СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКИХ И ПОЛУЖИДКИХ СМЕСЕЙ И УПРАВЛЕНИЯ ИХ ОБЪЕМНЫМ ДОЗИРОВАНИЕМ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО В ПТИЦЕВОДСТВЕ И ЖИВОТНОВОДСТВЕ
METHOD AND DEVICE TO CONTROL FLUID AND SEMI-FLUID MIXES AND THEIR VOLUMETRIC FEED IN AGRICULTURE, PRIMARILY, IN POULTRY AND ANIMAL FARMING

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к процессам водоснабжения сельских потребителей в основном посредством распространенных в сельскохозяйственном производстве и быту башенных водокачек, к процессам дозирования жидких энергоносителей в бензохранилищах и нефтехранилищах. Преимущественно изобретение относится к процессам дозирования жидких и полужидких смесей с изменяющимся и неконтролируемым качественным составом при поении и кормлении сельскохозяйственных животных и птицы, поскольку многие витаминные добавки и лекарства доставляются к поголовью не только в составе кормов, но и в составе жидких и полужидких смесей.
Известен способ контроля уровня жидкости, реализованный в устройстве контроля уровня жидкости. Устройство включает в себя датчик уровня жидкости контактного типа, ключевой элемент и сигнализатор уровня. (См. Справочник радиолюбителя-конструктора. - М.: Энергия, 1978. - 752 с. С.434).
Недостатками его являются невозможность непрерывного измерения и мониторинга уровня жидкости и, соответственно, невозможность даже с низкой точностью дозирования жидких и полужидких смесей, пожарная опасность применения в горючих жидких средах.
Указанные недостатки обусловлены тем, что применен датчик контактного типа и имеется гальваническая связь по постоянному току и соответствующая опасность искрообразования.
Известен способ контроля уровня жидкости, реализованный в другом устройстве. Устройство включает в себя датчики верхнего и нижнего уровней жидкости емкостного типа, блокинг-генератор со срывающейся генерацией при погружении емкостного датчика уровня в жидкость. (См. Справочник радиолюбителя-конструктора. - М.: Энергия, 1978. - 752 с. С.436-437).
Недостатками его являются невозможность непрерывного измерения уровня жидкости, соответственно, низкая точность дозирования произвольных по значению порций жидких и полужидких смесей.
Указанные недостатки обусловлены тем, что применены дискретные датчики, размещенные по глубине резервуара с жидкостью.
Задачей изобретения являются повышение точности контроля уровня и управления дозированием жидких и полужидких смесей в сельском хозяйстве, преимущественно в птицеводстве и животноводстве.
В результате использования изобретения с высокой точностью автоматически определяется контролируемое значение уровня и осуществляется управление объемным дозированием жидких и полужидких смесей с изменяющимся и неконтролируемым качественным составом в сельском хозяйстве. Устанавливаются и с высокой точностью автоматически обеспечиваются такие значения дозы кормовой или питьевой смеси, при которых в соответствии с зоотехническими нормативами достигается наивысший на данный момент времени прирост сельскохозяйственной продукции от действия кормления и поения животных или птиц жидкими и полужидкими смесями.
Вышеуказанный технический результат достигается способом контроля уровня жидких и полужидких смесей и управления их объемным дозированием в сельском хозяйстве, преимущественно в птицеводстве и животноводстве, включающим в себя заполнение резервуара с неизменной по его высоте внутренней площадью его горизонтального сечения жидкими и полужидкими смесями, задание объемной дозы жидких и полужидких смесей и опорожнение резервуара при объемном дозировании жидких и полужидких смесей, размещение внутри резервуара по его высоте емкостного датчика уровня смеси в виде конденсатора с возможностью его заполнения одновременно с заполнением резервуара жидкими и полужидкими смесями, причем конструктивные и зависящие от них электрические характеристики емкостного датчика уровня смеси неизменны по его высоте в отсутствие заполнения резервуара и одновременно с ним самого емкостного датчика уровня смеси жидкими и полужидкими смесями, задание наибольшего и наименьшего технологически допустимых значений верхнего и нижнего уровней жидких и полужидких смесей в резервуаре посредством установки отдельных датчиков верхнего и нижнего уровней жидких и полужидких смесей, прекращение заполнения резервуара при достижении уровнем жидких и полужидких смесей уровня расположения датчика верхнего уровня смеси и начало заполнения резервуара при достижении уровнем жидких и полужидких смесей уровня расположения датчика нижнего уровня смеси, формирование сигнала электрических колебаний на емкостном датчике уровня смеси, измерение амплитуды сигнала электрических колебаний на емкостном датчике уровня смеси, формирование сигнала уровня жидких и полужидких смесей в резервуаре в зависимости от измеряемой амплитуды сигнала электрических колебаний на емкостном датчике уровня смеси, причем в момент времени каждого очередного достижения уровнем жидких и полужидких смесей уровня расположения датчика верхнего уровня определяют значение произведения высоты от верхнего до нижнего технологически допустимых значений уровней жидких и полужидких смесей в резервуаре на значение амплитуды сигнала электрических колебаний на емкостном датчике уровня смеси в этот момент времени, корректируют величину сформированного сигнала уровня жидких и полужидких смесей в резервуаре пропорционально определенному значению произведения и обратно пропорционально измеряемой амплитуде сигнала электрических колебаний на емкостном датчике уровня смеси, при опорожнении резервуара для объемного дозирования в момент времени начала очередного дозирования определяют начальное значение сформированного сигнала уровня жидких и полужидких смесей в резервуаре, определяют конечное для дозирования значение сформированного сигнала уровня жидких и полужидких смесей в резервуаре как разность между начальным значением сформированного сигнала уровня жидких и полужидких смесей в резервуаре и результатом деления заданной объемной дозы жидких и полужидких смесей на значение внутренней площади горизонтального сечения резервуара, сравнивают определенное конечное значение сформированного сигнала уровня смеси с корректированной величиной сформированного сигнала уровня смеси и при их равенстве прекращают объемное дозирование жидких и полужидких смесей.
Технический результат достигается также тем, что в устройство контроля уровня жидких и полужидких смесей и управления их объемным дозированием в сельском хозяйстве, преимущественно в птицеводстве и животноводстве, содержащее резервуар, заполняемый жидкой или полужидкой смесью, установленный в резервуаре емкостный датчик уровня смеси, датчик верхнего уровня смеси, датчик нижнего уровня смеси, генератор электрических колебаний, преобразователь сигнала, блок управления насосом и заслонкой, блок насоса и заслонки, индикатор измеренного уровня смеси, выход генератора электрических колебаний соединен с емкостным датчиком уровня смеси и с входом преобразователя сигнала, выход датчика верхнего уровня смеси подключен к первому входу блока управления насосом и заслонкой, второй вход и выходы которого соединены соответственно с выходом датчика нижнего уровня смеси и с соответствующими входами блока насоса и заслонки, причем дополнительно введены селектор, блок задатчиков сигналов верхнего измеряемого уровня смеси, дозы смеси и момента времени начала очередного дозирования смеси, вычислительный блок и компаратор, выход преобразователя сигнала подключен к первому входу вычислительного блока и к первому сигнальному входу селектора, ко второму управляющему входу которого подключено соединение выхода датчика верхнего уровня смеси, первого входа блока управления насосом и выхода компаратора, а выход селектора соединен со вторым входом вычислительного блока, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока задатчиков сигналов верхнего измеряемого уровня смеси, дозы смеси и момента времени начала очередного дозирования смеси, первый выход вычислительного блока соединен с входом индикатора измеренного уровня смеси и с первым инвертирующим входом компаратора, а его второй выход подключен ко второму неинвертирующему входу компаратора.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется примером. Для достижения наивысшей продуктивности птицы и животных необходимо практически непрерывно во время прохождения технологии выращивания поголовья изменять суточные дозы кормовых смесей и питьевых лекарственных растворов с различными составами. При использовании индукционных расходомеров и аналогичных поточных дозаторов коррекция их выходных измерительных сигналов для текучих сред с различающимися друг от друга физико-химическими и соответственно электромагнитными свойствами чрезвычайно затруднена. При применении обычных объемных дозирующих устройств возникающие в отсутствие автоматической коррекции сигнала требуемой дозы для разных жидкостей и смесей проблемы сопряжены либо с большими ошибками дозирования, либо со значительными трудозатратами при перенастройке оборудования. Поэтому в каждом цикле заполнения резервуара со смесью определяются ее электропроводные свойства, и уровень смеси сопоставляется с измерительным сигналом в соответствии с определенными свойствами смеси, заполнившей резервуар в начале данного цикла дозирования смеси птице и животным. Заполнение резервуара смесью осуществляется посредством насоса, подающего смесь в заливной трубопровод резервуара. Дозирование производится посредством открывания и закрывания заслонки, размещенной в сливном трубопроводе резервуара. Функционально насос и заслонка объединены в блоке насоса и заслонки. Включенное или выключенное состояние насоса, открытое или закрытое состояние сливной заслонки определяется режимом работы блока управления насосом и заслонкой.
изм1
верх1
верх1
изм1
изм
изм
Способ осуществляется следующим образом. Значение высоты верхнего уровня по отношению к принятому нижнему краю емкостного датчика уровня смеси известно. В момент достижения смесью датчика верхнего уровня устройства определяется и запоминается на все время предстоящего цикла опорожнения резервуара значение соответствующего электрического сигнала U, В, и произведение его на значение высоты верхнего уровня Н, м, т.е. произведение (Н×U). Для сигнала переменного электрического тока большее заполнение емкостного датчика уровня смеси смесью приводит к снижению диэлектрической проницаемости его измерительного емкостного промежутка и к соответствующему уменьшению амплитуды электрических колебаний U. Измеряемый уровень H:
изм
верх1
изм1
изм
Н=(Н×U)/U.
3
2
рез
При задании объемной дозы Д, м, приходится определять верхний (начальный) и нижний (конечный) расчетные уровни смеси, когда эта доза покинет резервуар с внутренней площадью горизонтального сечения С, м:
зад
нач
рез
кон
рез
К=Н×С-Н×С,
кон
рез
нач
рез
зад
Н×С=Н×С-К,
кон
нач
зад
рез
Н=Н-К/С,
изм
кон
Когда скорректированный в зависимости от состава смеси измеряемый при расходовании смеси сигнал уровня Н станет равным Н, дозирование прекращается.
вых
изм
верх1
изм1
изм
доп
1
2
смеси
дозы
дозы
изм
дозы
высок
норм
дистил
изм
Σ
норм
высок
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1…3. На фиг.1 приведена схема резервуара с емкостным датчиком уровня смеси: U - напряжение электрического сигнала с емкостного датчика уровня смеси; Н  - наибольший диапазон возможных значений измеряемых уровней смеси; H=Н - заданное и измеренное значение верхнего уровня смеси; Н - текущее во времени измеряемое и контролируемое значение уровня смеси; Н - неконтролируемый диапазон уровней смеси в конкретной конструкции резервуара. На фиг.2 приведена графическая интерпретация зависимостей выходного сигнала емкостного датчика уровня смеси от уровня жидких и полужидких смесей с различающимися электропроводными свойствами: -ΔН и +ΔН - ошибки измерения и контроля уровней различных по составу смесей Н при настройке только на режим дозирования смеси с нормальной концентрацией примесей; явное различие по величине доз при нормальной концентрации примесей Н  и при высокой концентрации примесей Н  в процессе дозирования по сигналам U и U без коррекции измерительных сигналов при различных по составу смесях в соответствии с различающимися электропроводными свойствами этих смесей; точные значения уровней смесей с высокой концентрацией примесей Н, с нормальной концентрацией примесей Н, дистилированной жидкости Н приходном и том же значении измерительного сигнала U. На фиг.3 показано устройство контроля уровня жидких и полужидких смесей и управления их объемным дозированием в сельском хозяйстве, преимущественно в птицеводстве и животноводстве: 1 - резервуар; 2 - жидкая или полужидкая смесь; 3 - емкостный датчик уровня смеси; 4 - датчик верхнего уровня смеси; 5 - датчик нижнего уровня смеси; 6 - генератор электрических колебаний. На его выходе последовательно включен разделительный конденсатор для емкостной развязки; 7 - преобразователь сигнала. На его входе последовательно включен разделительный конденсатор для емкостной развязки; 8 - блок управления насосом и заслонкой; 9 - блок насоса и заслонки; 10 - индикатор измеренного уровня смеси; 11 - селектор; 12 - блок задатчиков сигналов верхнего измеряемого уровня смеси, дозы смеси и момента времени начала очередного дозирования; 13 - вычислительный блок; 14 - компаратор.
Устройство контроля уровня жидких и полужидких смесей и управления их объемным дозированием в сельском хозяйстве, преимущественно в птицеводстве и животноводстве, содержит резервуар 1, заполняемый жидкой или полужидкой смесью 2, установленный в резервуаре 1 емкостный датчик уровня смеси 3, датчик верхнего уровня смеси 4, датчик нижнего уровня смеси 5, генератор электрических колебаний 6, преобразователь сигнала 7, блок управления насосом и заслонкой 8, блок насоса и заслонки 9, индикатор измеренного уровня смеси 10, выход генератора электрических колебаний 6 соединен с емкостным датчиком уровня смеси 3 и с входом преобразователя сигнала 7, выход датчика верхнего уровня смеси 4 подключен к первому входу блока управления насосом и заслонкой 8, второй вход и выходы которого соединены соответственно с выходом датчика нижнего уровня смеси 5 и с соответствующими входами блока насоса и заслонки 9, причем дополнительно введены селектор 11, блок задатчиков сигналов верхнего измеряемого уровня смеси, дозы смеси и момента времени начала очередного дозирования смеси 12, вычислительный блок 13 и компаратор 14, выход преобразователя сигнала 7 подключен к первому входу вычислительного блока 13 и к первому сигнальному входу селектора 11, ко второму управляющему входу которого подключено соединение выхода датчика верхнего уровня смеси 4, первого входа блока управления насосом и заслонкой 8 и выхода компаратора 14, а выход селектора 11 соединен со вторым входом вычислительного блока 13, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока задатчиков сигналов верхнего измеряемого уровня смеси, дозы смеси и момента времени начала очередного дозирования смеси 12, первый выход вычислительного блока 13 соединен со входом индикатора измеренного уровня смеси 10 и с первым инвертирующим входом компаратора 14, а его второй выход подключен ко второму неинвертирующему входу компаратора 14.
Устройство работает следующим образом. При изменении уровня смеси изменяется емкостная нагрузка генератора электрических колебаний 6 и соответственно изменяется входной сигнал преобразователя сигнала 7. Амплитуда этого сигнала обратно пропорциональна уровню смеси, поскольку с увеличением объема смеси в измерительном конденсаторе (на измерительной емкости) падает диэлектрическая проницаемость и уменьшается емкостное сопротивление емкостного датчика уровня смеси 3. Преобразователь сигнала 7, например аналого-цифровой преобразователь (АЦП), формирует принимаемый вычислительным блоком 13 на его первом входе измерительный сигнал уровня смеси. Резервуар 1 наполняется смесью посредством насоса, включаемого с помощью блока управления насосом и заслонкой 8, когда на его второй вход поступает сигнал частичного и существенного опорожнения резервуара 1 и почти полного освобождения от смеси внутреннего пространства емкостного датчика уровня смеси 3 от датчика нижнего уровня смеси 5. Состояние заполнения резервуара 1 и внутреннего пространства емкостного датчика уровня смеси 3 определяется выбором положения по высоте установки датчика нижнего уровня смеси 5. Сигнал датчика верхнего уровня смеси 4 разрешает прохождение через селектор 11 измерительного нормирующего сигнала уровня смеси на высоте размещения датчика верхнего уровня смеси 4 и обеспечивает выключение насоса, функционально входящего в блок насоса и заслонки 9 и подающего смесь в резервуар 1, посредством блока управления насосом и заслонкой 8. При появлении сигналов начала дозирования от датчика верхнего уровня смеси 4 или от компаратора 14 происходит прохождение на второй вход вычислительного блока 13 нормирующего измерительного сигнала уровня смеси в момент времени начала очередного дозирования смеси. В блоке насоса и заслонки 9 в этот момент времени открывается заслонка.
изм
Вычислительный блок 6 по данным измерений формирует сигналы величин измеряемого уровня Н и расчетного нижнего (конечного) уровня смеси, первый из которых на первом выходе вычислительного блока 6 индицируется для персонала сельскохозяйственного предприятия в индикаторе измеренного уровня смеси 10, используется для сравнения в компараторе 14, а второй на втором выходе вычислительного блока 6 также используется при его сравнении в компараторе 14 для выработки сигнала прекращения дозирования посредством блока управления насосом и заслонкой 8 и блока насоса и заслонки 9. Этот сигнал в момент времени его формирования в компараторе 14 может также производить нормирование измерительного сигнала путем разрешения прохождения его через селектор 11 при произвольном положении уровня смеси в процессе дозирования. В блоке насоса и заслонки 9 в этот момент времени закрывается заслонка. Управление технологическим процессом объемного дозирования жидких и полужидких смесей происходит с высокой точностью независимо от электропроводных свойств смесей и, соответственно, от их качественного состава.
Таким образом, расширяются также и функциональные возможности способа и устройства, поскольку при этом обеспечивается автоматическая адаптация к качественному составу жидких и полужидких смесей, в результате чего значительно повышается точность контроля уровня жидких и полужидких смесей и управления их объемным дозированием в сельском хозяйстве, преимущественно в птицеводстве и животноводстве. Поэтому появляется практическая возможность дополнительного управления продуктивностью птицы и животных за счет высокоточного управляемого по установленным зоотехническим нормативам дозирования жидких и полужидких питьевых и кормовых смесей в сельском хозяйстве, преимущественно в птицеводстве и животноводстве.