Пристрій для контролю харатеристик сільськогосподарських матеріалів

Изобретение относится к устройствам для контроля протекания технологических процессов в сельском хозяйстве, а именно к устройствам для определения расхода и объема материала в зоне контроля и геометрических параметров элементов растений. Известно устройство для контроля характеристик материалов, содержащее емкостный датчик, имеющий первый электрод, генератор электромагнитных колебаний, с выходом которого связан первый электрод, второй электрод, образующий совместно с первым электродом зону контроля между этими электродами, средство экранирования этой зоны контроля, усилитель, охваченный цепью отрицательной обратной связи. со входом которого связан второй электрод средства формирования зоны контроля, детектор. вход которого связан с выходом усилителя, средство обработки сигналов, вход которого связан с выходом детектора [1]. Указанное устройство не обеспечивает достаточную точность и надежность контроля. Точность контроля зависит от начальных условий (загрязнений электродов, температуры и т.п.), вида и свойств материалов. Загрязнения зоны контроля вызывают образование токопроводящих перемычек между электродами, что снижает надежность контроля. Задачей изобретения является создание устройства для контроля характеристик сельскохозяйственных материалов, которое за счет предотвращения мутирующего влияния загрязненной зоны контроля, линеаризации получаемой характеристики, обеспечения учета начальных условий контроля, сокращения длины и защиты от повреждений некоторых полупроводников, обеспечения многофункциональности датчика контроля вращения вала машины и нового выполнения электродов и диэлектрических прокладок обеспечивает высокоточный контроль расхода сыпучих материалов, и. кроме того, позволяет расширить технологические возможности устройства, повысить надежность и точность контроля. Это достигается тем, что в устройстве для контроля характеристик сельскохозяйственных Материалов, содержащем емкостный датчик, имеющий первый и второй электроды для образования между ними зоны контроля, генератор электромагнитных колебаний, с выходом которого связан первый упомянутый электрод, средство экранирования зоны контроля, усилитель, охваченный цепью отрицательной обратной связи, вход которого связан со вторым упомянутым электродом, детектор, вход которого подключен к выходу усилителя, а также выходной блок формирования сигналов, согласно изобретению, предусмотрены средство учета начальных условий, включающее блок контроля включения технологического процесса и средство линеаризации получаемой характеристики, а также диэлектрические прокладки и элементы связей между собой данных диэлектрических прокладок, причём, средства учёта начальных условий и линеаризации получаемой характеристики соединены последовательно и включены между детектором и выходным блоком формирования сигналов, при этом первый и второй упомянутые электроды установлены внутри диэлектрических прокладок, а элементы связей между последними выполнены в виде токопроводящих поверхностей, связанных со средствами экранирования зоны контроля. Это позволяет учесть начальные условия контроля, вид и свойства контролируемых материалов, обеспечить линеаризацию характеристики устройства, за счет чего повышается точность контроля. Разделение диэлектрических прокладок токопроводящими поверхностями исключает образование токопроводящих перемычек между электродами, т. е. между выходом генератора электромагнитных колебаний и входом усилителя, что повышает надежность контроля. Важно, что блоки, связанные с электродами емкостного датчика, смонтированы на печатной плате, закрепленной на свободной поверхности средства экранирования зоны контроля, причем, на противоположной стороне данной поверхности посредством соответствующей диэлектрической прокладки закреплен второй электрод емкостного датчика, связанный отрезком проводника, пропущенного через отверстие в этой прокладке и указанном средстве экранирования зоны контроля, с блоком на упомянутой печатной плате, а первый электрод связан с данной печатной платой отрезком коаксиального кабеля. Такое выполнение устройства позволяет дополнительно повысить надежность контроля за счет сокращения длины и защиты от повреждений проводника, предназначенного для связи второго электрода со входом усилителя. Существенно, что первый и второй электроды емкостного датчика выполнены секционными с поочередным расположением секций первого и второго электродов, причем, крайними расположены секции первого электрода, диэлектрические прокладки которых прикреплены своими плоскостями к электродам средства экранирования зоны контроля, а диэлектрические прокладки, в которых заключены остальные секции первого и все секции второго электрода, прикреплены к средству экранирования зоны контроля своими торцами, между которыми размещены указанные токопроводящие поверхности, разделяющие все упомянутые диэлектрические прокладки, причем, в одной плоскости с этими остальными секциями вдоль их обеих наиболее протяженных торцов размещены секции средства экранирования зоны контроля. Такое секционное выполнение электродов позволяет повысить точность контроля больших расходов материалов. Целесообразно, что блок контроля включения технологического процесса выполнен в виде датчика контроля вращения вала машины. Этот датчик необходим для контроля, расходов, поэтому использование такого датчика также для контроля включения технологического процесса упрощает устройство и повышает надёжность контроля. Сущственно то, что устройство снабжено преобразователем напряжения в частоту импульсов, цепью термокомпенсации параметров детектора, схемой выполнения сигнала и средством выбора контролируемого материала с клавиатурой выбора контролируемого материала, при этом. преобразователь напряжения в частоту импульсов подключен к выходу детектора, а выход данного преобразователя связан со входом схемы выделения сигналов, выполненной на оптронном преобразователе, кроме того, средство учёта начальных условий, средство линеаризации получаемой характеристики и, средство выбора контролируемого материала выполнены в виде микропроцессора с оперативным и постоянным запоминающими устройствами, при этом, с соответствующими входами микропроцессора связаны выход оптронного преобразователя, выход блока контроля включения технологического процесса и клавиатура выбора контролируемого материала. Предлагаемое исполнение электронных блоков устройства позволяет обеспечить автоматическую настройку и повысить точность контроля. Все это гарантирует высоточный контроль расходов сыпучих материалов и объемов материала в зоне контроля при использовании устройства в полостях сельскохозяйственных машин, в частности в уборочных комбайнах, в семяпроводах сеялок, в транспортных и дозирующих устройства х различного назначения. Такое выполнение устройства позволяет решить ранее не решаемые задачи наладки в оптимальный режим работы и автоматизации различных типов сельскохозяйственной и перерабатывающей техники. Изобретение поясняется чертежами, где изображены на: фиг. 1 функциональная схема устройства для контроля характеристик сельскохозяйственных материалов (емкостный датчик изображен в аксонометрии); фиг. 2 - вариант конструкции емкостного датчика по фиг.1 (аксонометрия); фиг. З - установка еще одного варианта емкостного датчика по фиг. 2 в высевающем аппарате зерновой сеялки (аксонометрия); фиг. 4 - многосекционный вариант емкостного датчика по фиг. 2 (аксонометрия); фиг. 5 - принципиальная схема емкостного датчика по фиг. 1; фиг. 6 - упрощенная принципиальная схема устройства по фиг. 1; фиг. 7 - схема установки емкостного датчика по фиг. 2 в со шнике потоковой сеялки; фиг. 8 - схема по фиг.7 при забивании сошника; фиг. 9 - схема установки емкостного датчика по фиг.2 в семяпроводе или тукопроводе потоковой сеялки; фиг. 10 - схема установки емкостного датчика по фиг.4 на входе в поток семян; фиг. 11 - то же самое в потоке семян; фиг. 12 - схема установки емкостного датчика по фиг.4 в потоке зерна в бункер зерноуборочного комбайна; фиг. 13 - то же самое в потоке гранулированного корма на выходе кормораздатчика. Устройство для контроля расхода семян, согласно изобретению, содержит емкостный датчик 1 (фиг.1), включающий средство 2 формирования зоны 3 контроля и средство 4 экранирования зоны 3 контроля. Средство 2 формирования зоны 3 контроля содержит первый электрод 5, подключенный к выходу 6 генератора 7 электромагнитных колебаний, и второй электрод 8, подключенный ко входу 9 усилителя 10. Средство 2 формирования и средство 4 экранирования предназначены для образования зоны 3 контроля между электродами 5 и 8. В частности, средство 4 экранирования зоны 3 выполнено в виде обечайки 11 и состоит из электродов 12 и 13, электрически связанных с генератором 7 и усилителем 10. Первый и второй электроды 5 и 8 расположены в непосредственной близости от соответствующих электродов 12 и 13 средства 4 экранирования зоны 3 контроля, отделены от них и между собой соответствующими индивидуальными диэлектрическими прокладками 14 и 15, в которые утоплены электроды 5 и 8. Диэлектрические прокладки 14 и 15 закреплены на внутренних стенках обечайки 11. В описываемом варианте выполнения устройства электроды 5 и 8 в обечайке 11 средства экранирования зоны контроля выполнены в виде пространственной конструкции, конфигурация и размеры которой соответствуют каналу для перемещения семян без изменения траектории их движения. Усилитель 10 охвачен цепью отрицательной обратной связи, выполненной в виде параллельно включенных конденсатора 16 и резистора 17. К выходу усилителя 10 подключен вход детектора 18, выход которого соединен со входом преобразователя 19 напряжения датчика в частоту импульсов. Выход этого преобразователя 19 связан в точке 20 с линией 21 связи, служащей для передачи сигналов датчика 1 на пульт 22, предназначенный для установки в кабине трактора. С линией связи на пульте 22 в точке 23 связан вход схемы 24 выделения сигналов датчика 1. На пульте 22 выполнены средство 25 учета начальных условий, средство 26 линеаризации характеристики устройства и средство 27 контроля включения технологического процесса. Причём, со средством 25 учета начальных условий связано средство 27 контроля включения технологического процесса, а со средством 26 линеаризации связано также средство выбора контролируемого материала, выполненное в виде клавиатуры 28 выбора вида материала. С выходам средства 26 линеаризации связан вход вы ходного блока 29 формирования выходных сигналов, характеризующих расход семян на единицу площади и их общее высеянное количество. В любом варианте выполнения устройства места 30 соединений электродов 12 и 13 средства 4 экранирования зоны 3 контроля снабжены участками 31 проводника, образующими токопроводящие поверхности, разделяющие диэлектрические прокладки 14 и 15, электрически не изолированные со стороны окружающей среды со всех сторон, контактирующих с этой средой. Причем размеры этих участков установлены предотвращающими образование при загрязнениях зоны 3 контроля электрически изолированных от средства 4 экранирования зоны 3 контроля токопроводящих перемычек между диэлектрическими прокладками 14 и 15, В Данном случае места 30 соединений электродов 12 и 13 связаны между собой участками проводника с токогтроводящими поверхностями 31 шириной не менее 3 мм по всему периметру соединений. Конструкция, в частности, выполнена в виде металлических прямоугольных стенок обечайки 11, полученной путем гибки электрически неизолированной металлической полосы, т. е. электроды 12 и 13 иучастки31 проводника выполнены заодно. Обечайка 11 выполнена по форме, охватывающей своими токопроводящими поверхностями 32 торцы 33 и краевые зоны рабочих поверхностей 34 диэлектрических прокладок 14 и 15. В этом варианте выполнения устройства пары электродов 5, 12 и 8. 13 выполнены вытянутыми поперек зоны 3 контроля и соединены с электронной схемой отрезками коаксиального кабеля, Этот вариант выполнения устройства по фиг.1 предпочтительно использовать в машинах с ограниченными размерами места его установки по высоте и ширине, а имено, при наличии рядом предметов или вращающихся деталей, для контроля расхода потоков семян и туков в сошниках сеялок, потоков сыпучих и жидких материалов в машинах для кормопроизводства, животноводства и переработки различной продукции, контроля объемных параметров корнеклубнеплодов, овощей и фруктов в сортировальных устройства х. Вариант выполнения устройства, представленный на фиг. 2, выполнен аналогично устройству по фиг.1. Отличие состоит в том, что электроды 35 и 36 средства 2 формирования зоны 3 контроля, соответствующие им диэлектрические прокладки 37 и 38, а также соответствующие им электроды 39 и 40 выполнены в виде прямоугольных пластин, выполненных по форме по месту установки в зоне 3 контроля. Первый электрод 35 и Соответствующий ему электрод 39. электрически связанные с генератором 7 отрезком 41 коаксиального кабеля. Второй электрод 36 средства 2 формирования зоны 3 контроля, соответствующая ему диэлектрическая прокладка 38 и электрод 40 средства 4 экранирования зоны 3 контроля, а также печатная плата 42 электронной схемы 43 емкостного датчика 1 залиты, компаундом 44 и выполнены в виде твердого тела 45. Печатная плата 42, на которой собраны генератор 7, усилитель 10, детектор 18 и преобразователь 19 напряжения в частоту, закреплена на свободной поверхности 46 электрода 40. Второй электрод 36 связансо входом 9 усилителя 10 отрезком 47 проводника,пропущенного через отверстие 48 в диэлектрической прокладке 38 в указанном электроде 40 средства 4 экранирования зоны 3 конртроля. Это отверстие 48 также залито компаундом 44. Вариант устройства по фиг. 2 целесообразно использовать в машинах с ограничением ширины места установки, в частности, на зерновых сеялках, на рассадопосадочных машинах. Вариант выполнения устройства, представленный на фиг. 3, выполнен аналогично устройству по фиг. 2, Отличие заключается в том, что в случаях отсутствия жестких ограничений габаритов места установки устройства по высоте и ширине и ограниченрия габаритов места установки устройства по длине электроды средства 2 формирования зоны 3 контроля и соответствующие им электроды средства 4 экранирования зоны 3 контроля выполнены по месту их установки. Электроды 35 и 36, соответствующие электродам 5 и 6, устройства по фиг.1. утоплены в соответствующие диэлектрические проколадки 37 и 38. Электрод 39 средства 4 экранирования зоны 3 контроля соответствуе т электроду 12 устройства по фиг.1 и совместно с участками 49 проводника выполнен в виде конструкции прямоугольного сечения. Между участками 49 проводника, неизолированными в зоне 3 контроля по всему поперечному сечению, закреплен (в частности, пайкой) электрод 40 средства 4 экранирования зоны 3 контроля, соответствующий электроду 15 устройства по фиг.1. Со стороны зоны 3 контроля на электроде 40 закреплена диэлектрическая прокладка 38, в которую утоплен электрод 36 средства 2 формирования зоны 3 контроля. Твердое тело 4,5 закреплено между участками 49 проводника. При этом генератор 7 связан с электродом 35 отрезжком 41 коаксиального кабеля, а усилитель 10 связан с электродом 36 отрезком проводника 47, пропущенного через отверстие 48 в электроде 40 и залитого указанным компаундом 44. Устройство снабжено элементами крепления его к деталям сельскохозяйственных машин, в частности, при монтаже на зерновой сеялке фиксаторами 50, служащими для фиксации устройства в отверстиях упр уги х стенок основания 51, предназначенного также для крепления направляющей 58 и ограничения потока семян, перемещаемых по поверхности 55 направляющей 52 при вращении высевающей катушки 54. Этот вариант устройства предпочтительно использовать в зерновых сеялках для контроля потоков семян пшеницы, овса, ржи, ячменя, рапса и т. п. Вариант выполнения устройства, представленный на фиг. 4, выполнен аналогично устройству по фиг. 3. Отличие заключается в том, что, по меньшей мере, первый и второй электроды выполнены секционными с поочередным и противостоящим расположением секций 55 первого электрода и секций 56 второго электрода, причем секции 55 первого электрода расположены крайними. Расположение внутри обечайки секции 55 первого электрода и секции 56 второго электрода и соответствующие им диэлектрические прокладки 57 и 58 закреплены на внутренних стенках токопроводящих поверхностей 31, разделяющих между собой диэлектрические прокладки 57 и 58, связывающих между собой электроды 59, 60 средства 4 экранирования зон контроля. При этом образовано несколько секций зоны контроля таким образом, что каждая внутренняя секция 56 второго электрода образует с соотве тствующей парой секции 55 первого электрода две секции 61 и 62 зоны 2 контроля. В одном варианте выполнения этого устройства по фиг.4 секции 55 первого электрода подключены к выходу генератора 7, а секции 56 второго электрода подключены ко входу усилителя 10. Этот вариант устройства предпочтительно использовать для контроля больших потоков в широких сечениях, когда необходимо дробление потока из струи, поддающееся контролю емкостным датчиком, в частности, при ограничениях габаритов места установки устройства по высоте. Этот вариант устройства предпочтительно использовать для контроля подачи сыпучих материалов в емкости уборочных машин, а также в животноводстве и перерабатывающих отраслях. В другом варианте выполнения устройства по фиг.4 секции 56 подключены к индивидуальным усилителям, а секции 55 - ко входу одного генератора 7. Этот вариант устройства предпочтительно использовать для контроля мощных потоков в условия х больших запылений зоны 3 контроля, в частности, в зерноуборочных комбайнах и в машинах для первичной переработки селькохозяйственной продукции. Вариант электронной схемы емкостного датчика 1 устройства по фиг. 1 приведен на фиг.5. Первый электрод 5 средства 2 формирования зоны 3 контроля подключен к выходу 6 генератора 7 электромагнитных колебаний, собранного на логических элементах 63, 64, например, типа МС14011. Конденсатор 65 и резисторы 66 и 67служат для задания частоты генератора 7. Частота электромагнитного поля генератора 7 выбирается в диапазоне 5 кГн - 500 мГц, но лучшим диапазоном является диапазон 30 кГц - 20 мГц. Второй электрод S подключен ко входу 9 операционного усилителя 10. например, типа МЗС4081, охваченного цепью 68 отрицательной обратной связи, в данном случае, выполненной в виде параллельно включенных конденсатора 16 и резистора 17. С выходом усилителя 10 соединен амплитудный детектор 18, выполненный на диоде 69 и конденсаторе 70. Детектор через резистор 71 соединен со входом преобразователя 19, собранного на микросхеме 72 типа AD654 с частозадающим конденсатором 73. Ко входу этого преобразователя 19 подключена также термокомпенсационная цепь, собранная на диоде 74 и резисторах 75 и 76. Выход этой микросхемы 72, содержащий цепь с открытым коллектором, соединен с линией 20 передачи сигнала на пульт 22. Для питания генератора 7, преобразователя 19 и усилителя 10 служит выполненный на микросхеме типа LN258 стабилизатор 77, выход которого через делитель, собранный на резисторах 78 и 79, соединен также с усилителем 10. Конденсаторы 80 и 81 служат для фильтрации. Пульт 22 устройства по фиг. 6 содержит схему 24 выделения сигналов, выполненную на оптронном преобразователе 82, собранном, в частности, на микросхеме типа SNY74-4 и резисторах 83 и 84. Средство 25 учета начальных условий контроля собрано на микропроцессоре 85 типа 68НС11 фирмы Моторола, к которому подключено ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 86 типа ИМ6116, а также средство 27 контроля включений технологического процесса, содержащее датчик контроля состояния рабочего органа сельскохозяйственной машины, который, в частности, выполнен в виде датчика 87 контроля вращения узла, а в данном случае, вала 88 механизма, подающего контролируемый материала. В качестве датчика вращения вала служит, например, индукционный датчик, связанный магнитным полем, в частности, с головками болтов 89, связанных, в свою очередь, с контролируемым валом 89. Вход микропроцессора 85 соединен также с выходом оптронного преобразователя 82 средства 24 выделения сигнала. На указанном микропроцессоре 85 и ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве) 90 собрано средство 26 линеаризации характеристики емкостного датчика 1. Средство учета вида контролируемого материала содержит клавиатуру 28 выбора вида материала, связанную через указанный микропроцессор 85 с постоянным запоминающим устройством 90. Выход микропроцессора 85 связан с блоком формирования выходных сигналов, в частности, включающем ЖКИ (жидкокристаллический индикатор) 91 и контролер 92 типа HD61602 для его управления, Принцип работы устройства, согласно изобретению, заключается в следующем. Во всех вариантах выполнения устройства по фиг.1 емкостный датчик 1, питаемый генератором 7, возбуждает в зоне 3 контроля между электродами 5 и 8 средства 2 формирования зоны 3 контроля электромагнитное поле, экранированное от окружающей среды средством 4 экранирования зоны 3 контроля с помощью обечайки 11, содержащей электроды 12 и 13 и токопроводящие участки 31 между местами соединений 30 электродов 12 и 13. При этом электроды 12 и 13 своими токопроводящими ' поверхностями 32 охватывают торцы 33 диэлектрических прокладок 14 и 15, что уменьшает распространение электромагнитного поля за пределы обечайки 11, В результате между электродами 5 и8средства2 формирования зоны 3 контроля протекает ток. Этот ток усиливается усилителем 10 до такого уровня, что ток через конденсатор 16 и резистор 17 в цепи отрицательной Обратной связи устанавливается соизмеримым с током между электродами 5 и 8. Но усиленный усилителем 10 ток имеет противоположную фазу. Это достигается тем, что входной ток усилителя 10 устанавливается хотя бы на порядок меньше, *