طراحي، ساخت و ارزيابي حسگر شدت جريان جرمي كمباين غلات

Design, Development and Evaluation of a Mass Flow Sensor for Grain Combine Harvesters

در سامانه پايش عملكرد محصول غلات، اساسي‌ترين ويژگي محصول در حال برداشت، شدت جريان جرمي دانه تميز شده ورودي به مخزن مي‌باشد. در اين تحقيق، حسگري از نوع ضربه‌اي طراحي، ساخت و ارزيابي شد. ابتدا واسنجي حسگر توسط وزنه‌هاي kg 5/0 تا kg 5/4 با گام‌هاي kg 5/0 انجام و خطي بودن واكنش حسگر به نيروهاي وارده با ضريب همبستگي 99/0 اثبات شد. پس از آن، طبق استاندارد ASABE S578 آزمايش حسگر در سه مرحله 1- در جريان جرمي يكنواخت و ثابت 2- در جريان جرمي غير يكنواخت با تغييرات خطي 3- در جريان جرمي نوساني انجام شد. نتايج نشان داد كه خروجي حسگر ضربه‌اي، تابعي از نرخ جريان گندم (رقم روشن) انتقال يافته است و با افزايش نرخ جريان جرمي، ميزان درصد خطاي حسگر ضربه‌اي كاهش يافت. به طوري كه درصد خطاي محاسبه شده در نرخ‌هاي جريان جرمي 25%، 50%، 75% و 100% ظرفيت (25/4 كيلوگرم در ثانيه) به ترتيب 3/8، 3/6، 2/5 و 9/4 درصد بود. ضريب تبيين بالا (9975/0= R2) بين داده‌هاي تجمعي حسگر ضربه‌اي و مخزن مرجع در نرخ جريان جرمي غير يكنواخت با تغييرات خطي، حاكي از دقت و حساسيت بالاي حسگر ضربه‌اي در سنجش تغييرات جريان جرمي دانه مي‌باشد. درصد خطاي متوسط حسگر ضربه‌اي در نرخ‌هاي جريان جرمي غير يكنواخت، با تغييرات خطي "افزاينده-كاهنده"، "كاهنده- افزاينده" و نوساني به ترتيب 4/7% ، 6/8% و 3/8% به دست آمد.

In grain yield monitoring system, the amount of clean grain mass flow rate to the storage bin is the most important yield property. In this research, an impact-plate type grain mass flow sensor was designed, developed and evaluated. After construction of the impact sensor, it was calibrated by loading the impact plate with static weights ranging from 0.5 to 4.5 kg every 0.5 kg and its linear response to the applied loads was proved with a correlation coefficient of 0.99. Then, grain mass flow measurement tests and data collection were conducted according to the ASABE standard S587, developed for grain mass flow sensors. The tests were conducted in three phases: 1- constant and steady state flow, 2- linear variation of flow, 3- oscillating flow. The results showed that the output of impact plate sensor varies proportionally and linearly with increasing wheat grain (Rowshan cultivar) mass flow rate. The error in prediction of actual flow rate was decreased by increasing the mass flow rate such that the calculated errors at 25%, 50%, 75% and 100% of flow capacity (4.25 kg s-1) were 8.3%, 6.3%, 5.2% and 4.9%, respectively. The high coefficient of determination (R2 = 0.9975) between accumulated mass flow data of impact plate sensor and the reference scale data indicated high accuracy and sensitivity of impact plate sensor in prediction of mass flow variations. The average percent error of impact sensor in variable flow rate in “ramp-up-ramp-down”, “ramp-down-ramp-up” and oscillating flows were 7.4%, 8.6% and 8.3%, respectively.