一种自动加水调速粉质仪的制作方法

本实用新型涉及粮油实验和测试装置，具体涉及一种自动加水调速粉质仪。

背景技术：

粉质仪是小麦面粉的筋力强度检验的一个重要仪器，是通过测试面团搅拌过程的的流变学特性进而衡量面粉筋力强弱，传统的粉质仪的定量加水装置，一般用滴定管，由操作员手工操作添加，具有较难控制加水量、读数判断人为偏差、加水快慢有人为差异等缺点，从而降低粉质仪实验的成功率，并影响最终实验结果的准确度。

近些年发展的自动粉质仪的自动加水装置，是采用具有计量功能柱塞泵，但要达到粉质仪要求的加水精度，须选用较小柱塞泵多次操作，从而带来累计误差。

另外，一般粉质仪具有固定的转速，事实上按国家标准规定，标准粉质仪实验要在规定的转速下搅拌面团，实验结果也是在规定的搅拌速度下得到的，使实验结果具有可对比性和重现性，但在实际应用中有时需要提高或降低搅拌速度用于模仿工业搅拌过程，或者需要改变搅拌速度用以检测面团在不同的搅拌强度下的流变学特性，相应有对粉质仪的可调整速度要求，但是目前还没有可以调速的粉质仪。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型提供一种自动加水调速粉质仪，该设备实现计算机自控加水、搅拌速度在某一速度范围内可控并可以任意设置，粉质仪的自动化水平得以提高，同时提高了粉质仪实验结果的准确度。

一种自动加水调速粉质仪，包括揉面装置、数据采集和控制系统、变频器和计算机，所述揉面装置包括依次连接的搅拌叶片、扭矩传感器和减速电机，所述搅拌叶片外部设置有揉面钵体，所述扭矩传感器、数据采集和控制系统、计算机依次电连接，所述计算机数据采集和控制系统还电连接有变频器，所述变频器与减速电机电连接。

所述揉面装置配置有自动加水装置，所述自动加水装置包括水泵、继电器、储水容器和称重传感器，所述水泵配置有水泵电机，所述水泵电机电连接有继电器，所述水泵的出水端连接有出水管，所述出水管的出水口位于揉面钵体上部，所述水泵的进水端连接有进水管，所述水泵进水管端连接有储水容器，所述储水容器下部设置有称重传感器，所述称重传感器和继电器分别与数据采集和控制系统电连接。

所述揉面装置还包括箱体，所述箱体位于扭矩传感器和减速电机外部。

所述自动加水装置还设置有换热盘管，所述换热盘管串联于水泵进水管部或者出水管部，其外部设置有加热水浴槽，换热盘管置于水浴槽的温水中，所述水浴槽内设置有电热管、测温探头。

所述的数据采集和控制系统，为具有采集模拟电压电流、数字开关量并据有模数（ad）转换功能、控制功能的综合数据采集控制器，为当前成熟产品，市场有售。

进一步的，所述储水容器内设置有用于测试水温的测温探头、对水加热的电热管和控制电热管通断点的继电器，水温电信号经数据采集控制系统传输至计算机，计算机经数据采集控制系统控制继电器从而控制电热管的通电和断电，保证出水容器内的水温符合揉面用水的水温要求。

优选的，所述减速电机包括相互垂直设置的电机和减速机。

优选的，所述箱体内嵌装计算机，计算机设置在机箱右侧部。

一种自动加水调速粉质仪，包括揉面装置、内嵌有cpu微处理器的plc控制器、变频器和计算机，所述揉面装置包括依次连接的搅拌叶片、扭矩传感器和减速电机，所述搅拌叶片外部设置有揉面钵体，所述扭矩传感器、plc控制器、计算机依次电连接，所述plc控制器还电连接有变频器，所述变频器与减速电机电连接；

所述揉面装置配置有自动加水装置，所述自动加水装置包括水泵，所述水泵配置有水泵电机，所述水泵电机电连接有plc控制器的继电器端子，所述水泵的出水端连接有出水管，所述出水管的出水口位于揉面钵体上部，所述水泵的进水端连接有进水管，所述进水管或出水管的某一位置连接有换热盘管，所述换热盘管外部设置有水浴槽，换热盘管置于水浴槽的温水中，所述换热盘管的进水端连接有储水容器，所述储水容器下部设置有称重传感器，所述称重传感器电连接于plc控制器。

进一步的，所述储水容器内设置有用于测试水温的测温探头、对水加热的电热管和继电器，水温电信号经由plc采集，plc根据水温信号控制继电器从而控制电热管的通电和断电，保证出水容器内的水温符合揉面用水的水温要求。

优选的，所述加热箱内设置有电热管、测温探头。

优选的，所述减速电机包括相互垂直设置的电机和减速机。

本实用新型还公开一种自动加水调速粉质仪的加水方法，具体步骤如下：

步骤1、称重传感器检测水容器和容器内水的总重量，经数据采集和控制系统传输至计算机并记忆为初始重量w0；

步骤2、计算机发出指令，数据采集和控制系统控制继电器闭合，水泵电机得电，水泵开始抽取水容器中的水至揉面钵体中；

步骤3、加水期间泵送水经过换热管，水浴槽内水浴通过换热盘管对泵送的揉面用水加热至实验规定的水温;

步骤4、计算机经数据采集和控制系统实时采集称重传感器检测的水容器和容器内水的实时总重量w，当w0-w等于设定加水量时，计算机指令数据采集和控制系统，控制继电器断路使水泵电机失电，加水停止，实现由计算机控制的、自动的、准确的恒温水加注。

进一步的，上述步骤3的另一种控制方法为：储水容器附设的测温探头测量的水温电信号、经数据采集和控制系统传输至计算机，由计算机和数据采集控制系统控制电连接有电热管的继电器，由此控制电热管的通电和断电，直接对储水容器内的水加热至所要求的水温。

本实用新型还公开另一种自动加水调速粉质仪的加水方法，具体步骤如下：

步骤1、称重传感器检测水容器和容器内水的总重量，并传输至plc控制器记忆为初始重量w0；

步骤2、plc控制器发出指令控制继电器闭合，水泵电机得电，水泵开始抽取水容器中的水至揉面钵体中；

步骤3、加水期间加热箱对箱内水体加热并将水温维持在设定温度，水流经换热盘管保证水温；

步骤4、plc控制器实时采集称重传感器检测的水容器和容器内水的实时总重量w，当w0-w等于设定加水量时，plc控制继电器断路使水泵电机失电，加水停止，实现由plc控制的、自动的、准确的恒温水加注。

进一步的，上述步骤3的另一种控制方法为：储水容器附设的测温探头测量的水温电信号、经数据采集和控制系统传输至plc系统，由plc控制电连接有电热管的继电器，由此控制电热管的通电和断电，直接对储水容器内的水加热至所要求的水。

本还公开一种自动加水调速粉质仪的调速、控速和测速装置，包括计算机、数据采集和控制系统、变频器和减速电机，所述的计算机控制数据采集和控制器，输出特定的电压或电流并加载至变频器的相应端子，变频器输出一定频率的动力电源驱动减速电机以特定的速度转动；所述的扭矩传感器具有测速功能，其检测的转速电信号经数据采集和控制系统反馈至计算机，计算机由此适当调整数据采集和控制器发生的电压值或电流值从而改变变频器输出频率，使减速电机输出速度等于或尽可能接近设定转速，实现粉质仪的速度精准、可控功能。

本实用新型的有益效果：

1.通过设置一个称重传感器实现由计算机控制的自动的恒温水加水功能，可根据粉质实验实际需要任意设置加水量，结构简单、实现成本相对较低，并且加水流速、加水时间基本一致，提高了实验结果的准确性，双实验结果的重现性也得以提高。

2.本实用新型设置有变频器，选用单相电源变频器可输出指定频率的三相交流电，故采用本方案的粉质仪，可选用ac220v电源并用三相异步电动机作仪器驱动，因ac220电源普遍存在故仪器使用场合基本不受限制，实验室没有三相电源也可以使用粉质仪，另外较单相电机驱动的粉质仪，整机电气性能得以提高，运行噪音和震动都得以降低。

3.通过设置变频器和速度的反馈控制，使粉质仪的标准转速精度得以提高，从而提高了实验结果的准确性，同时粉质仪转速在一定范围内可以任意设置调整，使粉质仪不止应用于标准转速下的标准粉质实验，还可用于改变转速从而改变面团的搅拌强度，用以模仿工业搅拌过程，或用于检测面团在不同的搅拌强度下的流变学特性，使粉质仪应用范围得以扩大。

4.本实用新型粉质仪驱动电动机左右方向布置，仪器机箱整体前后方向的深度尺寸减小，左右方向的宽度尺寸较大，并且控制计算机设置于揉面装置右侧并嵌入机箱中，仪器整体结构紧凑，十分方便对计算机的操作和读写数据。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型主视图；

图2为本实用新型俯视图；

图3为本实用新型立体结构图一；

图4为本实用新型立体结构图二；

图5为由计算机控制的粉质仪自动加水系统的控制线路图

图6为由plc控制的粉质仪自动加水系统的控制线路图

图7为本实用新型粉质仪的速度控制线路图

图中：1、水浴槽，2、储水容器，3、出水管，4、揉面钵体，5、进水管，6、水泵，7、称重传感器，8、换热盘管，9、扭矩传感器，10、变频器，11、减速电机。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

如图1-4所示的一种自动加水调速粉质仪，包括揉面装置，所述揉面装置包括依次连接的搅拌叶片、扭矩传感器9和减速电机11，所述搅拌叶片外部设置有揉面钵体4，揉面钵体4内为对称安装的主、副两个搅拌叶片，主搅拌叶片通过联轴器与扭矩传感器9和减速电机11连接，减速电机包括相互垂直设置的电机和减速机。

所述扭矩传感器与数据采集和控制系统、计算机依次电连接，同时计算机还电连接有变频器，所述变频器与减速电机电连接。箱体罩在扭矩传感器和减速电机外部，计算机嵌装在箱体前部侧面，倾斜设置。减速机通过扭矩传感器驱动搅拌叶片以规定的速度旋转，面团在揉面钵中得以揉和，扭矩传感器检测搅拌扭矩并由数据采集和控制装置传输至计算机，计算机上的专用软件绘制时间—扭矩坐标图即粉质图并分析实验结果。

电机和减速机整体呈左右方向布置，使得机箱整体左右方向相对较长，前后深度相对较小，并且机箱右侧向里缩进，方便仪器在案台上布置，方便查阅、操作计算机。

本实用新型所述粉质仪还具有变速功能，减速机的输出速度可以在一定范围内调整，从而改变搅拌叶片的转速进而改变搅拌强度用于除标准粉质实验外的进一步的面团流变学特性测试，所述的自动加水调速粉质仪的调速、控速和测速装置，包括计算机、数据采集和控制系统、变频器和减速机，所述的计算机控制数据采集和控制器，输出特定的电压或电流并加载至变频器的相应端子，变频器输出一定频率的动力电源驱动减速机以特定的速度转动；所述的扭矩传感器具有测速功能，其检测的转速电信号经数据采集和控制系统反馈至计算机，计算机由此适当调整数据采集和控制器发生的电压值或电流值从而改变变频器输出频率，使减速机输出速度等于或尽可能接近设定转速，实现粉质仪的速度精准、可控功能。

揉面装置配置有自动加水装置，所述自动加水装置包括位于揉面装置底部的水泵6，水泵配置有水泵电机，水泵电机电连接有继电器，水泵6的出水端连接有出水管3，出水管3经箱体固定转向后在揉面钵体4上部向揉面钵体内加水，水泵6的进水端连接有进水管5，进水管5连接有换热盘管8，换热盘管外部设置有水浴槽1，水浴槽1内置温水，水浴槽内设置有用于对水加热的电热管和用于测试水温的测温探头，电热管和测温探头均与计算机电连接，实现信号传输，换热盘管置于水浴槽1内的温水中，换热盘管的进水端连接有储水容器2，储水容器2的下部设置有称重传感器7。

上述自动加水装置的另外一种设置方式为，包括连接有水泵电机的水泵6，水泵电机电连接有继电器，水泵6的进水管5连接储水容器2，储水容器2的下部设置有称重传感器7，水泵6的出水端连接换热盘管8，换热盘管8的盘管部分浸入在水浴槽1内的温水中，换热盘管8的出水口连接出水管3，出水管3的出水口在揉面钵体上部用于向揉面钵体内加水。

上述自动加水装置的第三种设置方式为，包括水泵6，水泵配置有水泵电机，水泵电机电连接有继电器，水泵6的进水管5连接储水容器2，储水容器2的下部设置有称重传感器7，储水容器7储存有揉面用水并设置有对水加热的电热管、用于测试水温的测温探头和温控器，上述储水容器水温温控装置保证出水容器7内的水温符合揉面用水的水温要求，水泵6的出水端连接出水管3，出水管3的出水口在揉面钵体上部用于向揉面钵体内加水。

上述三种自动加水装置设置方式还可以变通为，所述自动加水调速粉质仪还设置有滴定管，水泵6的驱动电机电连接有继电器或控制电机启停的另外结构形式的开关，由计算机或操作者手动控制开关启动水泵6自储水容器2中吸水并泵入滴定管中，由操作者手动控制滴定管向揉面钵中加入所需要的揉面用水，实现自动和手动两种加水方式。

本实用新型还公开一种自动加水调速粉质仪的加水方法，具体步骤如下：

步骤1、称重传感器检测水容器和容器内水的总重量，经数据采集和控制系统传输至计算机并记忆为初始重量w0；

步骤2、计算机发出指令，数据采集和控制系统控制继电器闭合，水泵电机得电，水泵开始抽取水容器中的水至揉面钵体中；

步骤3、加水期间泵送水经过换热管，水浴槽内水浴通过换热盘管对泵送的揉面用水加热至实验规定的水温，或者不设置水浴槽和换热盘管，由电热管直接对储水容器内的水加热至所要求的水温；

步骤4、计算机经数据采集和控制系统实时采集称重传感器检测的水容器和容器内水的实时总重量w，当w0-w等于设定加水量时，计算机指令数据采集和控制系统，控制继电器断路使水泵电机失电，加水停止，实现由计算机控制的、自动的、准确的恒温水加注。

进一步的，上述步骤3的另一种控制方法为：储水容器附设的测温探头测量的水温电信号、经数据采集和控制系统传输至计算机，由计算机和数据采集控制系统控制电连接有电热管的继电器，由此控制电热管的通电和断电，直接对储水容器内的水加热至所要求的水温。

首选的，水泵6选用隔膜泵。

次选的，水泵6选用蠕动泵，离心泵，但不限于这两种水泵。

需要指出的是，本专利具体实施方式中选用具有内部水流截止功能的水泵，如隔膜泵，水泵电机停止后，水泵内阀闭合，将不必再行选用电磁阀；对于没有水流截止功能的水泵，如离心泵，需要在进水管或者入水管出设置电磁阀，在水泵电机停止后，关闭电磁阀，阻止水继续溢流或回流。

实施例二：

本实施例中将计算机控制系统改为plc控制系统，机械部分与实施例一相同，控制过程如下：

一种plc控制的自动加水调速粉质仪的加水方法，具体步骤如下：

步骤1、称重传感器检测水容器和容器内水的总重量，并传输至plc控制器记忆为初始重量w0；

步骤2、plc控制器发出指令控制继电器闭合，水泵电机得电，水泵开始抽取水容器中的水至揉面钵体中；

步骤3、加水期间水浴槽对箱内水体加热并将水温维持在设定温度，水流经换热盘管保证水温；

步骤4、plc控制器实时采集称重传感器检测的水容器和容器内水的实时总重量w，当w0-w等于设定加水量时，plc控制继电器断路使水泵电机失电，加水停止，实现由plc控制的、自动的、准确的恒温水加注。

进一步的，上述步骤3的另一种控制方法为：储水容器附设的测温探头测量的水温电信号、经数据采集和控制系统传输至plc系统，由plc控制电连接有电热管的继电器，由此控制电热管的通电和断电，直接对储水容器内的水加热至所要求的水。

实施例三：

本还公开一种自动加水调速粉质仪的调速、控速和测速装置，包括计算机、数据采集和控制系统、变频器、扭矩传感器和减速电机，所述的计算机控制数据采集和控制器，输出特定的电压或电流并加载至变频器的相应端子，变频器输出一定频率的动力电源驱动减速电机以特定的速度转动；所述的扭矩传感器具有测速功能，其检测的转速电信号经数据采集和控制系统反馈至计算机，计算机由此适当调整数据采集和控制器发生的电压值或电流值从而改变变频器输出频率，使减速电机输出速度等于或尽可能接近设定转速，实现粉质仪的速度精准、可控变速功能。

下面结合控制线路图，进一步阐述本实用新型所述自动加水调速粉质仪的实现方法。

特别说明，下述定量数据：180ml、300g、30℃、63rpm是为便于阐述本实用新型，不作为本实用新型的必须控制参数。

图5为本实用新型所述粉质仪的由计算机控制的自动加水控制线路图，下面对照控制电路说明工作原理:

在实验预备工作、仪器预热完成后，称取定量面粉（如300g）倒入粉质仪揉面钵中，储水容器中的测温传感器检测水温并传输至计算机，在标准粉质实验中，要求此揉面的水温为30℃，当水温低于30℃时，计算机对数据采集控制系统发出指令，继电器km2闭合，储水容器内的电热管通电，对储水容器内的揉面用水加热，由此控制储水容器内的揉面用水温度稳定在要求的水温范围。

在计算机人机界面上，设定需加入的揉面用水毫升数，如180ml,因粉质实验要求揉面用蒸馏水，所以加水毫升数等于克数，如180ml=180g,给予开始加水命令后，计算机发出加水指令→称重传感器1检测储水容器和容器内水的总重量，经数据采集和控制系统传输至计算机并记忆为初始重量w0→数据采集和控制系统发出控制信号→继电器km1闭合→水泵电机通电，水泵开始抽取水容器中的水至揉面钵体中→称重传感器1实时检测的储水容器和容器内水的实时总重量w并数据采集和控制系统传输至计算机→计算机实时计算w0-w值，当w0-w值等于设定加水量时→计算机指令数据采集和控制系统，控制继电器km1断路，使水泵电机失电，加水停止→实现由计算机控制的、自动的、准确的恒温水加注。

图6为本实用新型所述粉质仪的由plc控制的自动加水控制线路图，下面对照控制电路说明工作原理:

在实验预备工作、仪器预热完成后，称取定量面粉（如300g）倒入粉质仪揉面钵中，储水容器中的测温传感器检测水温并传输至plc系统，在标准粉质实验中，要求此揉面的水温为30℃，当水温低于30℃时，plc发出指令，继电器km2闭合，储水容器内的电热管通电，对储水容器内的揉面用水加热，由此控制储水容器内的揉面用水温度稳定在要求的水温范围。

在plc人机界面上，设定需加入的揉面用水毫升数，如180ml，因粉质实验要求揉面用蒸馏水，所以加水毫升数等于克数，如180ml=180g，给予开始加水命令后，plc发出加水指令→称重传感器1检测储水容器和容器内水的总重量，传输至plc并记忆为初始重量w0→plc控制继电器km1闭合→水泵电机通电，水泵开始抽取水容器中的水至揉面钵体中→称重传感器1实时检测的储水容器和容器内水的实时总重量w并传输至plc→plc系统实时计算w0-w值，当w0-w等于设定加水量时→plc系统控制继电器km1断路，使水泵电机失电，加水停止→实现由plc控制的、自动的、准确的恒温水加注。

图7为本实用新型所述粉质仪的由计算机控制的变速和速度控制线路图，下面对照控制电路说明工作原理:

在粉质仪正式实验前，在计算机的粉质程序界面上，设定粉质实验的揉面转速，此速度按国标规定为63rpm，操作者也可根据需要设置其他的转速，称取定量面粉（如300g）倒入粉质仪揉面钵中，在计算机的粉质程序界面上设定需加入的揉面用水毫升数，操作者在计算机程序界面输入指令启动仪器，正式实验开始→计算机根据设定速度，指令数据采集和控制系统发出相应的电压或电流，加载至变频器的相应端子→变频器输出一定频率的动力电源→减速电机以特定的速度转动，经扭矩传感器驱动搅拌叶片揉面→扭矩传感器检测转速，其转速电信号经数据采集和控制系统反馈至计算机→计算机判断当前速度与设定速度的速度差，必要时适当调整数据采集和控制器发生的电压值或电流值从而改变变频器输出频率，使减速电机输出速度等于或尽可能接近设定转速→扭矩传感器采集扭矩数据经数据采集和控制系统传输至计算机，计算机绘制粉质仪→实验结束，计算机分析数据，必要时打印实验报告。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。