專利名稱：流體流量計(jì)量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于計(jì)量流體(特別是牛奶)流量的流體流量計(jì)量儀和使用這種儀器的方法。
背景技術(shù)：
牛奶流量計(jì)量儀是已知的。它們是監(jiān)測單頭動(dòng)物產(chǎn)奶量的重要工具。它們的好處之一是不用分批計(jì)量牛奶就能實(shí)現(xiàn)牛奶的體積或質(zhì)量的計(jì)量。因此，當(dāng)牛奶直接從母牛輸送到儲(chǔ)存桶時(shí)，就能夠獲得母牛產(chǎn)奶的讀數(shù)。
計(jì)量動(dòng)物產(chǎn)奶量是一件困難的事，因?yàn)楸挥?jì)量的牛奶實(shí)際上是兩相的氣體-流體系統(tǒng)。在現(xiàn)代的牛奶裝置中，來自母牛的牛奶以脈沖的方式抽吸，經(jīng)常會(huì)進(jìn)入大量的空氣。用于計(jì)量牛奶流率、體積或流量的物理特性通常取決于牛奶和所存在的空氣的百分比。實(shí)際上含有一定量空氣的牛奶經(jīng)常導(dǎo)致用于計(jì)量牛奶體積、流量或流率這些參數(shù)的計(jì)量儀的虛讀數(shù)。
在牛奶流量計(jì)的實(shí)例中，一直不能完全避免在含有空氣的牛奶的頂層形成泡沫。為了使形成的泡沫最少和減少干擾，在牛奶流過流量計(jì)的計(jì)量腔之前，一般盡可能地消除由所需真空裝置的震動(dòng)引起的循環(huán)流動(dòng)波動(dòng)。牛奶泡沫和干擾削弱了牛奶流量計(jì)的傳感信號(hào)，因此造成計(jì)量困難。此外，當(dāng)牛奶進(jìn)入流量計(jì)時(shí)，牛奶流量計(jì)的大部分受到牛奶的噴射。因此，在使用期間或使用之后，如果不是全部，至少流量計(jì)的部分被噴射牛奶的殘留物所覆蓋。必須通過足夠的清洗操作來清除這種在每次擠奶后形成的不需要的殘留物膜層。出于防止微生物生長的目的，通常在所有牛群擠奶之后清洗是有效的。
在專利號(hào)為4,452,176，4,476,719，和4,346,596，分別是Hoefelmayr等、Millar等和Diamant等的美國專利公開了一般不需批量計(jì)量就能用于計(jì)量輸送牛奶的流率和/或體積和/或流量的牛奶流量計(jì)。所有這些流量計(jì)都有凹陷的、部分隱藏表面這一復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得清洗這些儀器相對(duì)困難。而且，因?yàn)樗鼈兌疾捎弥苯佑?jì)量牛奶水平面指示參數(shù)的方式進(jìn)行計(jì)量，這就要依賴于牛奶中存在的空氣量。
涉及牛奶流量計(jì)的問題也會(huì)在其他工業(yè)裝置或?qū)嶒?yàn)裝置中遇到。只要是兩相的氣體-流體系統(tǒng)，系統(tǒng)中流體的流率、體積和流量的計(jì)量都很困難。所有這些應(yīng)用要求儀器對(duì)存在的氣體量相對(duì)靈敏，并且要易于清洗。
在此討論的“流率”是在每單位時(shí)間內(nèi)流體流動(dòng)速率，例如為kg/min，而“總量”指的是在計(jì)量持續(xù)時(shí)間內(nèi)流率的總和。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及流體計(jì)量裝置，具體地說，其已經(jīng)發(fā)展成不是唯一地用作計(jì)量牛群中單頭母牛產(chǎn)奶的流量和數(shù)量的牛奶計(jì)量儀器。
本發(fā)明的目的是提供一種流體流量計(jì)，具體地說是一種用于計(jì)量牛奶量的儀器，其簡單結(jié)構(gòu)、制造成本低并易于維護(hù)。
發(fā)明的另一目的是減少計(jì)量流體中的空氣，從而提高計(jì)量精度。
本發(fā)明的還一目的是提供一種易于清洗的流體計(jì)量儀器。
本發(fā)明的又一目的是提供一種在計(jì)量流體的流率時(shí)降低由進(jìn)入的氣體或空氣所帶來的影響的方法。
本發(fā)明提供一種流體計(jì)量儀器，其一般由傳感器塊、標(biāo)準(zhǔn)電極組成，標(biāo)準(zhǔn)電極通常為傳導(dǎo)性電極，以一種特定的結(jié)構(gòu)來精確計(jì)量儀器中流體水平面。計(jì)量傳感器設(shè)置成螺旋結(jié)構(gòu)、樓梯結(jié)構(gòu)或其它普通的階梯結(jié)構(gòu)。傳感器位于帶有流體自由進(jìn)出槽的分隔壁和隔板之間。隔板防止進(jìn)入計(jì)量腔的流體在釋放進(jìn)入的氣體時(shí)濺射電極。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，發(fā)明提供一種計(jì)量流體體積流量或質(zhì)量流量的方法。該方法包括使被計(jì)量的流體流過通常為寬度窄但垂直方向長的槽的步驟，使得在槽的上游保持一個(gè)流體池，這樣池中流體的水平面是流體流率的函數(shù)。流率通過計(jì)量池中流體水平面來顯示。此外，該方法要求計(jì)量參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，參數(shù)一般為導(dǎo)電率。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，隔板從流體儀器殼體的上部延伸到儀器的下部。由此隔板具有從儀器殼體的上部進(jìn)入殼體下部的連續(xù)流動(dòng)表面，防止進(jìn)入的流體濺射電極。
因此，根據(jù)本發(fā)明提供一種用于計(jì)量易生成泡沫的流體流量的儀器，該儀器包括具有內(nèi)部和基底的流體殼體，殼體還包括將所述殼體分成計(jì)量腔和流出腔的分隔壁。分隔壁具有一個(gè)槽在其上，通過該槽允許流體從所述計(jì)量腔自由流入流出腔。殼體具有與計(jì)量腔連通的入口，流體由此進(jìn)入殼體。殼體還具有與流出腔連通的出口，流體由此流出殼體；儀器還包括用于傳感計(jì)量腔中流體水平面的電傳感器裝置。電傳感裝置包括參考傳感器和公共傳感器，兩者均安裝在接近基底的位置，還包括多個(gè)計(jì)量傳感器。這些傳感器安裝在計(jì)量腔內(nèi)。計(jì)量傳感器通常以預(yù)定的垂直間隔在階梯連續(xù)體上間隔開，從殼體的基底伸展到實(shí)際上等于分隔壁的頂部高度。儀器還包括一個(gè)基于從所述傳感器接收的讀數(shù)、根據(jù)預(yù)編程序求流率值的處理裝置。
還有，根據(jù)計(jì)量儀器的另一實(shí)施例，處理裝置包括微處理器，用于從傳感器接收讀數(shù)，并使用存儲(chǔ)在儲(chǔ)存器或儲(chǔ)存裝置中的查詢表將所述讀數(shù)轉(zhuǎn)換成流率。查詢表使讀數(shù)與流率相互關(guān)聯(lián)。在計(jì)量儀器的其它實(shí)施例中，處理裝置包括微處理器，用于從傳感器接收讀數(shù)，并使用存儲(chǔ)在儲(chǔ)存器或儲(chǔ)存裝置中的函數(shù)將所述讀數(shù)轉(zhuǎn)換成流率。函數(shù)使讀數(shù)與流率相互關(guān)聯(lián)。
此外，根據(jù)計(jì)量儀器的優(yōu)選實(shí)施例，在使用處理裝置期間，公共傳感器和參考傳感器計(jì)量離殼體的基底最近的流體電參數(shù)，確定一個(gè)第一值，和一個(gè)或多個(gè)計(jì)量傳感器計(jì)量其指定范圍的流體電參數(shù)，以便確定一個(gè)或多個(gè)第二值。處理裝置還包括一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化流體電參數(shù)測量值的裝置，通過求一個(gè)或多個(gè)第二值相對(duì)于第一值的比值而獲得一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值；另外，處理裝置包括將一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換成流率的裝置。在有些計(jì)量儀器實(shí)施例中，用于標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)測量值的裝置和用于轉(zhuǎn)換一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值的裝置是微處理器。
在計(jì)量儀器的另一優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)計(jì)量傳感器通常設(shè)置成階梯結(jié)構(gòu)，每級(jí)一個(gè)或多個(gè)計(jì)量傳感器。計(jì)量傳感器的最底部位于殼體的基底，并從殼體的底部延伸。傳感器最頂部實(shí)際上與所述分隔壁的最上部共線。在有些計(jì)量儀器的實(shí)施例中，多個(gè)計(jì)量傳感器通常設(shè)置成螺旋階梯結(jié)構(gòu)，而在其他的實(shí)施例中，多個(gè)計(jì)量傳感器通常設(shè)置成線性樓梯結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)計(jì)量儀器的優(yōu)選實(shí)施例，傳感器是電極。根據(jù)計(jì)量儀器的另一優(yōu)選實(shí)施例，電極是計(jì)量導(dǎo)電率的電極。
在計(jì)量儀器的另一優(yōu)選實(shí)施例中，處理裝置還包括積分器，用于對(duì)根據(jù)所述預(yù)編程序獲得的一系列流率相對(duì)于時(shí)間求積分，由此確定在整個(gè)時(shí)間周期流過的流體量。積分有效的相對(duì)時(shí)間是計(jì)量持續(xù)的時(shí)間。在其它的實(shí)施例中，積分就是確定在整個(gè)時(shí)間周期流過的流體體積。
此外，根據(jù)計(jì)量儀器的優(yōu)選實(shí)施例，處理裝置還包括微處理器，其從傳感器接收信號(hào)并將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)量參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，然后使用存儲(chǔ)在儲(chǔ)存器或儲(chǔ)存裝置中的查詢表將標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換成流率。查詢表使計(jì)量參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值與流率相互關(guān)聯(lián)。在計(jì)量儀器的其它實(shí)施例中，用函數(shù)來代替。函數(shù)存儲(chǔ)在處理裝置的儲(chǔ)存器或儲(chǔ)存裝置中。函數(shù)使計(jì)量參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值與流率相互關(guān)聯(lián)。
在計(jì)量儀器的優(yōu)選實(shí)施例中，儀器還包括從殼體的上部延伸到下部的隔板。隔板具有下部的自由邊緣和從殼體的上部到殼體下部的連續(xù)流動(dòng)表面。隔板位于電傳感裝置的上游。隔板將計(jì)量腔分成入口容腔，其通常用于從隔板接收含有泡沫的流體，和計(jì)量容腔，其通常用于接收在隔板下部自由邊緣和基底之間流動(dòng)的減少了泡沫含量的流體。
此外，根據(jù)計(jì)量儀器的優(yōu)選實(shí)施例，處理裝置測定體積流率的值，而在其它的實(shí)施例中求質(zhì)量流率的值。
本發(fā)明的其它方面，提供一種用于計(jì)量易產(chǎn)生泡沫的流體流量的儀器，其包括流體殼體，殼體具有在所述殼體上部形成的入口。入口便于含有泡沫的流體流入殼體。殼體還包括具有一個(gè)內(nèi)部、一個(gè)基底的殼體下部，和形成于該下部的出口，出口便于流體從殼體下部自由流出。殼體還包括蓋住下部的蓋。一個(gè)位于所述殼體下部的分隔壁，將殼體下部分成計(jì)量腔和流出腔。該壁具有允許流體從所述計(jì)量腔自由流進(jìn)所述流出腔的槽。殼體還包括位于所述計(jì)量腔內(nèi)用于傳感殼體下部流體水平面的電傳感器；最后，殼體包括從殼體的上部延伸到下部的隔板。隔板具有下部自由邊緣，具有從殼體上部到殼體下部的連續(xù)流動(dòng)表面。隔板位于電傳感裝置的上游，并將計(jì)量腔分成入口容腔和計(jì)量容腔。入口容腔通常用于接收從隔板流進(jìn)的含有泡沫的流體，計(jì)量容腔通常用于接收隔板下部自由邊緣和基底之間流動(dòng)的減少了泡沫含量的流體。
此外，根據(jù)計(jì)量儀器的優(yōu)選實(shí)施例，隔板與蓋合為一體。取出蓋，則殼體下部分就不再分隔為入口容腔和計(jì)量容腔。
此外，在計(jì)量儀器的優(yōu)選實(shí)施例中，入口在蓋上形成，便于含有泡沫的流體流進(jìn)殼體。
根據(jù)計(jì)量儀器的另一實(shí)施例，電傳感裝置包括參考傳感器、公共傳感器和多個(gè)計(jì)量傳感器，均位于計(jì)量腔中的隔板和分隔壁之間。參考傳感器和公共傳感器位于最接近基底的位置，多個(gè)計(jì)量傳感器垂直設(shè)置，通常形成階梯連續(xù)體，從殼體的基底伸展到實(shí)際上等于分隔壁最高部分的高度。多個(gè)計(jì)量傳感器與流體接觸并計(jì)量相對(duì)于公共傳感器的參數(shù)。參數(shù)值通過所述公共傳感器參照所述參考傳感器的計(jì)量值而進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)根據(jù)預(yù)編程序通過處理裝置轉(zhuǎn)換成流率。
還有，在計(jì)量儀器的優(yōu)選實(shí)施例中，處理裝置求體積流率的值，而在其它的實(shí)施例中，處理裝置求質(zhì)量流率的值。
此外，在計(jì)量儀器的優(yōu)選實(shí)施例中，電傳感裝置包括多個(gè)計(jì)量傳感器，其通常設(shè)置成階梯結(jié)構(gòu)，每級(jí)具有至少一個(gè)計(jì)量傳感器，計(jì)量傳感器的最底部位于殼體的基底，并從基底延伸；傳感器最頂部實(shí)際上與所述分隔壁的最上部共線。在有些計(jì)量儀器的實(shí)施例中，多個(gè)計(jì)量傳感器通常設(shè)置成螺旋階梯結(jié)構(gòu)，而在其它實(shí)施例中，多個(gè)計(jì)量傳感器通常設(shè)置成線性樓梯結(jié)構(gòu)。
還有，在計(jì)量裝置的優(yōu)選實(shí)施例中，電傳感裝置包括多個(gè)電極。在其它的實(shí)施例中，多個(gè)電極是計(jì)量導(dǎo)電率的電極。
本發(fā)明的另一方面提供一種用于計(jì)量流體流率的方法，包括步驟a.使流體流經(jīng)殼體；b.計(jì)量最接近殼體基底的流體的電參數(shù)，以便確定一個(gè)第一值；c.計(jì)量殼體中一個(gè)或多個(gè)水平面流體的電參數(shù)，一個(gè)或多個(gè)水平面包括流體到達(dá)的最高水平面，以便確定一個(gè)或多個(gè)第二值；d.通過評(píng)測一個(gè)或多個(gè)第二值相對(duì)于第一值的比值，來標(biāo)準(zhǔn)化電子儀器測量到的測量值，由此獲得一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值；和e.根據(jù)預(yù)編程序?qū)⒁粋€(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換成流率。
在本方法的另一實(shí)施例中，本方法還包括在轉(zhuǎn)換步驟中，對(duì)每次計(jì)量時(shí)間確定的流率相對(duì)于整個(gè)時(shí)間積分的步驟，將積分值轉(zhuǎn)換成在整個(gè)計(jì)量時(shí)間經(jīng)過殼體的流體體積。在本發(fā)明另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，本方法還包括在轉(zhuǎn)換步驟中，對(duì)每次計(jì)量時(shí)間確定的流率相對(duì)于整個(gè)時(shí)間積分的步驟，將積分值轉(zhuǎn)換成在整個(gè)計(jì)量時(shí)間經(jīng)過殼體的流體量。影響積分的時(shí)間是計(jì)量的持續(xù)時(shí)間。
另外，根據(jù)本方法的優(yōu)選實(shí)施例，計(jì)量流體的參數(shù)是導(dǎo)電率。根據(jù)本方法的另一優(yōu)選實(shí)施例，計(jì)量的流體是牛奶。
在其它實(shí)施例中，上述的方法還應(yīng)用與除電參數(shù)之外的參數(shù)。


通過下列結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，將更加全面的理解和評(píng)價(jià)本發(fā)明。
圖1是擠奶裝置的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例裝置的側(cè)向剖面圖；圖3是沿圖2的剖面線A-A的裝置剖面圖；圖4是沿圖2的剖面線B-B的裝置剖面圖；圖5是圖2所示的裝置中沒有蓋22的俯視圖；和圖6是圖2所示裝置的部分切除的立體圖。
圖中相同的部件用相同附圖標(biāo)記作標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式
已知自由流體計(jì)量裝置。通常，這些儀器使用多個(gè)位于易起泡的含空氣流體內(nèi)的傳感器。進(jìn)入流體的空氣使得使用這種儀器計(jì)量不可靠。而且，對(duì)于很多類似于牛奶的計(jì)量過程，儀器必須有規(guī)律地進(jìn)行清洗。因?yàn)樗鼈儚?fù)雜的卷繞結(jié)構(gòu)，清洗這些儀器常常很困難。申請(qǐng)人開發(fā)了一種簡單結(jié)構(gòu)的自由流量計(jì)，其可以容易地維護(hù)和清洗。此外，傳感器的定位和隔板讓監(jiān)測參數(shù)更為精確地進(jìn)行計(jì)量且所進(jìn)入的空氣影響最小。監(jiān)測、計(jì)量和計(jì)算流量(體積流量或質(zhì)量流量)的方法使用標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)，其還增加計(jì)量精度。
雖然發(fā)明在此討論計(jì)量牛奶流量，很容易理解本發(fā)明的儀器和下面描述的方法可用來計(jì)量任何流體的流量，包括進(jìn)入氣體的流體。類似地，雖然發(fā)明討論計(jì)量導(dǎo)電率，并使用導(dǎo)電電極作為傳感器，顯而易見也可以使用其它合適的傳感器進(jìn)行計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn)化其它參數(shù)。
為了容易理解下面的說明，應(yīng)該注意在此描述牛奶流量計(jì)中，開槽的分隔壁將流量計(jì)殼體的下部分成計(jì)量腔和流出腔。計(jì)量腔還用隔板分成入口容腔和計(jì)量容腔。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，其表示擠牛奶裝置的示意圖。附圖標(biāo)記10的擠奶爪連接到母牛1的奶頭上，吸取牛奶并由導(dǎo)管62輸送到牛奶流量計(jì)20。牛奶流量計(jì)20由控制器50控制，后者一般含有與流量計(jì)20連接的微處理器，通常是電連接。使用控制器50控制的方法可以是現(xiàn)有技術(shù)已知的各種方法的任一種，但它一般包括與流量計(jì)20中計(jì)量牛奶的導(dǎo)電率電極的交互作用。從奶頭到流量計(jì)20的牛奶的流動(dòng)動(dòng)力來自于真空源40，牛奶流從流量計(jì)20經(jīng)導(dǎo)管64流向儲(chǔ)存罐30。真空源40經(jīng)導(dǎo)管66與儲(chǔ)存罐30連接，并分別通過導(dǎo)管64和62與牛奶流量計(jì)20和擠奶爪10連接。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，圖2表示根據(jù)本發(fā)明的通常附圖標(biāo)記為20的流體流量計(jì)的側(cè)向剖面圖。流量計(jì)20包括具有兩主要部分的殼體，蓋22和殼體下部21。這里一般可在蓋上設(shè)置入口31和隔板28，入口和隔板也可以不僅僅設(shè)置在蓋上。隔板28實(shí)際上位于入口31的對(duì)面，這樣防止進(jìn)來的牛奶直接撞擊通常位于殼體下部21的計(jì)量電極27、參考電極26和公共電極25。殼體下部21為容器狀，具有與基底74一體形成的側(cè)壁72。一般地，但不是必須，流量計(jì)20的殼體實(shí)際上為矩形。殼體的其它形狀(未示出)例如可以是圓形、橢圓形或多邊形。殼體的側(cè)壁可以是線型、曲線型或線型和曲線型混合的表面。計(jì)量電極27，附圖標(biāo)記分別為25和26的公共電極和參考電極位于電極塊24上，通過該電極塊電極導(dǎo)線(未示出)與控制器50(如圖1所示)來回傳播和傳送信號(hào)。
在殼體下部21的基底74上的分隔壁29實(shí)質(zhì)上向上延伸，較相對(duì)基底74的位于電極塊24中的最高電極的高度稍高一點(diǎn)。分隔壁29將流量計(jì)20的殼體下部21分成計(jì)量腔34和流出腔35。壁29使得流入的牛奶流延緩流入流出腔35，后者由殼體下部21的分隔壁29和側(cè)壁72限定。壁29含有槽33(在圖2中未示出)，最好在下面討論的圖3中看，這個(gè)槽讓流體從計(jì)量腔34流到流出腔35。流出腔35與出口32相連，后者通常與殼體下部21一體形成。出口32一般位于側(cè)壁或流出腔35的基底。
入口31與導(dǎo)管62連接，出口32與導(dǎo)管64連接，兩導(dǎo)管在圖1中示出。公共電極25和參考電極26位于電極塊24上，它們的高度非常接近殼體下部21的基底74。從而使得這些電極實(shí)際上遠(yuǎn)離具有牛奶/空氣泡沫的區(qū)域，而圍繞在這些電極周圍的牛奶幾乎不合空氣。電極塊24一般可以位于殼體下部21的基底74，或連接到基底74上。
一般，但不限于，蓋22和殼體下部21具有張開的互連邊緣。在所有的情況下，殼體下部21的邊緣和蓋22采用現(xiàn)有技術(shù)已知的各種方法密封地連接，產(chǎn)生密封23。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖3示出沿圖2的剖面線A-A的流量計(jì)的剖面圖。示出了分隔壁29具有計(jì)量槽33，通過這個(gè)槽牛奶從計(jì)量腔34進(jìn)入流出腔35(圖2)。雖然計(jì)量槽33靠近頂部比底部寬，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，槽實(shí)際上沿其全長可以具有相同的尺寸。槽的形狀沒有一定的限制。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易理解在計(jì)量腔34中的牛奶水平面取樣時(shí)上述裝置可提供牛奶流率。這個(gè)信息可以用于生成與母牛牛奶輸出總量或牛奶總體積或牛奶總量等同的相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過在控制器50(圖1)的微處理器中的積分器在整個(gè)時(shí)間對(duì)速率(流率)求積分。這里的時(shí)間指的是計(jì)量持續(xù)的時(shí)間。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4和圖5，圖4和圖5分別示出根據(jù)本發(fā)明沿圖2的剖面線B-B的流量計(jì)20的剖面圖和沒有蓋22的自由流量計(jì)20的俯視圖。圖4最清楚地示出計(jì)量電極27的階梯結(jié)構(gòu)，這里為螺旋階梯結(jié)構(gòu)。同時(shí)也示出在殼體下部21(圖2)的基底74上的公共電極25和參考電極26的位置。計(jì)量電極27的螺旋定位允許通過電極對(duì)牛奶流率連續(xù)計(jì)量。雖然圖4示出計(jì)量電極的螺旋定位，本發(fā)明還包括電極的任何階梯結(jié)構(gòu)。圖5示出計(jì)量電極27、公共電極25和參考電極26位置的俯視圖。
現(xiàn)在參考圖6，圖6示出設(shè)置成階梯結(jié)構(gòu)的計(jì)量電極27的部分切除立體視圖，這里為螺旋階梯結(jié)構(gòu)。圖6中沒有示出分隔壁29中的槽33。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例(未示出)中，計(jì)量電極27設(shè)置成線性樓梯結(jié)構(gòu)。在隔板28和分隔壁29之間設(shè)置樓梯或階梯，至少一個(gè)計(jì)量電極27垂直地設(shè)置在樓梯的每級(jí)階梯上。如圖2-6中的這種螺旋結(jié)構(gòu)，計(jì)量電極的頂部大約到達(dá)下一個(gè)電極暴露部分的底部。以這種方式，計(jì)量電極組27使得計(jì)量腔34從基底74大約到壁29的頂部形成連續(xù)延伸的高度。
圖2-6示出計(jì)量電極部分暴露和部分覆蓋的實(shí)施例，這些電極的暴露部分幾乎不交迭。但是，在其它的實(shí)施例中，覆蓋鄰近范圍的電極的暴露部分可以交迭。
在隔板28和分隔壁29之間電極以螺旋階梯或其它相似結(jié)構(gòu)定位具有許多優(yōu)點(diǎn)。如上所述，電極的設(shè)置允許在流體水平面的連續(xù)范圍內(nèi)計(jì)量。顯而易見本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以使電極階梯的高度更小和/或增加計(jì)量電極27的數(shù)目使導(dǎo)電率計(jì)量和流體水平面更準(zhǔn)確。
在其它使用導(dǎo)電率確定流率的計(jì)量系統(tǒng)中，計(jì)量一般在兩垂直延伸的電極到流量計(jì)基底上的實(shí)際高度之間進(jìn)行。在這種情況下，在暴露在含有一定量空氣的牛奶泡沫的電極之間進(jìn)行計(jì)量。在本發(fā)明中，在計(jì)量電極27和公共電極25之間進(jìn)行導(dǎo)電率計(jì)量，后者位于計(jì)量腔34的底部，此處牛奶中的空氣含量比頂部的泡沫牛奶層低。因此，從本質(zhì)上來說計(jì)量更精確。而且，如下面描述通過標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)電率計(jì)量確定流率的方法，減少導(dǎo)電率波動(dòng)的影響。因此，更寬范圍的導(dǎo)電率值可以用于準(zhǔn)確確定流率。
上述裝置操作如下。流體從入口31對(duì)著隔板28流入自由流量計(jì)20的計(jì)量腔34，并從隔板落下。隔板28有助于釋放大部分從流體進(jìn)來的空氣并防止直接濺射到電極上。當(dāng)流體充滿計(jì)量腔34時(shí)，流體通過分隔壁29中的計(jì)量槽33從計(jì)量腔34流進(jìn)流出腔35。流體的瞬間流率的特征在于在計(jì)量腔34中積聚流體的水平面。計(jì)量槽的形狀限定計(jì)量腔34中的流體水平面與流率之間的準(zhǔn)確關(guān)系。
流量計(jì)20的計(jì)量腔34的流體水平面確定為電極塊24中的電極對(duì)之間的導(dǎo)電率函數(shù)。流體水平面確定為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)P的函數(shù)，其中P＝Cm/Cr，其中Cm是通過計(jì)量計(jì)量電極和公共電極得到的導(dǎo)電率，Cr是通過計(jì)量參考電極和公共電極得到的參考導(dǎo)電率。然后標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)P與查詢表或可計(jì)算函數(shù)比較，兩者都使標(biāo)準(zhǔn)值與流率相互關(guān)聯(lián)。表或函數(shù)存儲(chǔ)在處理裝置的存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)裝置中，后者一般為微處理器。
在有些實(shí)施例中，處理可以包括對(duì)所有計(jì)量電極來計(jì)算Cm/Cr。所有這些P值進(jìn)一步處理，以建立計(jì)量腔中的流體水平面，由此使用存儲(chǔ)的查詢表或函數(shù)可以確定流體的流率、流量或體積。在其它的實(shí)施例中，預(yù)編程序可以選擇暴露在牛奶中最高的計(jì)量電極，并使用它的標(biāo)準(zhǔn)值確定流率、流量或體積。在所有的情況下，使用標(biāo)準(zhǔn)值可在更寬和/或非常數(shù)導(dǎo)電率范圍內(nèi)具有更準(zhǔn)確的計(jì)量；標(biāo)準(zhǔn)值還獨(dú)立于導(dǎo)電率的值或其它測量的參數(shù)。
在其它的實(shí)施例中，連接上述本發(fā)明的流量計(jì)的處理器可以直接使用上面限定的計(jì)量Cm值進(jìn)行操作，以確定計(jì)量腔中的流體水平面，而不用標(biāo)準(zhǔn)化。這仍將使用計(jì)量電極的階梯結(jié)構(gòu)和隔板。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，清楚地示出隔板28，很容易理解隔板的簡單結(jié)構(gòu)可以易于制造、增加計(jì)量精度和易于清洗儀器。隔板28從殼體的上部延伸到下部。一般地，但不是必須，隔板28是從殼體蓋22延伸的單獨(dú)結(jié)構(gòu)。隔板28具有從殼體上部到殼體下部21的連續(xù)流動(dòng)表面。
隔板28位于傳感器模塊24，一般為電傳感器模塊的上游。隔板28將殼體下部21的計(jì)量腔分成入口容腔84和計(jì)量容腔86。入口容腔84通常從隔板28接收含泡沫的流體，而計(jì)量容腔一般接收減少了泡沫含量、在隔板28的下部邊緣82和殼體下部21的基底74之間流動(dòng)的流體。
隔板28的定位和簡單結(jié)構(gòu)使得流量計(jì)20的構(gòu)造和清洗比傳統(tǒng)較復(fù)雜的自由流量計(jì)的更容易。隔板28起到物理阻礙濺射的作用并防止直接撞擊計(jì)量容腔86的上部區(qū)域和電極25、26和27。此外，如上所述，在牛奶進(jìn)入計(jì)量容腔86之前，進(jìn)入流量計(jì)20的牛奶流量和直接在隔板28的撞擊讓進(jìn)入牛奶泡沫的空氣部分排掉，進(jìn)行計(jì)量。結(jié)果，計(jì)量更準(zhǔn)確。
在此描述的牛奶流量計(jì)一般由塑料構(gòu)成，其通?？赡褪苡糜谇逑磧x器的清潔劑和熱水。另外，不限制用不銹鋼做流量計(jì)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易理解本發(fā)明不局限于上面的描述和具體圖示。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.用于計(jì)量容易起泡沫的流體流量的儀器，其包括a.具有內(nèi)部和基底的流體殼體，殼體還包括i將所述殼體分成計(jì)量腔和流出腔的分隔壁，所述壁具有一個(gè)槽在其上，通過該槽允許流體從所述計(jì)量腔自由流入流出腔；和ii與所述計(jì)量腔連通的入口，流體由此進(jìn)入所述殼體，和與所述流出腔連通的出口，流體由此流出所述殼體；和b.用于傳感計(jì)量腔中流體水平面的電傳感器裝置，其中所述的電傳感裝置包括i參考傳感器和公共傳感器，兩者位于離所述基底最近的位置，和ii多個(gè)計(jì)量傳感器，位于所述計(jì)量腔之內(nèi)，其中所述計(jì)量傳感器通常在垂直階梯連續(xù)體上間隔開，以預(yù)定的計(jì)量間隔，從所述殼體的基底伸展到實(shí)際上等于所述分隔壁的頂部高度；和c.基于從所述傳感器接收的讀數(shù)、根據(jù)預(yù)編程序求流率值的處理裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中所述處理裝置包括微處理器，用于從所述傳感器接收所述讀數(shù)，并使用存儲(chǔ)在儲(chǔ)存裝置中的查詢表將所述讀數(shù)轉(zhuǎn)換成流率，由此使所述讀數(shù)與流率相互關(guān)聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中所述處理裝置包括微處理器，用于從所述傳感器接收所述讀數(shù)，并使用存儲(chǔ)在儲(chǔ)存裝置中的函數(shù)將所述讀數(shù)轉(zhuǎn)換成流率，由此使所述讀數(shù)與流率相互關(guān)聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中在使用所述處理裝置期間，所述公共傳感器和參考傳感器用于計(jì)量離所述殼體的所述基底最近的流體電參數(shù)，以便確定第一值，和至少一個(gè)所述多個(gè)計(jì)量傳感器用于在所述至少一個(gè)計(jì)量傳感器的指定范圍計(jì)量流體的電參數(shù)，以便確定至少一個(gè)第二值，所述處理裝置還包括將流體電參數(shù)計(jì)量值標(biāo)準(zhǔn)化的裝置，通過求至少一個(gè)第二值相對(duì)應(yīng)于第一值的比值，由此獲得至少一個(gè)所述參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值；和用于將所述至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換成流率的裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的儀器，其中所述用于將參數(shù)計(jì)量值標(biāo)準(zhǔn)化的裝置和所述用于轉(zhuǎn)換所述至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值的裝置是微處理器。
6.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中所述多個(gè)計(jì)量傳感器通常設(shè)置成階梯結(jié)構(gòu)，每級(jí)至少一個(gè)計(jì)量傳感器，計(jì)量傳感器最底部位于殼體的基底，并從殼體的基底延伸，和傳感器最頂部實(shí)際上與所述分隔壁的最上部共線。
7.如權(quán)利要求6所述的儀器，其中所述多個(gè)計(jì)量傳感器通常設(shè)置成螺旋階梯結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求6所述的儀器，其中所述多個(gè)計(jì)量傳感器通常設(shè)置成線性樓梯結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中所述傳感器是電極。
10.如權(quán)利要求9所述的儀器，其中所述電極是計(jì)量導(dǎo)電率的電極。
11.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中所述處理裝置還包括積分器，用于對(duì)根據(jù)所述預(yù)編程序獲得的一系列流率對(duì)時(shí)間求積分，由此確定在整個(gè)時(shí)間周期流過的流體量。
12.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中所述處理裝置還包括積分器，用于對(duì)根據(jù)所述預(yù)編程序獲得的一系列流率對(duì)時(shí)間求積分，由此確定在整個(gè)時(shí)間周期流過的流體體積。
13.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中所述處理裝置還包括微處理器，用于從所述傳感器接收信號(hào)，并將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)量參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，使用儲(chǔ)存在所述處理裝置的存儲(chǔ)裝置中的查詢表將標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換成流率，所述查詢表使計(jì)量參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值與流率關(guān)聯(lián)。
14.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中所述處理裝置還包括微處理器，其用于從所述傳感器接收信號(hào)，并將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)量參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，使用儲(chǔ)存在所述處理裝置的存儲(chǔ)裝置中的函數(shù)將標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換成流率，所述函數(shù)使計(jì)量參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值與流率關(guān)聯(lián)。
15.如權(quán)利要求1所述的儀器，還包括從所述殼體的上部延伸到下部的隔板，所述隔板具有下部的自由邊緣，并具有從所述殼體的所述上部到所述殼體下部的連續(xù)流動(dòng)表面，所述隔板安裝在所述電傳感器裝置的上游，所述隔板將計(jì)量腔分成通常用于從所述隔板接收含有泡沫流體的入口容腔，和通常用于接收所述隔板下部自由邊緣和所述基底之間流動(dòng)的減少了泡沫含量流體的計(jì)量容腔。
16.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中所述處理裝置用于測定體積流率的值。
17.如權(quán)利要求1所述的儀器，其中所述處理裝置用于求質(zhì)量流率的值。
18.用于計(jì)量易產(chǎn)生泡沫的流體流量的儀器，其包括流體殼體，殼體具有a.在所述殼體上部形成的入口，便于易于產(chǎn)生泡沫的流體流入；b.殼體下部具有內(nèi)部、基底，在下部形成的出口，便于流體從所述殼體下部自由流出；c.用于蓋住所述下部的蓋；d.位于所述殼體下部的分隔壁，其將所述殼體下部分成計(jì)量腔和流出腔，所述壁具有讓流體從所述計(jì)量腔自由流進(jìn)所述流出腔的槽；e.位于所述計(jì)量腔中用于傳感所述下部流體水平面的電傳感器；和f.從所述殼體的上部延伸到殼體下部的隔板，所述隔板具有下部自由邊緣，具有從所述殼體上部到所述殼體下部的連續(xù)流動(dòng)表面。其中所述隔板位于所述電傳感裝置的上游，將所述計(jì)量腔分成通常用于接收從所述隔板流進(jìn)的易產(chǎn)生泡沫的流體的入口容腔，和通常用于接收在所述隔板的所述下部自由邊緣和所述基底之間流動(dòng)的減少了泡沫含量流體的計(jì)量容腔。
19.如權(quán)利要求18所述的儀器，其中所述的隔板與所述蓋形成一體，所以取出所述蓋，則取消將了將所述殼體下部分隔成所述入口容腔和計(jì)量容腔。
20.如權(quán)利要求18所述的儀器，其中所述入口在所述蓋上形成，便于易產(chǎn)生泡沫的流體流進(jìn)所述殼體。
21.如權(quán)利要求18所述的儀器，其中所述電傳感裝置包括位于所述計(jì)量容腔中的所述隔板和所述分隔壁之間的參考傳感器、公共傳感器和多個(gè)計(jì)量傳感器，所述參考傳感器和公共傳感器位于最接近所述基底的位置，所述多個(gè)計(jì)量傳感器垂直設(shè)置，通常形成階梯連續(xù)體，從所述殼體的所述基底伸展到實(shí)際上等于所述分隔壁最高部分的高度，多個(gè)與流體接觸的所述計(jì)量傳感器計(jì)量參照公共傳感器的參數(shù)，參數(shù)值通過所述公共傳感器參照所述參考傳感器的計(jì)量值而進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，所述標(biāo)準(zhǔn)化值根據(jù)預(yù)編程序、使用處理裝置轉(zhuǎn)換成流率。
22.如權(quán)利要求21所述的儀器，其中所述處理裝置用于求體積流率的值。
23.如權(quán)利要求21所述的儀器，其中所述處理裝置用于求質(zhì)量流率的值。
24.如權(quán)利要求18所述的儀器，其中所述電傳感裝置包括多個(gè)計(jì)量傳感器，所述傳感器通常設(shè)置成階梯結(jié)構(gòu)，每級(jí)至少一個(gè)計(jì)量傳感器，計(jì)量傳感器的最底部位于所述殼體的基底，并從基底延伸，傳感器最頂?shù)捻敳繉?shí)際上與所述分隔壁的最上部共線。
25.如權(quán)利要求24所述的儀器，其中所述多個(gè)計(jì)量傳感器通常設(shè)置成螺旋階梯結(jié)構(gòu)。
26.如權(quán)利要求24所述的儀器，其中所述多個(gè)計(jì)量傳感器通常設(shè)置成線性樓梯結(jié)構(gòu)。
27.如權(quán)利要求18所述的儀器，其中電傳感裝置包括多個(gè)電極。
28.如權(quán)利要求27所述的儀器，其中所述多個(gè)電極是計(jì)量導(dǎo)電率的電極。
29.一種用于計(jì)量流體流率的方法，包括步驟a.使流體經(jīng)過一殼體；b.計(jì)量最接近殼體基底的流體的電參數(shù)，以便確定一個(gè)第一值；c.計(jì)量殼體中至少一個(gè)水平面流體的電參數(shù)，所述至少一個(gè)水平面包括流體到達(dá)的最高水平面，以便確定至少一個(gè)第二值；d.通過求至少一個(gè)第二值關(guān)于第一值的比值，來標(biāo)準(zhǔn)化所檢測的流體電參數(shù)計(jì)量值，由此獲得至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值；和e.根據(jù)預(yù)編程序?qū)⒅辽僖粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換成流率。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所檢測到的流體的參數(shù)是導(dǎo)電率。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括在轉(zhuǎn)換步驟中對(duì)每次計(jì)量時(shí)間內(nèi)的流率對(duì)時(shí)間積分的步驟，將積分值轉(zhuǎn)換成在整個(gè)計(jì)量時(shí)間經(jīng)過殼體的流體體積。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括在轉(zhuǎn)換步驟中對(duì)每次計(jì)量時(shí)間內(nèi)的流率對(duì)時(shí)間積分的步驟，將積分值轉(zhuǎn)換成在整個(gè)計(jì)量時(shí)間經(jīng)過殼體的流體的量。
33.如權(quán)利要求29所述的方法，其中計(jì)量的流體是牛奶。
全文摘要
用于計(jì)量流體流率的儀器包括殼體、電傳感器組和處理裝置。殼體包括分隔壁，其將殼體分成計(jì)量腔和流出腔，并含有讓流體從計(jì)量腔自由流入流出腔的槽。傳感器包括最接近基底的參考傳感器和公共傳感器，計(jì)量傳感器位于計(jì)量腔內(nèi)。計(jì)量傳感器通常在垂直階梯連續(xù)體上間隔開，從基底實(shí)際伸展到分隔壁的頂端。處理裝置根據(jù)預(yù)編程序處理數(shù)據(jù)，其包括計(jì)量最接近儀器基底流體和多個(gè)流體水平面的電參數(shù)，并標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)值可以與流體的流率相互關(guān)聯(lián)。
文檔編號(hào)G01F3/00GK1612687SQ02826844
公開日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2002年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月7日
發(fā)明者亞歷山大·卡皮特烏爾斯克伊, 尼威·平斯基, 羅尼·安德烈, 茲維·赫爾曼 申請(qǐng)人:S.A.E.阿弗基姆自動(dòng)化奶牛場管理系統(tǒng)