专利名称：矩阵式集液单元阵列快速排液装置及其排液方法
技术领域：
本发明涉及一种矩阵式集液单元阵列快速排液装置，尤其是用于喷雾机械雾量分布均勻性测试试验台的矩阵式集液单元阵列快速排液装置，属于农业工程试验设备及技术领域。
背景技术：
雾量分布均勻性是指喷雾机械作业过程中雾滴在靶标上沉积分布的均勻性，是衡量喷雾机械作业性能的重要指标。雾量分布均勻性的快速、精确检测对提高喷雾机械检测技术水平、优化喷雾机械作业参数和提高喷雾机械设计水平都具有重要意义。JB/T9782-1999《植保机械通用试验方法》和JB/T9805. 2-1999《喷杆式喷雾机试验方法》规定可采用水平集雾槽收集雾滴以进行水平雾量分布均勻性的测试，且水平集雾槽宽度不大于50mm ；GB/T24683-2009/IS0 9898 :2000《植物保护机械灌木和乔木作物用风送式喷雾机试验方法》规定可采用垂直雾量分层收集器收集雾滴以进行风送式喷雾机垂直雾量分布均勻性的测试，且分层间距不大于250mm。在水平雾量分布均勻性测试中，测试区域一般为:3mX lm,沿Im方向设置集雾槽，则至少需要设置60个集雾槽，相应的需要设置60 个集液单元；在垂直雾量分布均勻性测试中，测试区域高度一般为4. 5m，则至少需要设置 18个分层收集器，相应的需要设置18个集液单元。在进行喷雾机械的雾量分布均勻性测试试验时，每进行完一次试验都要将所有集液单元中的集液排掉，以便进行下一次试验。如果采用人工排液，不仅费时费力，严重影响试验效率，而且当集液单元增多时，人工排液将变得越来越困难。而雾滴在水平或垂直靶标上的分布是一种二维分布，上述标准中规定的试验测试方法都只能提供条带状区域划分的一维分布信息，无法全面反映雾滴在靶标上的沉积分布情况。如果要获取更全面详细的雾滴沉积分布信息，则必须采用二维网格状划分来收集雾滴，集液单元数量会相应的数十倍地增加，此时人工排液将变得异常困难，甚至无法实现。中国专利号为ZL200920257102.6，公开了一种移动式雾量分布测定仪，其集雾管排列放置在管架中，管架两侧带有转轴，转轴的轴承座固定在机架上，转轴带有锁定机构， 完成雾量分布测定后，松开锁定机构，通过转轴，翻转管架，即可十分方便地将集雾管中的集液倾倒出来。该方法很好地解决了单列集雾管的排液问题，但当集雾管成矩阵式排列时， 管架不仅翻转困难，而且需要占用较大的运动空间，给雾量分布测试试验台的整体设计带来困难，当集雾管矩阵较大时，则几乎无法实现。中国专利号为ZL201020179689. 6，公开了一种喷雾量分布测试控制系统，中国专利号为ZL201020176682. 9，公开了一种集雾槽及采用该集雾槽的喷雾量垂直分布测试装置，以上系统或装置中都采用排水电磁阀进行集液量筒的排液，在所有集液量筒的底部都带有排水管，在每个排水管上都安装有一个排水电磁阀，进行雾量分布测试时，所有排水电磁阀都关闭，集液量筒集液；完成雾量分布测试后，同时打开所有排水电磁阀，即可快速实现所有集液量筒的排液。该方法可快速实现集液单元的自动排液，且不受集液单元矩阵大小的限制，但当集液单元较多时，需要使用大量的电磁阀及其控制元件，造格高昂，且由于必须采用非标量筒作为集液量筒，集液量筒的成本也会大量增加。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低廉的大规模矩阵式集液单元阵列快速排液装置；本发明同时还提供该大规模矩阵式集液单元阵列快速排液装置的排液方法，方便地实现大规模矩阵式集液单元阵列的快速排液。本发明矩阵式集液单元阵列快速排液装置采用如下技术方案排液管连接真空泵的出流口，真空泵的入流口连接吸液主管；主管分配器和支管分配器均具有一个汇流口和多个并行的支流口，主管分配器的汇流口连接吸液主管，每个主管分配器的支流口均连接一个吸液支管，每个吸液支管上均串联一个支管电磁阀；支管分配器的汇流口连接吸液支管，支管分配器的每个支流口均连接一个分支吸液管；所有吸液支管都排成一列，吸液支管的数量与集液单元阵列的行数相同，且吸液支管的间距与集液单元阵列的行距相等；所有分支吸液管都排成一行，且分支吸液管的间距与集液单元阵列的列距相等；所有支管分配器都垂直于主管分配器且相互平行地设置，所有分支吸液管排成与集液单元阵列行数相同、行、列距相等的矩阵。进一步地，本发明的真空泵和各所述支管电磁阀均连接控制单元，控制单元包括 CPU最小系统、继电器和电气控制线路，CPU最小系统的输出通过开关量信号输出接口、固态继电器、第一电气控制线路连接真空泵，第一电气控制线路的输出通过中间继电器和开关量信号输入接口连接CPU最小系统；CPU最小系统通过另一个开关量信号输出接口、固态继电器组、第二电气控制线路连接由各个支管电磁阀组成的电磁阀组。本发明矩阵式集液单元阵列快速排液装置的排液方法的技术方案是按下列步骤执行
(1)将矩阵式集液单元阵列快速排液装置的第一列分支吸液管与集液单元阵列的第一列集液单元对准，所有分支吸液管都插入到一个对应的集液单元中；使所有分支吸液管的进液口与对应的集液单元的内腔底面之间应留有3mnT5mm的间隙；
(2)打开第一吸液支路的支管电磁阀，关闭其余支管电磁阀并启动真空泵，进行第一吸液支路所对应集液单元阵列的排液；
(3)延时广5秒钟，关闭第一吸液支路的支管电磁阀，打开第二吸液支路的支管电磁阀进行第二吸液支路所对应集液单元阵列的排液；
(4)以此类推，每隔广5秒钟切换下一吸液支路的支管电磁阀进行相应吸液支路所对应集液单元阵列的排液，直至所有吸液支路都切换并吸液完毕，关闭真空泵；
(5)将矩阵式集液单元阵列快速排液装置移到集液单元矩阵的下一区域，且使其第一列分支吸液管与集液单元矩阵中尚未排液的第一列集液单元对准；
(6)重复步骤(2) (4)，完成该区域所有集液单元的排液；
(7)重复步骤(5) (6)，完成所有集液单元的排液。与现有技术相比，本发明具有以下优点
1、能够实现大规模矩阵式集液单元阵列的快速排液，从而满足雾滴沉积区域二维网格状精细划分的需求，以便提供更全面的雾量分布信息。
2、节省硬件成本。仅需要1个真空泵、1套主分支吸液管路和少量电磁阀即可实现大规模矩阵式集液单元阵列的快速排液，且集液单元可使用标准系列量筒，既能满足大规模集液单元阵列快速排液的要求，又可大幅度节省系统成本。
图1是矩阵式集液单元阵列快速排液装置的结构主视图； 图2是图1连接了控制单元6的右视图3是图2中控制单元6的组成原理框图； 图4是矩阵式集液单元阵列快速排液装置的工作状态示意图； 图中1.排液管，2.真空泵，3.吸液支管，4.吸液主管，5.主管分配器，6.控制单元，7. 支管电磁阀，8.支架，9.支管分配器，10.分支吸液管，11.集液单元阵列，12.机架，13.集液单元支撑架。
具体实施例方式如图1-2所示的矩阵式集液单元阵列快速排液装置的结构，矩阵式集液单元阵列快速排液装置主要由排液管1、真空泵2、吸液主管4、主管分配器5、吸液支管3、支管电磁阀7、支管分配器9、分支吸液管10、支架8和控制单元6等组成。排液管1连接真空泵2的出流口，真空泵2的入流口连接吸液主管4 ；主管分配器5具有一个汇流口和多个并行的支流口，汇流口连接吸液主管4，每个支流口都连接一个吸液支管3，所有吸液支管3中的液流都经主管分配器5汇流到吸液主管4 ；每个吸液支管3上都串联有一个支管电磁阀7，以控制该吸液支路的通断；支管分配器9也具有一个汇流口和多个并行的支流口，汇流口连接一个吸液支管3，每个支流口都连接一个分支吸液管10，每个支管分配器9所属的所有分支吸液管10中的液流都经该支管分配器9汇流到对应的吸液支管3 ；主管分配器5、吸液支管3、支管电磁阀7和支管分配器9都固定安装在支架8上。控制单元6分别连接真空泵2 和各个支管电磁阀7，用于控制真空泵2的启停和各路支管电磁阀7的开闭。主管分配器5 的所有吸液支管3都排成一列，吸液支管3的数量与集液单元阵列的行数相同，且吸液支管 3的间距与集液单元阵列的行距相等；每个支管分配器9所属的所有分支吸液管10都排成一行，且分支吸液管10的间距与集液单元阵列的列距相等；所有支管分配器9相互平行安装，且都垂直于主管分配器5，所有分支吸液管10正好成矩阵式排列，且与集液单元阵列的行数相同，行、列距相等。真空泵2必须具有带气吸液能力，可采用水环式真空泵；各支管分配器9所属的分支吸液管10排成1列，分支吸液管10的总数应为3 10，分支吸液管10的管径应为3 mm 8mmο如图3所示为矩阵式集液单元阵列快速排液装置控制单元6的组成原理框图，控制单元6可采用PLC、单片机应用系统、基于工控机的DCS系统或基于笔记本电脑的DCS系统，其功能模块主要包括电气控制线路、开关量信号并行输出接口和按钮信号输入接口等。 整个控制单元6为一个单片机应用系统，包括CPU最小系统、继电器、电气控制线路等，其中，CPU最小系统的输出通过开关量信号输出接口和固态继电器连接第一电气控制线路，第一电气控制线路连接真空泵2，第一电气控制线路的输出通过中间继电器和开关量信号输
5入接口连接CPU最小系统。同理，CPU最小系统通过另一个开关量信号输出接口、固态继电器组连接第二电气控制线路，第二电气控制线路连接由各个支管电磁阀7组成的电磁阀组。CPU最小系统还通过另一个开关量信号输入接口与“测试键”按键连接。这样，使CPU 最小系统通过相应的电气控制线路分别控制真空泵2和各个支管电磁阀7。真空泵2的第一电气控制线路对真空泵2进行控制和保护，其中主要包括电机保护用塑壳式断路器(图中未示出)和交流接触器(图中未示出)等器件，CPU最小系统经开关量信号输出接口输出真空泵启/停控制信号，控制固态继电器输入级的通断，固态继电器的输出级再控制交流接触器线圈回路的通断，最终实现交流接触器主回路(即真空泵电源回路)的通断，从而实现真空泵2的启停控制；通过塑壳式断路器的辅助触点可获知其短路和过热故障信号，该信号经中间继电器隔离变换，通过开关量信号输入接口被CPU最小系统采集。支管电磁阀 7的第二电气控制线路主要包括电磁阀配电线路和熔断器(图中未示出)，CPU最小系统经开关量信号并行输出接口输出各电磁阀控制指令，控制各个固态继电器输入级的通断，各个固态继电器的输出级再对应控制各个电磁阀的通断，从而实现电磁阀组的通/断控制。“测试键”用于控制排液过程的开始和结束，每按一次“测试键”，CPU最小系统自动执行下述排液过程的步骤(2广(4)，“测试键”的按键信息经开关量信号输入接口被CPU最小系统采用中断方式采集。如图4所示，为矩阵式集液单元阵列快速排液装置的工作状态示意图，用于喷雾机械雾量分布均勻性测试试验台中成矩阵式排列的集液单元阵列的快速排液。在喷雾机械雾量分布均勻性测试试验台中，所有集液单元都固定在集液单元支撑架13上，上表面齐平，成行列式矩阵排列，以便能够设置更多的集液单元，满足雾滴沉积区域精细划分的需求，获取更全面的雾量分布信息。本发明在排液过程按下列步骤执行
(1)将矩阵式集液单元阵列快速排液装置放置到矩阵式集液单元阵列11上，使其支架 8支撑在集液单元阵列的机架12上，且使其第一列分支吸液管10与集液单元阵列11的第一列集液单元对准，所有分支吸液管10都正好插入到一个对应的集液单元中；插入后使所有分支吸液管10的进液口与对应的集液单元的内腔底面之间应留有3mnT5mm的间隙。各支管分配器9所属的分支吸液管10的总数和分支吸液管10的管径必须与真空泵2的抽吸能力相匹配，当只开一个吸液支路，且只有一个分支吸液管10吸液，而该支路的其他分支吸液管10都吸气时，仍能确保可靠吸液。(2)打开第一吸液支路的支管电磁阀7，关闭其余支管电磁阀，并启动真空泵2，进行第一吸液支路所对应集液单元阵列11的排液；
(3)延时1飞秒钟，关闭第一吸液支路的支管电磁阀7，打开第二吸液支路的支管电磁阀7，进行第二吸液支路所对应集液单元阵列11的排液；
(4)以此类推，每隔广5秒钟切换下一吸液支路的支管电磁阀7，进行相应吸液支路所对应集液单元列的排液，直至所有吸液支路都切换并吸液完毕，关闭真空泵2 ；
(5)将矩阵式集液单元阵列快速排液装置移到集液单元矩阵的下一区域，且使其第一列分支吸液管10与集液单元阵列11中尚未排液的第一列集液单元对准；
(6)重复步骤(2) (4)，完成该区域所有集液单元的排液；
(7)重复步骤(5) (6)，完成所有集液单元的排液。最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种矩阵式集液单元阵列快速排液装置，包括排液管(1)，其特征是排液管(1)连接真空泵(2)的出流口，真空泵(2)的入流口连接吸液主管(4)；主管分配器(5)和支管分配器(9)均具有一个汇流口和多个并行的支流口，主管分配器(5)的汇流口连接吸液主管(4),每个主管分配器(5)的支流口均连接一个吸液支管(3)，每个吸液支管(3)上均串联一个支管电磁阀(7);支管分配器(9)的汇流口连接吸液支管(3)，支管分配器(9)的每个支流口均连接一个分支吸液管(10);所有吸液支管(3)都排成一列，吸液支管(3)的数量与集液单元阵列(11)的行数相同，且吸液支管(3)的间距与集液单元阵列(11)的行距相等；所有分支吸液管(10)都排成一行，且分支吸液管(10)的间距与集液单元阵列(11)的列距相等； 所有支管分配器(9)都垂直于主管分配器5且相互平行设置，所有分支吸液管(10)排成与集液单元阵列行数相同、行、列距相等的矩阵。
2.根据权利要求1所述的矩阵式集液单元阵列快速排液装置，其特征是所述真空泵 (2 )和各所述支管电磁阀(7 )均连接控制单元(6 )，控制单元(6 )包括CPU最小系统、继电器和电气控制线路，CPU最小系统的输出通过开关量信号输出接口、固态继电器、第一电气控制线路连接真空泵2，第一电气控制线路的输出通过中间继电器和开关量信号输入接口连接CPU最小系统；CPU最小系统通过另一个开关量信号输出接口、固态继电器组、第二电气控制线路连接由各个支管电磁阀(7)组成的电磁阀组。
3.根据权利要求1所述的矩阵式集液单元阵列快速排液装置，其特征是主管分配器(5)、吸液支管(3)、支管电磁阀(7)和支管分配器(9)均固定连接支架(8)。
4.一种根据权利要求1所述矩阵式集液单元阵列快速排液装置的排液方法，其特征是采用如下步骤1)将矩阵式集液单元阵列快速排液装置的第一列分支吸液管(10)与集液单元阵列 (11)的第一列集液单元对准，所有分支吸液管(10)都插入到一个对应的集液单元中；使所有分支吸液管(10)的进液口与对应的集液单元的内腔底面之间应留有3mnT5mm的间隙；2)打开第一吸液支路的支管电磁阀(7)，关闭其余支管电磁阀(7)并启动真空泵(2)， 进行第一吸液支路所对应集液单元阵列(11)的排液；3)延时1飞秒钟，关闭第一吸液支路的支管电磁阀(7)，打开第二吸液支路的支管电磁阀(7)进行第二吸液支路所对应集液单元阵列(11)的排液；4)以此类推，每隔广5秒钟切换下一吸液支路的支管电磁阀(7)进行相应吸液支路所对应集液单元阵列(11)的排液，直至所有吸液支路都切换并吸液完毕，关闭真空泵(2)；5)将矩阵式集液单元阵列快速排液装置移到集液单元阵列(11)的下一区域，且使其第一列分支吸液管(10)与集液单元阵列(11)中尚未排液的第一列集液单元对准；6)重复步骤2)、)，完成该区域所有集液单元的排液；7)重复步骤5)飞)，完成所有集液单元的排液。
全文摘要
本发明公开一种用于喷雾机械雾量分布均匀性测试试验台的矩阵式集液单元阵列快速排液装置及其排液方法，排液管连接真空泵的出流口，真空泵的入流口连接吸液主管；主管分配器和支管分配器均具有一个汇流口和多个并行的支流口，主管分配器的汇流口连接吸液主管，每个主管分配器的支流口均连接一个吸液支管，每个吸液支管上均串联一个支管电磁阀；支管分配器的汇流口连接吸液支管，支管分配器的每个支流口均连接一个分支吸液管；所有吸液支管都排成一列；所有分支吸液管都插入到一个对应的集液单元中，每隔1~5秒钟切换下一吸液支路的支管电磁阀排液，满足雾滴沉积区域二维网格状精细划分的需求，提供更全面的雾量分布信息。
文档编号G01M99/00GK102426112SQ20111031392
公开日2012年4月25日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者但志敏, 魏新华 申请人:江苏大学