一種糧倉底面壓強檢測方法及其采用的壓力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于糧倉涉及糧倉儲糧檢測領域，特別是通過糧倉底面壓強計算儲量，具體涉及一種糧倉底面壓強檢測方法及其采用的壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]糧食安全包括數(shù)量安全和質(zhì)量安全。糧食數(shù)量在線檢測技術與系統(tǒng)研宄應用是國家糧食數(shù)量安全的重要保障技術，開展這方面的研宄與應用事關國家糧食安全，具有重要的意義，并將產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟效益。
[0003]糧食數(shù)量在線檢測技術與系統(tǒng)中的難點在于糧倉底面壓強檢測，利用現(xiàn)有的壓力傳感器進行糧倉底面壓強檢測時，檢測誤差可達到30 %，嚴重影響了糧食數(shù)量檢測精度，如何簡單方便、低成本、高精度地實現(xiàn)糧倉底面壓強檢測是糧食數(shù)量在線檢測的關鍵問題和難點問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種糧倉底面壓強檢測方法及其采用的壓力傳感器，用以解決現(xiàn)有技術測量精度低的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:
[0006]一種用于糧倉底面壓強檢測的壓力傳感器，包括外殼和敏感膜片，所述敏感膜片上設有彈性墊。
[0007]所述敏感膜片的頂面為平面，所述彈性墊緊密貼設于敏感膜片頂面上；彈性墊的頂面為平面。
[0008]所述敏感膜片頂面上開設有環(huán)形槽，所述彈性墊與所述環(huán)形槽適配安裝；彈性墊的頂面為平面。
[0009]所述彈性墊為橡膠墊。
[0010]所述彈性墊厚度應為4?6mm。
[0011]所述彈性墊與所述環(huán)形槽相適配的側(cè)面與環(huán)形槽距離為1_。
[0012]糧倉底面壓強檢測方法，其特征在于，至少包括如下步驟:
[0013]對所述壓力傳感器進行標定，獲得傳感器輸出值與壓強關系的模型和標定系數(shù)；
[0014]用所述壓力傳感器檢測糧倉底面壓強。
[0015]所述輸出值與壓強關系的模型為Q = Iv^k1S (Q)+k2s (Q)2;kQ、k0 k2為所述標定系數(shù)。
[0016]利用現(xiàn)有壓力傳感器所檢測的糧倉底面壓強如圖1所示，糧食品種為小麥，糧倉類型為平房倉，其中曲線T1-T4為4次重復檢測結(jié)果?？梢钥闯霾煌瑢嶒灥膲簭姕y量值具有顯著的不一致性和隨機性。對于玉米、稻谷、大豆等都有類似的測量結(jié)果。
[0017]下面具體給出實驗數(shù)據(jù)說明上述問題。
[0018]為了保證壓力傳感器的互換性，則需要針對不同糧食種類進行壓力傳感器標定。本發(fā)明所采用的壓力傳感器標定裝置如圖2所示。其原理在于將壓力傳感器置于筒狀容器底部的中心處，然后裝入不同重量的糧食，利用標定壓板在容器上部施與已知的壓力，根據(jù)標定壓板底部面積計算糧食內(nèi)部的壓強，通過檢測在給定壓強和糧食種類時壓力傳感器的輸出值，以獲得所實驗壓力傳感器的輸出值與實際壓強的近似關系。圖2中標定容器為筒狀，其直徑D應保證傳感器離容器內(nèi)壁的距離不小于5厘米，壓力傳感器頂面與標定壓板底部距離L不少于5厘米，容器與標定壓板之間以及容器與壓力傳感器之間為間隙配合。
[0019]利用圖2所示的壓力傳感器標定裝置，對于玉米、小麥和稻谷，傳感器標定結(jié)果如圖3、圖4和圖5所示，從圖中可以看出:對于各類糧食，壓力傳感器重復誤差較大。例如玉米實驗時，4#傳感器在78.27kPa標定壓力時的四次重復輸出值分別為76.04,62.66、67.52、54.98，平均誤差為32%。糧倉底面壓強檢測值波動非常明顯。
[0020]通過對糧食堆積問題的深入調(diào)查研宄發(fā)現(xiàn)，導致傳感器測量值波動大的原因主要有兩個:其一是糧倉底面壓強分布差異；其二是由于糧堆與傳感器敏感面接觸狀態(tài)的差異所導致的壓強測量誤差，實驗表明這種誤差可達到30%左右的程度。因此如何降低糧堆與傳感器敏感面接觸狀態(tài)對壓力傳感器輸出值的影響是一個亟待解決的關鍵問題。
[0021]導致現(xiàn)有壓力傳感器重復誤差較大的根本原因在于各次重復時糧食與壓力傳感器應變表面的接觸狀態(tài)不同，通過減少這種接觸狀態(tài)的差異將是提高現(xiàn)有壓力傳感器檢測精度的根本途徑。
[0022]本發(fā)明根據(jù)壓力傳感器敏感面與糧堆底面之間接觸特點，以及接觸狀態(tài)對壓力傳感器輸出值的影響規(guī)律，提出了一種通過在壓力傳感器敏感面與糧堆底面之間增加彈性墊而提高糧倉底面壓強檢測精度的方法，具有使用和維護方便、便于傳感器標定等特點。
【附圖說明】
[0023]圖1 (a)、(b)是小麥平房倉底面壓強測量結(jié)果；
[0024]圖2是壓力傳感器標定裝置示意圖；
[0025]圖3 (a)、(b)、(c)、(d)、(e)分別是不同傳感器的玉米實驗測量結(jié)果；
[0026]圖4是傳感器標定結(jié)果(小麥)；
[0027]圖5是傳感器標定結(jié)果(稻谷)；
[0028]圖6(a)、(b)是一種型式傳感器安裝橡膠墊的兩種方式示意圖；
[0029]圖7(a)、(b)是另一種型式傳感器安裝橡膠墊的兩種方式示意圖；
[0030]圖8是采用本發(fā)明方案的傳感器標定結(jié)果(小麥)；
[0031]圖9是采用本發(fā)明方案的傳感器標定結(jié)果(稻谷)
[0032]1、壓力傳感器，2、標定容器，3、標定壓板，4、裝糧區(qū)；11、13、外殼，12、14、敏感膜片，15、16、17、18、彈性墊。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0034]傳感器實施例
[0035]實施例1
[0036]如圖6(a)、(b)是應用本發(fā)明構思的一種型式的傳感器，(a)、(b)表示采用了兩種不同的彈性墊。圖6中，壓力傳感器包括外殼11和敏感膜片12，敏感膜片12上設有彈性墊。敏感膜片12為平面膜片，頂面為平面，彈性墊緊密貼設于敏感膜片頂面上；彈性墊的頂面為平面。圖6(a)中，彈性墊15寬度大于敏感膜片，圖6(b)中，彈性墊16寬度等于敏感膜片。
[0037]彈性墊厚度應為4?6mm。彈性墊可以由安裝的彈性墊實現(xiàn)，也可以采用彈性涂層實現(xiàn)。彈性材料可以選擇橡膠，如氯丁橡膠。
[0038]實施例2
[0039]壓力傳感器包括外殼13和敏感膜片14，敏感膜片14上設有彈性墊。敏感膜片頂面14上開設有環(huán)形槽，彈性墊與所述環(huán)形槽適配安裝；彈性墊的頂面為平面。彈性墊厚度應為4?6_ ;彈性墊與所述環(huán)形槽相適配的側(cè)面與環(huán)形槽距離為1_。
[0040]圖7 (a)中，彈性墊15寬度大于敏感膜片，圖7 (b)中，彈性墊16寬度等于敏感膜片。
[0041]采用上述壓力傳感器的糧倉底面壓強檢測方法，至少包括如下步驟:
[0042]對所述壓力傳感器進行標定，獲得傳感器輸出值與壓強關系的模型和標定系數(shù)；
[0043]用所述壓力傳感器檢測糧倉底面壓強。
[0044]具體來說，本發(fā)明實現(xiàn)糧倉底面壓強檢測的方法可按以下3步實施:
[0045](I)彈性墊安裝
[0046]選定具體壓力傳感器，并根據(jù)傳感器頂面型式，按圖6和圖7所示在傳感器敏感面上安裝橡膠墊，(a)、(b)兩種型式可任選一種，其中彈性墊厚度應為4?6mm，橡膠墊與傳感器側(cè)面間隙為Imm0
[0047](2)傳感器標定
[0048]利用圖2所示的壓力傳感器標定裝置進行傳感器標定。圖2中標定容器為筒狀，其直徑D應保證傳感器離容器內(nèi)壁的距離不小于5厘米，壓力傳感器頂面與標定壓板底部距離L不少于5厘米，容器與標定壓板之間以及容器與壓力傳感器之間為間隙配合。
[0049]具體標定方法如下:對于給定的糧食種類，從O到傳感器滿量程逐步加壓，采集3-5組所施壓強Q和傳感器輸出值s (Q)數(shù)據(jù)，重復3-5次，根據(jù)所采集數(shù)據(jù)和式(I)所示模型，利用最小二乘方法建立傳感器的輸出值與壓強的關系。
[0050]Q = ^k1S (Q) +k2s (Q)2 (I)
[0051]其中，Wk2S傳感器的標定系數(shù)。
[0052](3)糧倉底面壓強檢測
[0053]在糧倉底面布置已標定的壓力傳感器，檢測底面壓力傳感器輸出值并利用式(I)所示模型計算傳感器檢測點的壓強值。進而就可以計算糧倉儲糧量。
[0054]圖8和圖9為壓力傳感器敏感面上增加了一層橡膠墊(氯丁橡膠)后的傳感器標定結(jié)果，糧食種類分別為小麥和稻谷，從圖中可看出，壓力傳感器重復誤差明顯減少。傳感器在74.71kPa標定壓力時平均誤差分別為2%和4.5%。加墊處理方法簡單實用，因此可以通過在壓力傳感器敏感面增加橡膠墊或彈性涂層等途徑提高壓力傳感器的檢測精度。
[0055]以上給出了具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種用于糧倉底面壓強檢測的壓力傳感器，包括外殼和敏感膜片，其特征在于，所述敏感膜片上設有彈性墊。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種壓力傳感器，其特征在于，所述敏感膜片的頂面為平面，所述彈性墊緊密貼設于敏感膜片頂面上；彈性墊的頂面為平面。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種壓力傳感器，其特征在于，所述敏感膜片頂面上開設有環(huán)形槽，所述彈性墊與所述環(huán)形槽適配安裝；彈性墊的頂面為平面。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種壓力傳感器，其特征在于，所述彈性墊為橡膠墊。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種壓力傳感器，其特征在于，所述彈性墊厚度應為4 ?6mm0
6.根據(jù)權利要求3所述的一種壓力傳感器，其特征在于，所述彈性墊與所述環(huán)形槽相適配的側(cè)面與環(huán)形槽距離為1mm。
7.采用如權利要求1所述壓力傳感器的糧倉底面壓強檢測方法，其特征在于，至少包括如下步驟: 對所述壓力傳感器進行標定，獲得傳感器輸出值與壓強關系的模型和標定系數(shù)； 用所述壓力傳感器檢測糧倉底面壓強。
8.根據(jù)權利要求7所述的糧倉底面壓強檢測方法，其特征在于，所述輸出值與壓強關系的模型為Q = Vk1S (QHk2S(Q)iSkc^kpk2為所述標定系數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種糧倉底面壓強檢測方法及其采用的壓力傳感器，用于糧倉底面壓強檢測的壓力傳感器，包括外殼和敏感膜片，敏感膜片上設有彈性墊。采用所述壓力傳感器的糧倉底面壓強檢測方法，包括：對所述壓力傳感器進行標定，獲得傳感器輸出值與壓強關系的模型和標定系數(shù)；用所述壓力傳感器檢測糧倉底面壓強。本發(fā)明根據(jù)壓力傳感器敏感面與糧堆底面之間接觸特點，以及接觸狀態(tài)對壓力傳感器輸出值的影響規(guī)律，提出了一種通過在壓力傳感器敏感面與糧堆底面之間增加彈性墊而提高糧倉底面壓強檢測精度的方法，具有使用和維護方便、便于傳感器標定等特點。
【IPC分類】G01G17-00
【公開號】CN104655242
【申請?zhí)枴緾N201410618986
【發(fā)明人】張德賢, 李磊, 費選, 金廣鋒, 王洪群, 張慶輝, 張苗, 劉燦, 楊鐵軍, 張元
【申請人】河南工業(yè)大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年11月5日