CN101876619B - 粮食密度测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粮食密度测量方法，包括测量***被测粮堆的电容传感器的电容值C_b，计算所述被测粮堆的相对介电常数ε’_r2；计算粮食样品的密度值ρ₁、测量所述密度值ρ₁对应的电容值C_a，计算所述粮食样品的相对介电常数ε’_r1；及利用所述被测粮堆的相对介电常数ε’_r1、所述粮食样品的密度值ρ₁及相对介电常数ε’_r1，建立粮食密度与相对介电常数之间的函数关系，即ε’_r2＝[((ε’_r1)^1/3-1)ρ₂/ρ₁+1)³，以确定所述被测粮堆的平均密度ρ₂。本发明还提供一种粮食密度测量装置。根据本发明提供的粮食密度测量方法及装置，能提高粮食密度测量的精确性。

Description

粮食密度测量方法及装置

技术领域

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种粮食密度测量方法及装置。

背景技术

对粮仓所存粮堆中粮食密度，目前还没有切实有效的精确测量方法。下面介绍一种粮食密度测量步骤，包括舀满一荼缸冷水→用杆称称量一下荼缸和这一满缸水的重量(比如1.4千克)→把荼缸里面的水倒掉并擦干荼缸→用杆称称量一下荼缸的重量(比如0.2千克)→装满一平荼缸你要测量的粮食(比如玉米)→用杆称称量一下荼缸和这一满缸玉米的重量(比如1.07千克)→计算：因为1.2千克水的体积是1.2立方分米，所以玉米的密度是＝(1.07-0.2)千克/1.2立方分米＝0.725千克/立方分米。这种方法只能测试小体积范围(例如荼缸)的粮食，对体积较大的粮堆则很难适用(原因是粮食是颗粒物质，其平均密度受堆积空隙等因素影响，大尺度的粮堆受自身重力和外界振动的影响，其平均密度会大于通过采样测量获得的密度)。另外，这种测量方法测量的精确度也不高。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能精确进行粮堆密度测量的测量方法及装置。

根据本发明的一个方面，提供一种粮食密度测量方法，包括：

测量***被测粮堆的电容传感器的电容值C_b，计算所述被测粮堆的相对介电常数ε’_r2；

从粮堆中取样，计算粮食样品的密度值ρ₁、测量所述密度值ρ₁对应的电容值C_a，计算所述粮食样品的相对介电常数ε’_r1；及

利用所述被测粮堆的相对介电常数ε’_r1、所述粮食样品的密度值ρ₁及相对介电常数ε’_r1，建立粮食密度与相对介电常数之间的函数关系，即ε’_r2＝[((ε’_r1)^1/3-1)ρ₂/ρ₁+1)³，以确定所述被测粮堆的平均密度ρ₂。

根据本发明的另一个方面，提供一种粮食密度的测量装置，可用来测试粮堆的密度，包括用于装粮食样品的容器筒、安装有电容传感器和高度测量器的盖子、与所述电容传感器连接的电容测量仪、测重装置和振动器；

所述容器筒与所述振动器连接；所述安装有电容传感器的盖子与被测粮堆连接，测量***被测粮堆的电容传感器的电容值C_b，以计算所述被测粮堆的相对介电常数ε’_r2；所述测重装置与所述容器筒连接，测量所述容器筒中粮食样品的重量；所述安装有电容传感器的盖子与所述容器筒所装的粮食样品相接，测量粮柱的高度及所述电容传感器的电容值C_a，以计算所述密度测量筒内粮柱的密度值ρ₁和所述粮食样品的相对介电常数ε’_r1。

根据本发明提供的方法及装置，能准确测量粮堆的密度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的粮食密度测量装置的一结构示意图；

图2是本发明实施例提供的粮食密度测量装置的又一结构示意图；

图3是本发明实施例提供的粮食密度测量装置的又一结构示意图；

图4是本发明实施例提供的粮食密度测量装置的又一结构示意图；

图5是本发明实施例提供的粮食密度测量装置中手动摇柄的一结构示意图；

图6是本发明实施例提供的粮食密度测量方法的流程示意图。

本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

如图1、2、3及4所示，本发明实施例提供一种粮食密度测量装置，可用来测试粮堆的密度，包括：用于装粮食样品的容器筒1(高1.4米，直径30厘米)、盖子3、电容测量仪4、电子秤(图中未示出)及振动器(图中未示出)及用于提升容器筒1高度的提升机构。其中，盖子3为一个厚度2厘米的绝缘圆盘，其直径比外筒的内径略小，盖子上面安装两根作为电极的硬质金属直导线，长82厘米，平行放置，且与电容测量仪4连接。硬质金属直导线应固定在盖子上面，在***粮堆时两硬质金属直导线仍能保持平行。盖子3上面安装两个刻度尺5，30厘米，精度为1毫米，尺子刻度的起始位置是盖子3的底面。提升机构包括滑轮组(可由4个滑轮11构成)、手动摇柄13(结构如图5所示)、支撑座8及固定机构。支撑座8与容器筒1通过稳固保持架7固定连接。其中，固定机构包括底座10、支架9及顶盖15。其中，2个滑轮11固定于顶盖15两侧，另2个滑轮固定与支撑座8两侧。容器筒1穿过顶盖15。手动摇柄13与滑轮11之间通过钢丝13连接。通过调整手动摇柄13可对支撑座8进行拉升，进而将容器筒1进行拉升。将容器筒1拉升的目的是为了方便将测量容器筒1放到电子秤上，以称测量容器筒1中粮食样品的重量，从而根据粮食体积计算出粮食样品的密度。在称重后，将容器筒1与振动器连接并固定于底座10上。在振动器振动时，容器筒1不会发生偏斜、倾倒及位移。下面结合图5所示的方法对粮食密度测量装置工作过程进行说明。

如图5所示，本发明实施例提供一种粮食密度测量方法，基于图1～图4所示的粮食密度测量装置来实现，包括：

步骤S1、将两硬质金属直导线完全***到粮堆之中，盖子3底面与粮面结合，利用电容测量仪4测量此时导线的电容值C_b。在粮堆上面测量多个位置可以提高测量精度。计算所述被测粮堆的相对介电常数ε’_r2，即ε’_r2＝(C_b-C₁)/C₀，其中，C₀为有效电容，C₁为杂散电容。由电容传感器的电容值公式C＝εC₀可知，电容传感器的电容值与其内部的电介质的介电常数成正比，真空的相对介电常数为1，空气的相对介电常数略大于1，其它电介质的相对介电常数都大于1。分别测量电介质为空气和粮食时的电容传感器的电容值C₀和C，就可以计算得到其相对介电常数值。由于受电容传感器的杂散电容影响，电容表所测量的电容值不完全是粮食中的金属杆部份的电容值，盖子的其以上部份金属杆的电容会影响到测量结果，因此，公式C＝εC₀需要修改为以下的格式C＝εC₀+C₁，式中，C₀为有效电容(两电极的电容)，C₁为杂散电容。在测量之前，通过计算和标定的方法，确定出C₀和C₁的值。

步骤S2、对粮堆的测量完成之后，从被测粮堆中取出一定量的粮食样品，倒入容器筒1中，并使粮面距筒口10厘米。用电子秤对容器筒重的粮食样品进行称重。具体称重过程是：称重时，可通过提升机构将容器筒升起，将电子秤置于容器筒下，先称容器筒1的重量，然后再称装入粮食后的容器筒1的重量，两者相减得到粮食的重量。称重后，将带有两硬质金属直导线的盖子3放入容器筒1中，使两硬质金属直导线完全***粮堆之中，盖子3的下表面与粮面相接触。从盖子3上面的尺子上读出粮面距筒口的距离，再用筒的内部高度减去该距离，得到粮柱的高度，结合粮柱的直径，计算出筒内粮柱的体积值和密度值ρ₁(在知道粮食样品重量、体积情况下，可算出粮食样品的密度ρ₁)。作为优选方式，称重完成后，把容器筒1升起，把电子秤从容器筒1下拿出，再把带粮食的容器筒1放到振动器上面。通过启动振动器，并进行多次振动，测量每次振动后的所述密度测量筒内粮柱的密度值ρ₁及与所述密度值ρ₁对应的电容传感器的电容值C_a，计算粮食样品的相对介电常数ε’_r1(即ε’_r1＝(C_a-C₁)/C₀)，重复该过程，直到筒中粮柱的密度不再改变为止。

步骤S3、对于颗粒状的粮食，在含水量和温度不变的条件下，利用被测粮堆的相对介电常数ε’_r1、粮食样品的密度值ρ₁及相对介电常数ε’_r1，建立粮食密度与相对介电常数之间的函数关系，即ε’_r2＝[((ε’_r1)^1/3-1)ρ₂/ρ₁+1)³，以确定被测粮堆的平均密度ρ₂。

本发明设计了一种测量粮仓中粮堆的平均密度的方法，并设计了测量设备。该方法依据粮食的介电常数受其平均密度影响的原理，通过建立粮堆中取出的粮食样品的介电常数与密度变化的函数关系和测量粮堆的介电常数来间接测量粮堆的平均密度。依据该测量原理，设计使用平行直导线作为电容传感器，以粮食为电容传感器的电介质，通过振动得到不同密度等级的粮食样品，使用电容测量设备(电容表)测量该电容传感器的电容值，通过重量和体积计算密度值，从而建立密度与介电常数的关系。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种粮食密度测量方法，其特征在于，包括：

测量***被测粮堆的电容传感器的电容值C_b，计算所述被测粮堆的相对介电常数ε’_r2；

从粮堆中取粮食样品，测量所述粮食样品的重量，计算所述粮食样品的密度值ρ₁、测量所述密度值ρ₁对应的电容值C_a，计算所述粮食样品的相对介电常数ε’_r1；具体是：从所述被测粮堆中取出粮食作为粮食样品置入一密度测量筒中；测量所述密度测量筒中粮食样品的重量；将带有电容传感器的盖子放入所述密度测量筒中，使所述电容传感器电极完全***所述粮食样品之中，盖子的下表面与所述粮食样品的粮面相接触；测量粮柱的高度，结合粮柱的直径，计算所述密度测量筒内粮柱的密度值ρ₁及所述电容传感器的电容值C_a，，计算所述粮食样品的相对介电常数ε’_r1；

利用所述被测粮堆的相对介电常数ε’_r1、所述粮食样品的密度值ρ₁及相对介电常数ε’_r1，建立粮食密度与相对介电常数之间的函数关系，即ε’_r2＝[((ε’_r1)^1/3-1)ρ₂/ρ₁+1]³，以确定所述被测粮堆的平均密度ρ₂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算粮食样品的密度值ρ₁、测量所述密度值ρ₁对应的电容值C_a，计算所述粮食样品的相对介电常数ε’_r1还包括：

启动所述密度测量筒的振动器，并进行多次振动，测量每次振动后的所述密度测量筒内粮柱的密度值ρ₁及与所述密度值ρ₁对应的电容传感器的电容值C_a，计算所述粮食样品的相对介电常数ε’_r1，直至所述密度测量筒内粮柱的密度值ρ₁不再改变。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

所述ε’_r2＝(C_b-C₁)/C₀；所述ε’_r1＝(C_a-C₁)/C₀，其中，C₀为有效电容，C₁为杂散电容。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述密度测量筒包括：

用于装粮食样品的容器筒、安装有电容传感器和高度测量器的盖子、与所述电容传感器连接的电容测量仪、测重装置和振动器；所述容器筒与所述振动器连接；所述安装有电容传感器的盖子与被测粮堆连接；所述测重装置与所述容器筒连接；所述安装有电容传感器的盖子与所述容器筒所装的粮食样品连接。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述密度测量筒还包括：

用于提升容器筒高度的提升机构，所述提升机构包括滑轮组、手动摇柄、支撑座及固定机构，所述支撑座与所述容器筒通过稳固保持架连接，所述滑轮之间及所述滑轮与所述手动摇柄通过线连接、所述容器筒与所述支撑座连接，所述固定机构包括底座、与所述底座连接的支架及与所述支架连接的顶盖，所述滑轮组分别与所述顶盖及所述支撑座连接。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述容器筒高1.4米，直径30厘米；所述电容传感器包括两根硬质金属直导线，长度为82厘米；所述测量器长度为30厘米的刻度尺，其精度为1毫米。

7.一种粮食密度的测量装置，可用来测试粮堆的密度，其特征在于，包括：

用于装粮食样品的容器筒、安装有电容传感器和高度测量器的盖子、与所述电容传感器连接的电容测量仪、测重装置和振动器；

所述容器筒与所述振动器连接；所述安装有电容传感器的盖子与被测粮堆连接，测量***被测粮堆的电容传感器的电容值C_b，以计算所述被测粮堆的相对介电常数ε’_r2；

所述测重装置与所述容器筒连接，测量所述容器筒中粮食样品的重量；

所述安装有电容传感器的盖子与所述容器筒所装的粮食样品相接，测量粮柱的高度及所述电容传感器的电容值C_a，以计算所述密度测量筒内粮柱的密度值ρ₁和所述粮食样品的相对介电常数ε’_r1。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：还包括：

用于提升容器筒高度的提升机构，所述提升机构包括滑轮组、手动摇柄、支撑座及固定机构，所述支撑座与所述容器筒通过稳固保持架连接，所述滑轮之间及所述滑轮与所述手动摇柄通过线连接、所述容器筒与所述支撑座连接，所述固定机构包括底座、与所述底座连接的支架及与所述支架连接的顶盖，所述滑轮组分别与所述顶盖及所述支撑座连接。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：

所述容器筒高1.4米，直径30厘米；所述电容传感器包括两根硬质金属直导线，长度为82厘米；所述测量器长度为30厘米的刻度尺，其精度为1毫米。

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