专利名称：粮食密度测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量领域，尤其涉及一种粮食密度测量方法及装置。
背景技术：
对粮仓所存粮堆中粮食密度，目前还没有切实有效的精确测量方法。下面介绍一 种粮食密度测量步骤，包括菌满一荼缸冷水一用杆称称量一下荼缸和这一满缸水的重量 (比如1. 4千克)一把荼缸里面的水倒掉并擦干荼缸一用杆称称量一下荼缸的重量(比如 0. 2千克)一装满一平荼缸你要测量的粮食(比如玉米)—用杆称称量一下荼缸和这一满 缸玉米的重量(比如1. 07千克)一计算因为1. 2千克水的体积是1. 2立方分米，所以玉 米的密度是=(1. 07-0. 2)千克/I. 2立方分米=0. 725千克/立方分米。这种方法只能测 试小体积范围(例如荼缸)的粮食，对体积较大的粮堆则很难适用(原因是粮食是颗粒物 质，其平均密度受堆积空隙等因素影响，大尺度的粮堆受自身重力和外界振动的影响，其平 均密度会大于通过采样测量获得的密度)。另外，这种测量方法测量的精确度也不高。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种能精确进行粮堆密度测量的测量方法及装置。根据本发明的一个方面，提供一种粮食密度测量方法，包括测量插入被测粮堆的电容传感器的电容值Cb，计算所述被测粮堆的相对介电常数
￡ ‘ r2 ；从粮堆中取样，计算粮食样品的密度值、测量所述密度值对应的电容值Ca， 计算所述粮食样品的相对介电常数￡ ’ ；及利用所述被测粮堆的相对介电常数￡，、所述粮食样品的密度值P ！及相对介电 常数￡，ri，建立粮食密度与相对介电常数之间的函数关系，即"r2= [(“，rl)1/3_l) P2/ Pi+1)3，以确定所述被测粮堆的平均密度P2。根据本发明的另一个方面，提供一种粮食密度的测量装置，可用来测试粮堆的密 度，包括用于装粮食样品的容器筒、安装有电容传感器和高度测量器的盖子、与所述电容传 感器连接的电容测量仪、测重装置和振动器；所述容器筒与所述振动器连接；所述安装有电容传感器的盖子与被测粮堆连接， 测量插入被测粮堆的电容传感器的电容值cb，以计算所述被测粮堆的相对介电常数e ； 所述测重装置与所述容器筒连接，测量所述容器筒中粮食样品的重量；所述安装有电容传 感器的盖子与所述容器筒所装的粮食样品相接，测量粮柱的高度及所述电容传感器的电容 值。，以计算所述密度测量筒内粮柱的密度值和所述粮食样品的相对介电常数￡，rlo根据本发明提供的方法及装置，能准确测量粮堆的密度。
图1是本发明实施例提供的粮食密度测量装置的一结构示意4
图2是本发明实施例提供的粮食密度测量装置的又一结构示意图；图3是本发明实施例提供的粮食密度测量装置的又一结构示意图；图4是本发明实施例提供的粮食密度测量装置的又一结构示意图；图5是本发明实施例提供的粮食密度测量装置中手动摇柄的一结构示意图；图6是本发明实施例提供的粮食密度测量方法的流程示意图。本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施例方式如图1、2、3及4所示，本发明实施例提供一种粮食密度测量装置，可用来测试粮堆 的密度，包括用于装粮食样品的容器筒1 (高1. 4米，直径30厘米)、盖子3、电容测量仪4、 电子秤(图中未示出)及振动器(图中未示出)及用于提升容器筒1高度的提升机构。其 中，盖子3为一个厚度2厘米的绝缘圆盘，其直径比外筒的内径略小，盖子上面安装两根作 为电极的硬质金属直导线，长82厘米，平行放置，且与电容测量仪4连接。硬质金属直导线 应固定在盖子上面，在插入粮堆时两硬质金属直导线仍能保持平行。盖子3上面安装两个 刻度尺5，30厘米，精度为1毫米，尺子刻度的起始位置是盖子3的底面。提升机构包括滑 轮组(可由4个滑轮11构成)、手动摇柄13 (结构如图5所示)、支撑座8及固定机构。支 撑座8与容器筒1通过稳固保持架7固定连接。其中，固定机构包括底座10、支架9及顶盖 15。其中，2个滑轮11固定于顶盖15两侧，另2个滑轮固定与支撑座8两侧。容器筒1穿 过顶盖15。手动摇柄13与滑轮11之间通过钢丝13连接。通过调整手动摇柄13可对支撑 座8进行拉升，进而将容器筒1进行拉升。将容器筒1拉升的目的是为了方便将测量容器 筒1放到电子秤上，以称测量容器筒1中粮食样品的重量，从而根据粮食体积计算出粮食样 品的密度。在称重后，将容器筒1与振动器连接并固定于底座10上。在振动器振动时，容 器筒1不会发生偏斜、倾倒及位移。下面结合图5所示的方法对粮食密度测量装置工作过 程进行说明。如图5所示，本发明实施例提供一种粮食密度测量方法，基于图1 图4所示的粮 食密度测量装置来实现，包括步骤S1、将两硬质金属直导线完全插入到粮堆之中，盖子3底面与粮面结合，利用 电容测量仪4测量此时导线的电容值Cb。在粮堆上面测量多个位置可以提高测量精度。计 算所述被测粮堆的相对介电常数e，⑴即e = (Cb-Ci)/。其中，C0为有效电容，为 杂散电容。由电容传感器的电容值公式C= 可知，电容传感器的电容值与其内部的电 介质的介电常数成正比，真空的相对介电常数为1，空气的相对介电常数略大于1，其它电 介质的相对介电常数都大于1。分别测量电介质为空气和粮食时的电容传感器的电容值Q 和C，就可以计算得到其相对介电常数值。由于受电容传感器的杂散电容影响，电容表所测 量的电容值不完全是粮食中的金属杆部份的电容值，盖子的其以上部份金属杆的电容会影 响到测量结果，因此，公式C= ￡(^需要修改为以下的格式C= eQ+C”式中，Q为有效电 容(两电极的电容)，Ci为杂散电容。在测量之前，通过计算和标定的方法，确定出(；和^ 的值。步骤S2、对粮堆的测量完成之后，从被测粮堆中取出一定量的粮食样品，倒入容器 筒1中，并使粮面距筒口 10厘米。用电子秤对容器筒重的粮食样品进行称重。具体称重过程是称重时，可通过提升机构将容器筒升起，将电子秤置于容器筒下，先称容器筒1的重量， 然后再称装入粮食后的容器筒1的重量，两者相减得到粮食的重量。称重后，将带有两硬质 金属直导线的盖子3放入容器筒1中，使两硬质金属直导线完全插入粮堆之中，盖子3的下 表面与粮面相接触。从盖子3上面的尺子上读出粮面距筒口的距离，再用筒的内部高度减 去该距离，得到粮柱的高度，结合粮柱的直径，计算出筒内粮柱的体积值和密度值P工(在知 道粮食样品重量、体积情况下，可算出粮食样品的密度Pi)。作为优选方式，称重完成后， 把容器筒1升起，把电子秤从容器筒1下拿出，再把带粮食的容器筒1放到振动器上面。通 过启动振动器，并进行多次振动，测量每次振动后的所述密度测量筒内粮柱的密度值Pj 与所述密度值Pi对应的电容传感器的电容值Ca，计算粮食样品的相对介电常数￡，(即 e'rl= (Q-CiVQ)，重复该过程，直到筒中粮柱的密度不再改变为止。步骤S3、对于颗粒状的粮食，在含水量和温度不变的条件下，利用被测粮堆的相对 介电常数￡，、粮食样品的密度值口工及相对介电常数￡，，建立粮食密度与相对介电 常数之间的函数关系，即e 'r2= [((e'J^-DP^Pi+l)3，以确定被测粮堆的平均密度P2。本发明设计了一种测量粮仓中粮堆的平均密度的方法，并设计了测量设备。该方 法依据粮食的介电常数受其平均密度影响的原理，通过建立粮堆中取出的粮食样品的介电 常数与密度变化的函数关系和测量粮堆的介电常数来间接测量粮堆的平均密度。依据该测 量原理，设计使用平行直导线作为电容传感器，以粮食为电容传感器的电介质，通过振动得 到不同密度等级的粮食样品，使用电容测量设备(电容表)测量该电容传感器的电容值，通 过重量和体积计算密度值，从而建立密度与介电常数的关系。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种粮食密度测量方法，其特征在于，包括测量插入被测粮堆的电容传感器的电容值Cb，计算所述被测粮堆的相对介电常数ε’r2；从粮堆中取粮食样品，测量所述粮食样品的重量，计算所述粮食样品的密度值ρ1、测量所述密度值ρ1对应的电容值Ca，计算所述粮食样品的相对介电常数ε’r1；及利用所述被测粮堆的相对介电常数ε’r1、所述粮食样品的密度值ρ1及相对介电常数ε’r1，建立粮食密度与相对介电常数之间的函数关系，即ε’r2＝[((ε’r1)1/3-1)ρ2/ρ1+1)3，以确定所述被测粮堆的平均密度ρ2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从粮堆中取粮食样品，测量所述粮食 样品的重量，计算所述粮食样品的密度值、测量所述密度值对应的电容值Ca，计算所 述粮食样品的相对介电常数￡，rl包括从所述被测粮堆中取出粮食作为粮食样品置入一密度测量筒中； 测量所述密度测量筒中粮食样品的重量；将带有电容传感器的盖子放入所述密度测量筒中，使所述电容传感器电极完全插入所 述粮食样品之中，盖子的下表面与所述粮食样品的粮面相接触；测量粮柱的高度，结合粮柱的直径，计算所述密度测量筒内粮柱的密度值P工及所述电 容传感器的电容值Ca,，计算所述粮食样品的相对介电常数￡，rlo
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算粮食样品的密度值、测量所 述密度值P ！对应的电容值Ca，计算所述粮食样品的相对介电常数￡，rl还包括启动所述密度测量筒的振动装置，并进行多次振动，测量每次振动后的所述密度测量 筒内粮柱的密度值P工及与所述密度值P i对应的电容传感器的电容值Ca，计算所述粮食样 品的相对介电常数￡，，直至所述密度测量筒内粮柱的密度值Pi不再改变。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于所述e = (Cb-Q/C。；所述e，= (Q-Q/C。，其中，CQ为有效电容，为杂散电容。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述密度测量筒包括用于装粮食样品的容器筒、安装有电容传感器和高度测量器的盖子、与所述电容传感 器连接的电容测量仪、测重装置和振动器；所述容器筒与所述振动器连接；所述安装有电 容传感器的盖子与被测粮堆连接；所述测重装置与所述容器筒连接；所述安装有电容传感 器的盖子与所述容器筒所装的粮食样品连接。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述密度测量筒还包括用于提升容器筒高度的提升机构，所述提升机构包括滑轮组、手动摇柄、支撑座及固定 机构，所述支撑座与所述容器筒1通过连接，所述滑轮之间及所述滑轮与所述手动摇柄通 过线连接、所述容器筒与所述支撑座连接，所述固定机构包括底座、与所述底座连接的支架 及与所述支架连接的顶盖，所述滑轮组分别与所述顶盖及所述支撑座连接。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述容器筒高1. 4米，直径30厘米；所述电容传感器包括两根硬质金属直导线，长度为 82厘米；所述测量器长度为30厘米的刻度尺，其精度为1毫米。
8.一种粮食密度的测量装置，可用来测试粮堆的密度，其特征在于，包括用于装粮食样品的容器筒、安装有电容传感器和高度测量器的盖子、与所述电容传感 器连接的电容测量仪、测重装置和振动器；所述容器筒与所述振动器连接；所述安装有电容传感器的盖子与被测粮堆连接，测量 插入被测粮堆的电容传感器的电容值(；，以计算所述被测粮堆的相对介电常数￡ ；所述测重装置与所述容器筒连接，测量所述容器筒中粮食样品的重量；所述安装有电容传感器的盖子与所述容器筒所装的粮食样品相接，测量粮柱的高度及 所述电容传感器的电容值Ca，以计算所述密度测量筒内粮柱的密度值P :和所述粮食样品 的相对介电常数￡ ’ ri。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于还包括用于提升容器筒高度的提升机构，所述提升机构包括滑轮组、手动摇柄、支撑座及固定 机构，所述支撑座与所述容器筒1通过连接，所述滑轮之间及所述滑轮与所述手动摇柄通 过线连接、所述容器筒与所述支撑座连接，所述固定机构包括底座、与所述底座连接的支架 及与所述支架连接的顶盖，所述滑轮组分别与所述顶盖及所述支撑座连接。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述容器筒高1. 4米，直径30厘米；所述电容传感器包括两根硬质金属直导线，长度为 82厘米；所述测量器长度为30厘米的刻度尺，其精度为1毫米。
全文摘要
本发明公开了一种粮食密度测量方法，包括测量插入被测粮堆的电容传感器的电容值Cb，计算所述被测粮堆的相对介电常数ε’r2；计算粮食样品的密度值ρ1、测量所述密度值ρ1对应的电容值Ca，计算所述粮食样品的相对介电常数ε’r1；及利用所述被测粮堆的相对介电常数ε’r1、所述粮食样品的密度值ρ1及相对介电常数ε’r1，建立粮食密度与相对介电常数之间的函数关系，即ε’r2＝[((ε’r1)1/3-1)ρ2/ρ1+1)3，以确定所述被测粮堆的平均密度ρ2。本发明还提供一种粮食密度测量装置。根据本发明提供的粮食密度测量方法及装置，能提高粮食密度测量的精确性。
文档编号G01N9/00GK101876619SQ201010207190
公开日2010年11月3日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者吴炳方, 杨雷东 申请人:中国科学院遥感应用研究所