一种啤酒发酵检测装置的制作方法

本实用新型涉及工业设备领域，尤其涉及一种啤酒发酵检测装置。

背景技术：

随着新技术的发展，啤酒发酵技术相对滞后，装置的自动化水平不高，产品的质量稳定性也面临挑战。国内现有啤酒发酵罐集成检测pH值的很少，而pH值是影响啤酒口感的重要指标之一，如啤酒的PH值为4.0-4.4时，其口感风味淡爽、柔和，而当PH 值在4.0以下时，其口感就会发涩。目前市面上的pH测试仪一般体积较大，且较少带有温度补偿功能，测量结果不够准确。且因为发酵罐的温度调节特性，罐内不同高度上的温度会存在差异，且在进行升温降温操作时，内部的酒液在温差推动下发生流动也会影响定点测量的准度。同时，测量数据不能通过网络进行远程传输，数据不能上传物联网云平台，不便于企业的中控台或个人电脑、手机等设备进行参数监控。此外，不同温度下的PH值是有差异的，单纯测量PH值而不考虑温度因素会影响对工艺的准确把控，这些都不符合工业4.0的发展趋势。所以有必要发明一种测量精准度高、具备远程数据传输能力的啤酒发酵检测装置。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种测量精准度高、具备远程数据传输能力的啤酒发酵检测装置。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的一种啤酒发酵检测装置，包括支架和传感器；所述支架穿过发酵罐的侧壁延伸至酒液中；所述支架包括第一支架和第二支架；所述发酵罐侧面设置有外接口；所述第一支架的一端连接设置有紧固法兰；所述第一支架通过紧固法兰与外接口固定连接；所述第一支架为中空结构；所述第二支架嵌设在第一支架内，沿第一支架的长度方向自由往复移动；所述传感器设置在第二支架上。

进一步地，所述第二支架包括固定体和活动体；所述固定体与第一支架嵌套配合；所述固定体远离第一支架的一端按自身长度方向延伸设置有第一座体和第二座体；所述第一座体与第二座体间隔设置；所述第一座体朝向第二座体的一侧向外延伸设置有第一滑柱；所述第二座体朝向第一座体的一侧向外延伸设置有第二滑柱；所述活动体设置在第一滑柱和第二滑柱之间；所述活动体两侧设置有滑槽；所述第一滑柱、第二滑柱与滑槽配合；所述活动体远离固定体一端设置有配重块；所述活动体靠近固定体的一端与固定体通过卡扣固定。

进一步地，所述固定体远离第一支架的一端上设置有齿轮；所述活动体表面设置有排齿；所述齿轮与排齿咬合设置；操作齿轮转动，驱动活动体上下移动。

进一步地，所述支架内设置有检测系统；所述检测系统包括MCU控制器模块；所述传感器的信号输出端与MCU控制器模块通讯连接；所述传感器包括温度传感器和PH 传感器；所述MCU控制器模块与温度控制阀控制连接；所述MCU控制器模块还分别与LCD触摸屏、4G通信模块通讯连接。

有益效果：本实用新型的一种啤酒发酵检测装置，包括支架和传感器；所述支架穿过发酵罐的侧壁延伸至酒液中；所述发酵罐侧面设置有外接口；所述支架通过紧固法兰与外接口固定连接；所述支架包括第一支架和第二支架；所述第一支架为中空结构；所述第二支架嵌设在第一支架内，沿第一支架的长度方向自由往复移动；所述传感器设置在第二支架上；所述第二支架包括固定体和活动体；通过活动体滑槽与滑柱的配合，实现了活动体在发酵罐内的翻转，扩大了检测区域；通过活动体上排齿和齿轮的配合，实现了活动体的上下移动，从而实现了对一定范围内不同高度酒液的检测，进一步提高了检测结果的精准度；通过卡扣与连接绳配合，实现了活动体翻转后的位置回复，实现了检测装置的快速方便回收；通过支架内的检测系统，实现了温度和PH值的同时检测，有效消除了温度对PH值的影响，同时借助无线通信模块实现了检测数据的实时上传，为实现发酵罐的远程监控提供了优良的设备基础。

附图说明

附图1为支架与传感器位置示意图；

附图2为检测装置结构示意图；

附图3为检测装置局部细节图；

附图4为活动体移动示意图；

附图5为检测系统整体架构图；

附图6为电源电路图；

附图7为MCU控制器模块电路图；

附图8为4G通信模块电路图；

附图9为PH检测电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

一种啤酒发酵检测装置，如附图1和附图2所示，包括支架1和传感器2；所述支架1穿过发酵罐3的侧壁延伸至酒液中，利用传感器2来对罐中的酒液进行实时检测；所述支架1包括第一支架11和第二支架12；所述发酵罐3侧面设置有外接口31；所述第一支架11的一端连接设置有紧固法兰13；所述第一支架11通过紧固法兰13与外接口31固定连接，确保连接处密封无泄漏；同时外接口31和支架1在使用前进行消毒处理，防止检测工作造成酒液污染；所述第一支架11为中空结构；所述第二支架12嵌设在第一支架11内，沿第一支架11的长度方向自由往复移动；所述传感器2设置在第二支架12上。

如附图2和附图3所示，所述第二支架12包括固定体121和活动体122；所述固定体121与第一支架11嵌套配合；所述固定体121远离第一支架11的一端按自身长度方向延伸设置有第一座体123和第二座体124；所述第一座体123与第二座体124间隔设置；所述第一座体123朝向第二座体124的一侧向外延伸设置有第一滑柱125；所述第二座体124朝向第一座体123的一侧向外延伸设置有第二滑柱126；所述活动体122设置在第一滑柱125和第二滑柱126之间；所述活动体122两侧设置有滑槽127；所述第一滑柱125、第二滑柱126与滑槽127配合；所述活动体122远离固定体121一端设置有配重块128；所述活动体122靠近固定体121的一端与固定体121通过卡扣129固定；当活动体122在初始阶段位置时，活动体122远离固定体121的一端在配重块128的作用下有绕着第一滑柱125、第二滑柱126向下转动的趋势，此时卡扣129位于活动体122 靠近固定体121一端的上方限制其转动。

如附图4所示，所述固定体121远离第一支架11的一端上设置有齿轮130；所述活动体122表面设置有排齿；所述齿轮130与排齿咬合设置；操作齿轮130转动，驱动活动体122上下移动；如附图4(a)所示为初始状态，此时活动体122后卡扣约束保持与固定体121平行的姿态；如附图4(b)所示，当操作卡扣129回缩时，活动体122在配重块128作用下翻转；如附图4(c)所示，从图中视角来讲，当齿轮130逆时针转动时，活动体122被驱动向下移动；如附图4(d)所示，当齿轮130顺时针转动时，活动体 122被驱动向上移动；传感器2可安装在配置块128一端或是相对的另一端，这样在齿轮130驱动活动体122上下移动时，传感器2可以对一定高度范围内的温度、PH值做连续测量，从而提高检测结果的准确度；从图中还可以看到，齿轮130位于固定体121 的下方，除了驱动活动体122移动外，它还可以起到限位作用防止活动体122过度翻转；由附图2可见，活动体122靠近固定体121的一端通过连接线132与固定体121相连，固定体121内设有绕线筒，通过支架1靠外一侧的转柄133来驱动，转动转柄133可以控制连接线132的收放，当检测过程结束后，可以利用连接线132与齿轮130配合，将活动体122拉回至初始位置，随后从外接口31抽出完成检测装置回收。

所述支架1内设置有检测系统，所述检测系统包括数据采集系统、智能网关和云平台；如附图5所示，所述检测系统包括MCU控制器模块41，具体采用STM32F103RCT6 型号ARM芯片作为核心处理器，属于Cortex-M3内核，有72MHz工作频率，结合电源等基本电路构成系统电路，能外接小尺寸TFT-LCD对温度值和pH值进行显示， STM32F103RCT6芯片电路图如附图7所示；所述传感器2的信号输出端与MCU控制器模块41通讯连接；所述传感器2包括温度传感器42和PH传感器43；所述MCU控制器模块41与发酵罐3的温度控制阀44控制连接；所述MCU控制器模块41还分别与 LCD触摸屏45、4G通信模块46通讯连接，通过4G通信模块46即可实现检测数据的云平台实时同步；所述4G通信模块46具体采用附图8所示的4G LTE CAT-1模块， STM32ARM通过PCIE接口与4G LTE CAT-1模块相连，通过串口2进行通信，包含 LM1117-3.3/1.8V电源电路(如附图6所示)，SIM卡工作电路，基于TXS0102芯片的 3.3V转1.8V串口通信电压转换电路，基于CP2102芯片的USB口调试电路等。LTE CAT-1 芯片提供10Mbps的数据传输业务，能获得较好的4G LTE业务。

下面具体从两个方面对检测装置进行说明：

(1)数据采集端PH值与温度检测

数据采集端采用电位分析法实现pH检测；使用pH电极与被测溶液进行接触，使用原电池装置测电极电位值，使化学反应产生的能量转换成电能，由两个半电池组成该电池的电压。一个半电池的电位取决于特定的离子活度；另一个半电池通常和测量溶液相通，和测量仪表连接，将两个电极组合起来构成pH复合电极。

数据采集端一方面采用pH复合电极采集啤酒发酵罐溶液的电极电位差，经过由TLC4502运算放大器芯片构成的如附图9所示的pH检测电路进行信号放大，送入 STM32ARM进行A/D转换，经电压差和pH值的比值计算得到pH值；另一方面采用 PT100电阻式温度传感器采集啤酒发酵罐内的温度差分电压值，经过由HX711芯片构成的温度检测电路进行信号放大和A/D转换后，通过类似I²C的通信方式送入STM32 ARM，从而决定啤酒发酵罐控制阀的开度，由STM32ARM通过控制电路控制阀门，进一步调节温度。

信号放大部分采用一款集放大与A/D转换于一体的HX711芯片，由PT100电阻传感器构成的测温电桥电路输出IN+，IN-差分信号进入该芯片通道A，与其内部的低噪声可编程放大器相连，通过编程设置其增益为128倍，其输入的差分信号幅值在20mV内，然后再经内部24位A/D转换器转换后，经过芯片12脚DOUT输出给STM32ARM。 HX711芯片的12脚与11脚一起构成了与STM32ARM进行类似于I²C的数据通信过程。

(2)智能网关的设计

该系统网关采用STM32F103RCT6型号ARM芯片作为核心处理器，属于Cortex-M3 内核，有72MHz工作频率，结合电源等基本电路构成系统电路，能外接小尺寸TFT-LCD 对温度值和pH值进行显示；STM32ARM通过PCIE接口与4G LTE CAT-1模块相连，通过串口2进行通信，包含LM1117-3.3/1.8V电源电路，SIM卡工作电路，基于TXS0102 芯片的3.3V转1.8V串口通信电压转换电路，基于CP2102芯片的USB口调试电路等。 LTE CAT-1芯片提供10Mbps的数据传输业务，能获得较好的4G LTE业务。

设备主要技术指标如下：pH测量溶液范围0-14，溶液温度范围5-60℃，环境温度 5-40℃，环境相对湿度≤85％，适合使用于含固体杂质，混合液样品测量，能够使用于高污染样品测量；测温精度能达到0.2℃；4G模块LTE工作频段可选B1/2/3/4/8/9/13/19， 3GPP协议Release 9版本，Cat.1等级。

与传统啤酒发酵控制装置发酵温度控制不够稳定，不检测pH，数据无法远程传输等缺点比较，本啤酒发酵检测装置的检测系统具有较多优点：数据采集端一方面通过 PT100传感器和HX711芯片构成的放大和A/D转换电路完成温度采集，采集精度较高，然后将数据通过类似I²C的通信方式传给STM32ARM核心电路，控制稳定的温度控制；另一方面通过复合电极和LM358电路实现信号检测与放大功能，采样pH差分电压信号，送入STM32ARM完成A/D转换；STM32ARM网关一方面通过LCD液晶屏显示测量数据，同时与4G模块以PCIE接口相连，将数据以MQTT协议的方式上传云平台(如中国移动OneNET)，实现了可远程查看数据变化曲线，整个系统符合工业4.0的发展趋势；该装置功能强大，性能稳定，结构简单，操作方便，成本优势明显，有较强的市场前景；通过改变系统的传感器还可实现其它自动控制和远程监控应用，可以节约使用人员时间，提高工作效率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。