专利名称：谷物品质等级分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种谷物品质等级检测装置，尤其是用于玉米、小麦等谷物进出口岸、储运、收购、商检及加工部门水分、容重的检测和品质等级判定。
背景技术：
谷物定等检验是以质定价、扣价扣量和增价增量的基础，直接关系到贸易双方的经济利益。中华人民共和国国家标准—玉米GB1353-1999中将纯粮率定等改为容重定等。将水分指标统一为不超过14.0％，增加不完善粒指标，定为不超过5.0％。目前除水分、容重等部分指标可采用仪器检验外，其余指标如不完善粒、杂质等采用感官检验。
目前谷物水分检测普遍采用的电阻和电容2种方法，电阻法对稻谷、小麦等小颗粒物料的水分的检测适应性较好，而电容法对各种谷物无论颗粒大小适应性较好，水分的测量必须进行温度补偿。电阻和电容法在主要水分测量区的测量可以满足实际应用的要求，在高水分区的误差较大。
谷物容重检测普遍采用气锤式容重器。如HGT-1000型容重器适用于小颗粒粮食的检测定等(如小麦类)，HGT-1000A容重器适用于颗粒粮食的检测定等(如直径为40mm的斗门孔径的谷物筒可检测豆类、玉米类粮食的定等。用直径为30mm斗门孔径的谷物筒可检测小麦类粮食的定等)。通常所使用的水分计和容重器是两个独立的仪器，成本比较高；操作程序繁琐；工作效率低；测量精度较低；重复性差；误差比较大。
谷物的品质等级均在水分、容重单项测量的基础上，由操作人员根据国家标准GB1353、GB1351进行判定。目前存在测量误差大、操作繁杂等缺点。
发明内容
本发明的目的解决现有技术的缺陷，提供一种结构简单、工作可靠、省时省力、成本低、精度高的谷物水分、容重测量和品质等级判定的装置；适用于玉米、小麦等谷物进出口岸、储运、收购、商检及加工部门水分、容重的检测和品质等级判定，包括水分传感单元、称重单元、容积计量单元、振动输送单元、料斗、外壳、计算机数据处理单元等。其特征是采用微型振动输送装置将待测物料均匀送入容积计量单元，根据进入容积计量单元谷物的实测容重和水分确定谷物的品质等级。
工作时，首先将待测物料装入料斗，通过料斗后壁内侧的叉指电容极板传感物料的水分和温度，测量结果通过总线传输到计算机数据处理单元；然后，微振动器工作使料槽产生共振，料斗中的物料从料槽和接料盘均匀落入容量杯中，待物料装满容量杯后，关闭电源开关，将插板插入接料盘下边的插槽中，然后轻轻将接料盘、插板以及盘中多余的物料拿走；待电子秤平稳后，从电子称数码显示器上读取被测物料的质量和容重，同时将质量的测量结果通过总线传输到计算机数据处理单元；最后，计算机数据处理单元根据国家标准GB1353、GB1351，在水分、温度、容重等信息的基础上，判定出谷物的等级。
依照中华人民共和国国家标准GB1353-1999玉米来确定和划分等级。水分≤14.0％，杂质≤1.0％，不完善粒≤5.0％(其中生霉粒≤2.0％)，色泽、气味正常。当W0≥710g/L时为一等；W0≥685g/L时为二等；W0≥660g/L时为三等；W0＜660g/L时为等外。
A.试样温度在0℃(含)以下时，对水分含量在23.0％(含)以下的玉米的实际容重为实测容重。
B.试样温度在0℃以上时，水分含量在18.0％～23.0％之间的玉米的实际容重为实测容重加上增补容重。增补容重以18.0％(含)水分含量为基础，水分含量每增加1个百分点，容重增补5g/L计算。
依照中华人民共和国国家标准GB1351-1999小麦来确定和划分等级。水分≤12.5％，杂质≤1.0％(其中矿物质≤0.5％)，色泽、气味正常。当不完善粒≤6.0％，W0≥790g/L时为一等；不完善粒≤6.0％，W0≥770g/L时为二等；不完善粒≤6.0％，W0≥750g/L时为三等；不完善粒≤8.0％，W0≥730g/L时为四等；不完善粒≤10.0％，W0≥710g/L时为五等；W0＜710g/L时为等外。
图2为定等系统结构示意图，外壳(15)，销轴(10)是用来固定料斗的，两边各1个。料斗角度微调板(12)用调节螺母(11)与外壳(15)固定。悬挂螺钉(14)是用来固定料槽(7)的，每侧各有2个。微振动器(6)固定在弹性板(5)上，弹性板(5)与料槽(7)固定在一起。当振动器振动时，料槽随着振动，起到输送的目的。容重的测量是打开电子秤(1)的电源开关，等系统稳定后，将容量杯(2)放在电子秤上，并置零。在料斗(13)中装入(约1.4Kg)粮食，打开清料插板(3)，松动蝶形调节螺母(8)，调节流量调节板(9)、料斗(13)与料槽(7)之间的间隙。打开振动器电源开关(16)，在微振动器(6)的振动作用下，粮食均匀地从流量调节板(9)、料斗(13)与料槽(7)之间的间隙通过，并下落到了粮食接料盘(4)，最后到达容量杯(2)。当容量杯的粮食装满后，关闭振动器电源开关(16)停止振动，用流量调节板(9)关闭出粮口。将清料插板插入接料盘下边的豁口槽中，刮除多余的粮食，移走接料盘，电子秤稳定后，将数据通过RS-232传到计算机，从而计算出被测粮食的容重。
本发明的有益效果本发明产品在多家粮库进行了推广应用。应用表明该发明提供的定等系统结构单、操作简单、使用方便、测量精度高、抗干扰能力强。
1、本发明将谷物水分、温度、容重检测和谷物品质等级判定容为一体，提高了检测效率和检测精度。
2、本发明的水分检测采取了温度补偿措施，避免了因温度变化而带来的测量误差。
3、传感器的采用了现场总线技术，增加系统工作的稳定性、信号传输距离。
4、本发明采用了振动送料方式，使进入容积计量杯的谷物紧密度程度均匀一致，提高了测量的准确性、客观性、公正性和可比性。
5、本发明的适应性好，针对不同的粮食品种，可一机多用，可同时测量玉米、小麦等多种谷物产品的容重、水分。
6、本发明的容重检测，由于使用容量杯进行容积计量，克服了现有容重仪的检测误差大、重复性差等缺点，具有检测精度高、稳定性好等优点。
四
图1是本发明谷物品质等级分析仪的正视图；图2是本发明谷物品质等级分析仪的右视图；图3是料斗正视图(局部剖)；图4是料斗右视图(局部剖)；图5是叉指电容极板图；图6是流量调节板的正视图和左视图；图7是料斗角度微调板的右视图(剖)；图8是接料盘组合的正视图和俯视图；图9是清料插板的正视图和左视图；图10是外壳的右视图和正视图；图11是水分检测线路图。
图12系统工作软件的界面1.电子称；2.容量杯；3.清料插板；4.接料盘；5.弹性板；6.微振动器；7.料槽；8.蝶形调节螺母；9.流量调节板；10.销轴；11.调节螺帽；12.料斗角度微调板；13.料斗；14.悬挂螺钉；15.外壳；16.电源开关；17.电容极板固定孔；18.温度传感器；19.叉指电容极板；20.上绝缘板；21.下绝缘板；22.导向螺钉。
U1.单片机系统；U2.阻容脉冲转换电路(NE556)；U3.“看门狗”电路MAX813L；U4.RS-485通信接口；U5，及稳压电源7805；五具体实施方式
实施例1如图1、图2，本发明提供一种适用于谷物品质等级检测装置，包括水分传感单元、称重单元、容积计量单元、振动输送单元、料斗(13)、外壳(15)、计算机数据处理单元等。其特征是采用微型振动输送装置将待测物料均匀送入容积计量单元，根据进入容积计量单元谷物的实测容重和水分确定谷物的品质等级。
如图1、图2，本发明的振动输送单元由料斗(13)、料槽(7)、弹性板(5)、微振动器(6)、流量调节板(9)等组成。弹性板(5)的一端固定在料槽(6)的底面上并与水平面成一定角度。料斗(13)和料槽(7)之间通过横向悬挂螺钉(14)连接，保持一定的自由度。
如图1、图2，本发明的容积计量单元由容量杯(2)、接料盘(4)、清料插板(3)等组成。容量杯(2)口小底大的三角形容量器具，接料盘(4)保证待测物料进入容量杯(2)时不散落，接料盘(4)通过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长槽孔，通过清料插板(3)插入长槽孔，将进入容量杯(2)口部的多余物料分开并清除。
如图1、图2，本发明的称重单元由电子称(1)组成，容重的计量通过1升与容量杯(2)体积的比例系数与进入容量杯(2)中物料的重量相乘计算得到，实测重量和容重通过电子称上数码管显示装置分别显示，并通过串行总线发送到计算机数据处理单元。
如图3和图4，本发明所采用的料斗(13)，用于暂存待测物料。料斗(13)前装有流量调节板(9)和蝶形调节螺母(8)，用于调节物料进入容量杯(2)的速度。参照图1、图2、图5和图8，料斗(13)后装有料斗角度微调板(12)，与其非固定连接，可沿外壳(15)后部的长槽上下调整，使料斗的水平角度围绕销轴(10)调整。料斗(13)中有残存物料时，可直接板动料斗(13)围绕销轴(10)转动而倒出。
如图3和图4本发明的水分传感单元由温度传感器(18)、叉指型电容极板(19)、上绝缘板(20)、下绝缘板(21)、单片机检测线路等组成，叉指型电容极板(19)、上绝缘板(20)和下绝缘板(21)安装在料斗(13)后壁内侧。谷物的水分是通过叉指型电容极板(19)传感的，并通过如图11所示的单片机系统转化为数字信号，连通温度检测结果发送给计算机数据处理单元。
图6为发明所采用接料盘(4)。参照图1、图2、图6和图7，通过其上的突肩可放置在容量杯(2)的口上，在此突肩略上开有一长槽孔，通过插入清料插板(3)将进入容量杯(2)口部的多余物料分开并清除。
如图11是本发明水分传感单元的水分和温度单片机检测线路。电路是由单片机系统(U1)、阻容脉冲转换电路(NE556)(U2)、“看门狗”电路MAX813L(U3)、RS-485通信接口(U4)及稳压电源7805(U5)组成。单片机采用89C2051，NE556双时基电路是一种将模拟功能和逻辑功能结合在同一芯片上的组合集成电路，将NE556双时基电路作为RC振荡电路有较高的精度和稳定性。该电路能将传感器的待测电容量变为频率方波信号，且线路结构简单，受电源等外界因素影响小；在微机测控系统中，电源的接通和关断、瞬时的电源电压不稳是造成系统死机、数据丢失和误动作的主要原因。为了提高系统的可靠性，在电路中加入了“看门狗”电路，使系统受到强干扰时能自动恢复其状态；通信接口芯片选用SN65LBC184，该芯片具有瞬间高压抑制功能，能抗雷击和静电放电，避免因交流故障引起的非正常高压脉冲冲击，能适宜恶劣环境等特点。RS-485总线是广泛运用于过程测控系统的总线，采用平衡差分信号线的半双工传送方式，该方式在多站点互连方面使用十分方便。该通信方式还具有抗干扰能力强、接收灵敏度高的特点，因此在设计传感器时采用了RS-485通信接口；7805稳压电源可输出稳定的+5V电压给传感器供电。当被测粮食贴近传感器极板表面时，则改变了工作区间的介电常数，从而改变了电容量，就能够检测出被测粮食的含水量。温度传感器DS18B20(7)是利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系，通过对振荡周期的传感器数来实现温度测量的。电容和温度信号直接由电路板上的单片机系统进行数字化，并通过RS-485总线发送给计算机数据处理单元(上位机)。
本发明所采用的计算机数据处理单元(上位机)可以是工业控制微机和PC微机，通过串行口接受水分、温度和容重的信息，按照GB1353、GB1351等国家标准对谷物的品质进行判定。
如图12系统工作软件的界面。①区为端口选择及存储路径，即根据水分传感单元和电子秤所连接的串行端口，选择相应的端口(COM1、COM2)，数据存储的路径；②区为系数设定栏，包括水分传感器的号码，水分公式修正(系数)，公式系数，灵敏度，微调；采样时间(采样周期)，谷物的杂质、不完善粒，停止运行按钮；容重系数，容重修正系数1，容重修正系数1；③区包括当前日期和时间，重量、容重、水分、温度、谷物等级的实时显示，当电子秤(1)的重量通过RS-232传到计算机后在重量框中显示，容重也会相应显示，前提是在设定好容重系数后。水分传感把测到的数据通过RS-485传给计算机，在水分框显示当前水分。温度传感器把测到的温度通过RS-485传给计算机，在温度框显示当前温度。谷物等级是在容重和水分得到后根据GB1353、GB1351的规定划分的，在粮食等级框中显示。
④区为容重、水分实时采集的波形图。从中可以观察到容重、水分的变化曲线。
本发明的使用
1)准备工作将电子称(1)、水分传感单元与计算机数据处理单元(微机)通过串行接口线连接，打开工作软件界面；将电子称(1)中心和料槽(7)的落口的相对位置调正；电子称(1)的四角调平；通过料斗角度微调板(12)将料槽(7)调水平；通过流量调节板(9)关闭料斗出口。
2)工作软件界面的初始化在①区为水分传感单元和电子秤分别选择相应的端口(COM1或COM2)，选择数据文件存储的路径；在②区把水分传感器的号码，水分公式修正(系数)，公式系数，灵敏度，微调；采样时间(采样周期)，谷物的杂质、不完善粒；容重系数，容重修正系数1，容重修正系数1分别设置相应的初值。
3)加料取适量的待测物料倒入料斗(13)，加料高度没过电容极板；等系统稳定后，鼠标左键单击工作界面③区上的“OK”软键，完成对水分的测量和传输。
4)振动送料根据待测物料的种类将料斗(13)的流量调节板(9)上下调节到适当位置，打开外壳左侧的电源开关(16)，微振动器(6)振动使料槽(7)产生共振，使料斗(13)中的物料从料槽(7)和接料盘(4)均匀落入容量杯(2)中，待物料装满容量杯(2)后，关闭电源开关(16)，将清料插板(3)插入接料盘(4)下边的豁口槽中，然后轻轻将接料盘、插板以及盘中多余的物料拿走。
5)读取结果待电子秤平稳后，从电子称(1)的数码显示器上可以直接读出被测物料的质量和容重；在系统工作软件的界面上的③区可分别读出待测谷物的水分、容重、等级和温度。
6)重复3)～5)三次，取三次测量的平均值为最终结果。
权利要求
1.一种适用于谷物品质等级检测装置，包括水分检测单元、称重单元、容积计量单元、振动输送单元、料斗(13)、外壳(15)、计算机数据处理单元等。其特征是采用微型振动输送装置将待测物料均匀送入容积计量单元，根据进入容积计量单元谷物的实测容重和水分确定谷物的品质等级。
2.根据权利要求1所要求的谷物品质等级检测装置，其特征是水分检测单元由温度传感器(18)、叉指型电容极板(19)、上绝缘板(20)、下绝缘板(21)、单片机检测线路等组成，叉指型电容极板(19)、上绝缘板(20)和下绝缘板(21)安装在料斗(13)后壁内侧。
3.根据权利要求1所要求的谷物品质等级检测装置，其特征是容积计量单元由容量杯(2)、接料盘(4)、插板(3)等组成。容量杯(2)口小底大的三角形容量器具，接料盘(4)保证待测物料进入容量杯(2)时不散落，插板(3)通过插入接料盘(4)下部的插槽将进入容量杯(2)口部的多余的物料清除，保证每次测量进入容量杯(2)的物料体积相同。
4.根据权利要求1所要求的谷物品质等级检测装置，其特征是振动输送单元由料斗(13)、料槽(7)、弹性板(5)、微振动器(6)、流量调节板(9)等组成。弹性板(5)的一端固定在料槽(6)的底面上并与水平面成一定角度。料斗(13)和料槽(6)之间通过横向悬挂螺钉(14)连接，保证一定的自由度。
5.根据权利要求1所要求的谷物品质等级检测装置，其特征是计算机数据处理单元与水分检测单元、称重单元、容积计量单元通过RS232/485串行总线进行数据通讯，计算机数据处理单元根据通讯得到的水分和容重信息按GB1353、GB1351等国家标准进行谷物品质等级的判定。
全文摘要
一种适用于谷物品质等级检测装置，尤其是用于玉米、小麦等谷物进出口岸、储运、收购、商检及加工部门水分、容重的检测和品质等级判定，包括水分检测单元、称重单元、容积计量单元、振动输送单元、料斗、外壳、计算机数据处理单元等。其特征是采用微型振动输送装置将待测物料均匀送入容积计量单元，根据进入容积计量单元谷物的实测容重和水分确定谷物的品质等级。工作时，首先将待测物料装入料斗，通过料斗后壁内侧的叉指电容极板传感物料的水分和温度，测量结果通过总线传输到计算机数据处理单元；然后，微振动器工作使料槽在振动激励下产生共振，料斗中的物料从料槽和接料盘均匀落入容量杯中，待物料装满容量杯后，关闭电源开关，将插板插入接料盘下边的插槽中，然后轻轻将接料盘、插板以及盘中多余的物料拿走；待电子秤平稳后，从电子称数码显示器上读取被测物料的质量和容重，同时将质量和容重的测量结果通过总线传输到计算机数据处理单元；最后，计算机数据处理单元根据国家标准GB1353、GB1351，在水分、温度、容重等信息的基础上判定出谷物的等级。本发明具有操作方便、测量精度高、稳定性好等优点。
文档编号G01N27/22GK1896736SQ20061001695
公开日2007年1月17日 申请日期2006年6月20日 优先权日2006年6月20日
发明者吴文福, 张亚秋, 韩峰, 马端安 申请人:长春吉大科学仪器设备有限公司