УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ТЕМПЕРАТУР В БУРТАХ ПРИ КОМПОСТИРОВАНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области термометрии и может быть использована в научно-исследовательской деятельности, в сельском хозяйстве для измерения профиля температур внутри буртов при компостировании.
Известен термозонд для системы контроля компоста [1], представляющий собой прямой стержень, изготовленный из коррозионно-стойкого пластика, разделенный кольцевой втулкой на удерживающую секцию и секцию обнаружения, в которой вдоль направления длины на равных расстояниях друг от друга сформировано множество канавок и используется для удерживания датчиков температуры, светодиодные лампы в количестве равном количеству датчиков температуры, расположены на удерживающей секции в продольном направлении, в прямом стержне сформирован канал, который используется для размещения провода, а датчики температуры и светодиодные лампы соединены проводом с коллектором сигналов. Устройство также содержит оболочку в форме рога, наложенную на секцию обнаружения, при этом одна сторона оболочки с большим отверстием обращена к кольцевому выступу, а другая сторона оболочки имеет форму клина и используется для удаления остатков компоста при изъятии прямого стержня.
Недостатком является то, что в связи с отсутствием датчика, измеряющего температуру на поверхности бурта, необходимо проводить дополнительные измерения сторонним устройством поверхности бурта или внешней среды, что увеличивает погрешность измерений, трудоемкость и временные затраты. Результаты измерения температур на различных глубинах бурта не могут быть зафиксированы для последующего воспроизведения и анализа, что в совокупности не дает комплексного представления о температурах в бурте в процессе компостирования.
Известен датчик температуры для определения скорости изменения температуры компоста [2], образованный последовательным соединением верхней крышки, корпуса стержня и пробивной головки. Верхняя крышка снабжена двумя ручками. Ручки снабжены кабельными выводами. Цилиндрический паз расположен под верхней крышкой. Корпус стержня образован вертикальным резьбовым соединением множества детекторных стержней. Верхний конец каждого корпуса детекторного стержня снабжен соединительной головкой с наружной резьбой, а центральная часть каждого корпуса детекторного стержня снабжена металлическим кольцом, на котором закреплен датчик температуры.
Недостатком является  низкая информативность, ввиду того что для ведения наблюдений необходимо вспомогательное оборудование, что увеличивает трудозатраты и временные затраты процесса термометрии компостного бурта.
Известен датчик температуры органических удобрений [3], содержащий корпус устройства, заключенный в корпус блок управления, рукоятку, выключатель питания, работающий от аккумуляторной батареи, процессор, запоминающее устройство, USB-порт, зарядный порт, экран дисплея, клавишу управления, вставным стержнем со слоем защитного покрытия, имеющим соединительный блок, снабженный головкой для измерения температуры, которая имеет множество выпускных отверстий и снабжена первым датчиком температуры; вставной стержень имеет второй датчик температуры, окруженный вентиляционным слоем. Данное техническое решение выбрано за прототип.
Недостатком прототипа является то, что в связи с отсутствием датчика, измеряющего температуру на поверхности бурта, необходимо проводить дополнительные измерения сторонним устройством поверхности бурта или внешней среды, что увеличивает погрешность измерений, трудоемкость и временные затраты. Результаты измерения температур не дают комплексного представления о состоянии процесса компостирования, а только информируют о значениях температуры на отдельных слоях бурта.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является оптимизация термометрии вертикального профиля температур в буртах при компостировании органических отходов.
Техническим результатом является расширение арсенала технических средств для термометрии профиля температур в буртах в процессе компостирования органических отходов.
Технический результат достигается за счет того, заявленное устройство для измерения вертикального профиля температур в буртах при компостировании органических отходов представляет собой прямой стержень из коррозионно-стойкого материала с низкой теплопроводностью, содержащий последовательно расположенные полые цилиндрические сегменты, соединительные втулки, датчики измерения температур, соединенные гибким электрическим проводом, проходящим внутри сегментов и втулок, сообщающиеся по протоколу 1-wire с контроллером-логгером, который заключен в корпус держателя, и при помощи разъема считывает, сохраняет на съемный носитель информации, обрабатывает и отображает в режиме реального времени на графическом дисплее данные от датчиков измерения температур, каждый из которых имеет уникальный цифровой код, заключен в корпус с тремя выводами и размещен в центральной части внутренних продольных каналов соединительных втулок, выполненных из материала с высокой теплопроводностью, соединяющих между собой корпус держателя, полые последовательно расположенные сегменты первый длиной 350 мм, второй длиной 350 мм, третий длиной 300 мм и конусообразный наконечник.
Строго определенная длина сегментов обусловлена особенностями процесса компостирования. Известно, что максимальная температура компоста обычно на глубине от 12 до 18 дюймов, что примерно равно 300-450 мм. Внутри бурта температуру измеряют с целью отслеживания процесса при активном компостировании (в процессе перемешивания, принудительной аэрации) [4].
Таким образом, предложенное устройство для измерения вертикального профиля температур в буртах при компостировании органических отходов позволяет за однократное измерение наблюдать на графическом дисплее и сохранить на съемный носитель информации, в том числе для последующего воспроизведения и анализа, результаты одновременного определения температур на поверхности бурта, на глубине 350 мм в зоне максимальных температур при пассивном компостировании; на глубине бурта 750 мм и на глубине бурта 1050 мм внутри бурта с целью отслеживания процесса при активном компостировании.
На фиг. 1 изображено устройство для измерения вертикального профиля температур в буртах при компостировании органических отходов и обозначены: 1 - первый полый цилиндрический сегмент длиной 350 мм; 2 - второй полый цилиндрический сегмент длиной 350 мм; 3 - третий полый цилиндрический сегмент длиной 300 мм; 4 - цилиндрические соединительные втулки; 5 - конусообразный наконечник; 6 - корпус держателя; 7 - контроллер-логгер; 8 - гибкий электрический провод; 9 - датчики измерения температур; 10 - графический дисплей; 11 - тумблер питания; 12 - кнопка сохранения показаний измерения температур.
Как показано на фиг. 1, устройство для измерения вертикального профиля температур в буртах при компостировании органических отходов представляет собой прямой стержень, изготовленный из коррозионно-стойкого материала с низкой тепловодностью, состоящий из последовательно расположенных полых цилиндрических сегментов: первый - длиной 350 мм (1), второй - длиной 350 мм (2), третий - длиной 300 мм (3). В концы каждого из сегментов (1, 2, 3) вставлены концы цилиндрических соединительных втулок (4), имеющие меньший диаметр, изготовленных из материала с высокой теплопроводностью. Непосредственно в нижней части на свободный конец соединительной втулки (4) насажен конусообразный наконечник (5), выполненный из того же материала, что и соединительные втулки (4), служащий для утяжеления и придания заостренной формы. Непосредственно в верхней части на свободный конец соединительной втулки (4) насажен корпус держателя (6), выполненный из того же материала, что и прямой стержень, имеющий разъем для подключения к контроллеру-логгеру (7).
Внутри каждой соединительной втулки (4) выполнен полый продольный канал, через который проходит гибкий электрический провод (8), от которого в центральной части внутренних продольных каналов соединительных втулок (4) отходят датчики измерения температуры (9), каждый из которых заключен в корпус с тремя выводами, имеющие уникальный цифровой код и сообщающиеся по протоколу 1-wire с контроллером-логгером (7). Контроллер-логгер (7) обеспечивает электрическое питание датчиков измерения температуры (9), считывание, хранение, обработку и отображения данных на графическом дисплее (10) в режиме реального времени, оснащен тумблером питания (11) и кнопкой (12) сохранения показаний измерения температур на съемный носитель.
Устройство работает следующим образом.
Устройство для измерения вертикального профиля температур в буртах при компостировании органических отходов, удерживая за корпус держателя (6), помещают вертикально в компостный бурт, в котором оно фиксируется за счет плотности компоста, таким образом, что непосредственно в верхней части соединительная втулка (4) располагается на поверхности бурта. Измерение профиля температур начинается сразу после включения при помощи тумблера питания (11) контроллера-логгера (7). Датчики измерения температуры (9) измеряют температуру одновременно на поверхности бурта; на глубине бурта 350 мм в зоне максимальных температур при пассивном компостировании; на глубине бурта 750 мм и на глубине бурта 1050 мм внутри бурта с целью отслеживания процесса при активном компостировании (в процессе перемешивания, принудительной аэрации). Считывание датчиков измерения температуры (4), каждый из которых заключен в корпус с тремя выводами, и прием данных контроллером-логгером (7) происходит по протоколу 1-wire через гибкий электрический провод (8). Результаты измерения температур обрабатываются и отображаются на графическом дисплее (10) в режиме реального времени. При нажатии кнопки (12) текущие показания сохраняются на съемный носитель информации.
Пример осуществления.
Проведено измерение вертикального профиля температур в буртах при компостировании органических отходов (избыточного активного ила), расположенных на территории производственной деятельности ООО «Городские очистные сооружения», г. Томск. Измерения проводили на 10-е сутки от начала компостирования. Размеры буртов (д/ш/в) 3/3/2 м.
Устройство для измерения вертикального профиля температур в буртах при компостировании органических отходов, представляющее собой прямой стержень, изготовленный из коррозионно-стойкого материала с низкой тепловодностью - поликарбоната, состоящий из последовательно расположенных полых цилиндрических сегментов: первый длиной 350 мм (1), второй длиной 350 мм (2), третий длиной 300 мм (3). В концы каждого из сегментов (1, 2, 3) вставлены концы цилиндрических соединительных втулок (4), имеющие меньший диаметр, изготовленных из материала с высокой теплопроводностью - алюминия. Непосредственно в нижней части на свободный конец соединительной втулки (4) насажен алюминиевый конусообразный наконечник (5), служащий для утяжеления и придания заостренной формы. Непосредственно в верхней части на свободный конец соединительной втулки (4) насажен корпус держателя (6), выполненный из поликарбоната, имеющий разъем для подключения к контроллеру-логгеру (7). Внутри каждой соединительной втулки (4) выполнен полый продольный канал, через который проходит гибкий электрический провод (8), от которого в центральной части внутренних продольных каналов соединительных втулок (4) отходят датчики измерения температуры (9), каждый из которых заключен в корпус с тремя выводами, имеющие уникальный цифровой код и сообщающиеся по протоколу  1-wire с контроллером-логгером (7). Контроллер-логгер (7) обеспечивает электрическое питание датчиков измерения температуры (9), считывание, хранение, обработку и отображения данных на графическом дисплее (10) в режиме реального времени, оснащен тумблером питания (11) и кнопкой (12) сохранения показаний измерения температур на съемный носитель типа SD. Измерение профиля температур начинается сразу после включения при помощи тумблера питания (11) контроллера-логгера (7). Датчики измерения температуры (9) измеряют температуру одновременно на поверхности бурта; на глубине бурта 350 мм в зоне максимальных температур при пассивном компостировании; на глубине бурта 750 мм и на глубине бурта 1050 мм внутри бурта с целью отслеживания процесса при активном компостировании (в процессе перемешивания, принудительной аэрации). Результаты измерения температур отображаются на графическом дисплее (10) в режиме реального времени. При нажатии кнопки (12) текущие показания сохраняются на съемный носитель информации типа SD. Устройство для измерения вертикального профиля температур в буртах при компостировании органических отходов, удерживали за корпус держателя (6) и помещали вертикально в компостные бурты, в которых оно фиксировалось за счет плотности компоста, таким образом, что непосредственно в верхней части соединительная втулка (4) располагалась на нулевом уровне бурта. Проведены троекратные измерения в бурте без принудительной аэрации; в бурте с аэрацией; в бурте с микробным биопрепаратом и с аэрацией. Результаты измерений приведены в таблицах 1-3.
Таблица 1 - Результат троекратного измерения вертикального профиля температур в бурте №1 (бурт без принудительной аэрации)
№ измерения
Показания датчиков измерения температуры, 0С
нулевой уровень (поверхность бурта)
350 мм
750 мм
1050 мм
1
27
40
34
21
2
25
41
27
23
3
25
35
25
22
Средняя температура
26
39
29
22
Таблица 2 - Результат троекратного измерения вертикального профиля температур в бурте №2 (бурт с принудительной аэрацией)
№ измерения
Показания датчиков измерения температуры, °С
нулевой уровень (поверхность бурта)
350 мм
750 мм
1050 мм
1
27
42
54
46
2
30
46
51
50
3
29
51
57
63
Средняя температура
29
46
54
53
Таблица 3 - Результат троекратного измерения вертикального профиля температур в бурте №3 (бурт с микробным биопрепаратом и с принудительной аэрацией)
№ измерения
Показания датчиков измерения температуры, °С
нулевой уровень (поверхность бурта)
350 мм
750 мм
1050 мм
1
29
61
69
64
2
31
56
67
65
3
36
67
63
68
Средняя температура
32
61
66
66
Список используемых источников:
1. CN207894540. IPC C05F-017/02, G01K-013/10. A thermoprobe for compost monitoring system. Current assignees Hospital Of Hefei Institutes Of Physical Science. Priority data including date 2017CN-U1728257 12.12.2017.
2. CN204373812U. IPC G01K-013/10. Temperature sensing device for detecting temperature change rate of compost. Current assignees Shandong Agricultural University. Application number  2014CN-U822309. Date  2014-12-23.
3. CN207007380U. IPC G01K-013/10. Organic fertilizer temperature -detecting device. Current assignees Gansu Lao Nongtou Fertilizer Industry Development. Priority data including date 2017CN-U998095 2017-08-10.
4. National Engineering Handbook. Part 637. Chapter 2. Composting. Washington, D.C.: U.S., 2010. P. 97.