Устройство контроля газовым обогревом при напольном содержании птицы и сельскохозяйственных животных

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при контроле общего и локального обогрева при напольном содержании птицы и сельскохозяйственных животных обогревателями, состоящими из лучистых и конвективных источников теплоты. Устройство контроля содержит биокалориметр, который связан через блок управления напольным конвективным потоком воздуха в сельскохозяйственном помещении с блоком управления ИК-нагревом излучателя. Биокалориметр выполнен в виде теплового моста в форме фигурного цилиндра из высокотеплопроводного материала, на верхней торцевой части теплового моста установлен датчик теплового потока, а нижняя часть содержит сопряженные с тепловым мостом две телескопические трубки, внешняя из которых жестко зацементирована в пол сельскохозяйственного помещения. Первая термопара в тепловом мосте блока термостатирования соединена с первым входом блока сравнения, второй вход первого блока сравнения соединен через первый исполнительный механизм с реохордом нагревателя большей мощности, установленного под первой термопарой в тепловом мосте, над первой термопарой установлен второй нагреватель малой мощности, над ним под датчиком теплового потока установлена вторая термопара, дифференциально включенная с первой термопарой, выход дифференциальной термопары соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход второго блока сравнения связан со вторым задатчиком, выход второго блока сравнения связан через второй исполнительный механизм с реохордом нагревателя малой мощности, а датчик теплового потока связан с первым входом третьего блока сравнения в блоке управления конвективным потоком. Второй вход третьего блока сравнения соединен с третьим задатчиком, выход с третьего блока сравнения через регистратор связан с первым входом четвертого блока сравнения, второй вход четвертого блока сравнения связан с четвертым задатчиком, а выход третьего блока сравнения связан через третий исполнительный механизм с первым двигателем поворота жалюзей воздушно-вентиляционной системы, одновременно выход третьего задатчика связан через четвертый исполнительный механизм блока управления ИК-нагревом излучателя со вторым двигателем исполнительного механизма перемещения ИК-горелки по вертикали. Это обеспечивает оптимизацию и повышение точности регулирования теплового режима в зоне обитания птицы и сельскохозяйственных животных при напольном их содержании непосредственно в сельскохозяйственном помещении. Повышение точности регулирования достигается путем непосредственного замера и регулирования теплового потока на уровне спинки животного или птицы. 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при контроле общего и локального обогрева при напольном содержании птицы и сельскохозяйственных животных обогревателями, состоящими из лучистых и конвективных источников теплоты.

Техническим результатом использования устройства является оптимальный энергоподвод, точность регулирования требуемого температурного режима в зоне обитания животного или птицы согласно существующим нормам.

Изобретение предназначено для локального обогрева сельскохозяйственного молодняка в условиях обычных ферм, птицефабрик, свинокомплексов, овцекомплексов и т.п. при изменении уровня обогрева системы нестационарного обогрева молодняка при его напольном содержании в первые 40-60 дней развития.

Известны устройства обогрева сельскохозяйственных животных и птицы (а.с. 1604296, кл. А 01 К 29/00, 1987, БИ 42, 1991; а.с. 860018, кл. А 01 К 29/00, 1980, БИ 12, 1991; а.с. 1604296, кл. А 01 К 29/00, 1987, БИ 41, 1990).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее нагреватели, датчики температуры воздуха, вычислительный блок, задатчики температуры и возраста животных, регуляторы, введенные в него блок термостатирования и моделирования температуры живого объекта, содержащий нагреватель, соединенный с исполнительным механизмом выходом блока сравнения, один из входов которого через задатчик конвективного потока соединен с датчиком температуры, а другой вход с блоком сравнения соединен через задатчик с первым выходом таймера-программатора, второй выход таймера-программатора через задатчик и через исполнительный механизм соединен с вентилем-регулятором расхода, третий выход таймера-программатора в блоке управления конвективно-радиационным теплообменом соединен с входом задатчика уровня терморадиации, выходы задатчиков терморадиации и конвекции соединены с входом сумматора, выход которого соединен с блоком сравнения, второй вход блока сравнения соединен в биокалориметре с датчиком теплового потока, а выход блока сравнения связан через исполнительный механизм системы инфракрасного нагрева с электродвигателем привода перемещения ИК-горелки в вертикальном направлении (патент RU 2132610 C1, 1998, БИ 19, 1999).

Недостатками данного устройства обогрева птицы и животных являются: - наличие жидкостной (водяной) системы термостатирования биокалориметра, что существенно удорожает устройство и создает технические трудности при его использовании в птицеводческом или животноводческом помещении; - отсутствие возможности контролировать и регулировать значения лучистых и конвективных потоков на уровне спинки цыпленка или другого сельскохозяйственного животного.

Задачей предлагаемого изобретения является оптимизация и повышение точности регулирования теплового режима в зоне обитания птицы и сельскохозяйственных животных при напольном их содержании непосредственно в сельскохозяйственном помещении. Повышение точности регулирования достигается путем непосредственного замера и регулирования теплового потока на уровне спинки животного или птицы.

В результате использования предлагаемого устройства достигается оптимальный энергоподвод и повышается точность регулирования требуемого температурного режима в зоне обитания животного или птицы согласно существующим нормам.

Вышеуказанный результат достигается тем, что биокалориметр связан через блок управления напольным конвективным потоком воздуха в сельскохозяйственном помещении с блоком управления ИК-нагревом излучателя, при этом биокалориметр выполнен в виде теплового моста в форме фигурного цилиндра из высокотеплопроводного материала, на верхней торцевой части теплового моста установлен датчик теплового потока, а нижняя часть содержит сопряженные с тепловым мостом две телескопические трубки, внешняя из которых жестко зацементирована в пол сельскохозяйственного помещения, внешняя поверхность теплового моста теплоизолирована, первая термопара в тепловом мосте блока термостатирования соединена с первым входом блока сравнения, второй вход первого блока сравнения соединен через первый исполнительный механизм с реохордом нагревателя большей мощности, установленного под первой термопарой в тепловом мосте, над первой термопарой установлен второй нагреватель малой мощности, над ним под датчиком теплового потока установлена вторая термопара, дифференциально включенная с первой термопарой, выход дифференциальной термопары соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход второго блока сравнения связан со вторым задатчиком, выход второго блока сравнения связан через второй исполнительный механизм с реохордом нагревателя малой мощность, а датчик теплового потока связан с первым входом третьего блока сравнения в блоке управления конвективным потоком, второй вход третьего блока сравнения соединен с третьим задатчиком, выход с третьего блока сравнения через регистратор связан с первым входом четвертого блока сравнения, второй вход четвертого блока сравнения связан с четвертым задатчиком, а выход третьего блока сравнения связан через третий исполнительный механизм с первым двигателем поворота жалюзей воздушно-вентиляционной системы, одновременно выход третьего задатчика связан через четвертый исполнительный механизм блока управления ИК-нагревом излучателя с вторым двигателем исполнительного механизма перемещения ИК-горелки по вертикали.

Сущность изобретения поясняется на чертеже.

Устройство контроля газовым обогревом при напольном содержании птицы и с/х животных содержит: - биокалориметр в виде теплового моста 1, выполненного из высокотеплопроводного материала, включающий датчик 5 теплового потока, рубки 6, 7, стопорные винты 8, 9, теплоизоляцию 10, ограждающую сетку 11; - блок 2 термостатирования и моделирования живого объекта в биокалориметре 1, включающий термопару 12, связанную с одним из входов блока сравнения 13, другим входом блока сравнения 13 связанную с задатчиком 14, а выход блока сравнения 13 соединен через исполнительный механизм 15 с реохордом нагревателя 16 большой мощности. Одновременно термопара 12 с термопарой 17 включены дифференциально и составляют дифференциальную термопару 12-17, выход которой соединен с одним из входов блока сравнения 18, а второй вход блока сравнения 18 соединен с задатчиком 19, а выход блока сравнения 18 связан через исполнительный механизм 20 с реохордом нагревателя 21 малой мощности; - блок 3 управления напольным конвективным потоком воздуха в помещении, связанный с датчиком 5 теплового потока блока 1 через один из входов блока сравнения 22, другой вход блока сравнения 22 связан с задатчиком 23, выход блока сравнения 25 соединен с задатчиком 26, включающий электропривод с двигателем 28 поворота жалюзей воздушно-вентиляционной системы 29; - блок управления ИК-нагревом 4, связанный с задатчиком 23 блока 3 управления конвективным потоком с входом исполнительного механизма 30, а выход последнего связан с двигателем 31 механизма подъема или опускания ИК-горелки 32.

Предлагаемое устройство регулирования комбинированным обогревом птицы и сельскохозяйственных животных при их напольном содержании, в т.ч. на начальной стадии их развития, обеспечивает: - контроль обогрева в месте нахождения птицы и животных конвективным потоком; - контроль за локальным радиационным обогревом с помощью ИК-излучателей на уровне спинки обогреваемого объекта с учетом его возраста.

Базовым элементом устройства является биокалориметр, выполненный в виде теплового моста 1 с установленным на нем датчиком теплового потока 5 в верхней части, а в нижней части состоящий из телескопических цилиндрических трубок 6, 7. Трубка 7 зацементирована в пол сельскохозяйственного помещения. Т.к. цементная основа пола сельскохозяйственного помещения имеет температуру 5-10^oС, тепловой мост 1 обеспечивает надежный отвод теплоты и тем самым создает возможность моделировать с помощью его подогрева температурный уровень любого живого организма в области датчика теплового потока 5.

Рассмотрим условия работы устройства 1 на примере роста и развития цыплят.

Биокалориметр, выполненный в виде теплового моста 1, имитирует тепловой режим тела цыпленка (животного) путем поддержания во времени изменяющейся в процессе его роста температуры. Это обеспечивается с помощью двух нагревателей 16, 21 и термопар 12 и 17. На датчик 5 имеет место воздействие двух потоков теплоты - конвективного и радиационного. Уровень радиационного потока для птицы определяется нормами РНТП 4-93 или зависимостью:
где τ - время, сут, 0≤τ≤70.

Величина радиационного потока стабильна для заданного типа горелки 32, определяется температурой излучающей поверхности и высотой подвеса горелки.

Плотность конвективного потока определяется колебаниями движущихся потоков воздуха вдоль помещения и определяется разницей между измеренным датчиком 5 на высоте подвеса h горелки 32 и заданным тепловым потоком в задатчике 26. При этом величина оптимального теплового потока для птицы в зависимости от высоты подвеса горелки 15 устанавливается в соответствии с нормами РНТП 4-93 для птицы, т.е.

q_р-q_рз=±q_к(τ), (2)
где q_p - радиационный тепловой поток, измеренный датчиком 5;
q_рз - радиационный тепловой поток, установленный в задатчике 23 в соответствии с нормами РНТП 4-93 (соотношение 1);
q_к - конвективный тепловой поток около пола птицеводческого помещения.

Величина q_к(τ) для цыплят регламентируется нормами РНТП 4-93, допустимым уровнем скорости воздуха около пола, определяющей уровень теплообмена цыпленка с окружающей средой - воздухом.

q_к=-0,0048t_возд+0,1977, Вт (3)
где t_возд - температура воздуха, ^oС.

Допустимая температура воздуха в птичнике в соотношении (3) в зависимости от возраста цыпленка меняется в соответствии с нормами РНТП 4-93:
t_возд = 25,975τ^-0,1476,°C (4)
где τ - время, сут, 1≤τ≤9.

Сигнал с датчика 5 теплового моста 2, установленного в птичнике под ИК-горелкой 32 при температуре теплового моста, соответствующей температуре тела цыпленка t_ц в различные периоды его роста:

где τ - время, сут, 1≤τ≤70.

Устройство вводится в работу следующим образом.

Включается ИК-горелка 32 и воздушно-вентиляционная система 29.

В задатчики 14, 19, 23, 26 вводятся:
в 23 - зависимость 1 допустимого радиационного теплового потока для птицы от времени ее роста;
в 26 - зависимость 3 допустимого конвективного потока для птицы от времени ее развития;
в 14 - зависимость 5 температуры цыпленка от времени его роста;
в 19 - постоянный сигнал, соответствующий разнице температур между термопарами 12-17 не выше ±0,001^oС, что исключает дрейф нулевой линии датчика 5 теплового потока в процессе организации обогрева теплового моста 1.

После введения указанных величин включаются электронные блоки 2, 3, 4 устройства 1. При этом сигнал с задатчика 13 через исполнительный механизм 30 и двигатель 31 системы перемещения горелки 32 устанавливает ее на первоначальной высоте. Одновременно в блоке сравнения 25 определяется уровень допустимого конвективного потока по сравнению с заданным задатчиком 26. Далее сигнал из блока сравнения 25 поступает через исполнительный механизм 27 на двигатель открытия жалюзей воздушно-вентиляционной системы 29. После установки в задатчике 14 зависимости температуры цыпленка от времени сигнал с термопары 12 поступает в блок сравнения 13, где сравнивается с заданным и через исполнительный механизм 15 воздействует на реохорд нагревателя 16 большой мощности. Дифференциальная термопара 12-17 при этом подает сигнал в блок сранения 18, кторый сравнивается с сигналом задатчика 19 и подается в исполнительный механизм 20, воздействующий через реохорд на нагреватель 21 малой мощности. Дифференциальная термопара 12-17 и нагреватель 21 малой мощности обеспечивают стабильную нулевую линию при контроле тепловых потоков в датчике 5 тепловых потоков в процессе длительного контроля обогревом меняющейся температуры теплового моста 1, имитирующего изменения температуры тела цыпленка.

С помощью телескопической системы основания теплового моста 1, состоящей из монолитной цилиндрической части и коаксиальных трубок 6 и 7, верхняя поверхность датчика 5 теплового потока устанавливается относительно пола на уровне спинки цыпленка во всех трех периодах его роста: в первый день недели, в первый день второй недели, в период 4-9 недель, что обеспечивает тепловой поток от радиационной ИК-горелки в соответствии с нормами РНТП 4-93. Подъем датчика 5 в указанные периоды осуществляется путем скручивания стопорных винтов 8, 9. После подъема датчика на заданную высоту h этими же винтами тепловой мост 3 жестко закрепляется, т.е. в начале отворачиваются стопорные винты 8 и тепловой мост 1 путем скользящего перемещения трубки 6 относительно трубки 7 поднимается вверх. После подъема стопорные винты 8 заворачиваются и жестко закрепляют тепловой мост на некоторой высоте h₁. При перемещении на другую высоту отворачиваются стопорные винты 9 и производится подъем теплового моста на высоту h₂. При этом нижняя цилиндрическая часть теплового моста 1 скользит по внутренней поверхности трубки 6. На заданной высоте h₂ с помощью стопорных винтов 9 тепловой мост жестко закрепляется.

Формула изобретения

Устройство контроля газовым обогревом при напольном содержании птицы и сельскохозяйственных животных, включающее биокалориметр, связанный с блоком термостатирования, блок управления конвективным потоком, блок управления ИК-нагревом, датчики температуры и теплового потока, отличающееся тем, что биокалориметр связан через блок управления напольным конвективным потоком воздуха, в сельскохозяйственном помещении, с блоком управления ИК-нагрева излучателя, при этом биокалориметр, выполненный в виде теплового моста в форме фигурного цилиндра из высокотеплопроводного материала, на верхней торцевой части теплового моста установлен датчик теплового потока, а нижняя содержит сопряженные с тепловым мостом две телескопические трубки, внешняя из которых жестко зацементирована в пол сельскохозяйственного помещения, внешняя поверхность теплового моста теплоизолирована, первая термопара в тепловом мосте блока термостатирования соединена с первым входом блока сравнения, второй вход первого блока сравнения соединен через исполнительный механизм с реохордом нагревателя большой мощности, установленного под первой термопарой в тепловом мосте, над первой термопарой установлен второй нагреватель малой мощности, над ним под датчиком теплового потока установлена вторая термопара, дифференциально включенная с первой термопарой, выход дифференциальной термопарой соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход второго блока сравнения связан со вторым задатчиком, выход второго блока сравнения связан через второй исполнительный механизм реохордом нагревателя малой мощности, а датчик теплового потока связан с первым входом третьего задатчиком, выход с третьего блока сравнения через регистратор связан с первым входом четвертого блока сравнения, второй вход четвертого блока сравнения связан с четвертым задатчиком, а выход третьего блока сравнения связан через третий исполнительный механизм с первым двигателем поворота жалюзи воздушно-вентиляционной системы, одновременно выход третьего задатчика связан через четвертый исполнительный механизм блока управления ИК-нагревом излучателя со вторым двигателем механизма перемещения ИК-горелки по вертикали.

РИСУНКИ

Рисунок 1