散粒物料摩擦角或休止角測量裝置的製作方法

2023-09-12 01:25:10

專利名稱：散粒物料摩擦角或休止角測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種散粒物料摩擦角或休止角測量裝置。
背景技術：
為了合理地設計各種農業機械、農產品加工機械、穀倉及其它存儲設備，必須了解 散粒物料的力學特性，如摩擦特性等，而摩擦特性可以用摩擦角和休止角等來表述。散粒 物料與不同材料的接觸面之間的摩擦角和休止角，一般都是通過斜面儀簡單地進行手動測 量，誤差大，不準確，不直觀。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提出一種散粒物料摩擦角或休止角測量裝置， 該散粒物料摩擦角或休止角測量裝置測量速度快、精度高、自動化程度高。本實用新型的技術解決方案如下一種散粒物料摩擦角或休止角測量裝置，轉軸呈水平方向設置在2塊側板上，電 機驅動轉軸旋轉；物料盤固設在該轉軸上，物料盤的兩側分別設有一個紅外對射管；2個紅 外對射管的連線為放置穀粒的基準線；在物料盤或轉軸上設有傾角傳感器，傾角傳感器的輸出端與微處理器連接；電機的控制端、存儲器和紅外對射管均與微處理器連接。液晶顯示器與微處理器連接。物料盤為槽型。傾角傳感器用於測量絕對角度。與絕對參考系的零度角相關的都要用到傾角傳感
ο物料盤的前端或後端設有用於收集穀粒的物料漏鬥。採用前述的散粒物料摩擦角或休止角測量裝置測量散粒物料摩擦角或休止角的 方法如下步驟1 將物料盤調到水平位置，將一顆穀粒放置在物料盤上2個紅外對射管的連 線位置上；步驟2 控制電機轉動帶動物料盤傾斜；步驟3 隨著物料盤的傾斜角度加大，穀粒離開2個紅外對射管的連線的一瞬間， 紅外對射管光路不再被穀粒阻擋的狀態被微處理器捕獲，微處理器記錄該瞬間的物料盤的 傾斜角，該傾斜角即為散粒物料的摩擦角或休止角。有益效果對於散體物料來說，物料的內摩擦是不容忽視的，因而農業及食品物料的摩擦特 性要比工程材料之間或固體幹摩擦複雜得多。眾所周知，在計算貯存倉倉壁的散體壓力時， 應用最廣的是Jarssen X在1895年提出的公式。該公式要用到壁面摩擦係數f，和側壓力 係數Ia，而Ia= (1 — 8 ιφ)/(1+ ηφ)(式中Φ為內摩擦角)；[0018]此外，在計算槽輪式播種機的排種量時。有一個帶動層的問題。帶動層的速度分 布，既與物料的內摩擦有關.也與物料與箱壁的摩擦有關。種子在變截面管道輸送中，如果 漸變傾斜面的角度、排料口的尺寸等選擇不當，則會由於形成「拱」而發生堵塞。要研究上述現象的摩擦特性，普通的測量摩擦角的方法一般都是通過斜面儀簡單 地進行手動測量。這種方法存在滯後現象，誤差大，不準確，不直觀，不利於力學特性的研 究。本實用新型中，紅外對射管的運用解決了滯後的問題；單片機和傾角傳感器的運用，實 現了角度的精確測量；液晶顯示使得測量更加直觀。因此，本實用新型可廣泛應用於研究 散粒物料的力學特性，為食品收穫，加工，包裝，貯存，裝運機械的設計提供了準確的理論依 據。只要將一個單位的散粒物料置於物料盤上，按下開始按鈕，電機轉動，並且帶動物 料盤慢速旋轉，當散粒物料開始下滑，紅外對射管檢測到之後將此信息反饋給單片機，單片 機將檢測到的角度通過液晶顯示屏顯示出來。短短幾秒鐘就可以測量出來，並且紅外檢測 比肉眼更精確，更智能化。

圖1是本實用新型的原理圖；圖2是本實用新型的電路原理圖；圖3是物料盤、紅外對射管部分的結構示意圖(圖a、b、c分別為主視圖、側視圖和 仰視圖，其中物料漏鬥和物料盤直接通過丙酮粘合)；圖4是實施例1的結構示意圖；圖5是基準電壓電路的電路原理圖。標號說明1-穀粒，2-紅外對射管，3-物料漏鬥，4-物料盤，5-轉軸，6_電機，7_液 晶顯示模塊，8-顯示模塊，9-控制按鈕，10-右側板，11-電源模塊，12-USB接口，13-存儲模 塊，14-通訊模塊，15-底板，16-變壓器，17-後擋板，18-主模塊，19-液晶屏，20-左側板， 21-採集模塊。
具體實施方式
以下將結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明實施例1 如圖1所示，散粒物料摩擦角或休止角測量裝置的結構為電機的控制端、存儲器 和紅外對射管均與微處理器連接。液晶顯示器與微處理器連接。在物料盤或轉軸上設有傾 角傳感器，傾角傳感器的輸出端與微處理器連接。如圖2所示，本實施例的電路控制部分包括電源模塊，採集模塊，液晶顯示及鍵盤 控制模塊，通訊模塊，U盤存儲模塊五個模塊。電源模塊提供電源給液晶顯示模塊，通過基準電壓模塊降壓後提供給採集模塊， 採集模塊通過RS232將採集到的數據同時發送到U盤存儲模塊和液晶顯示模塊，U盤對數 據進行讀取並存儲，液晶屏顯示採集到的數據。電源模塊，採集模塊，液晶顯示及鍵盤控制 模塊，通訊模塊，U盤存儲模塊五個模塊均安裝在外殼內部。電源模塊中，由於要保證角度的測量精度達到0. 01°，而電源的精度會影響AD轉換的精度，從而間接影響整個系統的精度，所以在電源模塊中加了一個基準電壓電路(如 圖5)以提供穩定的電壓，保證系統精度。圖5為基準是三端式(輸入、輸出和公共引出端)基準電壓源，又稱串聯式基準 源。這種基準源的主要優點是靜態電流比較低，可通過調節R9的值預先調整好5V的標準 輸出電壓，輸出電流可以很大，而又不損失精度。該電路是現有技術。採集模塊中，選用了精度能達到0.01°、測量範圍在士 90°的傾角傳感器 SCA100T-D2和16位的AD轉換晶片ADS1100。傾角傳感器採集到模擬信號，經過低通濾波 之後，再將其模擬信號通過16位AD轉換器轉換成數位訊號發送給主控晶片。液晶顯示鍵盤控制模塊中，控制按鈕發送命令給主控晶片，同時主控晶片會將採 集到的數據顯示在液晶屏上。另外該模塊中還加入了時鐘電路，可將採集到的角度當前的 具體時間顯示出來。通訊模塊，液晶顯示鍵盤控制模塊與採集模塊以及存儲模塊之間，均採用了 RS232 通訊，實現了雙向的串行數據傳輸。U盤存儲模塊，主控晶片將採集到的數據經通訊模塊傳輸給存儲模塊的控制晶片 後，鎖存晶片將信號地址鎖存，編碼之後，通過讀寫晶片將數據存入U盤中。本設計中的電路是由幾個模塊構成的，模塊和模塊之間要進行通信，進行信號的 傳輸。各個模塊相對獨立，所以都有單獨的單片機對相應的模塊進行控制，批量制板後可用 於其它設計中。機械執行裝置由物料漏鬥，紅外對射管，物料盤，轉軸，電機，液晶顯示面板和三個 控制按鈕，變壓器和外殼組成。直流電機或步進電機均可以，不限某一型號。如圖3和圖4所示，物料漏鬥與物料盤固連在一起，相對位置保持不變，用於收集 實驗後的散粒物料。紅外對射管安裝在物料盤的邊緣上，且與散粒物料在同一條直線上，測 量時，每次放一粒穀粒，漏鬥用於收集穀粒，穀粒向漏鬥方向滑動或滾動；穀粒離開基準線 後，由於紅外對射管發出的光不會受到阻擋，則輸出異常信號，此時物料盤傾斜的角度即為 休止角或摩擦角。用於自動檢測下滑的散粒物料。物料盤做成槽型，用於放置各種不同摩擦係數的 方形物料板，以便於測量散粒物料在不同材質上的摩擦角和休止角。由於採集模塊中的傾角傳感器用於測量一切傾角，而休止角是指粉體堆積層的自 由斜面與水平面所形成的最大角，相當於一個臨界摩擦角，摩擦角和休止角相對於水平面 而言就相當於一個傾角，故該傾角傳感器可用於測量摩擦角和休止角，所以在物料盤下方 安裝採集模塊。轉軸通過螺栓與物料盤連接。電機通過螺栓固定在外殼上。液晶顯示面板 上安裝了液晶顯示模塊，用於顯示採集到的數據。同時，顯示面板上安裝了三個控制按鈕， 它們分別用於啟動電機，調平物料盤，採集數據。外殼底板上安裝了變壓器和USB讀寫模 ±夬，由於外部電源為220V，故需變壓器降壓以提供12V的電壓給液晶顯示模塊，USB接口開 在右側板上。另外，通訊模塊、電源模塊以及主模塊安裝在可以活動的後擋板上。工作原理在圖4中的顯示面板中按下啟動鍵，電機轉動並帶動轉軸，將物料盤調 至水平。將散粒物料放置在物料盤上，按下採集鍵，電機正向轉動帶動轉軸，旋轉物料盤， 開始採集，通過安裝在物料盤下方的採集模塊中的傾角傳感器感應到的信號，經過濾波電 路對其進行低通濾波後，再將信號通過AD轉換，將模擬信號轉換為數位訊號送給液晶顯示及鍵盤控制模塊中的主控晶片進行處理，在物料下滑的瞬間，紅外對射管檢測到下滑的散 粒物料後，將信息反饋給存儲晶片，存儲晶片就會對該數據進行存儲，該數據即為散粒物料 的摩擦角，液晶屏上會動態顯示物料盤的旋轉角度和當前時間，該角度即為散粒物料的摩 擦角。同理亦可測量休止角，不同的是，測量休止角時選用的方形物料板的摩擦係數應該與 散粒之間的摩擦係數相等，因為休止角是指粉體堆積層的自由斜面與水平面所形成的最大 角。將U盤插入USB接口，通過單片機控制，將信號地址鎖存，編碼之後，通過讀寫晶片將數 據存入U盤中。如果在物料下滑瞬間按下採集鍵，電機停止轉動，數據停止採集，液晶顯示 器顯示當前摩擦角並將數據存儲。這就實現了自動和手動採集數據兩個功能。
權利要求1.一種散粒物料摩擦角或休止角測量裝置，其特徵在於，轉軸呈水平方向設置在2塊 側板上，電機驅動轉軸旋轉；物料盤固設在該轉軸上，物料盤的兩側分別設有一個紅外對射 管；2個紅外對射管的連線為放置穀粒的基準線；在物料盤或轉軸上設有傾角傳感器，傾角傳感器的輸出端與微處理器連接； 電機的控制端、存儲器和紅外對射管均與微處理器連接。
2.根據權利要求1所述的散粒物料摩擦角或休止角測量裝置，其特徵在於，液晶顯示 器與微處理器連接。
3.根據權利要求1所述的散粒物料摩擦角或休止角測量裝置，其特徵在於，物料盤為槽型。
4.根據權利要求1-3任一項所述的散粒物料摩擦角或休止角測量裝置，其特徵在於， 物料盤的前端或後端設有用於收集穀粒的物料漏鬥。
專利摘要本實用新型公開了一種散粒物料摩擦角或休止角測量裝置，轉軸呈水平方向設置在2塊側板上，電機驅動轉軸旋轉；物料盤固設在該轉軸上，物料盤的兩側分別設有一個紅外對射管；2個紅外對射管的連線為放置穀粒的基準線；在物料盤或轉軸上設有傾角傳感器，傾角傳感器的輸出端與微處理器連接；電機的控制端、存儲器和紅外對射管均與微處理器連接。該散粒物料摩擦角或休止角測量裝置測量速度快、精度高、自動化程度高。
文檔編號G01N15/00GK201897469SQ20102060930
公開日2011年7月13日 申請日期2010年11月16日 優先權日2010年11月16日
發明者王奕, 羅亞輝, 胡文武, 艾衛中, 蔣蘋, 謝方平, 謝昌盛, 謝豔群 申請人:湖南農業大學