料塔输料管输出量监测装置论文和设计-霍华德·唐

全文摘要

本实用新型公开了一种料塔输料管输出量监测装置，输料管的一端位于料塔下部的出料口下方，输料管内设有推料部件，料塔输料管输出量监测装置包括固定安装架、第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器、第二超声波接收器、电感式接近开关、参考材料和控制箱，第一超声波发射器、第一超声波接收器、电感式接近开关和第二超声波发射器分别安装于输料管的外壁，参考材料安装于第二超声波发射器与第二超声波接收器之间并相互紧密接触连接。本实用新型能够精确、实时地测量出输料管内输出物料的体积和重量；本监测装置架设简单、测量精度高、测量速度快、制造和实施成本低，可同时满足及时、准确、低成本的三重标准。

主设计要求

1.一种料塔输料管输出量监测装置，输料管的一端位于所述料塔下部的出料口下方，输料管内设有用于旋转送料的推料部件，其特征在于：所述料塔输料管输出量监测装置包括固定安装架、第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器、第二超声波接收器、电感式接近开关、参考材料和控制箱，所述固定安装架安装于所述输料管的外壁，用于发出第一超声波信号的所述第一超声波发射器、用于接收第一超声波信号反射信号的所述第一超声波接收器、用于感应所述输料管内的推料部件金属边缘的所述电感式接近开关和用于发射第二超声波信号的所述第二超声波发射器分别安装于所述输料管的外壁，所述第一超声波发射器的发射面和所述第一超声波接收器的接收面分别紧贴所述输料管的外壁，所述第一超声波发射器的发射方向、所述第一超声波接收器的接收方向和所述电感式接近开关的探测方向均与所述输料管的中心轴线相互垂直且正对所述输料管的中心轴线，所述参考材料安装于所述第二超声波发射器与用于接收第二超声波信号的所述第二超声波接收器之间并相互紧密接触连接；所述控制箱安装于所述固定安装架上，所述控制箱内设有中央处理器、时钟电路和无线通讯电路，所述电感式接近开关的信号输出端、所述第一超声波接收器的信号输出端、所述第二超声波接收器的信号输出端和所述时钟电路的信号输出端分别与所述中央处理器的信号输入端对应连接，所述中央处理器的控制输出端分别与所述第一超声波发射器的控制输入端和所述第二超声波发射器的控制输入端连接，所述中央处理器的远程通信端与所述无线通讯电路的本地通信端连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的料塔输料管输出量监测装置，其特征在于：所述固定安装架为一端开口、一端封闭的圆筒且其开口端与所述输料管连接，所述圆筒的内径与所述输料管的内径相同，所述控制箱安装于所述圆筒的闭口端内壁上，所述第一超声波发射器、所述第一超声波接收器、所述第二超声波发射器、所述第二超声波接收器、所述电感式接近开关和所述参考材料均置于所述圆筒内。

3.根据权利要求1或2所述的料塔输料管输出量监测装置，其特征在于：所述参考材料为已知密度的固态材料，所述参考材料的一侧安装于所述第二超声波发射器的发射面，所述第二超声波接收器的接收面安装在所述参考材料的另一侧，所述第二超声波发射器的发射方向和所述第二超声波接收器的接收方向正对且均与所述输料管的中心轴线相互垂直。

4.根据权利要求1或2所述的料塔输料管输出量监测装置，其特征在于：所述控制箱内还设有与所述中央处理器的温湿度信号输入端连接的温湿度传感器。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种料塔物料监测系统，尤其涉及一种能够实时、动态监测料塔物输料管输出量的料塔输料管输出量监测装置。

背景技术

料塔是专门用于临时储存物料的大中型容器，常与用于将物料输送到其它位置的输料设备配合使用。传统料塔物料的监测设备较少，难以精确、实时的物料余料和输出量监测，从而难以实现精细化物料管理，难以满足现代化产业的高速发展需求。

比如，在畜牧养殖业中，肉类消费比例逐年提高，这一趋势也推动着畜牧养殖业从散户养殖模式向着大规模化养殖模式转变。在规模化养殖产业中，以生猪养殖为例，其饲料环节的成本占总成本的60％左右，因此迫切需要精细化的饲料管理。在养殖产业，料塔用于临时储存饲料；饲料输送系统用于将饲料输出并送到其它位置，包括输料管和安装于输料管内的推料部件(比如螺杆、绞龙等)及推料部件驱动电机。料塔与饲料输送系统配合应用构成饲料管理系统，对饲料的监测包括对料塔内饲料余量的监测和对物料输出量的监测，其中对物料输出量的监测目前还比较落后。

现有对物料输出量的监测方式中，先进的工作方式为内嵌减量秤结构与外接称重系统两张形式，即通过在料塔内部建立一个称量系统的方式或者将料塔输出的物料导入到外接称量系统的方式监测料塔输出物料的重量。上述第一种占用了料塔内的大量容积，降低了料塔原本作为储存设备的储存能力且结构复杂，改装难度大。上述第二种方式即外接称重设备的方式安装复杂，需要额外安装另一条输料系统以将物料导入称重设备中，并对输料系统有一定要求。

现在还没有对输料管输出量进行监测以实现物料输出量监测的方式。

综上，传统的物料输出量的监测技术无法同时满足及时、准确、低成本这三重标准。由于缺乏准确的物料输出量数据，养殖场只能通过主观经验进行判断，因此可能会出现送料超量等饲料管理方面的缺陷；而且传统称重方式技术繁琐、成本高昂，且难以移植到旧有的料塔上。另外，饲料数据和料肉比等养殖关键数据相关，由于缺乏高频精确的物料输出量数据，养殖场无法全程追踪料肉比信息；在信息缺失的情况下，新型饲料研发陷入停滞，精细化养殖沦为一句空话，从而限制了整个畜牧养殖业的现代化发展。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够实时、动态监测料塔物输料管输出量的料塔输料管输出量监测装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种料塔输料管输出量监测装置，输料管的一端位于所述料塔下部的出料口下方，输料管内设有用于旋转送料的推料部件，所述料塔输料管输出量监测装置包括固定安装架、第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器、第二超声波接收器、电感式接近开关、参考材料和控制箱，所述固定安装架安装于所述输料管的外壁，用于发出第一超声波信号的所述第一超声波发射器、用于接收第一超声波信号反射信号的所述第一超声波接收器、用于感应所述输料管内的推料部件金属边缘的所述电感式接近开关和用于发射第二超声波信号的所述第二超声波发射器分别安装于所述输料管的外壁，所述第一超声波发射器的发射面和所述第一超声波接收器的接收面分别紧贴所述输料管的外壁，所述第一超声波发射器的发射方向、所述第一超声波接收器的接收方向和所述电感式接近开关的探测方向均与所述输料管的中心轴线相互垂直且正对所述输料管的中心轴线，所述参考材料安装于所述第二超声波发射器与用于接收第二超声波信号的所述第二超声波接收器之间并相互紧密接触连接；所述控制箱安装于所述固定安装架上，所述控制箱内设有中央处理器、时钟电路和无线通讯电路，所述电感式接近开关的信号输出端、所述第一超声波接收器的信号输出端、所述第二超声波接收器的信号输出端和所述时钟电路的信号输出端分别与所述中央处理器的信号输入端对应连接，所述中央处理器的控制输出端分别与所述第一超声波发射器的控制输入端和所述第二超声波发射器的控制输入端连接，所述中央处理器的远程通信端与所述无线通讯电路的本地通信端连接。

上述结构中，固定安装架用于作为安装基础；第二超声波发射器、第二超声波接收器和参考材料相互配合实现脉冲超声波在参考材料中的定时、定向传输；第一超声波发射器和第一超声波接收器相互配合，实现对脉冲超声波穿过输料管内物料并返回的时间检测，与第二超声波发射器、第二超声波接收器的相应数据结合能够计算物料的密度；电感式接近开关用于检测输料管内推料部件的金属边缘的金属信号，从而检测出推料部件的旋转圈数，根据推料部件的尺寸和转速可以计算输出物料的体积，从而能够与物料密度配合计算输出物料的重量；控制箱作为集中电控箱，用于通过电感式接近开关检测螺杆旋转圈数，通过对各超声波仪器和时钟电路的信息采集和控制，实现相应的计算处理，同时通过无线通信电路实现远程通讯；电感式接近开关的安装方式可以先锯开输料管，随后合并固定分开的两段料管，也可选用其它安装方式如焊接等。上述各部件本身均为现有技术的常规产品，本实用新型的重点是整合各部件通过特别的连接方式实现特别的技术效果。

作为优选，为了进一步提高检测精度，所述固定安装架为一端开口、一端封闭的圆筒且其开口端与所述输料管连接，所述圆筒的内径与所述输料管的内径相同，所述控制箱安装于所述圆筒的闭口端内壁上，所述第一超声波发射器、所述第一超声波接收器、所述第二超声波发射器、所述第二超声波接收器、所述电感式接近开关和所述参考材料均置于所述圆筒内。

作为优选，为了便于安装部件，所述参考材料为已知密度的固态材料，所述参考材料的一侧安装于所述第二超声波发射器的发射面，所述第二超声波接收器的接收面安装在所述参考材料的另一侧，所述第二超声波发射器的发射方向和所述第二超声波接收器的接收方向正对且均与所述输料管的中心轴线相互垂直。

进一步，为了避免温湿度环境对检测造成较大影响，所述控制箱内还设有与所述中央处理器的温湿度信号输入端连接的温湿度传感器。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过在输料管上安装基于超声波的电子式密度测量设备、接近计数设备以及计算设备，无论运输系统的转速快慢是多少，都能够精确、实时地测量出输料管内输出物料的体积和重量，而且能够实现远程控制和监测；通过温湿度传感器，饲料的状态如温湿度信息能够被完整反馈；另外，通过本实用新型还能够将自动收集的输出量、测量时间记录自动上传到云端服务器，便于现代化精准管理；本实用新型所述料塔输料管输出量监测装置架设简单、测量精度高、测量速度快、制造和实施成本低，可同时满足及时、准确、低成本的三重标准，可以在养殖场推广使用，便于养殖场全程追踪料肉比信息，促进新型饲料研发进度和精细化养殖，推动整个养殖业的现代化发展。

附图说明

图1是本实用新型所述料塔输料管输出量监测装置安装于料塔上的主视结构示意图，图中示出了料塔内部结构；

图2是本实用新型所述料塔输料管输出量监测装置的主视结构示意图，图中示出了部分内部结构。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1和图2所示，本实用新型涉及的输料管7的一端位于料塔4下部的出料口6的下方，输料管7内设有用于旋转送料的推料部件71，本实用新型所述料塔输料管输出量监测装置2包括固定安装架20、第一超声波发射器27、第一超声波接收器26、第二超声波发射器23、第二超声波接收器21、电感式接近开关25、参考材料22和控制箱24，固定安装架20为一端开口、一端封闭的圆筒且其开口端与输料管7的外壁连接，该圆筒的内径与输料管7的内径相同，用于发出第一超声波信号的第一超声波发射器27、用于接收第一超声波信号反射信号的第一超声波接收器26、用于感应输料管7内的推料部件71的金属边缘的电感式接近开关25和用于发射第二超声波信号的第二超声波发射器23分别安装于输料管7的外壁，第一超声波发射器27的发射面和第一超声波接收器26的接收面分别紧贴输料管7的外壁，第一超声波发射器27的发射方向、第一超声波接收器26的接收方向和电感式接近开关25的探测方向均与输料管7的中心轴线相互垂直且正对输料管7的中心轴线，参考材料22为已知密度的固态材料，参考材料22的一侧安装于第二超声波发射器23的发射面，用于接收第二超声波信号的第二超声波接收器21的接收面安装在参考材料22的另一侧，参考材料22、第二超声波发射器23和第二超声波接收器21之间相互紧密接触连接，第二超声波发射器23的发射方向和第二超声波接收器21的接收方向正对且均与输料管7的中心轴线相互垂直；控制箱24安装于固定安装架20即圆筒的闭口端内壁上，第一超声波发射器27、第一超声波接收器26、第二超声波发射器23、第二超声波接收器21、电感式接近开关25和参考材料22均置于所述圆筒内，控制箱24内设有中央处理器、时钟电路、无线通讯电路和温湿度传感器(图中未示出，为常规电路结构)，电感式接近开关25的信号输出端、第一超声波接收器26的信号输出端、第二超声波接收器21的信号输出端和所述时钟电路的信号输出端分别与所述中央处理器的信号输入端对应连接，所述中央处理器的控制输出端分别与第一超声波发射器27的控制输入端和第二超声波发射器23的控制输入端连接，所述中央处理器的远程通信端与所述无线通讯电路的本地通信端连接，所述温湿度传感器的信号输出端与所述中央处理器的温湿度信号输入端连接。

图1中还示出了料塔4的安装支架5、料塔内物料余量监测装置1和用于驱动输料管7内推料部件71的驱动装置8，除料塔内物料余量监测装置1外均为常规结构，料塔内物料余量监测装置1可以采用常规结构，也可以采用新的监测结构，但与本实用新型的创新无关，不在本实用新型讨论。上述推料部件71可以为螺杆、绞龙等。

为了对本实用新型所述料塔输料管输出量监测装置的工作原理进行具体说明，下面结合本装置的优选监测方法进行详细描述，但下述方法不是唯一方法，也不是本实用新型保护对象。

结合图1和图2，本实用新型所述料塔输料管输出量监测装置采用的监测方法，包括以下步骤：

步骤1、外部信号唤醒设备(这是常规电路设置)，控制箱24启动，第二超声波发射器23发射脉冲超声波，与此同时，所述中央处理器通过所述时钟电路获得该脉冲超声波的发射时间，该脉冲超声波穿过参考材料22后被第二超声波接收器21接收并将信号发射给所述中央处理器，所述中央处理器对接收的信号进行处理，并从所述时钟电路获得接收时间，从而获得该脉冲超声波的发射与接收之间的时间间隔并记为T_{offset<\/sub>；}

步骤2、电感式接近开关25开始工作，并将信号传输给所述中央处理器，所述中央处理器检测到金属物体即推料部件71的金属边缘时，电感式接近开关25计数一次，同时所述中央处理器向所述第一超声波发射器发送启动信号；

步骤3、第一超声波发射器27发送在所述中央处理器控制下发射脉冲超声波，与此同时，所述中央处理器通过所述时钟电路获得该脉冲超声波的发射时间，该脉冲超声波被输料管7的外壁反射后形成第一次回波并被第一超声波接收器26接收，所述中央处理器对接收的该第一次回波信号进行处理，并从所述时钟电路获得接收时间并记为T_1，接着所述第一超声波接收器26接收到输料管7的对侧内壁反射的二次反射回波，所述中央处理器对接收的第二次超声波回波信号进行处理，并从所述时钟电路获得接收时间并记为T_2，从而后的两次回波之间的时间间隔并记为T，T为T_2与T_1的差值；

步骤4、当所述中央处理器通过电感式接近开关25再此检测到金属物体即推料部件71的金属边缘时，电感式接近开关25计数一次，同时所述中央处理器向第一超声波发射器27发送关闭信号，然后重复步骤2-步骤4；

步骤5、以时间间隔T_{offset<\/sub>为参考，这一时间间隔对应参考材料22的厚底是已知的，参考材料22的密度是已知的，时间间隔T与时间间隔T_{offset<\/sub>之比等于物料的密度与参考材料22的密度之比，从而能够计算得到物料的密度；同时，推料部件71每转动一圈运输的物料体积相同，通过试运行阶段大量的试验能够得到推料部件71每转动一圈运输的物料体积，根据该体积与物料的密度，从而能够计算得到输出物料的实时输出重量；本步骤中，可以利用控制箱24内的温湿度传感器获得的温湿度信息为数据计算提供常规性误差补偿。}}

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

设计图

料塔输料管输出量监测装置论文和设计

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