СПОСОБ СИГНАЛИЗАЦИИ УРОВНЯ ДВИЖУЩИХСЯ СЫПУЧИХ СРЕД Российский патент 1998 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к измерению сигнализации и регулированию уровня жидких и сыпучих сред при различных технологических процессах, связанных с необходимостью движения этих сред в пространстве, их механического перемешивания. Особенно эффективно его применение на производствах промышленных ВВ для сигнализации уровня угленитных бризантитных и других масс в бункерах-ворошителях.

Известны различные способы измерения и сигнализации уровня жидких и сыпучих сред, в том числе движущихся в пространстве или подвергающихся перемешиванию. К ним относятся радиоизотопный, ультразвуковые, высокочастотный, электромагнитный, индуктивный, емкостной, комплексно-кондуктометрический и другие способы Иордан Г.Г., Курносов Н.М., Богомолов Ю.А., Козлов М.Г. Методы и приборы измерения уровня. Приборы и системы управления. - 1975.- N 7.- C. 17). Перечисленные способы относятся к классу так называемых волновых способов измерения, при которых в качестве информации о величине параметра используется результат взаимодействия электромагнитных или механических колебаний с измеряемой средой.

Недостатком всех названых способов при их использовании на потенциально опасных производствах, например, на производствах промышленных ВВ, является применение для их практической реализации оборудования с очень высокой надежностью во взрыво- и пожаробезопасном исполнении. Это обстоятельство обусловлено необходимостью генерации излучения и последующего приема специальных зондирующих сигналов электромагнитных или механических колебаний, взаимодействующих с измеряемой средой, что требует использования в указанном оборудовании токонесущих цепей, находящихся под достаточно высоким напряжением.

Перечисленные способы измерения и сигнализации уровня применимы как для жидких, так и для сыпучих сред Бобровников Г.Н., Катков А.Г., Методы измерения уровня. -М.: Машиностроение, 1977, с.153, 163). В тоже время целый ряд обстоятельств делает задачу измерения и сигнализации уровня сыпучих сред более сложной, чем измерения и сигнализации уровня жидких сред. В частности, к таким обстоятельствам относятся налипание сыпучей среды на поверхность чувствительного элемента и сложность его конструкции, а также необходимость возбуждения специальных зондирующих механических или электромагнитных колебаний в бункерах-ворошителях сыпучих сред. Существует также группа специфических способов измерения и сигнализации уровня сыпучих сред, которые можно объединить в группу механических способов, при которых чувствительный элемент уровнемера или сигнализатора вступает во взаимодействие с сыпучей средой, и при этом фиксируется возрастание нагрузки на указанный чувствительный элемент, совершающий определенное механическое движение, например, вращательное (там же, с.160-163). Этим способам так же, как и ранее упомянутым присущи недостатки, заключающиеся в налипании сыпучей среды на поверхность чувствительного элемента, сложность конструкции чувствительно элемента и необходимость возбуждать механические движения указанного чувствительно элемента относительно сыпучей среды, что создает угрозу надежности и безопасности работы по измерению и сигнализации уровня таких сыпучих сред, как угленитные и бризантитные массы в производстве промышленных ВВ.

Наиболее близким заявляемому техническому решению является акустический способ, при котором в бункере или резервуаре, в которых нужно измерить уровень сыпучей среды, с помощью устройства возбуждения возбуждают и излучают зондирующие акустические сигналы. Затем их принимают чувствительным элементом после взаимодействия со средой, и по изменению их параметров судят об уровне сыпучей среды (Германия, OS 4234300, кл. 5 G 01 F 23/28, G 01 D 5/48, G 01 F 25/00, G 01 S 15/88, 940414 N 15; Способ измерения уровня - ближайший аналог).

Недостатком упомянутого ближайшего аналога, как и ранее указанных аналогов, является необходимость принятия специальных мер по обеспечению надежности и безопасности оборудования, реализующего этот способ измерения и сигнализации уровня таких сыпучих сред, как угленитные и бризантитные в производстве промышленных ВВ, что усложняет такое оборудование и делает его более дорогостоящим. Необходимость принятия мер по обеспечению надежности и безопасности оборудования, реализующего способ, принятый за ближайший аналог, обусловлена наличием устройства возбуждения в бункере или резервуаре специального зондирующего акустического сигнала, причем это устройство имеет токонесущие цепи, находящиеся под сравнительно высоким напряжением.

Задачей заявляемого способа является обеспечение простоты, надежности и безопасности сигнализации уровня движущихся потенциально опасных сыпучих сред при одновременном упрощении и удешевлении оборудования, реализующего способ.

Задача решается тем, что в способе измерения уровня сыпучих сред, включающем использование чувствительно элемента и регистрацию им параметров сигналов акустического поля в бункерах или резервуарах, где находится движущаяся сыпучая среда, используют сигналы, генерируемые самой движущейся средой и воспринимаемые чувствительным элементом в момент его физического контакта с этой средой. В качестве чувствительного элемента при этом используют пьезоэлектрический датчик, например, типа гидрофона, подключаемый длинным кабелем к усилителю с пороговым устройством. Отсутствие токонесущих цепей при предложенном способе сигнализации уровня сыпучих сред, находящихся под сравнительно высоким напряжением, исключает необходимость принятия специальных мер по обеспечению надежности и безопасности оборудования, реализующего предложенный способ, что существенно упрощает его.

Заявляемый способ отличается от ближайшего аналога тем, что используют акустические сигналы, генерируемые самой движущейся сыпучей средой. Применение в способе чувствительного элемента, позволяющего регистрировать интенсивность акустических сигналов, генерируемых самой движущейся средой, в момент его непосредственного контакта с этой средой вместо генерации излучения и приема специальных зондирующих акустических сигналов, взаимодействующих с этой средой, позволяет обеспечить простоту, надежность и безопасность способа. Следовательно, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

При изучении известного уровня техники не было выявлено предписываемых изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от ближайшего аналога признаками, на достижение простоты, надежности и безопасности сигнализации уровня движущихся сыпучих сред. Таким образом, заявляемое техническое решение имеет изобретательский уровень. Кроме того, данное техническое решение исключает влияние на рабочие характеристики чувствительного элемента налипания сыпучей среды.

Способ используют следующим образом. Чувствительный элемент в виде пьезоэлектрического датчика с круговой диаграммой направленности, имеющий амплитудно-частотную характеристику, совпадающую с частотным спектром акустических сигналов, генерируемых движущейся сыпучей средой, размещают на жесткой штанге в бункере или резервуаре на уровне, о достижении которого этой средой необходимо сигнализировать. Чувствительный элемент подключают с помощью длинного кабеля или экранированного проводника к усилителю с релейным устройством на выходе. При засыпке сыпучей средой бункера или резервуара до уровня размещения чувствительного элемента и ее постоянном перемешивании последняя вступает в физический контакт с чувствительным элементом, что приводит к возникновению в чувствительном элементе маломощного электрического сигнала. Этот сигнал далее усиливается усилителем и поступает на релейное устройство, которое срабатывает при наличии этого сигнала и подает команду на прекращение засыпки сыпучей среды в бункер или резервуар. При необходимости в бункере или резервуаре может быть установлен второй чувствительный элемент, сигнализирующий об уменьшении уровня сыпучей среды до величины, при которой необходима подача команды на засыпку этой среды.

На чертеже приведены экспериментальные спектрограммы акустических сигналов, генерируемых угленитной сыпучей средой, перемешиваемой в бункере-ворошителе. По вертикали отложена амплитуда акустических сигналов, поступающих на чувствительный элемент в относительных единицах U; по горизонтали отложена частота акустических сигналов. При этом кривая 1 соответствует случаю отсутствия физического контакта перемешиваемой массы с чувствительным элементом, кривые 2 и 3 - случаю наличия такого контакта, причем кривая 2 соответствует случаю движения массы относительно чувствительного элемента со скоростью 2 см/с, кривая 3 - со скоростью 5 см/с. Отношение сигнал/шум достигало при испытаниях не менее 100 в полосе частот 1-20 кГц. В качестве чувствительно элемента использовался пьезоэлектрический гидрофон типа 8103 фирмы Брюль и Кьер.

Предложенный способ сигнализации уровня движущихся сыпучих сред в сравнении с аналогами и ближайшим аналогом чрезвычайно прост в практической реализации, надежен и безопасен. Все материалы для его реализации выпускаются отечественной промышленностью и не являются дефицитными. Проведена проверка на макете бункера-ворошителя. Особенно он эффективен для сигнализации уровня угленитных и бризантитных сыпучих сред в производстве промышленных ВВ, где в настоящее время применяются радиоизотопные сигнализаторы уровня, создающие экологическую угрозу окружающей среде, менее надежные и безопасные, и более дорогие.

Способ может быть использован на производстве промышленных взрывчатых веществ для сигнализации уровня различных сред в бункерах-ворошителях. Регистрируют сигналы, генерируемые движущейся средой и воспринимаемые чувствительным элементом в момент его физического контакта с этой средой. В качестве чувствительного элемента используют пьезоэлектрический датчик с круговой диаграммой направленности. Повышается надежность и безопасность сигнализации уровня опасных сыпучих сред. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ сигнализации уровня движущихся сыпучих сред, включающий регистрацию изменений акустического поля в бункерах или резервуарах чувствительным элементом, отличающийся тем, что в качестве сигналов акустического поля используют сигналы, генерируемые самой движущейся средой и воспринимаемые чувствительным элементом в момент его физического контакта с этой средой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве чувствительного элемента применяют пьезоэлектрический датчик с круговой диаграммой направленности типа гидрофона с амплитудно-частотной характеристикой чувствительности, адекватной спектру акустических сигналов среды.