專利名稱：特別是在擠奶時測量出奶量的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于特別是在擠奶時測量出奶量的裝置和方法。本發(fā)明原則上適用于確定奶牛、綿羊、山羊、水牛、無峰駝、駱駝、單峰駝和其它產(chǎn)奶的哺乳動物的擠奶量，下面以奶牛的奶為例對本發(fā)明加以說明。
此外，本發(fā)明還可用于其它應(yīng)用領(lǐng)域，在所述應(yīng)用領(lǐng)域中對含有泡沫或起泡的液體的量或物料流量的測量，例如對啤酒、檸檬水、果汁或其它類似的食品以及其它起泡或含有泡沫的諸如電鍍液的工業(yè)液體的物料流量的測量起著重大作用。
為實現(xiàn)對擠奶過程的控制，了解實時的奶流量是很重要的，以便對擠奶時的參數(shù)進(jìn)行適配調(diào)整，從而確定從刺激階段到主擠奶階段的過渡，或確定取樣時間點。對此原則上講并不需要很高的精度，但最好具有很高的精度。
牛奶量測量是很重要的，以便從中得出各頭奶牛的產(chǎn)奶能力。測量精度最好滿足ICAR(國際畜牧業(yè)計量委員會)的要求，從而不必定期地對奶量進(jìn)行單獨的測量。ICAR頒發(fā)許可的要求與畜種和其它參數(shù)有關(guān)，通常要求很高。因此就奶牛而言，在擠奶量10kg以上時，在最大的標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.5％時允許的測量誤差最大值為2％，其中。但對產(chǎn)奶能力的基本評價或?qū)D奶過程的控制通常并不需要這種精度。
對牛奶量或牛奶物料流量進(jìn)行測量的優(yōu)點在于，根據(jù)擠奶時出奶量變化曲線的變化或根據(jù)總出奶量的個別情況即可推斷出牲畜的健康狀況。
在進(jìn)行牛奶流量測量時的一個棘手的問題在于，牛奶本身是一種劇烈發(fā)泡的液體。另外慣用的擠奶方法也會促使在擠奶時產(chǎn)生泡沫，這是因為在擠奶時通常要使空氣周期地或連續(xù)地進(jìn)入到奶收集件和/或擠奶杯內(nèi)，以便將所擠出的牛奶輸送走。在每個單位時間進(jìn)入的空氣量會有所變化，但通常約為8升/分鐘，甚至更多。因此例如就奶牛而言，在主擠奶階段時的奶牛的最大出奶量約為每分鐘10或12升牛奶的情況下，有待輸送的空氣分量粗略地估算至少約為所擠的牛奶和進(jìn)入的空氣的總量的25％，特別是至少為40％，甚至為50％。而且所述分量在最大的出奶量階段內(nèi)就已經(jīng)非常大了。在擠奶結(jié)束時由于出奶量的減少有待輸送的空氣的分量還會相應(yīng)地進(jìn)一步增大。另外還要添加由于擠奶杯橡膠與乳頭之間的不密封造成的進(jìn)入的空氣分量。對所述空氣分量同樣經(jīng)粗略的估算，例如為10升空氣/分鐘。因此有待輸送的氣液混合物中的大量空氣不僅會導(dǎo)致生成各個小氣泡，而且還會導(dǎo)致形成大量的泡沫，此點將對流動中牛奶流量的測量造成困難。
由于受泡沫分量的影響不易于根據(jù)容積求出質(zhì)量，因此采用容積測量方法測量出奶量的測量精度常常受到制約。液體中的空氣分量并不是總是不變的，而且泡沫氣泡的大小也并不總是相同的，而且泡沫的氣泡大小也并非總是相等的，而是取決于大量的因素。這些因素例如是牛奶溫度、牛奶流量、牛奶軟管的姿態(tài)和導(dǎo)向、擠奶工具類型、擠奶杯橡膠類型、奶輸送軟管的直徑、擠奶設(shè)備的類型、擠奶時的真空度和擠奶節(jié)拍、漏氣或空氣進(jìn)入、實時的乳房健康狀況、例如由于乳汁分泌狀態(tài)或奶牛品種等以及飼料種類和飼料量造成各頭奶牛之間的差異。
在測量出奶量時的另一個問題是由于周期性的牛奶流造成的。與在很多其它應(yīng)用中進(jìn)行測量流量不同，在擠牛奶時將周期性地將牛奶擠出。擠奶杯的節(jié)拍空間以及乳房空間將被周期地抽真空，從而牛奶流被大致按照脈動節(jié)拍從乳頭內(nèi)擠出。脈動節(jié)拍頻率通常大約為每分鐘30至90個循環(huán)之間，例如每分鐘60個循環(huán)。就四個乳頭和所有乳頭的擠奶節(jié)拍相同的情況下，則以每分鐘大約60個奶流脈動形成一個出奶流。例如在對一頭奶牛的乳房的一半數(shù)量的乳頭或?qū)λ膫€乳頭進(jìn)行不同的激勵時，在脈動節(jié)拍頻率為每分鐘60個循環(huán)的情況下，出奶流的高頻分量可增大到每分鐘大約240個節(jié)拍。通常牛奶以滴落的方式被軟管輸送，以致將會交替地出現(xiàn)短期內(nèi)牛奶流最大，短期內(nèi)牛奶流最小的情況。在這種條件下很難測定實際的牛奶流量。
受這些因素的影響，由于在擠奶過程內(nèi)，以及在不同的擠奶過程中一方面泡沫的種類和組成結(jié)構(gòu)以及另一方面液相的組成結(jié)構(gòu)和特性將有所變化，所以對出奶流的測量是很困難的。由于擠奶時的例如脂肪分量有所變化，此點將導(dǎo)致牛奶的電導(dǎo)率以及光學(xué)特性發(fā)生變化，所以例如流體的電導(dǎo)率和泡沫相將會發(fā)生連續(xù)的變化?；趯@些參數(shù)的測量的測量方法的精度是很低的。
DE 30 20 161 C2披露了一種出奶量測量裝置，其中牛奶被周期地截流在一腔室內(nèi)，直至所述腔室被注滿，然后再將腔室內(nèi)的容納物排出。根據(jù)充注時間和腔室內(nèi)含有的容積可以總計出出奶量，并估算出實時的牛奶流量。這種測量設(shè)備實現(xiàn)的精度比較高。但受測量原理的制約，特別是在牛奶量較小時周期工作的測量方法無法實現(xiàn)對實時牛奶流量的精確的測定。但在擠奶過程開始時，特別是在擠奶結(jié)束時，了解實時的牛奶流是非常有益的，以便對過程參數(shù)進(jìn)行適配調(diào)整，并確定相宜的取樣時間點。由于在連續(xù)測量時可以相應(yīng)提前了解到相宜的斷開點，因而對流體的測量可以實現(xiàn)對擠奶過程較好的控制。
EP 0 536 080 A2披露了一種牛奶流量測量裝置，其中牛奶沿流動通道被導(dǎo)向，并對透射過牛奶的紅外線進(jìn)行測量和評價。根據(jù)瞬時透射過被牛奶穿流的通道的紅外線的衰減或減弱得出瞬時穿流通道的牛奶流量。這種光學(xué)測量的缺點例如在于，用于測量的采用的光線將在小的和較大的氣泡上被散射，因而在泡沫分量存在的情況下在采用透射測量或折射測量時僅能測到非常少的光線，因此將導(dǎo)致不正確的測量結(jié)果。
DE 37 37 607 A1披露了另一種用于測量牛奶流量的方法和裝置。其中有多個上下設(shè)置的電極，以便利用電極測定在相應(yīng)的高度水平上的液體泡沫混合物的電阻或?qū)щ娐?。在底部范圍?nèi)對實時流過的液體的基準(zhǔn)電導(dǎo)率進(jìn)行測量。根據(jù)相應(yīng)的高度值利用基準(zhǔn)電導(dǎo)率計算出特定的電阻的階梯狀的高度分布圖形。在已知電阻分布圖形的情況下，根據(jù)修正測量可以求出排出的液體的流速，從而根據(jù)階梯狀的分布圖形可得出牛奶的流動的質(zhì)量。
已知一種根據(jù)所述原理工作的裝置，其中上下設(shè)置有大約60個電極。為了能夠覆蓋較大的高度范圍，并由此覆蓋較大的測量范圍，每個電極相互之間在垂直向上存在一沒有電極的間隔。在測量時不能對該沒有電極的范圍內(nèi)的狀態(tài)進(jìn)行檢測。在間隔例如為1.5mm時，此點將意味著大約為1.5mm的測量誤差，此點在牛奶流量很小并且充注高度只有幾毫米的范圍內(nèi)時將導(dǎo)致相應(yīng)較大的測量誤差。
該原理決定了，必須耗用大量的電極并分別對這些電極進(jìn)行電氣控制，所以必須為這種已知的裝置付出大的機械和電子技術(shù)代價。另外不利的一點是，盡管采用了大量的電極，但只能分級地對牛奶流量進(jìn)行評價，因此測量不精確。
因此以農(nóng)業(yè)上合理的價格在牛奶流動路徑上設(shè)置一個具有合適的測量精度的傳感器一直是一個有待解決的重大的課題。
因此本發(fā)明的目的在于，提出一種用于測定特別是起泡的液體的物料流量的裝置和方法，所述裝置和方法利用簡單的機構(gòu)即實現(xiàn)適度的精度。
本發(fā)明的目的通過用于確定特別是起泡的液體的物料流量的具有權(quán)利要求1的特征的裝置和根據(jù)權(quán)利要求25和26所述的設(shè)施，以及具有權(quán)利要求31的特征的方法得以實現(xiàn)。有益的進(jìn)一步設(shè)計是從屬權(quán)利要求的主題。
本發(fā)明的裝置特別用于測量特別是起泡的液體的物料流量。該裝置包括至少一個測量裝置。所述測量裝置包括至少兩個電極和至少一個用于產(chǎn)生電氣值的電氣機構(gòu)，以及一個評價裝置。所述電氣機構(gòu)基本與第一電極并聯(lián)，并且第二電極通過評價裝置與第一電極電氣連接。優(yōu)選評價裝置電氣設(shè)置在第一和第二電極之間。特別是評價裝置的一端與第一電極電氣連接，其另一端與第二電極電氣連接。電氣機構(gòu)特別是與第一電極的兩個相互背離的點連接，從而實現(xiàn)所述電氣機構(gòu)與第一電極的并聯(lián)。
本發(fā)明具有很多優(yōu)點。本發(fā)明特別適于測定含有泡沫和/或起泡的諸如牛奶的液體的出奶量。
由于本發(fā)明的裝置不需要移動的部件，因而便于清洗、消毒殺菌和維護。測量殼體的結(jié)構(gòu)非常簡單。
優(yōu)選特別是在擠奶過程期間對穿流的流體流量進(jìn)行測量。為此優(yōu)選在所述裝置上設(shè)有測量段。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是，利用本發(fā)明的裝置可以在擠奶時對間歇流出的牛奶進(jìn)行高精度的測量。其中在很大程度上滿足了脈動的牛奶流對測量原理提出的高要求。
本發(fā)明的裝置和上述的進(jìn)一步設(shè)計的另一主要的優(yōu)點在于，分別對包括泡沫分量的所有流動的流體量進(jìn)行測量。例如在牛奶流量減小時，電極上的牛奶較為緩慢地流下，此點是由于表面張力(例如取決于脂肪含量)決定的，由于測量的是濃度，而不是對液位進(jìn)行測定或?qū)θ莘e進(jìn)行測量，因而利用本發(fā)明的裝置可以測出正確的牛奶量或正確的牛奶流量。
與此相反，在上面引述的DE 37 37 607 A1中的裝置中，當(dāng)電極上的牛奶較為緩慢地流下時，測出的液位高于實際存在的液位，由此將產(chǎn)生誤差。測出的是虛假的牛奶流量，但所述的牛奶流量實際上在一定程度上并不存在。由于牛奶以涌動的方式流動并因此在每次脈動周期內(nèi)都會出現(xiàn)牛奶流量減小的現(xiàn)象，所以在擠奶時常常會出現(xiàn)牛奶“附著”的現(xiàn)象。
在本發(fā)明的裝置中，附著在傳感器上的流體的附著力幾乎沒有影響，因為所測量的是濃度，而不是液位。
本發(fā)明的所有設(shè)計的另一個顯著的優(yōu)點是，可以進(jìn)行無級測量，所述測量與評價電極的數(shù)量無關(guān)，而對比文件DE3737607A1披露的系統(tǒng)取決于評價電極的數(shù)量。在測量范圍沒有完全用盡時，這種已知的裝置的分辨能力將會進(jìn)一步降低。為實現(xiàn)充分的流量測量精度，在這種裝置中有待測量的流體液位必需足夠高，因此測量殼體必須設(shè)計得很大或很高。因為在本發(fā)明的裝置中分辨能力與電極的結(jié)構(gòu)設(shè)置無關(guān)，所以此點是不必要的。因此本發(fā)明的裝置可以最佳地適配于牲畜的種類(例如奶?；蚓d羊)的奶流，以便最佳地實現(xiàn)對這種牲畜種類的最大出奶量以及最小的出奶量進(jìn)行最佳的鑒別。
優(yōu)選測量裝置設(shè)置在測量段上，所述測量段設(shè)置在裝置的殼體內(nèi)。殼體優(yōu)選包括至少一個入口和至少一個出口。在入口與和出口之間設(shè)有測量段，有待測量的液體例如在通道內(nèi)的所述測量段上流動。
在測量時對流動的液體的量度不是分級地，而是連續(xù)地進(jìn)行測量。因此提高了測量精度。
根據(jù)本發(fā)明測量的不是液位，而是整個濃度圖形。其中根據(jù)采用的測量原理不必針對各頭奶牛進(jìn)行校準(zhǔn)或根據(jù)奶牛種類進(jìn)行校準(zhǔn)。
由濃度圖形推導(dǎo)出物料流量。其中采用對裝置專用的影響加以考慮的校準(zhǔn)值，由此考慮到了各個裝置特有的影響。例如其中考慮到在何種濃度圖形產(chǎn)生何種流速。
由電子評價部件的起動時間決定裝置的起動時間，因此基本上實現(xiàn)了對快速的奶流量的測量。
根據(jù)各種設(shè)計，優(yōu)選采用電位測量實現(xiàn)本發(fā)明的測量原理，其中進(jìn)行電位測量。為此在一個電極上，例如在第一電極上加有一個電位，至少在電極長度上的橫截面和材料特性恒定不變的情況下，所述電位在電極的長度上幾乎成線性地降低。
第一電極特別是具有完全突出的空間延伸并且特別是為細(xì)長形結(jié)構(gòu)。第一電極特別是垂直于液體流動方向具有很大的延伸。
測量時，第一電極被起泡的液體潤濕到一定的高度。其中第一電極既被液相又被有可能存在的泡沫相潤濕。因此取決于潤濕的高度和方式的電位變化被加在流體上。電氣機構(gòu)特別是與第一電極的兩個相互背離的點連接，從而使所述電氣機構(gòu)與第一電極并聯(lián)。第一電極的兩個相互背離的點特別是設(shè)置在兩端，特別是設(shè)置在第一電極的兩端。
第二電極優(yōu)選同樣在空間上延伸并且特別是細(xì)長形結(jié)構(gòu)，但也可以是僅對有待測量的流體的點電極或接觸電極。
第二電極與第一電極以一定(水平的)間隔進(jìn)行設(shè)置。在兩個電極之間的起泡的液體在總體上形成一個電阻。電阻的大小在整體上由位于電極之間的流體構(gòu)成。存在的液體分量越多，電阻值就越小，而在兩個電極之間存在的泡沫分量的容積越大，則電阻值就越大。另外電阻值還取決于水平間隔。
在例如兩個電極之間的流體被分層，其中液體層位于下面，泡沫層位于上面時，則總電阻值在整體上由兩者構(gòu)成。在這種簡單的情況下，可以近似地將液體分量和泡沫分量視為并聯(lián)電路。其中盡管泡沫分量的特定的電阻值遠(yuǎn)大于液體分量的特定的電阻值，但兩個分量都對總電阻值起作用。因此總電阻值表示電極之間的濃度。
但優(yōu)選不對電極之間的電阻進(jìn)行測量，而是對電位進(jìn)行測量。所述電位被第一電極加在有待測量的流體內(nèi)。當(dāng)兩個電極從下到上被純液體覆蓋時，第一電極將例如在0mV和60mV之間滑動變化的電位加在液體上。于是在電極之間局部均勻的液體中在兩個電極之間測出的總平均值為30mV。當(dāng)兩個電極僅被潤濕到一半高度時，則將在電極的高度上滑動變化的電位0mV至30mV被加在液體上。于是在兩個電極之間測出的總電位為15mV。
在液體分層時，由整體測量方式?jīng)Q定，一并直接對泡沫分量進(jìn)行測量。根據(jù)原理，該測量方法可以實現(xiàn)對混有泡沫的液體進(jìn)行測量。通過根據(jù)校準(zhǔn)已知的流量特性可以根據(jù)整體測出的濃度得出流動的流體量。
由于本設(shè)計的測量原理主要是建立在對電位測量的基礎(chǔ)之上的，所以避免了流經(jīng)流體的對牲畜生理影響明顯的電流。與此不同的是，在現(xiàn)有技術(shù)的已知的裝置和方法中對電阻或光阻進(jìn)行測量。
電極的設(shè)計應(yīng)使其固有電阻大大小于有待測量的流體的液相的電阻。由此實現(xiàn)電位在第一電極的高度上“線性”變化，所述變化與液相或泡沫分量的液位無關(guān)。
每個電極的第一端和第二端之間的電阻最好大大小于在流體的液相最大液位時的電極之間的電阻。由此確保在電極周圍形成的電位受流體的影響很小。因此提高了測量精度。例如可采用其電阻值例如為100毫歐的電極。
如上所述，根據(jù)所有前述設(shè)計的優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計，電氣機構(gòu)優(yōu)選是電壓源或電壓生成機構(gòu)。并聯(lián)地施加在第一電極上的電氣值為電壓。利用電壓源將一電壓加在第一電極的第一端和第二端之間。優(yōu)選評價裝置包括電壓測量機構(gòu)。
為實現(xiàn)測量，測量電壓源最好加一毫伏級的電壓，特別是直到約為100mV的范圍內(nèi)，優(yōu)選直到約為5mV、10mV、20mV、30mV、40mV、50mV或60mV的電壓。
電壓源最好生成一交流電壓，以避免電極損耗和避免導(dǎo)致出現(xiàn)虛假的測量結(jié)果的電解沉積。其中由電壓源預(yù)定的交流電壓的頻率在一相宜的范圍內(nèi)。例如1kHz的頻率相宜適用，但也可以采用其它頻率。
與電壓測量機構(gòu)通常的情況相同，電壓測量機構(gòu)最好具有高的內(nèi)阻。優(yōu)選內(nèi)阻明顯大于在液位最低時位于第一電極和第二電極之間的有待檢測的液體典型的電阻。
也可以替代電壓源采用(穩(wěn)流)電流源進(jìn)行測量，其中設(shè)有電流傳感器替代電壓傳感器，并且電氣值是電流。
采用該設(shè)計要注意的是，電阻將隨溫度而變化。這意味著，在采用穩(wěn)流源時必須對可能出現(xiàn)的壓降變化進(jìn)行補償。為此優(yōu)選設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器對流動的液體或電極的溫度進(jìn)行采集。
由于不存在易損件和移動的部件，所以采用本發(fā)明的裝置可以實現(xiàn)較高的可靠性。另外優(yōu)選力求實現(xiàn)甚至特別高的測量精度，以便獲得由乳業(yè)檢查協(xié)會或ICAR頒發(fā)的許可。采用本發(fā)明的裝置可以實現(xiàn)對流量精確的測量。農(nóng)場主可以通過以后不必定期進(jìn)行出奶量檢查而節(jié)省的時間和資金對為此必須支付的在設(shè)備上或財政上的代價加以補償。
優(yōu)選以一定的預(yù)定的或可選擇的時間間隔采集測量信號，從而實現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)測量。
另外，裝置的結(jié)構(gòu)和特性優(yōu)選應(yīng)實現(xiàn)高的測量速度。測量速度的迅捷程度優(yōu)選即使在出奶量很大時，例如為10或12l/min.時仍足以迅捷地實現(xiàn)對必要的數(shù)據(jù)的測量和處理。
所述測量原理可以實現(xiàn)從低的至高的液位在大的測量范圍內(nèi)對物料流量的精確的測量，而無需進(jìn)行用具體的有待測量的流體進(jìn)行的校準(zhǔn)。測量精度并不取決于液體的電導(dǎo)率，只要存在最小的電導(dǎo)率，所述電導(dǎo)率通常甚至存在于一般的蒸餾水中，即具有所述最小電導(dǎo)率，因此自來水或井水、牛奶等更是如此。因此牛奶、通常的自來水和其它液體的電導(dǎo)率都在一個非常適于測量的范圍內(nèi)。
而且在測量過程中對流體的光學(xué)、電氣或物理特性的系統(tǒng)變化已經(jīng)做了固有的考慮。例如擠奶時在3000至6000μS/cm之間的電導(dǎo)率變化，盡管電導(dǎo)率翻了兩番，并不會對測量結(jié)果產(chǎn)生不利的影響。不必對流體的電導(dǎo)率進(jìn)行持續(xù)的校準(zhǔn)或補償。
根據(jù)測量原理，測量在很程度上與流體的電導(dǎo)率(只要該電導(dǎo)率＞＝1μS/cm)、測量容器內(nèi)的溫度和壓力無關(guān)。原則上講，即使在有待檢查的流體的電導(dǎo)率很小或最小時也可以實現(xiàn)該測量原理。其中要考慮到，一般的蒸餾水的電導(dǎo)率例如為2μS/cm、自來水的電導(dǎo)率約在20至500μS/cm之間，而牛奶的電導(dǎo)率則約在2000至8000μS/cm。在所有的這些電導(dǎo)率的情況下可以實現(xiàn)可靠的測量。
此點具有如下優(yōu)點，在農(nóng)場主通常對測量設(shè)備進(jìn)行定期檢查時例如可使用清水作為檢查介質(zhì)。利用本發(fā)明的裝置為獲得合理的測量結(jié)果，不必采用對其它通常的出奶量測量設(shè)備必要的特定的具有規(guī)定的電導(dǎo)率或規(guī)定的透明度的校準(zhǔn)溶液。
然而當(dāng)物料流盡并且在測量段上僅存在泡沫時，測量與液體的電導(dǎo)率的基本無關(guān)當(dāng)然會導(dǎo)致測量不精確。由于與精確的電導(dǎo)率無關(guān)，所以測量裝置無法辨別在測量范圍內(nèi)流動的是純液體還是純泡沫。當(dāng)在測量范圍內(nèi)存在純泡沫相時，則測出的電位與存在純液相時測出的電位相同。盡管實際的物料流量明顯不同，產(chǎn)生的卻是相同的信號。
在僅液相存在，或液相分量和泡沫分量存在，或混合相分量存在的情況下，不會出現(xiàn)誤測的問題。根據(jù)測量原理對這些影響自動地進(jìn)行了考慮。
當(dāng)例如僅存在泡沫相時，為避免上述測量不精確的問題，可以采取不同的措施。
在最簡單的情況下可以忽略該問題，并且僅采用在擠奶階段的出奶量值，在所述擠奶階段時，牛奶流量超過例如在主擠奶階段時的一定的量值。為避免誤測量，可以以相應(yīng)的方式對測量范圍加以限定。此點可在時間方面加以解決，從而在最大量通過之后還要進(jìn)行一定時間的測量。其中優(yōu)選只要存在足以使兩個電極被流體的液相潤濕的物料流量，進(jìn)行測量。
也可以在兩個電極之間并聯(lián)一個特定的防止出現(xiàn)這些測量誤差的附加電阻。該電阻模擬液相分量的所謂的基本液位。當(dāng)例如在電極之間只存在泡沫時，則在電極之間的總電阻較大，從而絕大部分電位通過并聯(lián)的附加電阻被降低。因此可測得精確的值。當(dāng)然由于這種附加電阻僅與一種電導(dǎo)率適配，而電導(dǎo)率在擠奶時會出現(xiàn)很大的變化，因而勢必存在系統(tǒng)誤差。但這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是污染危險較小。
也可以在另一位置測量電導(dǎo)率并對電阻進(jìn)行持續(xù)地適配調(diào)整。然后可以自動地識別出是否僅存在泡沫相，并可以避免誤測量。
根據(jù)所有的設(shè)計，優(yōu)選至少一個電極，優(yōu)選兩個電極在測量槽或測量面的整個高度上，特別是在測量段或流體通道或殼體的高度上延伸。優(yōu)選電極從測量腔室凸伸出，以便實現(xiàn)旨在避免受到有待測量的液體的影響的觸接的保護。
兩個電極的設(shè)計和設(shè)置優(yōu)選在工作時使在下面的范圍內(nèi)的流體的液相與兩個電極接觸。測量段的長度優(yōu)選只在流量最大時才能接觸到電極的上端。
根據(jù)一種優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計，可采用另一種避免這種不精確問題的方案，其中兩個電極延伸入在底部范圍內(nèi)的凹槽內(nèi)，所述凹槽優(yōu)選設(shè)置在測量段上。其中在測量時，第一和第二電極與在凹槽內(nèi)或在下凹內(nèi)的流體電氣連接。
結(jié)構(gòu)和流體的導(dǎo)向優(yōu)選應(yīng)使在凹槽內(nèi)流體的液相或有待測量的起泡的液體一直存在。因此可以對液相不斷地進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)在凹槽上方的測量范圍內(nèi)僅存在泡沫時，對電極之間的電位進(jìn)行測量，所述電位對濃度加以考慮。
通過凹槽保證了即使在出奶量最小的情況下兩個電極也可通過流體的液相相互連接，而不會出現(xiàn)誤測量。由于液相和泡沫的電導(dǎo)率不同，所以通過位于下凹內(nèi)的流體的液相實現(xiàn)的兩個電極的電氣連接確保不會將純泡沫當(dāng)成純液相。
凹槽或下凹的設(shè)計深度大大小于通道的高度。其比例大于1∶5，例如在約1∶10和約1∶30之間的范圍內(nèi)，例如約為1∶20。
根據(jù)進(jìn)一步設(shè)計，凹槽優(yōu)選具有排放口。當(dāng)排放口在測量時始終開啟時，測量液體被不斷地更新，從而在凹槽內(nèi)始終存在著有代表性的液體。分別視對凹槽的設(shè)計和測量液體的特性否則會出現(xiàn)在測量時僅有少量的液體被更新，因此可能會出現(xiàn)測量誤差。
但下凹也可以沒有排放口。液體的更新例如通過對下凹內(nèi)的液體攜帶沖走加以實現(xiàn)。
當(dāng)設(shè)有排放口時，可對排放口進(jìn)行閉合。例如在測量時，特別是在液體經(jīng)充分的更新時，可以將排放口閉合。在對裝置進(jìn)行清洗時可將排放口開啟，以便于對凹槽的清洗。
排放口例如由溝槽構(gòu)成，所述溝槽將凹槽與出口連接在一起。凹槽的排放口也可以與單獨的出口或套管連接。當(dāng)凹槽和裝置的設(shè)計使流體的特定的分量通過凹槽被導(dǎo)流出時，則排放口也用于對代表性的樣品進(jìn)行提取，以便例如對所含物質(zhì)進(jìn)行精確的分析，從而在擠奶時對牛奶質(zhì)量進(jìn)行檢查。為此可以提取例如0.5％或1％或?qū)⒖烧{(diào)節(jié)的分量導(dǎo)出。
排放口的一個顯著的優(yōu)點在于，在結(jié)束擠奶時可以自動將下凹排空，因此保證了在沖洗之后沒有任何殘留的沖洗水進(jìn)入到下一頭奶牛的牛奶中。
優(yōu)選在殼體上設(shè)有通道，所述通道至少部分地設(shè)置在測量段的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計，至少一個電極構(gòu)成凸伸入通道內(nèi)的裝置。
優(yōu)選至少一個電極例如是棒狀或管狀的。電極例如可以是導(dǎo)電棒。至少一個電極也可以為圓形的、橢圓形的、多邊形的，特別是四邊形的棒，或是平板或彎曲板。對電極形狀的這種選擇將便于實現(xiàn)可靠的測量和成本低廉的制造。
也可以將一個電極或兩個電極或多個電極嵌在通道的壁上。因此便于清洗和維護，以及實現(xiàn)測量裝置的高可靠性。另外不會對通道內(nèi)的流動造成不利的影響。
根據(jù)所有設(shè)計，在殼體內(nèi)，特別是在測量段的范圍內(nèi)優(yōu)選設(shè)有節(jié)流機構(gòu)。節(jié)流機構(gòu)可以是阻流件。節(jié)流機構(gòu)優(yōu)選是孔板。也可以在特定的縱向段實現(xiàn)流體通道的縮口。
本申請意義的孔板是阻流件，所述阻流件優(yōu)選由測量段的自由流動截面的縮口構(gòu)成，其中自由流動截面優(yōu)選構(gòu)成通路。
為實現(xiàn)對流動的液體的節(jié)流，設(shè)置有節(jié)流機構(gòu)。優(yōu)選測量裝置或電極設(shè)置在節(jié)流機構(gòu)附近。
根據(jù)DE 37 37 607 A1中披露的裝置已知一種孔板。由于本發(fā)明測量的分辨率與液位無關(guān)，所以與這種已知裝置的區(qū)別在于，對本發(fā)明的孔板或出口縫隙可以選得很寬。在公知的具有多個上下設(shè)置的電極的裝置中，分辨率是分級實現(xiàn)的，從而從與幾倍的級間隔相符的液位開始才可獲得合理的測量分辨率。與上述不同，根據(jù)本發(fā)明，分辨率與縫隙寬度無關(guān)，因而可以設(shè)有更寬的縫隙。
由此還明顯避免了出口縫隙被異物阻塞的問題。伴隨出口的阻塞而出現(xiàn)的在出口前的流體將表現(xiàn)出的流量比實際存在的大。因此在公知的根據(jù)DE 37 37 607 A1的裝置中，在入口范圍內(nèi)前置有過濾篩。對所述過濾篩必須進(jìn)行定期的清洗。由于必須付出附加的大的維護和清洗代價，因此很難將這種裝置長期地以固定的安裝狀態(tài)安裝在擠奶機上。
通過本發(fā)明的裝置的進(jìn)一步設(shè)計可以避免該缺點。分辨率不會受到由測量電極決定的分級的制約。根據(jù)原理，采用對無級的測量值采集可以實現(xiàn)很高的精度。流動寬度和出口橫截面或排出縫隙可以設(shè)計得比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的裝置的大。其中的一個顯著的優(yōu)點是，存在于牛奶中的異物體或異物顆?？梢员慌懦觯瑥亩粫α鲃勇窂皆斐啥氯?。這種異物顆粒例如是秸稈、草薦、或例如玉米粒形式的飼料殘余物。
在真空斷開之前例如在擠奶杯掉落或脫落時會從地面抽吸入飼料殘余物或諸如秸稈殘余物等其它的異物體。同樣，當(dāng)乳頭未得到充分的清洗時，異物體也會進(jìn)入到牛奶中，特別是在排放縫隙很窄，以致例如玉米顆粒不能通過時，將造成對排放縫隙的堵塞。可以省去前置的過濾器。
節(jié)流機構(gòu)或孔板的橫截面最好是可變的。特別是孔板優(yōu)選是可更換的。因此可以對流體動力的阻力的大小進(jìn)行調(diào)整。此點的優(yōu)點是，即使在最大牛奶流量較小時(例如在將乳房的四個乳頭分別擠奶時，或者對最大奶流量較小的諸如綿羊或山羊等牲畜擠奶時)也可以實現(xiàn)同樣高的測量精度和測量分辨率，這是因為充分利用了測量范圍高度的緣故。當(dāng)針對相應(yīng)的測量裝置的有效的測量范圍被最佳地充分利用時，在測量時可達(dá)到特別高的測量精度。
根據(jù)優(yōu)選的設(shè)計，至少一個電極由殼體部分構(gòu)成或在殼體上形成。例如一個電極或兩個電極可設(shè)在通道的壁內(nèi)或壁上。至少一個電極也可以設(shè)置在節(jié)流機構(gòu)上或設(shè)置在孔板上。
在采用孔板作為節(jié)流機構(gòu)時，可以在相對的兩側(cè)上分別設(shè)有一個電極。優(yōu)選孔板的縫隙寬度由兩個電極預(yù)定，或至少受其影響。優(yōu)選兩個電極設(shè)置在孔板上。
最好電極至少構(gòu)成阻流件的一部分。因而電極和孔板構(gòu)成一個一體部件。例如電極與阻流件的表面結(jié)合成一體。采用該措施實現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步簡化。
根據(jù)一種優(yōu)選的設(shè)計，至少一個電極設(shè)置在孔板或阻流件的上游。
電極最好設(shè)置在被孔板節(jié)流的范圍內(nèi)，最好盡可能位于阻流件的附近，以便盡可能精確地測定物料流量。第二電極可以大致設(shè)置在孔板的上游，但也可以與阻流件實體連接。
根據(jù)另一種設(shè)計，至少在電極范圍內(nèi)不設(shè)有橫截面縮口。設(shè)置有電極的測量范圍優(yōu)選構(gòu)成簡單的多棱的通道。特別是優(yōu)選采用圓形或甚至橢圓的橫截面形狀。在電極與通道壁結(jié)合成一體的情況下，對流動的流體的物料流量進(jìn)行測定，而不必設(shè)有橫截面縮口。這種設(shè)計特別有利于將泡沫輸送走。
當(dāng)靜止的泡沫充滿液相上面的自由容積內(nèi)時，則未被液相輸送走的靜止的泡沫將被壓入液相內(nèi)并以此加快流動，從而流動速度不再與流動速度一致。所以優(yōu)選采用裝置，其中將泡沫分量混合并輸送走。
在例如設(shè)有具有尖端朝下的三角形的通道時，由于在下面的范圍內(nèi)通常存在有液相，因而可以省去上述的凹槽。
為了穩(wěn)定壓力關(guān)系和避免自動變化的壓力關(guān)系對流速以及測量精度的影響，優(yōu)選在裝置上設(shè)有壓力平衡機構(gòu)。
采用在測量裝置上的無源的或有源的壓力補償裝置使流速主要由重力決定，其中也存在由物料流量本身引起的很大的影響。通過這種用于壓力補償?shù)难b置使在整個測量范圍上的流速根據(jù)簡單的校準(zhǔn)變化。
在裝置的入口和出口之間沒有壓力補償時，流速也可以取決于實時的壓力狀況。由于當(dāng)?shù)谝环N舉例情況下在高度上的濃度分布均勻時在測量段上的壓差大于在第二種舉例情況下的壓差時，因此在第一種舉例情況下的牛奶流的流速大于在第二種舉例情況下的流速。當(dāng)例如在擠奶杯橡膠上附加進(jìn)入空氣的情況下，牛奶的流速由于進(jìn)入的空氣被加快。另外在測量段上還會形成加快流速的局部壓力。
由于通常不進(jìn)行單獨的流速測量，而是與校準(zhǔn)測量相關(guān)，并且由于流速受附加的空氣流影響，因此不再可能精確地測定物料流量。對照校準(zhǔn)曲線確定的物料流量于是不再與實時的物料流量一致。而且通過采取結(jié)構(gòu)上的措施可以減小或避免這種影響。
所以針對測量最好存在基本的恒定壓力關(guān)系。在已知壓差的影響的情況下對測量段上的壓差的測量足以根據(jù)濃度的大小的圖形和壓差計算出實時的流量。當(dāng)然這種方法比較昂貴。
所以優(yōu)選通過在入口與出口之間的壓力平衡來穩(wěn)定測量段上的壓力。根據(jù)對本發(fā)明的一種特殊的設(shè)計，利用有源的壓力生成機構(gòu)穩(wěn)定裝置上的壓力。
但為此優(yōu)選也可以設(shè)有無源機構(gòu)，即旁通管路，所述旁通管路的設(shè)置和安裝應(yīng)使基本上僅氣相，即空氣通過旁通管路被導(dǎo)出，并且?guī)缀鯖]有泡沫或液相被導(dǎo)出。旁通管路特別適合于避免風(fēng)滯壓力。旁通管路特別優(yōu)選設(shè)置在入口附近，特別是設(shè)置在測量裝置或電極之前。
由于設(shè)有旁通管路，所以用于測量物料流量的裝置不再是主要的阻流件。通過附加提供的壓力確保在入口上的壓力幾乎與用于測量物料流量的裝置前或后的奶管內(nèi)的壓力相同。因此在裝置內(nèi)部不會產(chǎn)生影響流體的流速或擠奶過程的壓降。
優(yōu)選旁通管路包括旁通管路接管，以便將裝置保持在沒有壓力的狀態(tài)。旁通管路的接管例如是旁通套管。
優(yōu)選旁通管路接管另外還用于將沒有牛奶的大部分空氣分量直接導(dǎo)出。由于大部分空氣分量被導(dǎo)出，因而減少了在測量段內(nèi)形成的泡沫。由于空氣分量被導(dǎo)出另外還避免了對流速的不利影響。旁通管路接管為此與入口一起起著旋風(fēng)式分離器作用并與裝置的出口流體技術(shù)連接。
另外裝置在測量傳感器前面還具有流體進(jìn)行穩(wěn)流和/或均衡的穩(wěn)流段。因此可以進(jìn)一步提高測量精度。
在上述的所有設(shè)計中也可以設(shè)有至少一個第三電極，所述第三電極根據(jù)優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計從上面凸伸入到測量段內(nèi)。
利用除了第二電極之外也用作傳感器或探測器的第三電極的測量值可以求出兩個傳感器的平均值，以便進(jìn)一步提高精度。因此可以交替地或同時地對第二和第三電極進(jìn)行分接。
當(dāng)?shù)谌姌O從上面不是在整個高度上向下延伸，而是從上面僅在部分高度上延伸時，可以利用第三電極對可能懸浮在上面的泡沫層進(jìn)行探測。在第二和第三電極的測量結(jié)果相應(yīng)地有所差別時，可以推斷出，第二電極在下面被液相環(huán)圍，同時泡沫位于上面的范圍內(nèi)，主要由第三電極對泡沫進(jìn)行探測。利用相應(yīng)的評價機構(gòu)可以避免即使在沒有凹槽或下凹的情況下測量時出現(xiàn)的不精確的問題。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計，設(shè)有至少三個電極，其中在第一電極上加有一電氣值。在第一和第二電極之間分接出第一測量值，并在第二和第三電極之間分接出第二測量值。當(dāng)這時第二和第三電極在流動方向上間隔設(shè)置時，可以利用第一和第二測量值求出裝置的傾斜度。為求出傾角，特別是在固有的測量工作之前用流體對裝置進(jìn)行部分地充注并將裝置優(yōu)選閉合，從而使流體不會流出。由測量值可以求出傾斜度。當(dāng)一共相應(yīng)地設(shè)置有四個電極時，也可以求出三維的傾斜度。
在求出傾角之后，可以利用該值對校準(zhǔn)進(jìn)行修正。還可以通過求出的角度值與存儲在裝置存儲器內(nèi)的相應(yīng)的校準(zhǔn)曲線關(guān)聯(lián)。因此可進(jìn)一步提高可靠性和精度。
根據(jù)前述所有進(jìn)一步設(shè)計的優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計，可以設(shè)有單獨的傾斜傳感器?，F(xiàn)有技術(shù)中公知的傾斜傳感器對此適用。傾斜傳感器的信號用于從一組校準(zhǔn)曲線中選出一條合適的校準(zhǔn)曲線，或者用于為測量值選取一個固定的或可變的修正系數(shù)。
在安裝有一個單獨的傾斜傳感器時，具有如下優(yōu)點，以固定的間隔或不定期的間隔對裝置的定向進(jìn)行檢查。可以每個時間段檢查一次，例如每星期或每天檢查一次，或優(yōu)選每個測量過程至少檢查一次。也可以在測量時對姿態(tài)加以確定，其中在采集每個測量值或每個第X個測量值時對傾斜傳感器的信號加以考慮。
根據(jù)一種特別優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計，設(shè)有用于傾斜傳感器的測量腔室，該測量腔室設(shè)置在裝置上。傾斜傳感器根據(jù)前述測量原理工作。在用于傾斜傳感器的測量腔室內(nèi)設(shè)有三個電極，優(yōu)選至少四個電極。其中選擇的對電極的設(shè)置應(yīng)使至少在有待測量的流體的流向上可測定傾角。可以為用于測定流體的量或物料流量的測量裝置和為傾斜傳感器總共設(shè)有一個評價裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一設(shè)計，通常不在流動時進(jìn)行測量，而是連續(xù)地對流入到測量容器內(nèi)的特別是在擠奶時接取的流體量進(jìn)行測定。根據(jù)這種設(shè)計，測量容器至少在一時域上容納流體。在充滿測量容器后將容器再次排空。也可以在擠奶時，特別是在容器的容積不足以暫時存儲用于一個測量過程的全部流體量時也可以周期性地充注和排放采集的流體。
根據(jù)一采用測量容器的實施方式，電極在測量容器的整個用于測量的高度上延伸。優(yōu)選測量容器的橫截面在高度上幾乎相同。否則也可以對測量容器的幾何尺寸進(jìn)行校準(zhǔn)。
根據(jù)這種設(shè)計，評價裝置適用于對在測量容器內(nèi)的流體的物料進(jìn)行測定。由在第二時間點和第一時間點之間測量容器所含的流體的差可導(dǎo)出在該時間段內(nèi)流入的流體量。除以時間段即得到流體的物料流量。由于測量時所需要的在第一次和第二次測量之間的時間間隔短，因而測量頻率可以很高，所以可以連續(xù)地或至少準(zhǔn)連續(xù)地求出物料量或物料流量。
當(dāng)在第一時間點T1對量M1進(jìn)行第一次測量和在第二時間點T2上進(jìn)行測量結(jié)果為M2的第二次測量時，可得到物料流量(M2(T2)-M1(T1)/(T2-T1)。例如在時間間隔為1秒時，在牛奶流量例如為120g/min.時測出質(zhì)量差為2克，因此可以以高于足夠精度的精度測定牛奶流量。測量頻率越高，分辨率也越高。
根據(jù)一種具有測量容器的設(shè)計，在各種情況下都始終測定到現(xiàn)在為止(從測量容器最后一次排放)的全部流體量。另外可以通過求差對實時的物料流量加以確定?？梢詫y量值“熨平”，其中例如采用平均值或其它的過濾方法。
當(dāng)在測量過程時對有待測量的流體進(jìn)行分析時，優(yōu)選采用進(jìn)行測量的測量容器。例如在擠奶時在線地將擠出的部分牛奶導(dǎo)出并進(jìn)行分析。在牛奶不滿足特定的標(biāo)準(zhǔn)要求時，可以在擠奶結(jié)束之后將牛奶倒掉，而無需首先灌裝入牛奶桶內(nèi)。例如在牛奶不滿足預(yù)定的要求時，例如細(xì)胞數(shù)量超過一定的極限值時，或檢測到牛奶中含有絮狀物，或查明牛奶中有抑制劑等時，可進(jìn)行如上處理。
優(yōu)選連續(xù)地加以確定，由此可以即時地確定牛奶流量，因此可以即時地控制擠奶過程。于是可以確定出單位時間的物料流量，即液體量。
而且在流動時進(jìn)行測量時，也可以同時設(shè)置用于容納和暫存有待測量的流體的容器，以便除了流動測量之外還進(jìn)行總測量，或?qū)α黧w進(jìn)行暫存，直至獲得有關(guān)流體所含物質(zhì)的測量結(jié)果等。
根據(jù)上述所有設(shè)計，一個顯著的優(yōu)點在于易于對裝置進(jìn)行清洗。測量原理可實現(xiàn)裝置簡單的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)除了便于清洗外還便于維護，因為無需采用脆弱的或機械移動的部件或者敏感的光學(xué)部件。
根據(jù)一種優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計，本發(fā)明包括配置有至少兩個如前所述的裝置的設(shè)施。
為了獲得有關(guān)物料流量或流體的其它信息，設(shè)有兩個或多個用于物料流量測量的裝置。最好將兩個或多個上述裝置串接。特別是在各個裝置之間的分配關(guān)系已經(jīng)確定或是已知時，也可以并將所述裝置并接。利用在流體管路的不同位置上的物料流量值的信息，可以判定和必要時由測量結(jié)果計算出由于雜質(zhì)造成的故障(由于秸稈、玉米粒等的沉積造成通道的自由流通橫截面的堵塞)，或生成維護信號。
另外本發(fā)明涉及一種用于測量特別是起泡的液體的至少兩個量值或物料流量的設(shè)施。所述設(shè)施包括至少一個用于生生電氣值的電氣機構(gòu)和至少一個評價裝置。至少兩個裝置設(shè)有分別設(shè)置的測量段或分別設(shè)置的測量容器和分別設(shè)置的至少兩個電極。電氣機構(gòu)交替地基本與第一裝置的第一電極并聯(lián)連接和基本與第二裝置的第一電極并聯(lián)連接。優(yōu)選每個裝置都具有一個單獨的殼體。
在至少兩個不同的位置進(jìn)行物料流量測量時，則可以通過對沿流體管路的不同位置上的測量進(jìn)行的比較而推斷出流體的結(jié)構(gòu)和得出物料流量。這里存在在不同位置測定的物料流量的時間相關(guān)性，以便求出至少一個表示流體的結(jié)構(gòu)的量值。例如可以由數(shù)據(jù)推導(dǎo)出流速。也可以檢測出和根據(jù)測量結(jié)果計算出排放縫隙或測量范圍突然的局部堵塞。此外可以根據(jù)對兩個測量結(jié)果的比較推斷出測量精度，特別是推斷出誤差范圍。此外還可以得到有關(guān)擠奶過程的信息。
根據(jù)另一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明涉及一種用于測量特別是起泡的液體的至少兩個量或物料流量的設(shè)施。設(shè)有至少一個用于產(chǎn)生電氣值的電氣機構(gòu)和至少一個評價裝置。另外至少兩個裝置具有分別設(shè)置的測量段或分別設(shè)有一個測量容器。測量段或殼體分別具有至少兩個電極。其中評價裝置可交替地在一個裝置的第一和第二電極之間和在另一裝置的第一和第二電極之間連接。優(yōu)選每個裝置都包括一個單獨的殼體。
根據(jù)一種優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計，為至少兩個裝置設(shè)有一個電氣機構(gòu)和一個評價裝置。但也可以為3個、4個、5個、6個、7個、8個或多個裝置總共只設(shè)有一個電氣機構(gòu)和一個評價裝置。也可以為多個裝置設(shè)有一個電氣機構(gòu)并且為每個裝置分別設(shè)有一個評價裝置。也可以為多個裝置設(shè)有一個評價裝置并且為每個裝置分別設(shè)有一個電氣機構(gòu)。
根據(jù)一種優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計，并列設(shè)置有至少兩個裝置，所述裝置例如分別針對不同的流量，例如可以最佳地適配。
利用所述設(shè)施可以測定特別是兩個或多個相互結(jié)構(gòu)和空間分隔的量或物料流量。所述設(shè)施的每個裝置用于測定來自有待擠奶的牲畜的例如兩個不同的乳頭的相互不相關(guān)的量或物料流量。
優(yōu)選為實現(xiàn)對乳頭的單獨測量設(shè)有相應(yīng)數(shù)量的裝置。在測量奶流量時，例如就山羊而言可以設(shè)置兩個裝置，就奶牛而言則可設(shè)置四個裝置用于分別就四個乳頭進(jìn)行測量。
在測量出奶量或奶物料流量時例如可以為多個擠奶位置總共設(shè)有一個設(shè)施。因此可以在擠奶時為每個擠奶位置的一個擠奶臺或部分?jǐn)D奶位置配備有一個測量段或一個測量容器，同時一個(集中)評價電子機構(gòu)用于對測量值進(jìn)行采集。因此對擠奶旋轉(zhuǎn)臺可以只設(shè)有一個評價電子機構(gòu)。
根據(jù)一種本發(fā)明設(shè)施的優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計，第一裝置的流體橫截面較小，同時第二裝置的流體橫截面較大。在出奶量較大時，可以將具有較大的橫截面的裝置接通，以便擴大測量范圍或進(jìn)一步提高測量精度。
本發(fā)明用于測量流體的，特別是含有泡沫的諸如牛奶等液體的物料流量的方法包括如下步驟利用第一電極將電氣值加在流動的流體的物料流上；對在第一和第二電極之間的流體內(nèi)生成的電氣值進(jìn)行測量；并利用測出的信號求出物料流量。優(yōu)選將作為電氣值的電位加在流體上。
在測量時，可利用孔板對流體節(jié)流，并在節(jié)流范圍內(nèi)對濃度的圖形進(jìn)行測量并推導(dǎo)出物料流量。根據(jù)已知的孔板、測量段和殼體的流體動力特性，利用流體的濃度圖形計算出物料流量。通過校準(zhǔn)測量特別便于該推導(dǎo)。
申請人在此指出，申請人保留針對一種用于測量起泡的液體的量的方法和裝置和/或一種用于測量起泡的液體，特別是含有泡沫的或起泡的液體的物料流量的裝置和方法分別進(jìn)行保護的權(quán)利。根據(jù)特殊的設(shè)計，這種裝置或這種方法包括單個的或多個上述特征。
在下面的實施例中對照附圖對本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點、特征和設(shè)計加以說明。圖中示意示出


圖1為本發(fā)明用于測量物料流量的裝置的立體圖，其中孔板被插入；圖2為圖1的裝置，其中孔板被拉出；圖3為本發(fā)明的裝置的縱剖視圖；圖4A為圖1所示的本發(fā)明的裝置在測量裝置的范圍內(nèi)的橫剖視圖；圖4B為根據(jù)第二種設(shè)計的本發(fā)明的裝置在測量裝置范圍內(nèi)的橫剖視圖；圖5示出用于大流量的被設(shè)計成孔板的阻流件；圖6示出用于小流量的被設(shè)計成孔板的阻流件；圖7為本發(fā)明的裝置的另一實施例的縱剖視圖；圖8為本發(fā)明的裝置的等效電路圖。
圖1和2為本發(fā)明的測量流體1的，特別是用于測量諸如牛奶等含有泡沫的液體或起泡的液體的物料流量的裝置100的第一實施例的立體圖。在殼體50的入口4附近設(shè)有用于排風(fēng)的壓力平衡套管21。入口4與殼體50相切，從而使液體漩轉(zhuǎn)地流入殼體內(nèi)。另外還設(shè)有通道3，所述通道3與入口/流入口4連接。
根據(jù)本實施例，測量系統(tǒng)7設(shè)置在孔板17前面的管路3上，其中孔板17設(shè)置在出口5前的上游側(cè)?？装?7起著阻流件6的作用(見圖2)。根據(jù)優(yōu)選的設(shè)計，孔板視需要插入(見圖1)或更換(見圖2)。例如由于在對綿羊或山羊擠奶時的最大奶流量明顯小于在對奶牛擠奶時的奶流量，因而通過更換孔板17可以針對不同的情況實現(xiàn)對流阻的適配調(diào)整。
孔板17具有梯形的開口截面18，其隨著高度的增加而增大。利用孔板17可以預(yù)先確定阻流件6的流體動力阻力的大小。例如可以通過改變開口截面及其錐度來改變流阻。利用排風(fēng)裝置或旁通套管21可以將測量裝置在整體上基本保持在無壓力的狀態(tài)下，其中將在物料流量有待測定的流體中含有的部分空氣排出。
圖3為本發(fā)明的用于測量物料流量的裝置100的縱剖視圖，所述裝置具有通道3，所述通道3具有入口4(見圖1)和出口5，其中具有泡沫分量2的流體1穿流過所述通道3。入口4與旋風(fēng)式分離器20結(jié)成一體，所述旋風(fēng)式分離器20通過旁通套管21或排風(fēng)裝置21將部分氣體或空氣排出。
流體在入口范圍內(nèi)相切地流入殼體50內(nèi)。流體流在緊貼在此處為圓形結(jié)構(gòu)的作為旋風(fēng)式分離器20的殼體部分51上。較重的液相被向外圍擠壓，同時至少部氣相2部分被匯聚在中心范圍內(nèi)并通過旁通套管21排出。旁通套管設(shè)置在圓筒形的殼體部分51端部的中心，且殼體50的其上設(shè)有入口4的第一端通過旁通套管與殼體50的其上設(shè)有出口5的第二端連接，以便在入口4和出口5之間產(chǎn)生壓力平衡。因此測量裝置100自身被保持在無壓力的狀態(tài)下，因此自我調(diào)整的流速基本不受壓力差的影響。否則將會由于例如空氣從擠奶杯橡膠處的進(jìn)入而導(dǎo)致壓力差的增大。總之，通過旁通管路可以提高可再現(xiàn)性。
殼體50包括第一部分51和第二部分52。殼體的第一部分51在入口4的范圍內(nèi)傾斜于水平線。其中根據(jù)本實施例第一部分51與水平線的夾角約為45°。第二殼體部分52同樣也傾斜于水平線，以便有助于流動。但傾角較小，并取決于具體條件。通常其傾角小于30°，優(yōu)選小于15°。當(dāng)傾角為5°時可以實現(xiàn)良好的效果。
過第一殼體部分51或殼體50的第一段的中軸線56(用虛線示出)傾斜于垂直方向傾斜一角度58，其中根據(jù)本實施例所述角度58約為45°。過第二殼體部分52或殼體50的第二段的中軸線58(虛線示出)傾斜于垂直方向一角度59。其中兩個殼體部分以相應(yīng)的中軸線56或57為基準(zhǔn)幾乎旋轉(zhuǎn)對稱。特別是通過在具有第一和第二電極的傳感器前面的第二段52的圓形橫截面實現(xiàn)在重要的測量范圍內(nèi)實現(xiàn)泡沫向流動的流體內(nèi)的混合，從而存在的泡沫或所生成的泡沫也被輸送走，而不會出現(xiàn)匯集的現(xiàn)象。
特別是由于第一殼體部分51的傾斜引起殼體50內(nèi)的流體的螺旋流。流入的流體被徑向?qū)氩⒂捎谥亓Φ淖饔眠€具有附加的軸向分量。
其中根據(jù)本實施例在殼體50內(nèi)設(shè)有壩或隔板19，其中所述壩或隔板19設(shè)置在第一殼體部分51與第二殼體部分52之間，并從頂部向下和向后傾斜延伸。隔板19將裝置的上部范圍隔開，從而第一殼體部分51的流體只能從下面流向第二殼體部分52。由于自由截面在大多數(shù)情況下位于液面下面，因而位于流體上面的泡沫只能在隔板下面的自由截面才能實現(xiàn)混合，因此隔板19還用于減緩流體流速和使泡沫被充分的混合的作用。根據(jù)其它的設(shè)計也可以不設(shè)有隔板19。
總之，流體在整個殼體50內(nèi)繼續(xù)螺旋流動，從而在同樣基本也為圓筒形的第二殼體部分52內(nèi)也存在流體的螺旋流動，其中至少在急劇的流體流的情況下存在螺旋流動。
這種結(jié)構(gòu)的一個非常明顯的優(yōu)點在于，流體的泡沫分量被攜帶和混合。對于通常的殼體形狀和在流動條件下，泡沫經(jīng)常作為靜止的泡沫分量懸浮在流體的流動的分量的上面，并匯聚在上面。采用本設(shè)計可以在很大程度上避免此點。泡沫分量至少在主擠奶階段在存在的奶流中被可靠地輸送走。通常即使在擠奶開始和結(jié)束時泡沫分量也能被可靠地輸送走。由于所采用的測量原理基于測量原理也一并考慮到了泡沫分量，因此從整體上實現(xiàn)了良好的測量精度。
流體1在出口5前在第二殼體部分52內(nèi)被阻流件6攔截，所述阻流件是孔板，且流體涌流到出口5內(nèi)。
測量裝置7由兩個電極8，9以及電壓測量機構(gòu)13和電壓源12或電壓發(fā)生機構(gòu)構(gòu)成。測量裝置7的電極可設(shè)置在阻流件6附近。特別是如圖5所示，孔板可以由電極構(gòu)成，從而孔板的第一側(cè)界53起著第一電極的作用，同時其第二側(cè)界54起著第二電極8的作用。
如圖3所示，第一電極9是由導(dǎo)電材料(例如特種鋼)構(gòu)成的圓形棒，但也可以如圖4B所示與通道3壁結(jié)成一體。
利用電壓生成機構(gòu)12預(yù)定交變電壓或交流電壓，以避免在電極8，9上產(chǎn)生不利于電壓測量的電解沉積。其中采用通常的頻率。
利用第一電極9和第二電極8測定穿流的流體1的濃度，其中利用導(dǎo)線22和電壓生成機構(gòu)12將一電壓加在第一電極9的相背離的點9a和9b之間。其中如本實施例所示，該電壓特別是可以加在第一電極9的第一端10和第二端11之間。其中第一電極9的第一端10和第一點9a設(shè)置在殼體的下部范圍內(nèi)，同時第二點9b和第二端11設(shè)置在殼體的上部范圍內(nèi)。
選擇的電極9的電阻應(yīng)明顯小于在液位最高時有待測量的流體的電阻。由此可以一級近似地忽略流體電阻對整個電阻的影響。但也可以在計算時對該影響加以考慮。
所加的電位視具體情況而定。其中根據(jù)本實施例，交變電壓的峰值為60mV，同時電極9的電阻則約為100毫歐。
在第一電極上的電位高度線性增大。在每個被流體潤濕的位置上，分別在其上的電位被加在流體上。由于電位的絕對值很小，因而避免了對有待擠奶的牲畜產(chǎn)生不利的影響。
第二電極8從在殼體下部范圍內(nèi)的第一點8a或從第一端一直延伸到在殼體上部范圍內(nèi)的第二點8b或第二端并且其上加有一電位，所述電位取決于流體1的液位和流體的成分。第二電極8的點8a和第一電極9的點9a或第一電極9的下端10與電壓測量機構(gòu)13連接。當(dāng)僅存在純液相時，根據(jù)流動的流體的液位一相應(yīng)的電位被加在第二電極8上，利用電壓測量機構(gòu)13對所述電位進(jìn)行測量。由于泡沫的特定的電阻相應(yīng)地大于液體的電阻，所以要對泡沫分量2加以考慮。液相和泡沫相的電阻分量共同構(gòu)成表示濃度的總電阻。
圖3為本發(fā)明的裝置100的橫剖視圖，其具有作為圓形棒的第一電極9和同樣作為圓形棒的第二電極8。兩個電極8和9突伸入下凹14內(nèi)，即使在流體流量最小時在所述下凹14內(nèi)也會匯聚有流體，從而通過液相建立在第一電極9和第二電極8之間的電氣連接。在擠奶開始時，特別是在擠奶即將結(jié)束時，在出奶量較少或最少的情況下通過流體實現(xiàn)電氣觸接是很重要的。否則在不存在液相和僅存在泡沫時，將會出現(xiàn)誤測量。
由于凹槽充滿液態(tài)的流體，因而保證了即使在物料流幾乎僅含有純泡沫時也能夠得到正確的測量結(jié)果。
根據(jù)較簡單的實施方式，也可以替代凹槽并聯(lián)一個用于模擬“凹槽”的小電阻。當(dāng)然在流量較小時幾乎僅含有純泡沫分量，液體的電導(dǎo)率可能會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響時，同樣也可以得到令人滿意的結(jié)果。
由于采取了上述措施，所以即使在流量最小時仍可進(jìn)行電位測量。下凹14具有排放口15，流體1通過所述排放口15可以不斷地流出，從而位于下凹14內(nèi)的流體1被不斷地更新。
因此可以對在下凹14內(nèi)的流體1的電導(dǎo)率隨時間的可能的變化進(jìn)行記錄，并因此不會造成測量精度的不準(zhǔn)。由于設(shè)有下凹14形成一定的最低的流體液位，因而在進(jìn)行電位測量時所測定的不是泡沫的液位，而是流體1的平均濃度。
圖5和6示出作為阻流件6的孔板17的不同設(shè)計，所述孔板17具有逐漸變窄的錐形或梯形的開口截面18。可以對開口截面18針對相應(yīng)的測量進(jìn)行適配調(diào)整，其優(yōu)點在于，即使在流量較小時仍可精確地測出液位的變化。
根據(jù)一種對裝置的特殊的設(shè)計，如圖5所示設(shè)有孔板17。其中兩個電極8，9構(gòu)成孔板17的限界邊，其中邊棱53構(gòu)成第一電極9，第二邊棱54構(gòu)成第二電極8。由于電極之間的間隔隨高度變化很大，因而預(yù)期第一電極9所加的電位是不均勻的和第二電極8分接的電位是不均勻的，初看這種設(shè)計并不有利。但預(yù)想不到地表明，盡管兩個電極并不相互平行，但這種設(shè)計將導(dǎo)致實現(xiàn)高質(zhì)量的測量結(jié)果。電極的V形或梯形的結(jié)構(gòu)并不會造成對測量的障礙。相反，采用這種設(shè)計實現(xiàn)了特別可靠的測量。此點特別是因為流動的全部流量穿流過孔板并在兩個電極之間對濃度進(jìn)行測定。
圖7為阻流件的一種改型設(shè)計的側(cè)視圖。根據(jù)這種設(shè)計，阻流件傾斜于垂線設(shè)置。其中與垂線的夾角約為45°，但也可以在0°和60°之間，或者更大。
根據(jù)本實施方式，孔板17的邊棱同樣也可以由一個或兩個電極構(gòu)成?？装?7也具有如圖5和6所示的梯形橫截面18?？装逶诹黧w流動方向上傾斜。通常將會造成孔板的下面范圍內(nèi)的在流動的流體內(nèi)的異物顆粒將被沿孔板向上沖，一直到達(dá)孔板的橫截面，以便將異物被攜帶和沖走。因此通?？装宀粫欢氯?。
圖8為測量原理的等效電路圖的橫剖視圖。第一電極9由低電阻的不銹鋼棒構(gòu)成，所述不銹鋼棒被浸入導(dǎo)電的液體/泡沫混合物中。電壓生成機構(gòu)12通過饋線22產(chǎn)生流過第一電極9的高頻電流。由電壓測量機構(gòu)13測量第一電極9與第二電極8之間的電壓。
液體/泡沫混合物的平均的等效電阻RF1和RF2與第一電極9的浸入部分并聯(lián)。從而取樣的電壓與在第一電極9上的濃度變化成比例。通過對饋電進(jìn)行控制可以將平均的等效電阻RF1和RF2對測量結(jié)果的直接影響降低到最小程度。
附圖標(biāo)記對照表1 流體2 泡沫3 通道4 入口5 出口6 阻流件7 測量裝置8 第二電極8a 第一點8b 第二點9 第一電極9a 第一點9b 第二點10 第一端11 第二端12 電壓生成機構(gòu)13 電壓測量機構(gòu)14 下凹15 排放口17 孔板18 開口截面19 隔板20 旋風(fēng)式分離器21 排風(fēng)裝置22 電導(dǎo)線26 評價裝置50 殼體51 第一殼體部分
52 第二殼體部分53 孔板的側(cè)限界邊54 孔板的側(cè)限界邊55 角度56 軸線57 軸線58 角度59 角度100 裝置
權(quán)利要求
1.一種裝置(100)，用于測量特別是起泡的液體的物料流量，具有至少一個測量裝置(7)，所述測量裝置包括至少兩個電極(8，9)和至少一個用于生成電氣值的電氣機構(gòu)(12)，以及評價裝置(13)，其特征在于，所述電氣機構(gòu)(12)與第一電極(9)的兩個相互背離的點(9a，9b)連接，從而實現(xiàn)所述電氣機構(gòu)(12)與第一電極并聯(lián)連接，和第二電極(8)通過所述評價裝置(13)與所述第一電極(9)電氣連接。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電氣機構(gòu)(12)是電壓源。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述電氣機構(gòu)(12)是電流源，特別是穩(wěn)流電源。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述評價裝置(13)包括電壓測量機構(gòu)(13)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，至少一個電極，優(yōu)選兩個電極(8，9)在整個高度上延伸。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，設(shè)有至少一個入口(4)和至少一個出口(5)。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，兩個電極(8，9)延伸到位于底部范圍的凹槽(14)內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述凹槽(14)具有排放口(15)。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中由導(dǎo)電棒構(gòu)成所述電極(8，9)中的至少一個電極，所述導(dǎo)電棒特別是圓形的、橢圓形的、三角形的、四邊形的、多邊形的、扁平的或倒圓的。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，設(shè)有橫截面縮口，優(yōu)選設(shè)有孔板(17)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述橫截面縮口和/或所述孔板(17)是可更換的或可變的。
12.如前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，至少一個電極(8，9)設(shè)置在殼體部分(50)上。
13.如權(quán)利要求10至12中任一項所述的裝置，其特征在于，所述橫截面縮口和/或孔板的開縫寬度(18)受至少一個電極(8，9)影響。
14.如權(quán)利要求10至13中任一項所述的裝置，其特征在于，至少一個電極(8，9)設(shè)置在所述橫截面縮口(17)的上游。
15.如前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，在入口(4)和出口(5)之間設(shè)有旁通管(21)，用于對測量段上的壓力進(jìn)行穩(wěn)定。
16.如前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，設(shè)有至少一個第三電極。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述第三電極從上面凸伸入測量段內(nèi)。
18.如前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，設(shè)有至少一個傾斜傳感器，所述傾斜傳感器用于測定至少一個傾角。
19.如前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，在一存儲裝置內(nèi)存儲有至少一個對至少一個傾角加以考慮的修正值。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，設(shè)有用于收集流體的測量容器。
21.如權(quán)利要求19或20所述的裝置，其特征在于，在所述測量容器內(nèi)設(shè)置有至少第一電極和至少第二電極。
22.如權(quán)利要求19至21中任一項所述的裝置，其特征在于，利用所述評價裝置對在所述測量容器內(nèi)的流體量進(jìn)行測定。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述評價裝置以第一和第二時間點之間的時間段為基準(zhǔn)由在第二時間點和第一時間點之間的流體量的差確定出物料流量。
24.一種設(shè)施，包括至少兩個如前述權(quán)利要求中至少一項所述的裝置。
25.一種設(shè)施，用于測量特別是起泡的液體的至少兩個物料流量，具有至少一個生成電氣值的電氣機構(gòu)(12)和至少一個評價裝置(13)，和至少兩個裝置(100)，所述裝置(100)分別具有一個殼體(50)和分別具有兩個電極(8，9)，其中所述殼體(50)內(nèi)設(shè)置有測量段，其特征在于，所述電氣機構(gòu)(12)交替地基本并聯(lián)地與第一裝置的第一電極和第二裝置的第一電極接通。
26.一種設(shè)施，用于測量特別是起泡的液體的至少兩個物料流量，具有至少一個生成電氣值的電氣機構(gòu)(12)和至少一個評價裝置(13)，以及至少兩個裝置(100)，所述裝置(100)分別具有一個殼體(50)和分別具有至少兩個電極(8，9)，其中所述殼體(50)內(nèi)設(shè)置有測量段，其特征在于，所述評價裝置(13)交替地接通一個裝置(100)的第一電極(9)與第二電極(8)和另一裝置(100)的第一電極(9)與第二電極(8)。
27.如權(quán)利要求25和26所述的設(shè)施，其特征在于，為至少兩個裝置(100)設(shè)置一個電氣機構(gòu)(12)和一個評價裝置(13)。
28.如權(quán)利要求24至27中的至少一項所述的設(shè)施，其特征在于，并列地設(shè)置有至少兩個裝置(100)。
29.如權(quán)利要求28所述的配置設(shè)施，其特征在于，設(shè)置有相應(yīng)數(shù)量的裝置(100)，以實現(xiàn)對各個乳頭的單獨測量。
30.如權(quán)利要求24至29中的至少一項所述的設(shè)施，其特征在于，第一裝置(100)的通流截面小于第二裝置(100)的通流截面。
31.一種用于測量特別是起泡的液體的量或物料流量的方法，其中電氣值加在位于起泡的液體中的第一電極(9)上，對在所述第一電極(9)與一個第二電極(8)之間的電氣信號進(jìn)行采集，并利用在第一電極(9)與第二電極(8)之間的評價裝置(13)對所述電氣信號進(jìn)行評價。
全文摘要
一種用于測量特別是起泡的液體的物料流量的裝置，具有測量裝置，所述測量裝置包括兩個電極和至少一個生成電氣值的電氣機構(gòu)，以及一個評價裝置。所述電氣機構(gòu)與第一電極的兩個相互背離的點連接，從而實現(xiàn)所述電氣機構(gòu)與第一電極的并聯(lián)連接。第二電極通過所述評價裝置與所述第一電極電氣連接。
文檔編號A01J5/00GK101040168SQ200580033862
公開日2007年9月19日 申請日期2005年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月5日
發(fā)明者安德烈亞斯·施普林格, 奧托·克羅內(nèi) 申請人:韋斯伐利亞瑟基有限公司