СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ СЫПУЧИХ И ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 1995 года по МПК G01F23/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения уровня сыпучих и жидких веществ в различных отраслях народного хозяйства, например цемента или зерна в силосных башнях, твердых осадков в отстойных аппаратах, а также жидкостей с маломеняющейся вязкостью в емкостях, работающих под давлением и без давления.

Известен способ измерения уровня веществ, заключающийся в периодическом вращении чувствительного элемента от электродвигателя, по изменению тока которого определяют уровень веществ [1]
Недостатками известного способа являются сложность технической реализации и невозможность измерения в емкостях, находящихся под давлением.

Целью изобретения является упрощение технической реализации измерения уровня сыпучих и жидких веществ и расширение области применения.

Цель достигается тем, что измерение уровня проводится с помощью измерительной штанги, гладкой или ребристой в зависимости от измеряемого вещества, введенной в измеряемую емкость на всю высоту, одним концом соединенной через редуктор или без редуктора с электродвигателем, установленным на верху емкости, а об уровне судят по пусковому току электродвигателя.

Из электротехники известно, что вращающий момент М любого электродвигателя переменного тока определяется магнитным потоком Ф статорной обмотки и активной составляющей тока I (Попов В.С. Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. М. Энергия, 1977, с. 262).

М K_м Ф˙ I ˙ cos ϕ, (1) где К_м постоянная, зависящая от конструкции двигателя;
сos ϕ коэффициент активной составляющей тока.

Из формулы (1) мы видим, что вpащающий момент М пропорционален протекающему току I, и наоборот, ток I пропорционален вращающему моменту М.

При пустой емкости пусковой вращающий момент состоит из момента инерции ротора, редуктора и штанги и сопротивления трения в подшипниках и уплотнения штанги с емкостью. Этот пусковой момент является величиной постоянной, так все его компоненты практически не меняются во времени.

Поэтому пусковой ток двигателя при пустой емкости будет минимальным и принимается за ноль уровня. С ростом уровня материала в емкости штанга погружается в материал и к вышеперечисленным сопротивлениям будет добавляться сопротивление трения штанги о материал. Это сопротивление будет тем больше, чем больше штанга погрузится в материал. Следовательно, пусковой момент и пусковой ток будут увеличиваться с ростом уровня материала. При полной загрузке емкости пусковой ток будет максимальным.

Таким образом, мы имеем минимальное значение пускового тока при пустой емкости и максимальное значение пускового тока при полной емкости. Разность этих токов делится на высоту емкости, и мы получаем промежуточные значения приращения пускового тока и, следовательно, промежуточные значения уровня материала в емкости.

На чертеже показан пример технической реализации способа.

В емкость 1 опущена измерительная штанга 2, например стальная труба, соединенная с редуктором 4 через уплотнение 3. Длина стальной трубы равна высоте измеряемого уровня. В зависимости от материала она может быть гладкой или, например для жидкости, ребристой. К редуктору 4 присоединен электродвигатель 5, в одну из питающих фаз которого включен амперметр 6. Электродвигатель 5 включается магнитным пускателем 7 с помощью кнопки 8.

Измерение уровня проводится следующим образом.

При нажатии кнопки 8 включается магнитный пускатель 7 и в цепь статора электродвигателя 5 подается ток. Величина потребляемого тока измеряется амперметром 6. Пока ротор электродвигателя не начал вращаться, величина этого тока имеет максимум. Как только ротор начинает вращаться, значение тока уменьшается. По максимуму тока определяется текущее значение уровня материала в емкости. Зафиксировав максимум тока, кнопка 8 отключается и электродвигатель 5 останавливается, процесс измерения закончен. Шкала амперметра 6 градуируется в единицах уровня или объема.

Особенностью способа является то обстоятельство, что измерение уровня проводится только по мере необходимости, в остальное время схема выключена и не потребляет электроэнергии.

На практике знание уровня в емкости необходимо лишь в двух случаях: перед загрузкой и во время загрузки емкости и перед выгрузкой и во время выгрузки. В этих случаях измерения можно проводить чаще и при желании этот процесс можно автоматизировать.

На чертеже показан вариант закрытой емкости, куда материал может подаваться, например с помощью пневмотранспорта, или, если это жидкость, передавливаться сжатым воздухом. Поэтому применяется уплотнение 3 в месте выхода измерительной штанги 2 из емкости 1. Если емкость открытого типа, то уплотнение не нужно.

Применение редуктора 4 зависит от высоты измеряемого уровня и свойств материала. Если, например, высота уровня большая и материал кусковой, то, чтобы не увеличивать значительно мощность электродвигателя, применяют редуктор. Если высота уровня небольшая, или измеряется уровень жидкости, то редуктор не нужен.

Таким образом, предлагаемый способ измерения уровня сыпучих и жидких веществ позволяет значительно упростить техническую реализацию процесса измерения уровня и, так как в зоне измерения находится только электродвигатель, а электродвигатели выпускаются во взрывозащищенном исполнении, то область применения способа расширяется не только на емкости с давлением и без давления, но и на пожароопасные и взрывоопасные помещения, т.е. диапазон использования практически не ограничен.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа складывается из экономии средств на техническую реализацию, которая в 10-20 раз дешевле существующих электромеханических уровнемеров, и экономии при эксплуатации уровнемеров, так как при данном способе практически нечему ломаться, все элементы уровнемера большую часть времени находятся в нерабочем положении и не потребляют электрической энергии.

Сущность изобретения: чувствительный элемент опускают в измеряемое вещество на максимально возможную глубину и периодически вращают с помощью электродвигателя, в момент включения которого измеряют значение его пускового тока, по которому определяют уровень. 1 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ СЫПУЧИХ И ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ, заключающийся в том, что чувствительный элемент периодически вращают с помощью электродвигателя, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде измерительной штанги и опущен в измеряемое вещество на максимально возможную глубину, а в момент включения электродвигателя измеряют значение его пускового тока, по которому определяют искомое значение уровня.