特别是在挤奶时测量奶物料流量的装置的制作方法

专利名称：特别是在挤奶时测量奶物料流量的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于特别是在挤奶时测量奶物料流的装置。本发明原则上适用于测定奶牛、绵羊、山羊、水牛、无峰驼、骆驼、单峰驼和其它产奶的哺乳动物的奶物料流量，下面以奶牛的奶为例对本发明加以说明。
此外，本发明还可用于其它应用领域，在所述应用领域中对含有泡沫或起泡的液体的量或物料流量的测量，例如对啤酒、柠檬水、果汁或其它类似的食品以及其它起泡或含有泡沫的诸如电镀液的工业液体的物料流量的测量起着重大作用。
为实现对挤奶过程的控制，最好了解实时的奶流量，以便对从刺激阶段到主挤奶阶段的过渡或取样时间点加以确定，或在挤奶过程中对其它参数进行适配调整。对此原则上讲并不需要很高的精度，但最好具有很高的精度。
牛奶量测量是很重要的，以便从中得出各头奶牛的产奶能力。通过在挤奶时对牛奶物料流量的积分得出出奶量。测量精度最好满足ICAR(国际畜牧业计量委员会)的要求，从而不必定期地对奶量进行单独的测量。ICAR颁发许可的要求与畜种和其它参数有关，通常要求很高。因此就奶牛而言，在挤奶量10kg以上时，在最大的标准偏差为2.5％时允许的测量误差最大值为2％，其中。但对产奶能力的基本评价或对挤奶过程的控制通常并不需要这种测定实时物料流量的精度。
对牛奶量或牛奶物料流量进行测量的优点在于，根据挤奶时出奶量变化曲线的变化或根据总出奶量的个别情况即可推断出牲畜的健康状况。
在进行牛奶流量测量时的一个棘手的问题在于，牛奶本身是一种剧烈发泡的液体。另外惯用的挤奶方法也会促使在挤奶时产生泡沫，这是因为在挤奶时通常要使空气周期地或连续地进入到奶收集件和/或挤奶杯内，以便将所挤出的牛奶输送走。在每个单位时间进入的空气量会有所变化，但通常约为8升/分钟，甚至更多。因此例如就奶牛而言，在主挤奶阶段时的奶牛的最大出奶量约为每分钟10或12升牛奶的情况下，有待输送的空气分量粗略地估算至少约为所挤的牛奶和进入的空气的总量的25％，特别是至少为40％，甚至为50％。而且所述分量在最大的出奶量阶段内就已经非常大了。在挤奶结束时由于出奶量的减少有待输送的空气的分量还会相应地进一步增大。另外还要添加由于挤奶杯橡胶与乳头之间的不密封造成的进入的空气分量。对所述空气分量同样经粗略的估算，例如为10升空气/分钟。因此有待输送的气液混合物中的大量空气将会导致形成大量的泡沫，此点将对流动中牛奶流量的测量造成困难。
由于受泡沫分量的影响不易于根据容积求出质量，因此采用容积测量方法测量出奶量的测量精度常常受到制约。液体中的空气分量并不是总是不变的，而且泡沫气泡的大小也并不总是相同的，而是取决于大量的因素。这些因素例如是牛奶温度、牛奶流量、牛奶软管的姿态和导向、挤奶工具类型、挤奶杯橡胶类型、奶输送软管的直径、挤奶设备的类型、挤奶时的真空度和挤奶节拍、漏气或空气进入、实时的乳房健康状况、例如由于乳汁分泌状态或奶牛品种等以及饲料种类和饲料量造成各头奶牛之间的差异。
在测量出奶量时的另一个问题是由于周期性的牛奶流造成的。与在很多其它应用中进行测量流量不同，在挤牛奶时将周期性地将牛奶挤出。挤奶杯的乳头空间将被周期地抽真空，从而牛奶流被大致按照脉动节拍从乳头内挤出。脉动节拍频率通常大约为每分钟30至90个循环之间，例如每分钟60个循环。就四个乳头和所有乳头的挤奶节拍相同的情况下，则以每分钟大约60个奶流脉动形成一个出奶流。例如在对一头奶牛的乳房的一半数量的乳头或对四个乳头进行不同的激励时，在脉动节拍频率为每分钟60个循环的情况下，出奶流的高频分量可增大到每分钟大约240个节拍。通常牛奶以滴落的方式被软管输送，以致将会交替地出现短期内牛奶流最大，短期内牛奶流最小的情况。在这种条件下很难测定实际的牛奶流量。
受这些因素的影响，由于在挤奶过程内，以及在不同的挤奶过程中一方面泡沫的种类和组成结构以及另一方面液相的组成结构和特性将有所变化，所以对出奶流或奶物料流量的测量是很困难的。由于挤奶时的例如脂肪分量有所变化，此点将导致牛奶的电导率以及光学特性发生变化，所以例如流体的电导率和泡沫相将会发生连续的变化。基于对这些参数的测量的测量方法的精度是很低的。
已知由替代通过对容积的测量实现对物料流量的测定的测量方法和测量装置，所述方法和装置对流体的浓度加以考虑。为此对流体的电阻、光阻或例如声阻进行测量。
EP 0 536 080 A2披露了一种牛奶流量测量装置，其中牛奶沿流动通道被导向，并对透射过牛奶的红外线进行测量和评价。根据瞬时透射过被牛奶穿流的通道的红外线的衰减或减弱得出瞬时穿流通道的牛奶流量。这种光学测量的缺点例如在于，用于测量的采用的光线将在小的和较大的气泡上被散射，因而在泡沫分量存在的情况下在采用透射测量或折射测量时仅能测到非常少的光线，因此将导致不正确的测量结果。
DE 37 37 607 A1披露了另一种用于测量牛奶流量的方法和装置。其中有多个上下设置的电极，以便利用电极测定在相应的高度水平上的液体泡沫混合物的电阻或导电率。在底部范围内对实时流过的液体的基准电导率进行测量。根据相应的高度值利用基准电导率计算出特定的电阻值的阶梯状的分布图形。在已知电阻分布图形的情况下，根据修正测量可以求出排出的液体的流速，从而根据阶梯状的分布图形可得出牛奶的流动的质量。由测量原理决定，必须为这种已知装置付出很大的机械和电子技术代价。
通过这种浓度分布图形或充注液位高度对起泡的流体的物料流量进行测量的另一个主要问题是，泡沫将汇聚在测量范围内并堵塞在该范围内，且不能将泡沫分量输送走。静止的泡沫会引起测量误差。
当例如在测量范围内存在有静止的泡沫，并且对两个电极之间的电阻或发送器和接收器之间的光阻或声学衰减等进行测量，以便测定孔板前的液位或浓度值图形时，则在每次测量时都一并考虑到泡沫分量。因此采用此方式测出的液位势必高于实际流动的流体的液位。因此利用该液位与校准值相关联势必会产生一个不正确的物料流量。根据本实例，由于由被节流的在本例中静止的泡沫分量导致的相邻的测量值比较大，因而测出的物料流量值大于实际流动的流体的流量值，。
当泡沫大量汇聚，以致静止的泡沫对流动的流体进行挤压并因此增大了流速时，将产生另一测量误差。因此所取的流速不再与在校准时的流速一致，从而对物料流量的测量势必具有误差。特别是在大部分自由流动横截面充满泡沫时，将会产生这种误差。
根据现有技术，为避免由静止的泡沫对测量液体的挤压而出现测量不精确的问题，已知在测量范围前设置有用于容纳大量泡沫的膨胀腔室。然而采取此措施并不能避免静止的泡沫的重量对流动的流体加速的影响。另外，为此安装的装置将扎用较大的结构容积。另外大的膨胀腔室将被充满泡沫。对泡沫膨胀腔室的清洗是很困难的。
基于上述原因，至少在大部分主挤奶阶段应避免泡沫分量在测量范围内的汇聚并避免静止的泡沫对液相的挤压，以便获得充分精确的测量结果。
因此本发明的目的在于，提出一种用于测定特别是起泡的液体的物料流量的装置，所述装置利用简单的机构即可避免至少在主挤奶阶段这些不利的影响。
本发明的目的通过具有权利要求1特征的用于测量特别是起泡的液体的物料流量的装置得以实现。有益的进一步设计是从属权利要求的主题本发明的装置适用于测定特别是起泡的液体的物料流量。本发明的装置适用于测定特别是在挤奶时牛奶的物料流量。该装置包括一个壳体，所述壳体具有至少一个入口和至少一个出口。设置有至少一个测量装置，所述测量装置具有至少一个用于测定物料流量的传感器。所述壳体的结构设计应使所述流体的泡沫分量与液体分量混合。为此所述入口基本相切地伸入到所述壳体的内腔室内。另外所述传感器前面的壳体段的轴线至少倾斜于垂线30°，并且在位于内部的所述传感器前面的壳体段基本旋转对称。特别是位于内部的段与轴线基本旋转对称。
本发明适于连续测量，并特别适用于在流动时进行测量。
通过流体的泡沫分量与液体分量的混合可以可靠地避免了在主挤奶阶段泡沫的严重汇聚。泡沫的混合促使基本上不存在对液面进行挤压的静止的泡沫。内部的传感器前面的至少基本旋转对称的结构的壳体段大大有助于泡沫的混合。
实现泡沫混合的这种设计具有非常明显的优点。一方面由于内部腔室的旋转对称的或基本旋转对称的设计仅将已经存在的泡沫混合，而且不会生成新的泡沫。另一方面，由于不利于形成脂肪酸，所以这种设计不会造成对牛奶的损伤。相反，当牛奶例如被碰撞在一个面上时，将会对牛奶的质量产生不利的影响，而且还会产生泡沫。
本发明的装置的另一显著的优点在于便于实现可靠的清洗，这是因为清洗液体通过入口相切地加入并且测量装置的内表面被可靠的润湿的缘故。另外，由于不需要采用移动的部件，因而本发明的装置便于消毒杀菌和维护。测量壳体的结构可以非常简单和尺寸很小。
另一优点是，利用本发明的装置可以在挤奶时对间歇流出的牛奶在流动中进行高精度的测量。本发明在很大程度上满足了脉动的牛奶流对装置的结构提出的高要求。
根据一种优选的进一步设计，壳体的结构设计应实现液体的螺旋状的流动。通过流体在入口处的旋转和螺旋状的移动可实现泡沫分量的充分的混合，其中通过在入口范围内产生的涡旋将泡沫冲走或输送走。已经存在的或新生成的泡沫被混合入液相中。而且其清洗效果也非常明显。
由于泡沫被输送走，因而本发明的该进一步设计克服了上述现有技术中存在的缺点。该装置便于实现可靠的工作。
对壳体的结构的设计优选使至少在入口范围内壳体内部基本被倒圆。
对壳体结构的设计最好使壳体至少在入口范围内倾斜于水平线。本发明意义上的“倾斜”系指与水平线存在夹角和与垂线存在夹角。优选该夹角在45°范围内。通过这种倾斜的设置泡沫分量被混合入液体内。
用于测量起泡的流体的，特别是牛奶的物料流量的装置的设计最好具有一个壳体和一个设置在壳体内的测量段，在所述测量段上设有至少一个入口和至少一个出口以及一个用于测定物料流量的测量装置。其中入口基本相切地伸入到壳体的内部，和壳体内部至少在入口的范围内基本被倒圆。根据这种设计，壳体至少在入口的范围内倾斜于水平线，从而实现泡沫分量与液体分量的混合。
根据所有前述设计的优选的进一步设计，壳体具有至少两个段，例如第一段和第二段，其中两个段相互成一夹角设置。该夹角最大约为90°，优选在10°至60°之间，夹角最好例如在45°范围内。
优选至少入口范围倾斜于水平线设置。在入口范围内的倾角最好在10°至60°之间。根据有益的进一步设计，该倾角最好为45°。
根据优选的进一步设计，在入口与出口之间的壳体中间段与水平线具有一实现自动排空的夹角。该夹角例如为2°至45°，特别是在2°至30°之间，优选在大约2°和大约15°之间。
优选至少一个壳体段的横截面是圆形或椭圆形的。特别是入口段的横截面优选为圆形，以便确保泡沫分量的可靠混合。
优选测量段的主要部分的内部横截面为椭圆形的或倒圆的，特别是基本为圆形的。同样出口段也具有这样的结构设计。而且外横截面也具有相应的结构设计。总体上壳体由一个或多个管状段构成。
壳体也可以在整体上基本为管状，而不是两个段相互具有一夹角。优选装置的设计应使装置或壳体在按规定安装时具有一与水平线的夹角。测量段倾斜度在2.5°至30°之间，优选倾斜度大约在5°至15°之间。这种设计便于对壳体获装置的加工、清洗和维护。
入口具有入口套管。根据优选的进一步设计，入口倾斜地伸入到壳体内。特别是入口倾斜于壳体的纵轴线设置，且不与流动方向垂直，而是在入口范围内与壳体纵轴线构成30°至90°的夹角。该夹角特别是例如为45°±15°。通过对入口套管的倾斜设置，在壳体在入口范围内同时倾斜的情况下，可以实现流体的特别有效的螺旋状的移动，这是因为流体以对应于壳体的纵轴线的夹角被导入的缘故。
其中优选流体在至少一个平面上被相切的导入。特别优选流体的导入应使流体流正切于壳体的内截面。对入口的设置和设计最好使有待检查的液体成螺旋状沿测量段流动。
根据优选的进一步设计，测量装置具有至少一个装置，所述装置是从一包括光学装置、电气装置、声学装置和磁装置组中选出的装置。也可以设有两个或多个不同的装置。
优选至少一个测量装置包括至少一个电气装置，该电气装置包括一个第一电极和至少一个第二电极、电气机构和评价装置。
第一电极特别是具有突伸出的空间的延伸，并且特别是细长形的。第一电极特别是垂直于流动方向具有很大的延伸。
第二电极优选同样也具有空间延伸，并且特别是细长形的，但也可以被设计成用于有待测量的流体的点电极或接触电极。
其中第一和第二电极优选设置在测量段的一个范围内并至少在测量段的部分高度上延伸。
优选利用电气机构可将一电气值，优选电压加在第一电极上。电气机构基本与第一电极并联。电气机构特别是与第一电极的两个相互背离的点连接，从而实现其与第一电极的并联。第一电极的两个相互背离的点特别是可以设置在两端，特别是设置在第一电极的两端。
优选第二电极通过评价装置与第一电极电气连接。其中评价装置优选电气设置在第一和第二电极之间。特别是评价装置的一端与第一电极电气连接并且另一端与评价装置电气连接。
测量时，采用电气装置不是分级地，而是连续地对流动的液体进行测量。因而可以实现高的测量精度。根据本发明测量的不是液位，而是总体的浓度图形。其中根据测量原理不需要分别针对每头乳牛进行校准。
由浓度图形推导出物料流量。其中优选采用校准值，其中对装置特有的影响加以考虑。例如其中要考虑在何种浓度图形的情况下产生何种流速。
电气装置优选以电位测量方式工作，其中进行电位测量。为此在一个电极上，例如在第一电极上加有一个电位，至少在电极的长度上的截面和材料特性是恒定不变的情况下，所述电位在电极的长度上几乎成线性递减。
测量时，第一电极被起泡的液体一直润湿到一定高度。所述润湿既包括被液相的润湿，也包括被可能存在的泡沫相的润湿。将一电位变化加在流体上，所述电位变化取决于润湿的高度和方式。
第二电极这时与第一电极间隔设置。在两个电极之间的起泡的液体共同构成一个电阻。由位于电极之间的液体共同构成电阻值。液体分量越多，电阻越小，在两个电极之间存在的泡沫分量的容积越大，电阻越大。电阻还取决于水平间隔。
优选壳体或测量段从入口或入口套管至测量平面具有小于测量段或通道的高度尺寸的长度。优选壳体的长度不得大于高度尺寸的五倍，特别优选的是，壳体的长度是高度尺寸的一倍至三倍。由于测量段较长，因而可以实现对流动的稳定并同时消除对促使产生涡流的影响，因而这种设计是特别有利的。因为否则将会出现部分泡沫汇聚在有待测量的流体上面并作为静止的泡沫导致测量结果错误。本发明预想不到地表明，较短的壳体或较短的测量段是非常有利的。此点也导致实现所希望的小型的壳体。
优选在壳体内设置有至少一个节流机构。优选所述节流机构设置在测量段上。所述节流机构是孔板或包括孔板。
本申请意义的孔板是阻流件，所述阻流件优选由测量段的自由流动截面的缩口构成，其中自由流动截面优选构成通路。
为实现对流动的液体的节流，设置有节流机构。优选测量装置或电极设置在节流机构附近。
根据DE 37 37 607 A1中披露的装置已知一种孔板。所以与这种已知装置的区别在于，特别是本发明测量的分辨率与液位无关，因而对本发明的孔板或出口缝隙可以选得很宽。在公知的具有多个上下设置的电极的装置中，分辨率是分级实现的，从而从与几倍的级间隔相符的液位开始才可获得合理的测量分辨率，并实现高的测量分辨率。优选分辨率与缝隙宽度无关，因而可以设有更宽的缝隙。
由此还明显避免了出口缝隙被异物阻塞的问题。伴随出口的阻塞而出现的在出口前的流体将表现出的流量比实际存在的大。因此在公知的根据DE 37 37 607 A1的装置中，在入口范围内前置有过滤筛。对所述过滤筛必须进行定期的清洗。由于必须付出附加的大的维护和清洗代价，因此很难将这种装置长期地以固定的安装状态安装在挤奶机上。
通过本发明的装置的进一步设计可以避免该缺点。分辨率不会受到由测量电极决定的分级的制约。根据原理，采用对无级的测量值采集可以实现很高的精度。出口横截面可以较大和排放缝隙可以设计得比根据现有技术公知的装置宽。其中的一个显著的优点是，存在于牛奶中的异物体或异物颗粒可以被导出，从而不会对流动路径造成堵塞。这种异物颗粒例如是秸秆、草荐、或例如玉米粒形式的饲料残余物。
在将真空断开之前，例如在挤奶杯掉落或脱落时会从地面抽吸入饲料残余物或诸如秸秆残余物等其它的异物体。同样，当乳头未得到充分的清洗时，异物体也会进入到牛奶中，特别是在排放缝隙很窄，以致例如玉米颗粒不能通过时，将造成对排放缝隙的堵塞。在本发明的装置中可以省去前置的过滤器。
在例如节流机构的穿流截面上的流阻最好是可变的。特别是孔板优选是可更换的或可改变的。因此可以对流体动力的阻力的大小进行调整。
此点的优点是，即使在最大牛奶流量明显较小时(例如在将乳房的四个乳头分别挤奶时，或者对最大奶流量较小的诸如绵羊或山羊等牲畜挤奶时)也可以实现同样高的测量精度和测量分辨率，这是因为充分利用了整个测量范围高度的缘故。当针对相应的测量，装置的有效的测量范围被最佳地充分利用时，在测量时可达到特别高的测量精度。
根据优选的进一步设计，至少一个节流机构具有随高度变化的截面，优选节流机构或孔板的截面随底部上方的高度增大。优选截面随底部上方的高度连续增大。
优选在节流机构的最窄范围内的开口间隔大于2mm，优选约大于5mm，特别优选的是大于典型的玉米颗粒的直径。由于尽管采取了各种措施仍可能在挤奶时进入牛奶中的大多数异物体较小或至少具有较小的尺寸，所以孔板上的最小开口间隔最好例如为7mm。
特别优选的是，孔板横切流动方向倾斜设置。
特别优选的是，孔板在流向上上升倾斜设置。当流体向箭头标示的方向向右“->”流动时，孔板从左下方向右上方“/”倾斜和反之亦然(“\<-”)。于是诸如玉米粒等异物体会穿过孔板被冲走。
根据优选的进一步设计，节流机构的横截面基本成梯形和/或V形和/或U形。也就是说，在孔板的下部范围区具有一个开口间隔d1，在下部范围的上方的开口间隔为d2，其中d2大于d1。
根据进一步设计，对节流机构的设计应使测量段的横截面在流向上变窄。其中在第一位置在垂直于流向的垂直方向上的第一横截面大于随后的第二流体横截面。优选存在在流向上变窄的流体横截面，该流体横截面例如为锥形、截锥形等。
优选在节流机构上的入口范围的俯视形状基本为梯形和/或V形和/或U形。其中横截面是指水平方向的，而不是垂直方向的，因此横截面与测量段的底部平行。
根据进一步设计，设置有向下逐渐减小的垂直于流动方向的形状和在流动方向上逐渐减小的形状。
根据本发明的优选的进一步设计，在壳体上设有通道，该通道至少局部地在测量段范围内延伸。
根据本发明优选的进一步设计，至少一个电极构成凸伸入通道内的装置，可以将一个电极或两个或多个电极与通道的壁结成一体。因而便于清洗和维护，并实现测量装置的高的可靠性。
根据优选的设计，至少一个电极由壳体部分构成或在壳体上形成。例如一个电极或两个电极可设在通道的壁内或壁上。至少一个电极也可以设置在节流机构上或设置在孔板上。
在采用孔板作为节流机构时，可以在相对的两侧上分别设有一个电极。优选孔板的缝隙宽度由两个电极预定，或至少受其影响。优选两个电极设置在孔板上。
最好电极至少构成阻流件的一部分。因而电极和孔板构成一个一体部件。例如电极与阻流件的表面结合成一体。采用该措施实现了对结构的进一步简化。
在任何情况下，优选至少一个电极设置在孔板或阻流件的上游。
电极最好设置在被孔板节流的范围内，最好尽可能位于阻流件的附近，以便尽可能精确地测定物料流量。第二电极可以大致设置在孔板的上游，但也可以与阻流件实体连接。
根据另一种设计，至少在电极范围内不设有横截面缩口。设置有电极的测量范围优选构成简单的多棱的通道。特别是优选采用圆形或甚至椭圆的横截面形状。在电极与通道壁结合成一体的情况下，对流动的流体的物料流量进行测定，而不必设有横截面缩口。这种设计特别有利于将泡沫输送走。
根据上述所有的设计的优选的进一步设计，下凹例如作为凹槽设置在测量段的底部范围内。
结构和流体的导向优选应使在凹槽内流体的液相或有待测量的起泡的液体一直存在。因此可以对液相不断地进行校准。当在凹槽上方的测量范围内仅存在泡沫时，由测量装置测出的值对液相的瞬时特性加以考虑。
通过凹槽保证了即使在出奶量最小的情况下在凹槽内也存在液相，从而可以对纯液相的实时特性进行持续的测定，以便提高测量精度。其中可以对电气、化学、光学或声学特性加以校准。因此可以确保不会将纯泡沫当成纯液相。
凹槽或下凹的设计深度大大小于通道的高度。其比例大于1∶5，特别是在约1∶10至约1∶30之间的范围内，例如约为1∶20。
根据进一步设计，凹槽优选具有排放口。当排放口在测量时始终开启时，测量液体被不断地更新，从而在凹槽内始终存在着有代表性的液体。分别视对凹槽的设计和测量液体的特性通常会出现在测量时仅有少量的液体更新，因此可能会出现测量误差。
但下凹也可以没有排放口。液体的更新例如通过对下凹内的液体携带冲走加以实现。
当设有排放口时，可对排放口进行闭合。例如在测量时，特别是在液体经充分的更新时，可以将排放口闭合。在对装置进行清洗时可将排放口开启，以便于对凹槽的清洗。
排放口例如由小的排放沟槽构成，所述沟槽将凹槽与出口连接在一起。凹槽的排放口也可以与单独的出口或套管连接。
排放口的一个显著的优点在于，在结束挤奶时可以自动将下凹排空，因此保证了在冲洗之后没有任何残留的冲洗水进入到下一头奶牛的牛奶中。
在装置的入口和出口之间的流速取决于实时的压力状况。因为在高度上的浓度分布相同的情况下，在第一种情况下在测量段上所产生的压差大于在第二种情况下的压差时，牛奶流在第一种情况下的流速大于在第二种情况下的流速。当另外例如在挤奶杯橡胶处进入空气时，牛奶的流速由于进入的空气被加速。另外在测量段上还有产生加快流速的局部压力。因为通常不进行单独的流速测量，而是与校准测量相关联，利用校准曲线求出的物料流量不再与实时的物料流量一致。在计算物料流量时，在不进行单独的速度测量的情况下只采用由校准得到的速度，因此所计算出的物料流量较小，从而产生测量误差。
但通过在结构上采取措施则可减小或避免这种影响。因此为了稳定压力关系和避免变化的压力关系对流速以及测量精度的影响，最好在装置上设有压力平衡机构。
利用在测量装置上的无源的或有源的压力平衡装置实现了流速主要由重力决定。通过这种用于压力平衡装置实现在整个测量范围内流速基本根据简单的校准变化。
通过旁通管明显减小因空气在例如挤奶器具处的进入引起的流速加快的影响，并提高了在这种情况下的测量精度。
根据其它设计，在已知压差的影响的情况下对在测量段上的压差的测量足以根据浓度值图形和压差计算出实时的流量。
优选采用作为入口与出口之间的无源的旁通管路形式的压力平衡实现测量段上的压力稳定。所述旁通管路的设置和安装应使基本上仅气相，即空气通过旁通管路被导出，并且几乎没有泡沫或液相被导出。旁通管路特别适合于避免风滞压力。旁通管路特别优选设置在入口附近，特别是设置在测量装置或电极之前。
由于设有旁通管路，所以用于测量物料流量的装置不再是主要的阻流件。通过附加提供的压力确保在入口上的压力几乎与用于测量物料流量的装置前或后的奶管内的压力相同。因此在装置内部不会产生影响流体的流速的压降。
优选旁通管路包括旁通管路接管，以便将装置保持在没有压力的状态。旁通管路的接管例如是旁通套管。优选旁通管路套管设置在入口附近的范围内。
优选旁通管路接管另外还用于将不含有牛奶的大部分空气分量直接导出。由于大部分空气分量被导出，因而减少了在测量段内形成的泡沫。由于空气分量被导出另外还避免了对流速的不利影响。旁通管路接管为此与入口一起起着旋风式分离器作用并与装置的出口流体技术连接。
根据一种特别优选的设计，测量装置具有管状的壳体，牛奶相切地流入到所述壳体内，从而形成垂直于输送方向的横向流动。此点的优点是，一方面牛奶被“软”导入，从而引起的涡流较少，另一方面通过液体的漩流减小了流动能量，以确保在测量装置上的恒定的流速。旁通套管用于对牛奶和空气进行部分分离，因为较重的牛奶由于相切地流入而被推挤到旋风式分离器的壳体壁上，一部分较轻的空气则保留在旋风式分离器的中央，并通过设置在那里的通风套管被吸出。设有旁通管路的旋风式分离器特别可以保证在入口上的压力近似与奶管内和在出口上的压力相同。
根据本发明的一种优选的进一步设计，设有至少三个电极。所述三个电极用于测定倾斜角。为求出倾斜角，用流体对装置进行部分地充注并将装置优选闭合，从而使流体不会流出。所述液体可以是水或其它相应的液体。在例如第一电极加有一个电气值。在第一与第二电极之间分接出一第一测量值并在第一与第三电极之间分接出第二测量值。当第二和第三电极在流向上间隔设置时，可以利用第一和第二测量值求出装置的倾斜角。当一共相应地设置有四个电极时，也可以求出三维的倾斜度。
在求出倾角之后，可以利用该值对校准进行修正。还可以将求出的角度值与存储在装置存储器内的相应的校准曲线关联。因此可进一步提高可靠性和精度。
根据另一种设计，在进行倾斜度测量时只采用本来就存在的两个电极。在进行倾斜度测量时，将装置排空，将出口闭合，并充注预定量的流体。在进行倾斜度测量之前，对在不同的倾斜角下的测量值加以记录，并制作一个测量值表，该表在进行倾斜度测量时可作为校准曲线。通过前述方式可以利用本来就存在的电极直接推导出用于倾斜角的量，这是因为流体在电极上的液位是倾斜角的直接量值。不必非得设有第三电极。
根据在上述实施方式描述的集成的具有两个、三个或更多个电极的倾斜传感器具有显著的优点。额外的开销比较小，因为只需要一个另外的电极。总共只需要一个评价装置，可以对流量测量进行评价和用于测定倾斜度，从而可以以低廉的成本加以实现。
根据前述所有进一步设计的优选的进一步设计，可以设有单独的倾斜传感器。例如一现有技术中公知的倾斜传感器对此适用。倾斜传感器的信号用于从一组校准曲线中选出一条合适的校准曲线，或者用于为测量值选取一个固定的或可变的修正值和/或修正系数。
在安装有一个单独的倾斜传感器时，具有如下优点，以固定的间隔或不定期的间隔对装置的定向进行检查。可以每个时间段检查一次，例如每年、每月、每星期或每天检查一次，或优选每个测量过程至少检查一次。也可以在测量时对姿态加以确定，其中在采集每个测量值或每个第X个测量值时对倾斜传感器的信号加以考虑。
根据一种特别优选的进一步设计，设有用于倾斜传感器的测量腔室，该测量腔室设置在装置上。倾斜传感器根据前述测量原理工作。在用于倾斜传感器的测量腔室内设有三个电极，并优选至少四个电极。其中选择的对电极的设置应使至少在有待测量的流体的流向上可测定倾角。可以为用于测定流体量或物料流量的测量装置和为倾斜传感器总共设有一个评价装置。
根据所有设计的优选的进一步设计，在第一和第二壳体段之间设有特别是将大部分自由横截面隔开的隔板。优选隔板将自由横截面的至少50％，特别是75％隔开。隔板最好将横截面的上部隔开，从而使流体必须在隔板下方穿流过。此点有利于泡沫的混合。
在下面的实施例中对照附图对本发明的进一步的优点、特征和设计加以说明。图中示意示出

图1为本发明用于测量物料流量的装置的立体图，其中孔板被插入；图2为图1的装置，其中孔板被拉出；图3为本发明的装置的纵剖视图；图4A为图1所示的本发明的装置在测量装置的范围内的横剖视图；图4B为根据第二种设计的本发明的装置在测量装置范围内的横剖视图；图5示出用于大流量的被设计成孔板的阻流件；图6示出用于小流量的被设计成孔板的阻流件；图7为本发明的装置的另一实施例的纵剖视图；图8为本发明的装置的等效电路图。
图1和2为本发明的测量流体1的，特别是用于测量诸如牛奶等含有泡沫的液体或起泡的液体的物料流量的装置100的第一实施例的立体图。在壳体50的入口4附近设有用于排风的压力平衡套管21。入口4与壳体50相切，从而使液体漩转地流入壳体内。另外还设有通道3，所述通道3与入口/流入口4连接。
根据本实施例，测量系统7设置在孔板17前面的管路3上，其中孔板17设置在出口5前的上游侧。孔板17起着阻流件6的作用(见图2)。根据优选的设计，孔板视需要插入(见图1)或更换(见图2)。例如由于在对绵羊或山羊挤奶时的最大奶流量明显小于在对奶牛挤奶时的奶流量，因而通过更换孔板17可以针对不同的情况实现对流阻的适配调整。
孔板17具有梯形的开口截面18，其随着高度的增加而增大。利用孔板17可以预先确定阻流件6的流体动力阻力的大小。例如可以通过改变开口截面及其锥度来改变流阻。利用排风装置或旁通套管21可以将测量装置在整体上基本保持在无压力的状态下，其中将在物料流量有待测定的流体中含有的部分空气排出。
图3为本发明的用于测量物料流量的装置100的纵剖视图，所述装置具有通道3，所述通道3具有入口4(见图1)和出口5，其中具有泡沫分量2的流体1穿流过所述通道3。入口4与旋风式分离器20结成一体，所述旋风式分离器20通过旁通套管21或排风装置21将部分气体或空气排出。
流体在入口范围内相切地流入壳体50内。流体流在紧贴在此处为圆形结构的作为旋风式分离器20的壳体部分51上。较重的液相被向外围挤压，同时至少部气相2部分被汇聚在中心范围内并通过旁通套管21排出。旁通套管设置在圆筒形的壳体部分51端部的中心，且壳体50的其上设有入口4的第一端通过旁通套管与壳体50的其上设有出口5的第二端连接，以便在入口4和出口5之间产生压力平衡。因此测量装置100自身被保持在无压力的状态下，因此自我调整的流速基本不受压力差的影响。否则将会由于例如空气从挤奶杯橡胶处的进入而导致压力差的增大。总之，通过旁通管路可以提高可再现性。
壳体50包括第一部分51和第二部分52。壳体的第一部分51在入口4的范围内倾斜于水平线。其中根据本实施例第一部分51与水平线的夹角约为45°。第二壳体部分52同样也倾斜于水平线，以便有助于流动。但倾角较小，并取决于具体条件。通常其倾角小于30°，优选小于15°。当倾角为5°时可以实现良好的效果。
过第一壳体部分51或壳体50的第一段的中轴线56(用虚线示出)倾斜于垂直方向倾斜一角度58，其中根据本实施例所述角度58约为45°。过第二壳体部分52或壳体50的第二段的中轴线58(虚线示出)倾斜于垂直方向一角度59。其中两个壳体部分以相应的中轴线56或57为基准几乎旋转对称。特别是通过在具有第一和第二电极的传感器前面的第二段52的圆形横截面实现在重要的测量范围内实现泡沫向流动的流体内的混合，从而存在的泡沫或所生成的泡沫也被输送走，而不会出现汇集的现象。
特别是由于第一壳体部分51的倾斜引起壳体50内的流体的螺旋流。流入的流体被径向导入并由于重力的作用还具有附加的轴向分量。
其中根据本实施例在壳体50内设有坝或隔板19，其中所述坝或隔板19设置在第一壳体部分51与第二壳体部分52之间，并从顶部向下和向后倾斜延伸。隔板19将装置的上部范围隔开，从而第一壳体部分51的流体只能从下面流向第二壳体部分52。由于自由截面在大多数情况下位于液面下面，因而位于流体上面的泡沫只能在隔板下面的自由截面才能实现混合，因此隔板19还用于减缓流体流速和使泡沫被充分的混合的作用。根据其它的设计也可以不设有隔板19。
总之，流体在整个壳体50内继续螺旋流动，从而在同样基本也为圆筒形的第二壳体部分52内也存在流体的螺旋流动，其中至少在急剧的流体流的情况下存在螺旋流动。
这种结构的一个非常明显的优点在于，流体的泡沫分量被携带和混合。对于通常的壳体形状和在流动条件下，泡沫经常作为静止的泡沫分量悬浮在流体的流动的分量的上面，并汇聚在上面。采用本设计可以在很大程度上避免此点。泡沫分量至少在主挤奶阶段在存在的奶流中被可靠地输送走。通常即使在挤奶开始和结束时泡沫分量也能被可靠地输送走。由于所采用的测量原理基于测量原理也一并考虑到了泡沫分量，因此从整体上实现了良好的测量精度。
流体1在出口5前在第二壳体部分52内被阻流件6拦截，所述阻流件是孔板，且流体涌流到出口5内。
测量装置7由两个电极8，9以及电压测量机构13和电压源12或电压发生机构构成。测量装置7的电极可设置在阻流件6附近。特别是如图5所示，孔板可以由电极构成，从而孔板的第一侧界53起着第一电极的作用，同时其第二侧界54起着第二电极8的作用。
如图3所示，第一电极9是由导电材料(例如特种钢)构成的圆形棒，但也可以如图4B所示与通道3壁结成一体。
利用电压生成机构12预定交变电压或交流电压，以避免在电极8，9上产生不利于电压测量的电解沉积。其中采用通常的频率。
利用第一电极9和第二电极8测定穿流的流体1的浓度，其中利用导线22和电压生成机构12将一电压加在第一电极9的相背离的点9a和9b之间。其中如本实施例所示，该电压特别是可以加在第一电极9的第一端10和第二端11之间。其中第一电极9的第一端10和第一点9a设置在壳体的下部范围内，同时第二点9b和第二端11设置在壳体的上部范围内。
选择的电极9的电阻应明显小于在液位最高时有待测量的流体的电阻。由此可以一级近似地忽略流体电阻对整个电阻的影响。但也可以在计算时对该影响加以考虑。
所加的电位视具体情况而定。其中根据本实施例，交变电压的峰值为60mV，同时电极9的电阻则约为100毫欧。
在第一电极上的电位高度线性增大。在每个被流体润湿的位置上，分别在其上的电位被加在流体上。由于电位的绝对值很小，因而避免了对有待挤奶的牲畜产生不利的影响。
第二电极8从在壳体下部范围内的第一点8a或从第一端一直延伸到在壳体上部范围内的第二点8b或第二端并且电位逐步增大，所述电位取决于流体1的液位和流体的成分。第二电极8的点8a和第一电极9的点9a或第一电极9的下端10与电压测量机构13连接。当仅存在纯液相时，根据流动的流体的液位一相应的电位被加在第二电极8上，利用电压测量机构13对所述电位进行测量。由于泡沫的特定的电阻相应地大于液体的电阻，所以要对泡沫分量2加以考虑。液相和泡沫相的电阻分量共同构成表示浓度的总电阻。
图3为本发明的装置100的横剖视图，其具有作为圆形棒的第一电极9和同样作为圆形棒的第二电极8。两个电极8和9突伸入下凹14内，即使在流体流量最小时在所述下凹14内也会汇聚有流体，从而通过液相建立在第一电极9和第二电极8之间的电气连接。在挤奶开始时，特别是在挤奶即将结束时，在出奶量较少或最少的情况下通过流体实现电气触接是很重要的。否则在不存在液相和仅存在泡沫时，将会出现误测量。
由于凹槽充满液态的流体，因而保证了即使在物料流几乎仅含有纯泡沫时也能够得到正确的测量结果。
根据较简单的实施方式，也可以替代凹槽并联一个用于模拟“凹槽”的小电阻。当然在流量较小时几乎仅含有纯泡沫分量，液体的电导率可能会对测量结果产生影响时，同样也可以得到令人满意的结果。
由于采取了上述措施，所以即使在流量最小时仍可进行电位测量。下凹14具有排放口15，流体1通过所述排放口15可以不断地流出，从而位于下凹14内的流体1被不断地更新。
因此可以对在下凹14内的流体1的电导率随时间的可能的变化进行记录，并因此不会造成测量精度的不准。由于设有下凹14形成一定的最低的流体液位，因而在进行电位测量时所测定的不是泡沫的液位，而是流体1的平均浓度。
图5和6示出作为阻流件6的孔板17的不同设计，所述孔板17具有逐渐变窄的锥形或梯形的开口截面18。可以对开口截面18针对相应的测量进行适配调整，其优点在于，即使在流量较小时仍可精确地测出液位的变化。
根据一种对装置的特殊的设计，如图5所示设有孔板17。其中两个电极8，9构成孔板17的限界边，其中边棱53构成第一电极9，第二边棱54构成第二电极8。由于电极之间的间隔随高度变化很大，因而预期第一电极9所加的电位是不均匀的和第二电极8分接的电位是不均匀的，初看这种设计并不有利。但预想不到地表明，尽管两个电极并不相互平行，但这种设计将导致实现高质量的测量结果。电极的V形或梯形的结构并不会造成对测量的障碍。相反，采用这种设计实现了特别可靠的测量。此点特别是因为流动的全部流量穿流过孔板并在两个电极之间对浓度进行测定。
图7为阻流件的一种改型设计的侧视图。根据这种设计，阻流件倾斜于垂线设置。其中与垂线的夹角约为45°，但也可以在0°和60°之间，或者更大。
根据本实施方式，孔板17的边棱同样也可以由一个或两个电极构成。孔板17也具有如图5和6所示的梯形横截面18。孔板在流体流动方向上倾斜。通常将会造成孔板的下面范围内的在流动的流体内的异物颗粒将被沿孔板向上冲，一直到达孔板的横截面，以便将异物被携带和冲走。因此通常孔板不会被堵塞。
图8为测量原理的等效电路图的横剖视图。第一电极9由低电阻的不锈钢棒构成，所述不锈钢棒被浸入导电的液体/泡沫混合物中。电压生成机构12通过馈线22产生流过第一电极9的高频电流。由电压测量机构13测量第一电极9与第二电极8之间的电压。
液体/泡沫混合物的平均的等效电阻RF1和RF2与第一电极9的浸入部分并联。从而取样的电压与在第一电极9上的浓度变化成比例。通过对馈电进行控制可以将平均的等效电阻RF1和RF2对测量结果的直接影响降低到最小程度。
附图标记对照表1 流体2 泡沫3 通道4 入口5 出口6 阻流件7 测量装置8 第二电极8a 第一点8b 第二点9 第一电极9a 第一点9b 第二点10 第一端11 第二端12 电压生成机构13 电压测量机构14 下凹15 排放口17 孔板18 开口截面19 隔板20 旋风式分离器21 排风装置22 电导线26 评价装置50 壳体51 第一壳体部分
52 第二壳体部分53 孔板的侧限界边54 孔板的侧限界边55 角度56 轴线57 轴线58 角度59 角度100 装置
权利要求
1.一种装置，用于对起泡的液体的物料流量，特别是在挤奶过程期间对牛奶的物料流量进行测量，具有壳体，所述壳体具有至少一个入口和至少一个出口；和至少一个测量装置，所述测量装置具有至少一个用于测定物料流量的传感器，其特征在于，所述壳体的结构设计应使所述流体的泡沫分量与液体分量混合，其中所述入口基本相切地伸入到所述壳体的内腔室内，在所述传感器前面的壳体段的轴线至少倾斜于垂线30°，在位于内部的所述传感器前面的壳体段基本旋转对称。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体的结构设计应实现所述液体的螺旋的流动。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述壳体的结构设计应使壳体至少在入口范围内的内部基本被倒圆。
4.如权利要求1或2或3所述的装置，其特征在于，所述壳体的结构设计应使壳体至少在入口范围内倾斜于水平线。
5.如前述权利要求中的至少一项所述的装置，其特征在于，所述壳体包括至少两个段。
6.如前述权利要求中的至少一项所述的装置，其特征在于，所述壳体包括至少两个相互成一夹角的段。
7.如前述权利要求中的至少一项所述的装置，其特征在于，在所述入口范围内的倾角在10°和60°之间。
8.如前述权利要求中的至少一项所述的装置，其特征在于，在入口和出口之间的壳体的中间段与水平轴成一可实现自动排空的夹角。
9.如前述权利要求中的至少一项所述的装置，其特征在于，所述壳体的至少一段的横截面基本为椭圆形，特别是为圆形。
10.如前述权利要求中的至少一项所述的装置，其特征在于，所述入口倾斜地伸入到所述壳体内。
11.如前述权利要求中的至少一项所述的装置，其特征在于，所述测量装置具有至少一个装置，所述装置是从一包括光学装置、电气装置、声学装置和磁装置组中选出的装置。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，至少一个测量装置包括至少一个电气装置，所述电气装置包括一第一电极和至少一第二电极、电气机构和评价装置。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一和第二电极设置在测量段的范围内，并在所述测量段的至少一部分高度上延伸。
14.如权利要求12或13所述的装置，其特征在于，利用所述电气机构将一电气值加在所述第一电极上。
15.如前述权利要求中的至少一项所述的装置，其特征在于，在所述壳体内设有至少一个节流机构。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，至少一个节流机构是至少一个孔板。
17.如权利要求15或16所述的装置，其特征在于，至少一个节流机构的横截面随着高度是可变的。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述横截面随着在所述底部上面的高度而增大。
19.如权利要求15至18中至少一项所述的装置，其特征在于，在所述节流机构的最窄的范围内的开口间隔大于2mm，优选约大于5mm，特别优选大于通常的玉米粒直径。
20.如权利要求16至19中的至少一项所述的装置，其特征在于，所述孔板倾斜于流动方向设置。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述孔板在流动方向上上升倾斜地设置。
22.如权利要求15至21中的至少一项所述的装置，其特征在于，所述节流机构的横截面基本为梯形和/或V形和/或U形。
23.如权利要求16至22中的至少一项所述的装置，其特征在于，在俯视图中所述节流机构的入口范围基本为梯形和/或V形和/或U形。
24.如前述权利要求中的至少一项所述的装置，其特征在于，所述测量段的横截面在流动方向上逐渐变窄。
25.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在入口和出口之间设有旁通管路，以便对测量段上的压力进行稳定。
26.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设有至少一个第三电极。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，所述第三电极从上面伸入到所述测量段内。
28.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设有至少一个倾斜传感器，用于测定至少一个倾斜角。
29.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在存储装置内设有至少一个修正值，所述修正值对至少一个倾斜角做了考虑。
30.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在第一和第二壳体段之间设有将自由横截面的大部分隔开的隔板(19)。
31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，所述隔板(19)将所述面的至少50％，特别是所述面的75％隔开。
32.如权利要求30或31所述的装置，其特征在于，所述隔板(19)将所述横截面的上部隔开。
全文摘要
一种装置，用于对起泡的液体的物料流量，特别是用于在挤奶时对牛奶的物料流量进行测量，包括壳体，所述壳体具有入口和出口；和测量装置，所述测量装置用于测定物料流量。所述壳体的结构设计应实现所述流体的泡沫分量与液体分量的混合。为此所述入口基本相切地伸入到所述壳体的内腔室内。
文档编号A01J5/01GK101044376SQ200580033861
公开日2007年9月26日 申请日期2005年10月2日 优先权日2004年10月5日
发明者奥托·克罗内, 安德烈亚斯·施普林格 申请人:韦斯伐利亚瑟基有限公司