專利名稱：谷物品質等級分析儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種谷物品質等級檢測裝置，尤其是用于玉米、小麥等谷物進出口岸、儲運、收購、商檢及加工部門水分、容重的檢測和品質等級判定。
背景技術：
谷物定等檢驗是以質定價、扣價扣量和增價增量的基礎，直接關系到貿易雙方的經濟利益。中華人民共和國國家標準—玉米GB1353-1999中將純糧率定等改為容重定等。將水分指標統一為不超過14.0％，增加不完善粒指標，定為不超過5.0％。目前除水分、容重等部分指標可采用儀器檢驗外，其余指標如不完善粒、雜質等采用感官檢驗。
目前谷物水分檢測普遍采用的電阻和電容2種方法，電阻法對稻谷、小麥等小顆粒物料的水分的檢測適應性較好，而電容法對各種谷物無論顆粒大小適應性較好，水分的測量必須進行溫度補償。電阻和電容法在主要水分測量區的測量可以滿足實際應用的要求，在高水分區的誤差較大。
谷物容重檢測普遍采用氣錘式容重器。如HGT-1000型容重器適用于小顆粒糧食的檢測定等(如小麥類)，HGT-1000A容重器適用于顆粒糧食的檢測定等(如直徑為40mm的斗門孔徑的谷物筒可檢測豆類、玉米類糧食的定等。用直徑為30mm斗門孔徑的谷物筒可檢測小麥類糧食的定等)。通常所使用的水分計和容重器是兩個獨立的儀器，成本比較高；操作程序繁瑣；工作效率低；測量精度較低；重復性差；誤差比較大。
谷物的品質等級均在水分、容重單項測量的基礎上，由操作人員根據國家標準GB1353、GB1351進行判定。目前存在測量誤差大、操作繁雜等缺點。

發明內容
本發明的目的解決現有技術的缺陷，提供一種結構簡單、工作可靠、省時省力、成本低、精度高的谷物水分、容重測量和品質等級判定的裝置；適用于玉米、小麥等谷物進出口岸、儲運、收購、商檢及加工部門水分、容重的檢測和品質等級判定，包括水分傳感單元、稱重單元、容積計量單元、振動輸送單元、料斗、外殼、計算機數據處理單元等。其特征是采用微型振動輸送裝置將待測物料均勻送入容積計量單元，根據進入容積計量單元谷物的實測容重和水分確定谷物的品質等級。
工作時，首先將待測物料裝入料斗，通過料斗后壁內側的叉指電容極板傳感物料的水分和溫度，測量結果通過總線傳輸到計算機數據處理單元；然后，微振動器工作使料槽產生共振，料斗中的物料從料槽和接料盤均勻落入容量杯中，待物料裝滿容量杯后，關閉電源開關，將插板插入接料盤下邊的插槽中，然后輕輕將接料盤、插板以及盤中多余的物料拿走；待電子秤平穩后，從電子稱數碼顯示器上讀取被測物料的質量和容重，同時將質量的測量結果通過總線傳輸到計算機數據處理單元；最后，計算機數據處理單元根據國家標準GB1353、GB1351，在水分、溫度、容重等信息的基礎上，判定出谷物的等級。
依照中華人民共和國國家標準GB1353-1999玉米來確定和劃分等級。水分≤14.0％，雜質≤1.0％，不完善粒≤5.0％(其中生霉粒≤2.0％)，色澤、氣味正常。當W0≥710g/L時為一等；W0≥685g/L時為二等；W0≥660g/L時為三等；W0＜660g/L時為等外。
A.試樣溫度在0℃(含)以下時，對水分含量在23.0％(含)以下的玉米的實際容重為實測容重。
B.試樣溫度在0℃以上時，水分含量在18.0％～23.0％之間的玉米的實際容重為實測容重加上增補容重。增補容重以18.0％(含)水分含量為基礎，水分含量每增加1個百分點，容重增補5g/L計算。
依照中華人民共和國國家標準GB1351-1999小麥來確定和劃分等級。水分≤12.5％，雜質≤1.0％(其中礦物質≤0.5％)，色澤、氣味正常。當不完善粒≤6.0％，W0≥790g/L時為一等；不完善粒≤6.0％，W0≥770g/L時為二等；不完善粒≤6.0％，W0≥750g/L時為三等；不完善粒≤8.0％，W0≥730g/L時為四等；不完善粒≤10.0％，W0≥710g/L時為五等；W0＜710g/L時為等外。
圖2為定等系統結構示意圖，外殼(15)，銷軸(10)是用來固定料斗的，兩邊各1個。料斗角度微調板(12)用調節螺母(11)與外殼(15)固定。懸掛螺釘(14)是用來固定料槽(7)的，每側各有2個。微振動器(6)固定在彈性板(5)上，彈性板(5)與料槽(7)固定在一起。當振動器振動時，料槽隨著振動，起到輸送的目的。容重的測量是打開電子秤(1)的電源開關，等系統穩定后，將容量杯(2)放在電子秤上，并置零。在料斗(13)中裝入(約1.4Kg)糧食，打開清料插板(3)，松動蝶形調節螺母(8)，調節流量調節板(9)、料斗(13)與料槽(7)之間的間隙。打開振動器電源開關(16)，在微振動器(6)的振動作用下，糧食均勻地從流量調節板(9)、料斗(13)與料槽(7)之間的間隙通過，并下落到了糧食接料盤(4)，最后到達容量杯(2)。當容量杯的糧食裝滿后，關閉振動器電源開關(16)停止振動，用流量調節板(9)關閉出糧口。將清料插板插入接料盤下邊的豁口槽中，刮除多余的糧食，移走接料盤，電子秤穩定后，將數據通過RS-232傳到計算機，從而計算出被測糧食的容重。
本發明的有益效果本發明產品在多家糧庫進行了推廣應用。應用表明該發明提供的定等系統結構單、操作簡單、使用方便、測量精度高、抗干擾能力強。
1、本發明將谷物水分、溫度、容重檢測和谷物品質等級判定容為一體，提高了檢測效率和檢測精度。
2、本發明的水分檢測采取了溫度補償措施，避免了因溫度變化而帶來的測量誤差。
3、傳感器的采用了現場總線技術，增加系統工作的穩定性、信號傳輸距離。
4、本發明采用了振動送料方式，使進入容積計量杯的谷物緊密度程度均勻一致，提高了測量的準確性、客觀性、公正性和可比性。
5、本發明的適應性好，針對不同的糧食品種，可一機多用，可同時測量玉米、小麥等多種谷物產品的容重、水分。
6、本發明的容重檢測，由于使用容量杯進行容積計量，克服了現有容重儀的檢測誤差大、重復性差等缺點，具有檢測精度高、穩定性好等優點。
四

圖1是本發明谷物品質等級分析儀的正視圖；圖2是本發明谷物品質等級分析儀的右視圖；圖3是料斗正視圖(局部剖)；圖4是料斗右視圖(局部剖)；圖5是叉指電容極板圖；圖6是流量調節板的正視圖和左視圖；圖7是料斗角度微調板的右視圖(剖)；圖8是接料盤組合的正視圖和俯視圖；圖9是清料插板的正視圖和左視圖；圖10是外殼的右視圖和正視圖；圖11是水分檢測線路圖。
圖12系統工作軟件的界面1.電子稱；2.容量杯；3.清料插板；4.接料盤；5.彈性板；6.微振動器；7.料槽；8.蝶形調節螺母；9.流量調節板；10.銷軸；11.調節螺帽；12.料斗角度微調板；13.料斗；14.懸掛螺釘；15.外殼；16.電源開關；17.電容極板固定孔；18.溫度傳感器；19.叉指電容極板；20.上絕緣板；21.下絕緣板；22.導向螺釘。
U1.單片機系統；U2.阻容脈沖轉換電路(NE556)；U3.“看門狗”電路MAX813L；U4.RS-485通信接口；U5，及穩壓電源7805；五具體實施方式
實施例1如圖1、圖2，本發明提供一種適用于谷物品質等級檢測裝置，包括水分傳感單元、稱重單元、容積計量單元、振動輸送單元、料斗(13)、外殼(15)、計算機數據處理單元等。其特征是采用微型振動輸送裝置將待測物料均勻送入容積計量單元，根據進入容積計量單元谷物的實測容重和水分確定谷物的品質等級。
如圖1、圖2，本發明的振動輸送單元由料斗(13)、料槽(7)、彈性板(5)、微振動器(6)、流量調節板(9)等組成。彈性板(5)的一端固定在料槽(6)的底面上并與水平面成一定角度。料斗(13)和料槽(7)之間通過橫向懸掛螺釘(14)連接，保持一定的自由度。
如圖1、圖2，本發明的容積計量單元由容量杯(2)、接料盤(4)、清料插板(3)等組成。容量杯(2)口小底大的三角形容量器具，接料盤(4)保證待測物料進入容量杯(2)時不散落，接料盤(4)通過其上的突肩可放置在容量杯(2)的口上，在此突肩略上部有一長槽孔，通過清料插板(3)插入長槽孔，將進入容量杯(2)口部的多余物料分開并清除。
如圖1、圖2，本發明的稱重單元由電子稱(1)組成，容重的計量通過1升與容量杯(2)體積的比例系數與進入容量杯(2)中物料的重量相乘計算得到，實測重量和容重通過電子稱上數碼管顯示裝置分別顯示，并通過串行總線發送到計算機數據處理單元。
如圖3和圖4，本發明所采用的料斗(13)，用于暫存待測物料。料斗(13)前裝有流量調節板(9)和蝶形調節螺母(8)，用于調節物料進入容量杯(2)的速度。參照圖1、圖2、圖5和圖8，料斗(13)后裝有料斗角度微調板(12)，與其非固定連接，可沿外殼(15)后部的長槽上下調整，使料斗的水平角度圍繞銷軸(10)調整。料斗(13)中有殘存物料時，可直接板動料斗(13)圍繞銷軸(10)轉動而倒出。
如圖3和圖4本發明的水分傳感單元由溫度傳感器(18)、叉指型電容極板(19)、上絕緣板(20)、下絕緣板(21)、單片機檢測線路等組成，叉指型電容極板(19)、上絕緣板(20)和下絕緣板(21)安裝在料斗(13)后壁內側。谷物的水分是通過叉指型電容極板(19)傳感的，并通過如圖11所示的單片機系統轉化為數字信號，連通溫度檢測結果發送給計算機數據處理單元。
圖6為發明所采用接料盤(4)。參照圖1、圖2、圖6和圖7，通過其上的突肩可放置在容量杯(2)的口上，在此突肩略上開有一長槽孔，通過插入清料插板(3)將進入容量杯(2)口部的多余物料分開并清除。
如圖11是本發明水分傳感單元的水分和溫度單片機檢測線路。電路是由單片機系統(U1)、阻容脈沖轉換電路(NE556)(U2)、“看門狗”電路MAX813L(U3)、RS-485通信接口(U4)及穩壓電源7805(U5)組成。單片機采用89C2051，NE556雙時基電路是一種將模擬功能和邏輯功能結合在同一芯片上的組合集成電路，將NE556雙時基電路作為RC振蕩電路有較高的精度和穩定性。該電路能將傳感器的待測電容量變為頻率方波信號，且線路結構簡單，受電源等外界因素影響小；在微機測控系統中，電源的接通和關斷、瞬時的電源電壓不穩是造成系統死機、數據丟失和誤動作的主要原因。為了提高系統的可靠性，在電路中加入了“看門狗”電路，使系統受到強干擾時能自動恢復其狀態；通信接口芯片選用SN65LBC184，該芯片具有瞬間高壓抑制功能，能抗雷擊和靜電放電，避免因交流故障引起的非正常高壓脈沖沖擊，能適宜惡劣環境等特點。RS-485總線是廣泛運用于過程測控系統的總線，采用平衡差分信號線的半雙工傳送方式，該方式在多站點互連方面使用十分方便。該通信方式還具有抗干擾能力強、接收靈敏度高的特點，因此在設計傳感器時采用了RS-485通信接口；7805穩壓電源可輸出穩定的+5V電壓給傳感器供電。當被測糧食貼近傳感器極板表面時，則改變了工作區間的介電常數，從而改變了電容量，就能夠檢測出被測糧食的含水量。溫度傳感器DS18B20(7)是利用溫敏振蕩器的頻率隨溫度變化的關系，通過對振蕩周期的傳感器數來實現溫度測量的。電容和溫度信號直接由電路板上的單片機系統進行數字化，并通過RS-485總線發送給計算機數據處理單元(上位機)。
本發明所采用的計算機數據處理單元(上位機)可以是工業控制微機和PC微機，通過串行口接受水分、溫度和容重的信息，按照GB1353、GB1351等國家標準對谷物的品質進行判定。
如圖12系統工作軟件的界面。①區為端口選擇及存儲路徑，即根據水分傳感單元和電子秤所連接的串行端口，選擇相應的端口(COM1、COM2)，數據存儲的路徑；②區為系數設定欄，包括水分傳感器的號碼，水分公式修正(系數)，公式系數，靈敏度，微調；采樣時間(采樣周期)，谷物的雜質、不完善粒，停止運行按鈕；容重系數，容重修正系數1，容重修正系數1；③區包括當前日期和時間，重量、容重、水分、溫度、谷物等級的實時顯示，當電子秤(1)的重量通過RS-232傳到計算機后在重量框中顯示，容重也會相應顯示，前提是在設定好容重系數后。水分傳感把測到的數據通過RS-485傳給計算機，在水分框顯示當前水分。溫度傳感器把測到的溫度通過RS-485傳給計算機，在溫度框顯示當前溫度。谷物等級是在容重和水分得到后根據GB1353、GB1351的規定劃分的，在糧食等級框中顯示。
④區為容重、水分實時采集的波形圖。從中可以觀察到容重、水分的變化曲線。
本發明的使用
1)準備工作將電子稱(1)、水分傳感單元與計算機數據處理單元(微機)通過串行接口線連接，打開工作軟件界面；將電子稱(1)中心和料槽(7)的落口的相對位置調正；電子稱(1)的四角調平；通過料斗角度微調板(12)將料槽(7)調水平；通過流量調節板(9)關閉料斗出口。
2)工作軟件界面的初始化在①區為水分傳感單元和電子秤分別選擇相應的端口(COM1或COM2)，選擇數據文件存儲的路徑；在②區把水分傳感器的號碼，水分公式修正(系數)，公式系數，靈敏度，微調；采樣時間(采樣周期)，谷物的雜質、不完善粒；容重系數，容重修正系數1，容重修正系數1分別設置相應的初值。
3)加料取適量的待測物料倒入料斗(13)，加料高度沒過電容極板；等系統穩定后，鼠標左鍵單擊工作界面③區上的“OK”軟鍵，完成對水分的測量和傳輸。
4)振動送料根據待測物料的種類將料斗(13)的流量調節板(9)上下調節到適當位置，打開外殼左側的電源開關(16)，微振動器(6)振動使料槽(7)產生共振，使料斗(13)中的物料從料槽(7)和接料盤(4)均勻落入容量杯(2)中，待物料裝滿容量杯(2)后，關閉電源開關(16)，將清料插板(3)插入接料盤(4)下邊的豁口槽中，然后輕輕將接料盤、插板以及盤中多余的物料拿走。
5)讀取結果待電子秤平穩后，從電子稱(1)的數碼顯示器上可以直接讀出被測物料的質量和容重；在系統工作軟件的界面上的③區可分別讀出待測谷物的水分、容重、等級和溫度。
6)重復3)～5)三次，取三次測量的平均值為最終結果。
權利要求
1.一種適用于谷物品質等級檢測裝置，包括水分檢測單元、稱重單元、容積計量單元、振動輸送單元、料斗(13)、外殼(15)、計算機數據處理單元等。其特征是采用微型振動輸送裝置將待測物料均勻送入容積計量單元，根據進入容積計量單元谷物的實測容重和水分確定谷物的品質等級。
2.根據權利要求1所要求的谷物品質等級檢測裝置，其特征是水分檢測單元由溫度傳感器(18)、叉指型電容極板(19)、上絕緣板(20)、下絕緣板(21)、單片機檢測線路等組成，叉指型電容極板(19)、上絕緣板(20)和下絕緣板(21)安裝在料斗(13)后壁內側。
3.根據權利要求1所要求的谷物品質等級檢測裝置，其特征是容積計量單元由容量杯(2)、接料盤(4)、插板(3)等組成。容量杯(2)口小底大的三角形容量器具，接料盤(4)保證待測物料進入容量杯(2)時不散落，插板(3)通過插入接料盤(4)下部的插槽將進入容量杯(2)口部的多余的物料清除，保證每次測量進入容量杯(2)的物料體積相同。
4.根據權利要求1所要求的谷物品質等級檢測裝置，其特征是振動輸送單元由料斗(13)、料槽(7)、彈性板(5)、微振動器(6)、流量調節板(9)等組成。彈性板(5)的一端固定在料槽(6)的底面上并與水平面成一定角度。料斗(13)和料槽(6)之間通過橫向懸掛螺釘(14)連接，保證一定的自由度。
5.根據權利要求1所要求的谷物品質等級檢測裝置，其特征是計算機數據處理單元與水分檢測單元、稱重單元、容積計量單元通過RS232/485串行總線進行數據通訊，計算機數據處理單元根據通訊得到的水分和容重信息按GB1353、GB1351等國家標準進行谷物品質等級的判定。
全文摘要
一種適用于谷物品質等級檢測裝置，尤其是用于玉米、小麥等谷物進出口岸、儲運、收購、商檢及加工部門水分、容重的檢測和品質等級判定，包括水分檢測單元、稱重單元、容積計量單元、振動輸送單元、料斗、外殼、計算機數據處理單元等。其特征是采用微型振動輸送裝置將待測物料均勻送入容積計量單元，根據進入容積計量單元谷物的實測容重和水分確定谷物的品質等級。工作時，首先將待測物料裝入料斗，通過料斗后壁內側的叉指電容極板傳感物料的水分和溫度，測量結果通過總線傳輸到計算機數據處理單元；然后，微振動器工作使料槽在振動激勵下產生共振，料斗中的物料從料槽和接料盤均勻落入容量杯中，待物料裝滿容量杯后，關閉電源開關，將插板插入接料盤下邊的插槽中，然后輕輕將接料盤、插板以及盤中多余的物料拿走；待電子秤平穩后，從電子稱數碼顯示器上讀取被測物料的質量和容重，同時將質量和容重的測量結果通過總線傳輸到計算機數據處理單元；最后，計算機數據處理單元根據國家標準GB1353、GB1351，在水分、溫度、容重等信息的基礎上判定出谷物的等級。本發明具有操作方便、測量精度高、穩定性好等優點。
文檔編號G01N27/22GK1896736SQ20061001695
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月20日 優先權日2006年6月20日
發明者吳文福, 張亞秋, 韓峰, 馬端安 申請人:長春吉大科學儀器設備有限公司