奶采样装置和具有该奶采样装置的挤奶系统的制作方法

奶采样装置和具有该奶采样装置的挤奶系统
1.在第一方面，本发明涉及一种用于从挤奶装置、特别是机器人挤奶装置抽取代表性奶样品的采样装置，该挤奶装置包括挤奶器件、用于储存多次挤奶所得的奶的奶贮罐、在挤奶装置与奶贮罐之间的奶管线、以及用于控制机器人挤奶装置的控制单元，该采样装置包括样品管线，该样品管线具有到奶管线的输入连接部、并且具有到样品收集容器的输出件，该采样装置被配置成将样品奶量泵送通过样品管线。
2.这样的采样装置本身是已知的。这样的采样装置用于抽取奶样品以例如在实验室中进行检查。在这种情况下，重要的是，获得尽可能好的具有代表性的奶。然而，奶是一种复合液体，在所抽取的整个体积中未必具有相同的组成。明显的示例是奶脂，奶脂比水性成分轻，因此在一定量的时间后会漂浮到顶部(“脱脂”)。出于此原因和其他原因，要抽取比例样品。
3.例如，wo 95/23959a1描述了一种用于抽取奶样品以在实验室中进行检查的比例液体采样器，其中，单独的蠕动样品泵在挤奶期间从奶流中抽取部分奶流。在这种情况下，基于连续不断地测得的奶流流速、以及在挤奶之前估计的要泵送的奶体积，连续不断地控制并调整样品泵的泵送速度。此体积是基于历史奶数据估计出来的。
4.实际上，决不会始终确保此采样装置产生确切的、优选地恒定的、至少可预测的样品奶量，这是不期望的。毕竟，过大的量意味着不必要的产品损耗，而过小的量可能导致分析结果不准确。
5.因此，本发明的目的也是提供一种改进的采样装置，该采样装置不会出现所述缺点、或者至少很少出现所述缺点。
6.为此，本发明提供了一种如权利要求1所述的采样装置，特别是一种用于从挤奶装置、特别是机器人挤奶装置抽取代表性奶样品的采样装置，该挤奶装置包括：挤奶器件；奶软管，该奶软管在挤奶器件与奶壶之间；奶壶，该奶壶用于收集挤奶所得的奶；奶贮罐，该奶贮罐用于储存多次挤奶所得的奶；奶管线，该奶管线在奶壶与奶贮罐之间；奶泵，该奶泵用于以奶泵送速度将奶从奶壶泵送到奶贮罐；奶计量器，该奶计量器用于确定在挤奶中挤出的奶量；以及控制单元，所述控制单元用于控制机器人挤奶装置，该采样装置包括：样品管线，该样品管线具有到奶壶、奶泵和奶管线中的至少一个的输入连接部、并且具有到样品收集容器的输出件；控制装置，该控制装置可由控制单元基于通过奶计量器确定的奶量来控制，以便在所述泵送期间将预定的、特别是固定的样品奶量引导通过样品管线。
7.本发明基于以下理念：如果奶首先被收集、然后才被引导到奶贮罐，那么没有必要预先估计产奶量。毕竟，之后可以比如用奶计量器测量产奶量。这会防止偏差，比如在乳畜在挤奶期间受到惊吓而停止排奶的情况下，其结果是，产奶量(远)低于预期。其他因素也可能会影响实际的产奶量，这意指在根据现有技术的装置中始终存在一定程度的不确定性。对产奶量进行测量会消除这种不确定性，并且可以以清晰且可靠的方式确定期望的样品量与产奶量之间的比率。在此基础上，控制装置可以随后从奶流中排出此量。应当注意，此量不一定始终相同，而是如果需要的话，可以由使用者预先设定，比如取决于样品瓶的容量等来设定。在此应当尤为注意，这不同于用过大的奶样品填充样品瓶，在这种情况下，过量的
奶将会流出。毕竟，因此可能仍然无法确保比例样品，因为由于该流出过程，不清楚奶的哪一部分未在样品中被代表。
8.在此，挤奶装置可以是常规的挤奶装置，其中，挤奶杯被手动地附接到乳头。然而，挤奶装置有利地是可以以完全自主的方式对乳畜进行挤奶的机器人挤奶装置。在这样的挤奶装置的情况下，奶壶是几乎司空见惯的，挤奶所得的奶会被收集在奶壶中、然后才会被泵送到奶贮罐，使得可以在其中最佳地利用可由此获得的关于产奶量的信息。在挤奶结束之后，并且(如果需要的话)在已经对奶壶中的奶进行评估之后，藉由奶泵将此产奶量以奶泵送速度泵出。所述奶泵送速度可以是基本上恒定的，或者在替代方案中，是可变的。
9.在所附的从属权利要求中以及在说明书的以下部分中描述了特定实施例。
10.特别地，奶计量器包括奶流量计，该奶流量计用于测量流向奶壶的奶的奶流大小。无论如何，这几乎总是已经设置在挤奶装置中，以便确定产奶量，而且通常还控制挤奶。例如，如果足够迅速地检测到奶流，那么通常认为挤奶已正确开始，并且当奶流下降到特定大小以下时，挤奶结束。例如，将奶流量值(以升/分钟、或千克/分钟为单位)随时间进行积分会得到奶量的值。
11.更特别地，奶计量器包括定量计、比如重量计，该定量计被配置成确定奶壶中的奶量。于是，奶流量是通过确定体积的时间导数而精确地确定的。然而，更重要的是，这使得可以直接地确定、因此通常更加准确地确定所挤出的奶量。这种定量计(具体地，重量计或质量计)也不太容易受到奶流中的泡沫量的影响，因为这种空气重量对重量值没有贡献。
12.在实施例中，控制装置包括样品泵，该样品泵被配置成将所述样品量泵送通过样品管线。虽然也可以允许通过奶的压力或通过重力使样品量被动地流经例如开口，但是如果这是在样品泵的影响下发生的、而且借助于样品泵对此进行了控制，则可以提供更好的控制。然而，控制装置也可以配备有可控阀或其他开口，可控阀或其他开口的打开由控制单元基于期望的生产量来控制。因此，也可以分离出样品量所需的一小部分奶。
13.在实施例中，样品泵的样品泵送速度可由控制单元基于所确定的奶量来设定或控制。特别地，样品泵送速度也可基于所述奶泵送速度来设定或调整。控制单元例如被配置成计算用奶泵泵送所获得的奶的持续时间。在此基础上，控制单元可以计算样品泵将期望的样品奶量从奶流中泵出、同时泵送到样品瓶所必须达到的旋转速度。在这种情况下，样品泵的旋转时间因此刚好与奶泵的旋转时间一样长，并且可以以这种方式抽取代表性奶样品。如果奶泵在泵送奶期间并不总是具有相同的流速(例如由于流体静压对其有影响这一事实)，那么控制单元也可以随时间变化来调整样品泵送速度，或者在奶泵的流速是在泵送奶期间比如藉由奶管线中的奶流量计测量的情况下，与奶泵的流速成正比地来调整样品泵送速度。
14.在实施例中，控制装置被配置成在奶泵进行泵送期间抽取奶的预定数量的部分样品，其中，这些部分样品的总和得出样品量。特别地，这些部分样品的大小是相等的。除了从奶流中不断分离出(非常)小的一部分之外，还可以足够频繁地抽取部分样品以便获得代表性奶样品。那么，部分样品的瞬时流量将成比例地大于在不断分离出一小部分的情况下的流量。而且，这种较大的流量，它并不是全部时间都在流动，往往比较小的流量更容易监测和控制。例如，较大的流量所经受的阻力比小的流量所经受的阻力要小，并且较大的流量可以更加准确地得到控制。
15.在示例性实施例中，控制装置包括可由控制单元来控制的阀，其中，控制单元被配置成在正在抽取部分样品时使阀保持打开。通过在各自情况下仅打开该阀来抽取部分样品，部分样品每次都会流经样品管线而到达样品瓶或至少到达样品管线的输出件。
16.替代性地或另外，控制装置包括采样泵，该采样泵被配置成间歇地抽取部分样品。如上文已经针对连续不断地操作的样品泵所描述的，连续不断地操作的样品泵也可以间歇地用于抽取部分样品。在这种情况下，可以间歇地启用样品泵；或者，样品泵原则上可以持续操作，同时还设置了只有在正在抽取部分样品时才会被控制单元打开的阀。后一种选项的优点是延迟较少，这是因为阀的反应比泵更加迅速，而且磨损通常也比不断启动和停止的泵的情况更低。在所提到的前一种情况下，泵本身通过关闭样品管线而或多或少地起到间歇阀的作用。
17.虽然不是必需的，但是在实施例中，相继的部分样品之间的时间间隔基本上相同。在对控制装置进行简单控制的情况下，这仍然会提供用于抽取足具代表性的奶样品的有效装置。
18.在实施例中，控制装置被配置成在各自情况下在奶泵正在泵送或已经泵送预定的部分奶量时抽取部分样品。特别地，所述部分量特别是等于所挤出的奶量除以要抽取的部分样品数量。在这种情况下，部分样品因此不是基于时间间隔来抽取的，而是基于所泵送的奶的升/千克数来抽取的。特别地，如果无法保证在泵送奶期间的流速基本上恒定，那么这些实施例可以提供优点，尽管控制稍微复杂一些，因为控制单元既而被配置成测量所泵送的奶量并控制该控制装置在泵送所述部分奶量期间或之后抽取部分样品。
19.所述部分样品数量有利地但非排他性地介于5个至50个之间、特别是介于5个至20个之间。通过在例如介于5个至50个之间的时刻抽取部分样品、并由此组合成奶样品，可以以可靠的方式使奶样品具有代表性。应当清楚，更高数量的部分样品使得可以在更多样的时刻对奶进行采样，但是控制单元可能变得更为复杂并且可能地更容易受到影响。实际上，可以以简单的方式找到满足要施加的要求的部分样品数量。
20.在第二方面，本发明提供了一种挤奶系统，该挤奶系统包括挤奶装置、以及根据本发明的第一方面的采样装置，该采样装置被配置成从挤奶装置抽取代表性奶样品，该挤奶装置包括：挤奶器件；奶壶，该奶壶用于收集挤奶所得的奶；奶贮罐，该奶贮罐用于储存多次挤奶所得的奶；奶管线，该奶管线在奶壶与奶贮罐之间；奶泵，该奶泵用于将奶从奶壶泵送到奶贮罐；奶计量器，该奶计量器用于确定在挤奶中挤出的奶量；以及控制单元，该控制单元用于控制挤奶装置。在这种情况下，挤奶装置因此设置有根据本发明的采样装置。上文已很好地描述了优点，因此为了简洁起见，此处不再提及。然而，应当清楚，根据本发明的挤奶装置中的采样装置的实施例中的每个实施例都将产生类似的优点。
21.特别地，挤奶装置是机器人挤奶装置，在这种情况下，由于乳畜经常会在随机时间访问挤奶装置这一事实，采样也以自动方式进行是有利的。
22.现在将基于一些非限制性的示例性实施例和附图更详细地描述本发明。在附图中：
23.图1示出了根据本发明的包括采样装置的挤奶装置的示意图；以及
24.图2示出了根据本发明的替代性采样装置的细节的示意图。
25.图1示出了根据本发明的包括采样装置10的挤奶装置1的示意图。
26.挤奶装置1包括挤奶杯2、奶软管3、奶壶4、奶管线5、第一阀装置6、奶泵7、以及奶贮罐8。
27.采样装置10包括连接点11、奶样品管线12、样品泵13、样品输出件14、用于奶样品30的样品收集容器15、样品排放管线16、第二阀装置17、污水管线18、以及样品供应管线19。
28.20表示控制单元，21表示重量计，并且22表示外界(比如挤奶箱或畜棚壁)。
29.在这种情况下，为了清楚起见，挤奶装置1仅具有所示出的一个挤奶杯2，但是实际上，挤奶装置通常会具有四个或不同数量的挤奶杯2，该数量会根据乳畜进行调适，比如针对山羊而言，具有两个挤奶杯。按照惯例，挤奶杯2放置于乳畜(在此未示出)的乳头上，以便从该乳畜挤出奶。放置可以手动地执行(比如在常规的挤奶装置中)，或者可以藉由挤奶机器人以全自动的方式执行。
30.奶软管3将所挤出的奶供给到奶壶4，挤奶所得的奶被收集在该奶壶中。在挤奶结束之后，所挤出的奶经由奶管线5被泵出，并且在已经打开第一阀装置6之后，所挤出的奶藉由奶泵7被泵送到奶贮罐8以用于大容量储存。挤奶装置1也受控制单元20的控制。在这种情况下，还假设此控制单元也控制采样装置10，但是该采样装置也可以具有单独的控制单元。这样的挤奶装置1的细节在现有技术中是众所周知的。
31.采样装置10在奶管线5上包括用于奶样品管线12的连接点11，流经奶管线5的奶的一部分可以经由该连接点被截留而作为奶样品，还可以对该奶样品进行检查，比如在实验室中、或在所设置的另一样品分析装置(在此未示出)中进行检查。对于后一种情况，样品泵13在设定时间经由样品输出件14将少量的奶泵送到样品收集容器或样品瓶15。收集在所述样品瓶中的奶样品30可以随后经由样品排放管线16藉由第二阀装置17被引导到污水管线18或样品供应管线19。如果收集奶样品30是为了送到实验室，那么样品排放管线16、第二阀装置17、以及污水管线18和样品供应管线19当然可以被省略。在此，应指出，样品输出件14与样品收集容器15相距一定距离，使得以简单的方式满足了在奶承载部分与样品部分之间提供可靠分隔的要求。此外，连接点11也可以设置在奶壶4上，或者直接设置在奶泵7上(即，设置在奶泵的壳体上)，或者设置在阀6与奶泵7之间，或者甚至设置在奶壶4与阀6之间，这样设置的优点可以是奶层流更好。在本情况下，必须确保(例如，藉由对样品泵13进行选择、或者藉由附加的阀)在挤奶期间，奶不会流经奶样品管线12。
32.根据本发明，为了提供代表性奶样品，控制单元20例如如下控制采样装置10。在挤奶期间，将奶收集在奶壶4中。借助于重量计21(比如一个或多个应变计等)，连续不断地确定奶壶的重量。所收集的奶应确保重量有所差异，并且时间的流逝是对挤奶期间奶流量的指示。所收集的奶的总重量g(即，收集后的重量-收集前的重量)对于本发明而言是重要的。
33.考虑到例如奶壶4中奶成分的竖直分离，必须从此重量g中抽取代表性样品。收集在样品瓶15中的样品30具有预定大小，例如30ml。当然，该大小可以已经根据或要根据样品瓶15的大小进行调适、或者以其他方式已经根据或要根据使用者的需求进行调适，但是应在采样开始之前将该大小固定下来。
34.例如，控制单元随后计算产奶量g与30ml样品体积之间的比率。如果g为12升，那么该比率是
35.g:样品＝12:0.030，
36.即大约400:1。因此，有必要从每400ml奶中截留1ml作为部分样品。为此，例如，控
制单元20可以抽取固定数量的部分样品，比如通过使样品泵13进行10次泵送，每次泵送通过奶样品管线泵出3ml，从而抽取出10个部分样品。样品泵13例如是每次被启用时可以泵送固定奶量的计量泵，比如软管泵。在这种情况下，此固定量乘以启用时刻数量的乘积等于要收集的奶样品的大小，在这种情况下为30ml，但是其他体积当然也是可能的。因此，在几乎任意大小的g的情况下，样品泵13可以在这10次泵送中的每一次泵送时泵出3ml，上至总共30ml。
37.样品泵应优选地由控制单元20在分布于由奶泵7泵送奶期间的时刻启用。如果上述12升的泵送持续32秒，那么控制单元20应使样品泵13平均每3.2秒抽取3ml的部分样品。这也可以是在3.2秒周期结束时、或者是在该周期期间的任何其他固定时刻(比如在中间时刻)。后一种情况防止在泵送奶期间由于启动或关闭而存在任何不准确性。所述附图当然只是示例，并且可以容易地适用于其他值。
38.在上述示例中，假设奶泵13以恒定流速泵送奶。这种假设决不是必须的。替代性地，控制单元20可以例如被配置成基于所泵送的奶量致动样品泵13。为此，控制单元20经由重量计22不断获得存在的奶的重量，因此可以跟踪奶泵13已经泵送的奶量。同样，控制单元将要泵送的奶量g分成期望数量的部分样品，在此示例中，要泵送的奶量为12升，相应地，期望数量的部分样品为10个部分样品。这意指，控制单元必须通过样品泵13，每1.2升的所泵送的奶，抽取一个部分样品。在此，控制单元也可以被配置成在1.2升的该量开始或结束时、或例如在该量中间时抽取该部分样品。
39.图2示出了根据本发明的替代性采样装置的细节的示意图。此部分旨在代替图1中也被点划线包围的那部分。相似的部件由相同的附图标记来表示。
40.在此替代方案中，奶样品管线12同样对奶管线5进行截留，但是，是经由可控阀或节流器9而不是经由样品泵来进行截留的。在g＝12升、并且奶样品体积为30ml的示例中，控制单元20必须以如下方式调整可控阀9：使得至少在阀9连续不断地打开的情况下，该可控阀允许通过0.030/12＝1/400的奶流。阀9也可以允许通过更大比例的奶流，比如1/100。这是处于连续不断地打开的位置时的四倍，因此，控制单元20既而必须将阀9打开持续1/4的时间，比如每4秒打开持续1秒。这种打开也优选地分散在泵出时间内实现。在此，控制单元20也可以选择不是每四秒钟将阀9打开一次，而是例如在各自情况下，在已经泵送10％的g之后将该阀打开一次。当然，这个百分比取决于部分样品的期望数量，数量越大，提供的比例性越好，但代价是控制单元的复杂性。