СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЗЕРНА ИЛИ КОМБИКОРМА В СИЛОСАХ Российский патент 1997 года по МПК G01F23/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании систем контроля уровня и температуры зерна или комбикорма, хранящихся в силосах элеваторов.

Известны способы и устройства для измерения уровня сыпучих сред, хранящихся в изолированных резервуарах, основанные на размещении в них датчиков давления, поплавков, термочувствительных элементов и т.п. а также и бесконтактные способы и устройства, основанные на направленном зондировании поверхности вещества различного вида колебаниями, например, акустическими, СВЧ с последующим измерением параметров отраженных от поверхности вещества волн.

В частности, известен бесконтактный радиоволновый способ измерения уровня поверхности сред, сведения о котором даны в описании к а.с. N 1642250, кл. G 01 F 23/28, 1980, в соответствии с которым осуществляется направленное зондирование контролируемой поверхности частотно-модулированными волнами СВЧ-диапазона, прием отраженных волн, их смешивание с зондирующими волнами и определение частоты биений результирующего сигнала, при этом осуществляется задержка сигналов биений, и в каждом цикле частотной модуляции вычисляют автокорреляционную функцию сигнала биений на временном интервале, увеличении частоты зондирующего и отраженного сигналов при времени задержки, изменяющемся от заданного минимального значения до момента получения нулевого значения автокорреляционной функции. По времени задержки вычисляют уровень залегания продукта до источника измерения.

Недостатками рассмотренного способа являются сложность и ограниченные возможности применения, т. к. он, во-первых, неэффективен при измерениях в резервуарах большой (25 30 м) высоты при значительной запыленности воздушного слоя, во-вторых, он не позволяет одновременно с измерением уровня измерить и температуру.

Известен также способ измерения уровня жидкости, рассмотренный в описании к авт. св. N 168911, кл. G 01 F 23/00, 1963, основанный на определении резонансной частоты генерируемых колебаний, зависящей от уровня залегания измеряемой среды.

Второму аналогу присущ тот же технический недостаток, что и первому.

Наиболее близким по сущности и техническому результату к предлагаемому способу является способ, осуществленный устройством для контроля уровня высокотемпературных сыпучих сред, рассмотренный в описании к авт. св. N 794384, кл. G 01 F 23/22, 1978.

Сущность этого технического решения состоит в том, что для измерения уровня высокотемпературных сыпучих сред в контролируемых точках резервуара с продуктом размещают термочувствительные элементы, с помощью которых измеряют температуру на горизонтах резервуара, последовательно сравнивают значения температуры в двух смежных точках и по полученным результатам определяют уровень залегания вещества в резервуаре.

Способ решает задачу одновременного измерения температуры и уровня высокотемпературного сыпучего вещества в резервуаре по показаниям установленных в нем термочувствительных элементов, однако, как это следует и из названия объекта, он применим только для измерения уровня высокотемпературных сыпучих сред, дающих значительный перепад температур на границе среда-воздух.

В то же время в реальных условиях эксплуатации силосов (при различных климатических условиях, различной первичной температуре продукта, различных термических процессах в продукте, связанных с влажностью и другими факторами, различной длительности хранения продукта), перепад температур на границе раздела среда-воздух может быть не только очень малым, но и иметь разный знак.

В этом случае известное техническое решение либо вообще не обеспечивает решение задачи измерения уровня, либо решает ее, но с существенными ошибками.

Кроме того, разброс в показаниях термочувствительных элементов вызывает погрешность при определении разности температур между смежными точками, что ухудшает достоверность измерения уровня при небольших перепадах температуры.

Указанные недостатки существенно снижены в предлагаемом способе измерения уровня.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в способе измерения уровня, основанном на измерении с помощью термочувствительных элементов температуры в n контрольных точках силосах, равномерно распределенных по вертикали, и определении разности температур в смежных точках Δi = t_i-t_i+1,, i 1-(n-1), предварительно производят одноразовое определение и запоминание разностей показаний смежных термочувствительных элементов при температуре Т, одинаковой для всех термочувствительных элементов,
ΔTi

= tTi-tTi+1,
а перед каждым измерением уровня определяют разность температур между первой, расположенной непосредственно под сводом силоса, и последней точками Δ_1,n= t₁-t_n, а также разность температур между наружным воздухом и последней точкой Δ_0,n= t_o-t_n, сравнивают модули полученных значений с пороговым значением δ₁ и при продолжают процесс измерения, а при и в воздушное пространство силоса нагнетают наружный воздух, корректируют значение каждой разности температур
ΔKi = Δ_i-ΔTi,
сравнивают значения модулей последовательно сверху вниз с пороговым значением δ₂, фиксируют значение ΔKj в момент первого превышения ею порога, а также последующее значение ΔKj+1, сравнивают их между собой по правилу "больше", "меньше" и определяют уровень продуктов по формуле
,
где Dh расстояние между смежными контрольными точками.

Благодаря одноразовой предварительной тарировке показаний термочувствительных элементов и использованию их для корректировки последующих текущих значений разности учитывается разброс показаний термочувствительных элементов и, следовательно, повышается точность измерения. Благодаря предварительному измерению разностей температуры между верхней, находящейся в воздушном столбе над продуктом точке, и нижней, находящейся в продукте, точке и сравнению этой разности с выбранным порогом проверяются условия получения достоверного измерения.

При невыполнении этого условия оно создается искусственно путем принудительного нагнетания наружного воздуха в верхнюю полость силоса.

Переход к абсолютным значениям разностей обеспечивает возможность определять уровень не только в случаях, когда температура продукта выше температуры воздушного столба в силосе, но и в случаях, когда она ниже. Все это в совокупности обеспечивает повышение как достоверности, так и точности измерения уровня.

Теоретически максимальная ошибка измерения уровня по предлагаемому способу оценивается как половина расстояния между смежными контрольными точками.

Так, например, при использовании термоподвески Воронежского ВЦКБ "Полюс", имеющей при общей длине 28 метров двенадцать термочувствительных элементов, ошибка измерения не превышает одного метра.

Учет соотношений значений первых двух разностей температур, превышающих порог, позволяет уточнить расположение границы двух сред относительно контрольных точек и тем самым повысить точность измерения.

Осуществимость предлагаемого способа иллюстрируется чертежом, на котором обозначены:
1-1_n термочувствительные элементы, размещенные в силосе (ТЧЭ_1-n);
наружный термочувствительный элемент (НТЧЭ);
3 блок коммутации и преобразования сигналов термочувствительных элементов;
4 блок вычисления;
Термочувствительные элементы 1₁-1_n (ТЧЭ) равномерно с постоянным шагом Δh размещены по вертикали в силосе. Термочувствительный элемент 2 устанавливается вне силоса и предназначен для измерения температуры наружного воздуха.

В качестве термочувствительных элементов 1₁-1_n 2 могут быть использованы серийно выпускаемые датчики температуры. Для получения более достоверных и точных измерений желательно использовать датчики с более высокой чувствительностью.

Блок 3 коммутации к преобразованию предназначен для поочередного опроса термочувствительных элементов 1₁-1_n и 2 в соответствии с программой, записанной в блоке 4, преобразования входных аналоговых сигналов в цифровую форму и выдачи кодов в блок 4.

Блок 4 осуществляет в соответствии с заложенным алгоритмом обработки определение текущих разностей Δi, корректировку их значений по результатам предварительной тарировки, сравнение с порогами и вычисление уровня продукта по приведенному в описании математическому выражению. Блок 4 также при соответствующих условиях формирует команду на включение вентилятора для нагнетания наружного воздуха в силос.

Блок 4 может быть реализован на базе серийно выпускаемых микропроцессоров.

Технический результат от реализации способа состоит в достижении более высоких точности и достоверности измерения.

Кроме того, одним из достоинств данного способа является то, что для его реализации не требуется специально устанавливать в силосах дополнительные датчики, т. к. могут быть использованы датчики температуры, которыми уже оснащены силоса.

Использование: в системах контроля температуры и уровня продуктов, хранящихся в изолированных резервуарах. Сущность изобретения: осуществляют одноразовую предварительную тарировку показаний термочувствительных элементов. Используют эти показания для корректировки последующих текущих значений разности. При этом учитывается разброс показаний термочувствительных элементов. Предварительное измерение разностей температур осуществляется между верхней, находящейся в воздушном столбе над продуктом, точкой и нижней, находящейся в продукте, точкой. Эта разность сравнивается с выбранным порогом для проверки условия получения достоверного измерения. 1 ил.

Способ измерения уровня зерна или комбикорма в силосах, основанный на измерении с помощью термочувствительных элементов температуры в n контрольных точках силоса, которые равномерно распределяют по вертикали, и определении разности температур в смежных точках Δi = t_i- t_i+1, i 1 ^oC (n 1), отличающийся тем, что предварительно производят одноразовое определение и запоминание разностей показаний смежных термочувствительных элементов при температуре T, одинаковой для всех термочувствительных элементов ΔTi

= tTi - tTi+1, а перед каждым измерением уровня определяют разность температур между первой и последней контрольными точками Δ_1,n= t₁- t_n, причем первую точку располагают непосредственно под сводом силоса, а также разность температур между наружным воздухом и последней точкой Δ_0,n= t_o- t_n, сравнивают модули полученных значений с пороговым значением δ₁ и при продолжают процесс измерения, а при в воздушное пространство силоса нагнетают наружный воздух, корректируют значение каждой разности показаний ΔKi = Δ_i-ΔTi, сравнивают значение модулей последовательно сверху вниз с пороговым значением δ₂, фиксируют значение ΔKj в момент первого превышения ею порога, а также последующее значение ΔKj+1, сравнивают их между собой по модулю по правилу "больше", "меньше" и определяют уровень продукта по формуле

где Dh расстояние между смежными контрольными точками.