. Ряд этих измерений основывается на определении уровня молока внутри имеющей утечку измерительной камеры, вычисляя или используя эмпирические данные для преобразования уровня в скорость потока. Такие измерения описаны, например, в WO 2003/058174. В этом случае поток молока входит в измерительную камеру через разбрызгивающую пластину, которая отделяет примешанный воздух от молока, и уровень молока измеряют посредством ступенчатой группы электродов, прикрепленных к дну камеры, при этом молоко выходит через вертикальную прорезь в измерительной камере и вновь объединяется с воздухом при стекании вниз. Эта конструкция имеет электрические части, которые выступают на нижней наружной стороне устройства, и это может быть непрактичным в окружающей среде доильного зала.
Подобную конструкцию можно найти в патенте США 4433577, в котором описывается использование электрода сравнения в нижней части камеры, объединенного с рядом вертикально расположенных электродов, показывающих уровень и находящихся в стенке камеры. Все такие электроды связаны с проблемами влажных пленок (одной крайней степенью проводимости) или с проблемами смачивания (другой крайней степенью проводимости), описанными в ЕР 0352497, в котором описывается ступенчатая группа электродов с определенным распределением проводящих участков.
Дополнительной проблемой, связанной с измерением потока, в частности, свежевыдоенного молока, является пенообразование или вспенивание, т.е. смесь молока и воздуха является до определенной степени стабильной, т.е. не тотчас же разделяемой без заметной выдержки времени. Когда уровень молока плюс пены принимается как выражение количества молока, то при этом измерении объема не учитывается то, что удельный вес смеси меньше удельного веса молока без примешанного воздуха. С другой стороны, пена будет, главным образом, наверху молока, что дает возможность, основываясь на опыте, вносить некоторую поправку. Следовательно, важным отличительным признаком устройства для измерения потока молока типа, описанного здесь, является использование в нем средства, которое будет разрушать пену и по возможности значительно уменьшать ее влияние.
Эти недостатки устраняются в конструкции согласно изобретению, которое, в частности, обеспечивает то, что молоко распределяется для течения по существу только по направлению к первой группе измерительных электродов, в то время как вторая группа измерительных электродов закрыта до текущего уровня молока в измерительной камере, посредством чего создается непрерывная индикация уровня, основанная на проводимости. Проводимость между электродами непрерывно контролируется, а электродами являются проводящие стержни, которые реагируют на непрерывное изменение уровня. Следует отметить, что измерительное устройство, как предполагается, является по существу вертикальным.
Согласно одному варианту осуществления изобретения измерительные электроды первой группы являются электродами сравнения для измерения. Назначением электродов сравнения является то, что они, как предполагается, предоставляют основную меру проводимости для их особенного геометрического расположения, т.е. их размещения относительно друг друга. Распределение втекающего молока по этим электродам служит для того, чтобы сохранять их покрытыми в молоке и уменьшать турбулентность вокруг электродов во второй группе электродов - измерительных электродов. Электроды сравнения должны давать правильный и устойчивый сигнал даже в тех случаях, когда уровень молока в измерительной камере является низким. Проводимость молока зависит от нескольких факторов, среди которых находятся температура и здоровье животного. Только тогда, когда оценено это фундаментальное свойство проводимости молока, подлежащего измерению, можно использовать сигнал от измерительных электродов как выражение уровня, до которого они покрыты молоком. Контролируется любое изменение в проводимости, измеренной электродами сравнения, и внезапные отклонения являются показателем наличия некоторого нестабильного состояния.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения первая группа измерительных электродов состоит из двух пар, которые соединены таким образом, что в любой момент времени наинизшая измеренная величина проводимости между элементами одной пары автоматически выбирается как эталонная величина. Это означает, что налипание на электрод сравнения мягкого комка материала, который может образоваться из-за воспаления на части вымени, или перекрытие зазора между электродами в группе электродов не мешает измерению как таковому.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения элементы, которые нарушают поток молока, содержат седлообразную пластину, по которой течет молоко и нижние края которой расположены вблизи электродов сравнения. Эта особенная форма имеет преимущество в том, что при ней не захватывается воздух, который препятствовал бы эффективной очистке промывкой.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения местом утечки для измерительной камеры является вертикальная прорезь в вертикальной выпускной трубе, установленной внутри по существу кольцеобразной измерительной камеры. Таким образом, отделенный воздух может воссоединяться с молоком, которое прошло через измерительную камеру, благодаря прохождению через верхний открытый конец выпускной трубы, а также через верхний конец вертикальной прорези.
Дополнительный полезный вариант осуществления изобретения отличается тем, что вертикальная выпускная труба эксцентрично размещена внутри измерительной камеры. Это имеет особое преимущество в том, что если молоко будет направляться, главным образом, по направлению к более узкой части по существу кольцеобразной измерительной камеры, то тогда поперечное сечение, с которым молоко будет встречаться, будет постепенно увеличиваться по мере того, как молоко будет заполнять камеру, и, следовательно, будет снижаться скорость потока молока.
Дополнительный полезный вариант осуществления изобретения отличается тем, что элементы, которые распределяют поток молока, содержат наклонную тарелку, направляющую поток, главным образом, к тем частям по существу кольцеобразной измерительной камеры, которые являются наиболее отдаленными от электродов сравнения и измерительных электродов. Это имеет полезный результат в том, что замедляется поток молока, так чтобы не происходило бурное колебание уровня у измерительных электродов. Наклон тарелки обеспечивает, что не происходит никакого захвата воздуха, который препятствовал бы эффективной очистке промывкой.
В дополнительном полезном варианте осуществления изобретения элементы, которые распределяют поток молока, содержат впускную трубу, которая направлена по касательной к измерительной камере, и поток молока совершает вращательное пеноразрушающее движение по наружному периметру измерительной камеры до встречи с группами электродов. Это представляет собой способ демпфирования неравномерноетей потока, который не увеличивает гидравлическое сопротивление прохождению молока, и это является преимуществом для динамического диапазона измерения.
Эффект замедления дополнительно усиливается в варианте осуществления изобретения, который отличается использованием перегородки, образующей кольцеобразное отверстие вблизи наружной периферии измерительной камеры. Это означает, что волны на поверхности молока, происходящие от внезапного притока, будут исчезать в верхней части измерительной камеры до поступления в ее нижнюю часть.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения вертикальная прорезь увеличивает свою ширину по направлению к верху. Таким образом, увеличивается мощность потока, когда поток является большим, и может быть получена постоянная относительная точность.
Согласно полезному варианту осуществления изобретения вертикальная прорезь образована двумя проводящими частями, которые изолированы друг от друга. Эту конструкцию используют в измерительном устройстве, в котором две проводящие части действуют как измерительные электроды. Таким образом, механическая жесткость, которая требуется для калиброванной прорези, используется также для сохранения расстояния между измерительными электродами для того, чтобы сделать уровень единственной переменной, в то время как другие переменные компенсируются электродами сравнения.
В дополнительном полезном варианте осуществления изобретения измерительная камера и выпускная труба образуют отделяемую нижнюю часть устройства, в то время как электроды и распределительные элементы образуют верхнюю часть устройства, которая, кроме того, содержит электронные, вычислительные, передающие данные и показывающие средства. Таким образом, электронные схемы и все измерительные электроды полностью содержатся в верхней части, а нижняя чашеобразная часть состоит только из гидравлических элементов. Таким образом, нижняя часть весьма подходит для автоматизированного производства.
Устройство согласно изобретению очень подходит для использования в аппарате для полностью автоматизированного доения, дополнительно содержащем устройство для контроля пульсатора и механические устройства для присоединения и отсоединения коллекторов доильных аппаратов.
Далее изобретение будет описано со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 - вид сбоку в разрезе измерительного устройства согласно одному варианту осуществления изобретения,
фиг.2 - вид сбоку в разрезе измерительного устройства согласно другому варианту осуществления изобретения,
фиг.3 - вид в разрезе измерительной камеры,
фиг.4 - вид сбоку в разрезе измерительного устройства согласно дополнительному варианту осуществления изобретения, содержащего касательную впускную трубу и перегородку,
фиг.5 - вид в разрезе измерительной камеры с касательной впускной трубой,
фиг.6 - вид прорези для использования при изобретении,
фиг.7 - вид нижней части измерительного устройства с прорезью и электродами,
фиг.8 - вид прорези, образованной взаимно изолированными электродами,
фиг.9 - вид нижней части измерительного устройства с прорезью на фиг.8, показывающий взаимное расположение электродов.
На фиг.1 показан ряд частей, которые являются общими для различных вариантов осуществления изобретения. Устройство для измерения потока молока состоит из верхней части 1 и нижней части 2, которые соединены прокладочным средством. Верхняя часть - это центр управления с интерфейсами для ручного ввода и средствами для измерения проводимости, касающегося электродов в контакте с молоком. Электроды выступают вниз из верхней части и являются электродами двух типов: электродами сравнения 13 и 14 и измерительными электродами 7 и 8. Эти электроды пропущены через особо профилированную распределительную пластину 5 и изолированы над этой пластиной. На фиг.2-5 и 7-8 подробно показано выполнение этих электродов, которое может варьироваться в зависимости от варианта осуществления изобретения.
Верхняя часть 1 содержат трубу 3 для ввода молока (смешанного с воздухом) и клапан 4. Клапан 4, по меньшей мере, отчасти регулируется вакуумом в трубе 3, но может также регулироваться электронной схемой в верхней части. Верхняя часть 1 прикреплена к ограде в доильном зале (не показано). Когда клапан 4 открыт, молоко и воздух проходят вниз в нижнюю часть 2 и выходят через трубу 11.
Нижняя часть разделена на две секции: наружную кольцеобразную измерительную камеру 6 и внутреннюю, концентричную выпускную трубу 9, которая соединена с выходной трубой 11. В измерительной камере 6 размещены электроды сравнения 13 и 14, а также измерительные электроды 7 и 8, при этом электроды сравнения 13 и 14 приближены к дну измерительной камеры и в данном варианте осуществления изобретения загнуты, чтобы следовать кольцевой форме камеры вблизи дна. Это сделано для того, чтобы получить большую площадь контакта с молоком у дна измерительной камеры. На фиг.1 показан только измерительный электрод 7. Электроды сравнения обычно изолированы почти до низа для того, чтобы на них не влияло изменение уровней молока, а измерительные электроды выполнены неизолированными для того, чтобы получать изменение, обусловленное изменяющимися уровнями. Однако может быть предусмотрен дополнительный электрод сравнения, который также является неизолированным до определенного уровня для того, чтобы предоставить быстрое показание о достижении определенного, тарированного потока. Кроме того, этот особый электрод сравнения может быть использован для автоматической компенсации определенных отклонений от вертикали вплоть до ±15°.
Когда молоко, смешанное с воздухом, поступает в измерительное устройство через клапан 4, оно определенным образом распределяется посредством распределительной пластины 5 к кольцеобразной измерительной камере, при этом происходит отделение воздуха. Следует обратить внимание на то, что в горловину внутренней выпускной трубы 9 не поступает никакого молока, потому что оно было бы молоком, которое не участвовало бы в измерении. Однако уловленному воздуху будет предоставлен свободный проход под распределительной пластиной 5. Распределение осуществляется таким образом, что молоко при вхождении в измерительную камеру вначале достигает электродов сравнения 13, 14, при этом измерительные электроды 7, 8 не подвергаются бурно проистекающим изменениям в уровне молока. Седлообразная форма распределительной пластины 5 согласно данному варианту осуществления изобретения обеспечивает, что во время промывки никакой воздух не может быть захвачен под пластиной, что означает возможность эффективной промывки всех частей поверхности.
Даже при низком уровне молока в измерительной камере 6 молоко начинает стекать через вертикальную прорезь 10 в выпускной трубе 9 и через отверстие, выполненное вблизи дна, и слив молока увеличивается с увеличением потока молока в измерительное устройство. Прорезь 10 точно выполнена для того, чтобы обеспечить необходимую точность измерения, и, кроме того, ее края выполнены тонкими для того, чтобы уменьшить влияние поверхностного натяжения молока. Прорезь 10 представляет собой место утечки для непрерывного опорожнения измерительной камеры и, как можно предполагать, имеет площадь, которая увеличивается с повышением уровня молока в измерительной камере. Воздух, который был в молоке и был отделен над распределительной пластиной 5, проходит через выпускную трубу и через свободную часть прорези и встречается с молоком, которое сливается через прорезь 10. Диапазон потоков, с которыми может работать измерительное устройство, увеличивается благодаря расширению прорези 10 по направлению к верху, как это показано на фиг.6. Мгновенный уровень молока в измерительной камере является мерой разницы между вводом молока и его выпуском и измеряется посредством измерения проводимости, относящегося к соответственно электродам сравнения и измерительным электродам. Сопротивление и проводимость являются обратными величинами. Уровень можно преобразовать в информацию о потоке, либо используя тарировочную таблицу, либо производя вычисления, которые могут быть выполнены аналоговым или цифровым средством. Показание имеется на дисплее в верхней части 1 измерительного устройства. Электроника в верхней части 1 может содержать средство записи этой информации, при этом может быть предусмотрен интерфейс передачи данных.
На фиг.2 показана конструкция, сходная с конструкцией на фиг.1, при этом идентичные элементы обозначены одинаковыми позициями. Основные отличия заключаются в следующем: выпускная труба 9 расположена эксцентрично в измерительной камере 6', 6'', и это означает, что кольцеобразная форма имеет изменяющееся поперечное сечение. Распределительная пластина 12 имеет тарелкообразную форму и наклонена по направлению к узкому поперечному сечению 6' измерительной камеры, и поток молока разделяется таким образом, что он движется параллельно позади и впереди плоскости чертежа, чтобы достигать вначале электродов сравнения 13, 14 (из которых показан только электрод сравнения 13) и затем измерительных электродов 7, 8 (из которых показан только измерительный электрод 7). Скорость потока молока уменьшается, потому что до достижения электродов он встречается с более широким поперечным сечением. Прорезь 10 обращена к группам электродов на левой стороне чертежа. Выпускная труба 9 соединена с трубой 11, которая поворотным образом прикреплена к дну 2 измерительного устройства.
В полезном варианте осуществления изобретения набор из электродов сравнения состоит из двух групп электродов сравнения 13, 14, 13', 14', показанных на фиг.3 и 5, при этом контролируются соответствующие проводимости между обеими группами электродов. В тех случаях, когда имеется отклонение, группа электродов, показывающая наименьшую проводимость, выбирается в качестве эталона. Более высокая проводимость может быть вызвана налипанием комков в частично коагулированном молоке, что может происходить вследствие болезни животного. Хотя поток все же может измеряться, однако также будет подан сигнал.
На фиг.3 показан вид сверху нижней части 2 измерительного устройства. Труба 11 выступает вправо, при этом показаны электроды сравнения 13, 14, 13', 14'. Когда молоко будет поступать из узкой части 6' измерительной камеры и течь по направлению к электродам, потоки будут следовать наружному периметру измерительной камеры и вначале достигать электродов сравнения 13, 14, 13', 14', потому что они являются ближайшими к стенке.
На фиг.4 показан третий вариант осуществления изобретения. В этом варианте распределительная пластина (5 на фиг.1, 12 на фиг.2) отсутствует, поэтому впускная труба 3' расположена по касательной к измерительной камере, и потоку молока придается вихревое движение, которое заставляет его циркулировать по наружному периметру измерительной камеры. Впускная труба 3' расположена позади плоскости чертежа, а измерительная прорезь 10 находится впереди плоскости чертежа. Кроме того, показано, что между верхом и низом нижней части 2 измерительного устройства помещена перегородка 15 с образованием кольцеобразного пространства 16 между перегородкой 15 и наружной стенкой. Эта конструкция обеспечивает эффективное демпфирование неравномерностей в потоке молока до того, как оно достигнет электродов, однако при высоких уровнях, соответствующих большим скоростям потока, перегородка не оказывает никакого непосредственного влияния, в то время как статическое давление, которое определяет уровень молока, все же полностью имеется на всем расстоянии вниз до дна измерительной камеры 6.
На фиг.5 показан вид сверху нижней части 2 измерительного устройства согласно варианту осуществления изобретения, описанному со ссылкой на фиг.4, в котором, как будет понятно, вихревое движение молока, поступающего по впускной трубе, не сможет обеспечить стабильное измерение проводимости между двумя измерительными электродами 7 и 8 до тех пор, пока не установится достаточно стабильный уровень молока oт дна вверх в измерительной камере 6.
На фиг.6 показана прорезь 10, которая точно выполнена в антикоррозионном металлическом листе. Сама прорезь образована из двух частей 10' и 10'' одинаковой ширины с использованием перемычек 17 и 17', образованных в листовом металле для сохранения ширины длинной прорези в тонком листе. Прорезь имеет расширение W по направлению к верху для того, чтобы увеличить динамический диапазон без ущерба для полезности измерительного устройства. Вблизи дна выполнено сливное отверстие Н для очень небольших потоков, приближающихся к нулю, чтобы в измерительной камере 6 не скапливалось несвежее молоко.
На фиг.7 показано расположение прорези в нижней части 2 измерительного устройства согласно изобретению.
На фиг.8 показано другое выполнение прорези, которая образована для одновременного осуществления двух функций. Она образована двумя частями 10L и 10R, каждая из которых изготовлена из антикоррозионного металлического листа. Однако две части изолированы друг от друга посредством керамических элементов 18, 18' и 18'', а также нижнего керамического элемента 19 с отверстием Н. Это означает, что эта конструкция обеспечивает образование не только калиброванной прорези 10, но также и электродов, соответствующих измерительным электродам 7 и 8. Таким образом, происходит окончательное демпфирование потока молока при его прохождении через прорезь, и это обеспечивает дополнительную стабильность при измерении.
На фиг.9 показано расположение этой прорези в нижней части 2 измерительного устройства согласно изобретению. Вместо измерительных электродов теперь для целей устойчивости имеется пара держателей С для всей конструкции.
Все измерения по своему характеру являются электронными, и все органы управления основаны на сочетании электрической и вакуумной технологии. Они все управляются регулятором в верхней части измерительного устройства, задачей которого является селектирование вводов, выполнение измерений проводимости, сравнение результатов измерений как между электродами, так и с предшествующими данными либо той же самой дойки, либо предшествующих доек и/или предшествующих посещений тем же самым животным молочной породы. Кроме того, имеется устройство для ввода вручную данных, содержащих охраняемую закодированную информацию, или ввода данных от устройств, несущих ключевой сигнал, при этом обеспечивается как беспроводная связь, так и связь через шину данных. Сигналы о различных аварийных состояниях могут быть либо поданы на сам регулятор, либо переданы к отдаленным местам.
Предшествующее описание конкретных вариантов осуществления изобретения настолько полно раскрывают общий характер настоящего изобретения, что специалисты в данной области техники, применяя современные знания, могут легко модифицировать или приспособить такие конкретные варианты осуществления изобретения для различных случаев применения без чрезмерного экспериментирования и без отступления от сущности изобретения, и, следовательно, такие приспособления и модификации должны бытъ и, как предполагается, являются охватываемыми смыслом и пределами эквивалентов описанных вариантов осуществления изобретения. Необходимо понять, что фразеология или терминология, примененная здесь, служит цели описания, а не ограничения. Средства, материалы и стадии для осуществления различных описанных функций могут принимать разнообразные формы без отклонения от сущности изобретения.
Таким образом, выражения "средство к..." и "средство для... " или любая формулировка стадии способа, которые могут быть найдены в вышеизложенном описании изобретения и/или в нижеприведенной формуле изобретения и за которыми следует функциональное утверждение, как предполагается, определяют и охватывают какой бы то ни было структурный, физический, химический или электрический элемент, или структуру, или какую бы ни было стадию способа, которые могут существовать теперь или в будущем для осуществления изложенных функций независимо от того, может ли быть использован точный эквивалент варианта или вариантов осуществления изобретения, описанных в вышеизложенном описании, т.е. другие средства или стадии, для осуществления аналогичной функции; и, как предполагается, такие выражения поддаются их широчайшей интерпретации.