Способ и устройство контроля количества меда в улье

 

Способ контроля количества меда в улье, заключается в том, что на стенках улья устанавливают проводящие пластины и производят измерение электрической емкости ульевого пространства без меда, затем проводят измерение электрической емкости ульевого пространства с медом, разностное значение электрической емкости сопоставляют с массой меда, определенной дополнительно с помощью весов. По результатам нескольких измерений составляют таблицу соответствия, с помощью которой по изменению емкости ульевого пространства определяют количество меда в улье. Для повышения чувствительности измерения улей оснащают двумя емкостями и измеряют их отношение. Устройство для контроля количества меда в улье содержит емкостной преобразователь, образованный изолированными друг от друга плоскими, проводящими пластинами, прикрепленными к боковым стенкам улья с внутренней стороны. Две противоположные пластины соединены экранированным заземленным проводником между собой и с выходом генератора, остальные две пластины соединены каждая отдельно экранированными заземленными проводниками, соответственно, с входом и выходом усилителя. Емкостной преобразователь и усилитель образуют инвертирующий усилитель, выход которого соединен с входом устройства выпрямления. Выход устройства выпрямления соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом устройства для установки нуля. Выход дифференциального усилителя соединен с входом измерительного прибора, шины устройства установки нуля, шины питания усилителей соединены с выходами блока питания. Способ и устройство позволяют определить без непосредственного взвешивания ульев количество меда в них и на всей пасеке. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение в практической работе на индивидуальных и коллективных пасеках.

Известен способ контроля количества меда в улье, заключающийся в периодическом определении веса улья с помощью весов [1,2].

Недостаток способа заключается в том, что для определения массы меда необходимо контролировать общий вес улья с медом вместе с пчелами, т.е. весы дают интегральную оценку количества меда [2]. Для этого выбранный улей устанавливают на весы и измеряют общую массу улья с медом вместе с пчелосемьей. Прибавление меда во время взятка определяют по увеличению общей массы улья или ее убыли, если масса улья при отсутствии взятка уменьшилась по сравнению с начальной. Процесс взвешивания характеризуется громоздкостью и большими трудозатратами, отсутствием возможностей контроля перераспределения меда по корпусам улья.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение возможностей контроля количества меда в улье, а также распределение меда по корпусам улья без взвешивания. Способ контроля количества меда в улье заключается в том, что на внутренних стенках корпусов улья устанавливают проводящие пластины и проводят измерение электрической емкости корпусного пространства улья без меда, а затем проводят измерение электрической емкости корпусного пространства улья с медом, изменившееся значение электрической емкости соответствует массе меда, дополнительно определенной с помощью весов; по результатам измерений составляют таблицу соответствия (или график), использование которых позволяет по изменению емкости корпусного пространства улья устанавливать количество меда в корпусе, а суммарное количество меда по корпусам соответствует общему количеству меда в улье. Для повышения чувствительности метода проводящие пластины включают таким образом, что они образуют две емкости, и измеряется их отношение.

Устройство для контроля количества меда в улье включает емкостной преобразователь, образованный двумя проводящими пластинами, установленными на противоположных боковых стенках улья с внутренней стороны, при этом каждая пластина изолирована друг от друга, противоположные пластины соединяются экранированным проводником между собой с выходом генератора, две другие пластины соединены каждая отдельно экранированными проводниками, соответственно, с входом усилителя и выходом усилителя, емкостной преобразователь и усилитель образуют инвертирующий усилитель выход которого соединен с входом устройства выпрямления, а выход устройства выпрямления соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом устройства для установки нуля, выход дифференциального усилителя соединен с входом измерительного прибора, экраны проводников заземляются, шины устройства установки нуля и шины питания усилителей соединены с выходами блока питания.

Способ реализуется следующим образом. Все боковые стенки корпусов улья (поз. 1, фиг. 1) с внутренней стороны покрываются электрически изолированными друг от друга проводящими пластинами (или обклеиваются проводящей фольгой) (поз. 2, фиг. 1). Две пластины, расположенные на противоположных стенках улья, электрически соединены экранированным проводником (поз. 3, фиг.1). К остальным двум противоположным пластинам также подсоединены экранированные проводники. В результате в улье образуются две электрические емкости C₁ и C₂, первый, второй, третий выходы и экраны выведены на разъем.

Сущность способа основана на том, что в улье образуются две электрические емкости, по отношению двух электрических емкостей судят о количестве меда в корпусах улья. Две электрические емкости представляют собой емкостной преобразователь, действие которого основано на следующем. Между пластинами емкости возникает электрическое поле (фиг. 1). При наличии в пространстве корпуса улья рамок с медом конфигурация электрического поля изменяется за счет отличия диэлектрических свойств меда от диэлектрических свойств воздуха и пчелиных сотов без меда. При этом изменяется не столько суммарная емкость C₁ и C₂ (эти изменения составляют не более (1-3)% в зависимости от количества меда), сколько соотношение между ними, что вызывается перераспределением силовых линий между проводящими пластинами, образующими эти емкости (одна емкость увеличивается, а другая - уменьшается). Отношение емкостей C₁/C₂ в зависимости от количества меда в улье может достигать 300%. Таким образом, такой емкостной преобразователь по сравнению с обычным (две пластины, расположенные на противоположных стенках улья) позволяет повысить чувствительность способа в 100 раз.

Способ реализуется с помощью устройства, которое поясняется чертежом (фиг. 2).

Устройство для контроля количества меда (фиг. 2) содержит генератор 1, блок ульевых конденсаторов 2, усилитель 3, инвертирующий усилитель 4, устройство выпрямления 5, устройство установки нуля 6, дифференциальный усилитель 7, измерительный прибор 8, блок питания 9.

Конструктивно улей модернизируется таким образом, что внутренние боковые поверхности его корпусов покрывается проводящими пластинами, причем каждая проводящая пластина изолирована друг от друга. Если улей многокорпусный, то каждый корпус улья модернизируют аналогично первому корпусу, т.е. две противоположные пластины соединяются между собой экранированным проводником, который выходит на первый контакт разъема. К двум остальным противоположным пластинам также присоединяются экранированные проводники, которые выходят на второй и третий контакты разъема. К четвертому контакту разъема присоединяются экраны проводников. Разъем для каждого корпуса улья располагается на стенке корпуса. Такое конструктивное исполнение позволяет контролировать наличие меда в отдельности в каждом корпусе улья. Блок ульевых конденсаторов 2 (фиг. 2), изготовленных согласно фиг. 1, работает совместно с усилителем 3.

Для контроля количества меда в каждом корпусе улья с пчелами разъем модернизированного корпуса улья присоединяют к устройству контроля. Контроль начинают, когда в корпусах улья мед отсутствует. Для этого включают блок питания 8. С помощью устройства установки нуля 6 устанавливают на измерительном приборе 7 "Нуль". Затем производят отсчеты в одно и то же фиксированное время.

Работает устройство для измерения количества меда следующим образом. При подаче переменного напряжения U_вх от генератора 1 на инвертирующий усилитель 4 на его выходе появится переменный сигнал, усиленный в К раз, где К - коэффициент усиления инвертирующего усилителя 4, равный где ω = 2πf, f - частота генератора 1. Этот сигнал выпрямляется устройством выпрямления 5. Полученное постоянное напряжение ₁, величина которого пропорциональна коэффициенту усиления инвертирующего усилителя 4, (U_вх - переменное напряжение на входе инвертирующего усилителя) подается на первый вход дифференциального усилителя 7, на второй вход подается регулируемое с помощью устройства установки нуля 6 постоянное напряжение U₂ от стабилизированного блока питания 9. Выходное напряжение _вых.d дифференциального усилителя 7 будет пропорционально разности напряжений U₁ и U₂.

U_вых.d = K_d(U₁ - U₂) (3) где K_d - коэффициент усиления дифференциального усилителя.

При загрузке корпуса улья пустыми (без меда) рамками производится установка нуля устройством установки нуля 6 путем регулировки U₂, таким образом, чтобы оно сравнялось с U₁. При заполнении рамок медом будет меняться отношение , вследствие чего изменится напряжение U₁, на выходе дифференциального усилителя 7 появится дифференциальный сигнал U_d = U₁ - U₂, и измерительный прибор 8 покажет количество меда в улье.

Применение усилителя 3 позволяет устранить влияние распределенных емкостей экранированных проводников, соединяющих пластины емкостей C₁ и C₂ (фиг. 1), расположенных в улье, с устройством для контроля количества меда. Емкость экранированного проводника, соединяющего генератор 1 с одной из пластин емкости C₁ корпусного пространства улья, оказывается включенной параллельно выходному сопротивлению генератора 1 и поэтому не оказывает влияния на измерительную схему устройства для контроля количества меда. Емкость экранированного проводника, соединяющего C₁ и C₂ с инвертирующим входом усилителя 3, практически не влияет на его работу, поскольку инвертирующий вход усилителя 3 всегда находится под нулевым потенциалом, т.е. эквипотенциален экрану экранированного проводника. Емкость экранированного проводника, соединяющего емкость C₁ с выходом усилителя 3, включена параллельно его выходному сопротивлению и также не влияет на работу схемы устройства для контроля количества меда в улье (фиг. 2). Следовательно, емкости соединительных экранированных проводников, даже если они будут больше емкостей самого емкостного преобразователя C₁ и C₂ (фиг. 1), не будут оказывать никакого влияния на работу измерительной схемы и снижать ее чувствительность.

Работа устройства поясняется экспериментальным примером.

Для контроля количества меда в улье были использованы пчелиные рамки с медом. Вес рамок составлял, соответственно: N 1 - 4 кг, N 2 - 3,4 кг, N 3 - 3,6 кг, N 4 - 3,0 кг, N 5 - 3,2 кг. Сначала в улей десятирамочный типа Дадан были помещены рамки без меда. При контроле для получения точных результатов следует соблюдать следующие условия. Необходимо, чтобы пчелиные рамки были однотипные, при этом должна быть соблюдена одинаковая установка вощинодержателей (проволочек) в рамке. Кроме того, если в плоскости контролируемой рамки установлены три проволочки, то и в контрольных пчелиных рамках с медом также в середине сота должны быть установлены только три проволочки. В пространство первого корпуса модернизированного улья установлены все 10 рамок без меда. После подключения устройства для контроля количества меда в улье проводят установку нуля с помощью устройства установки нуля 6. На измерительном приборе (вольтметр, желательно цифровой) 7 устанавливают "Нуль". Затем из улья вынимается одна пустая рамка, вместо нее вставляется рамка с медом N 1 массой в 4 кг, при этом на выходе прибора получено напряжение U = 0,61 В. Потом из улья была изъята вторая рамка и вместо нее была установлена рамка с медом N 2 с массой в 3,4 кг, на выходе прибора получено напряжение U = 0,96 В. После этого была изъята третья пустая рамка и вместо нее была установлена рамка с медом N 3 массой в 3,6 кг, на выходе прибора наблюдалось напряжение U = 1,57 В. Затем изъяли четвертую пустую рамку и вместо нее установили пчелиную рамку с медом N 4 массой в 3 кг, измерительный прибор показал напряжение U = 2,44 В. Затем изъяли пятую пустую рамку и вместо нее установили пчелиную рамку с медом N 5 массой 3,2 кг, измерительный прибор показал напряжение 2,56 В.

По полученным показаниям измерительного прибора 7 построен график зависимости выходного напряжения от массы меда в ульевых рамках (фиг. 3). Видна монотонная зависимость напряжения от массы меда. Заменив все пустые рамки рамками с медом, можно получить таблицу соответствия или построить полный тарировочный график для данного корпуса улья, по которому можно проградуировать измерительный прибор 7. Тарировочные графики (таблицы соответствия) для ульев разной конструкции будут отличаться друг от друга, поэтому для применения одного и того же устройства для определения количества меда для каждого улья необходимо получить свою градуировочную характеристику.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для контроля количества меда в улье позволит контролировать количество меда без применения весов. Несущественная модернизация корпусов ульев позволит с помощью портативного простого дешевого прибора контролировать количество меда в каждом корпусе улья, что существенно снизит трудозатраты на пасеке, так как в настоящее время для определения количества меда в улье перед зимовкой требуется разборка пчелиной семьи и осмотр каждой рамки. Поскольку каждый улей имеет индивидуальный вес, применить весы на каждый улей затруднительно, поэтому контроль веса без разборки гнезд с помощью одних весов на крупной пасеке весьма трудоемок. Применение весов для контроля количества меда, приносимого во время взятка отдельно взятой средней силы пчелиной семьей, позволяет оценивать только приблизительно количество меда, приносимое всеми ульями пасеки. Неравномерное заполнение медом ульев, а также отсутствие индивидуального контроля привеса меда не позволяет планировать отбор меда от наиболее сильных пчелосемей. В итоге мед из всех ульев пасеки отбирается одновременно, что влияет на его качество, поскольку в отстающих пчелосемьях мед еще недостаточно созрел, и эти пчелосемьи затрачивают значительные усилия на ликвидацию подтеков меда и наведению порядка в улье. Это отвлекает их от работы во взятке, который в этот день может быть значительным. Пчеловод может недобрать определенное количество меда.

Формула изобретения

1. Способ контроля количества меда в улье, заключающийся в том, что на внутренних стенках улья устанавливают проводящие пластины и проводят измерение электрической емкости ульевого пространства без меда, затем проводят измерение электрической емкости ульевого пространства с медом, разностное значение электрической емкости сопоставляют с массой меда, определенной дополнительно с помощью весов, по результатам измерений составляют таблицу соответствия, в которой каждому значению изменения емкости ульевого пространства соответствует масса меда в улье.

2. Способ контроля количества меда в улье по п.1, отличающийся тем, что из проводящих пластин на противоположных стенках улья образуют две емкости и измеряют их отношение.

3. Устройство для контроля количества меда в улье, содержащее емкостной преобразователь, при этом емкостной преобразователь образуется двумя установленными на внутренних боковых стенках улья проводящими пластинами, при этом каждая пластина изолирована друг от друга, противоположные пластины соединяются экранированным проводником между собой и с выходом генератора, две другие пластины соединены каждая отдельно экранированными проводниками соответственно с входом усилителя и выходом усилителя, емкостной преобразователь и усилитель образуют инвертирующий усилитель, выход которого соединен с входом устройства выпрямления, а выход устройства выпрямления соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом устройства для установки нуля, выход дифференциального усилителя соединен с входом измерительного прибора, экраны проводников заземляются, шины устройства установки нуля и шины питания усилителей соединены с выходами блока питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3