УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗВЕШИВАНИЯ НЕПРЕРЫВНО ТЕКУЩЕГО ГРАНУЛИРОВАННОГО ИЛИ ПОРОШКООБРАЗНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1998 года по МПК G01G11/04 

Изобретение относится к устройству для взвешивания непрерывного потока гранулированного или порошкообразного материала, свободно текущего под действием силы тяжести.

Известно устройство (патентная заявка WO 89/11082), содержащее наклонную пластину, по которой скользит материал, при этом весовое количество материала, присутствующего на пластине в каждый момент времени, регистрируется по силе, оказываемой на пластину. Таким образом, для определения массы расхода используется вес материала, присутствующего на известной длине пластины, в связи с измеренной скоростью потока.

Кроме требования о том, что это измерение скорости должно проводиться с достаточной точностью независимо от толщины слоя текущего материала (и вытекающих из этого различий в радиусе от оси измерительного барабана), необходимым условием правильного функционирования этого устройства является то, чтобы скорость потока на всей пластине определялась только скоростью на выходе. Это обычно не так, ибо когда коэффициент трения меньше или больше тангенса угла наклона пластины относительно горизонтали, то это будет соответственно вызывать ускорение или замедление материала, так что средняя скорость на пластине будет соответствовать меньше или больше измеренной скорости на выходе.

Целью изобретения является создание устройства с помощью которого можно достигнуть более точного измерения массы расхода независимо от изменений различных параметров, снижающих точность ранее известного устройства, упомянутого выше, и эта цель достигается посредством устройства, которое согласно изобретению отличается признаками, изложенными в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Известное взвешивающее устройство не учитывает изменения в скорости материала при его скольжении по пластине, во взвешивающем устройстве по данному изобретению в действительности используется изменение скорости от входа к выходу, вызванное трением и наклоном, так как изобретение по существу основывается на измерении распределения материала по пластине в сочетании с измерением силы трения на последней и/или силы, необходимой для отклонения потока текущего материала (такое измерение известно, например, патент США N 4637262, патент Германии N 3410845 и N 3541872). В приведенных ниже примерах со ссылкой на чертежи будет дано объяснение того, как можно использовать результаты этих измерений для получения выражения для массы потока, которое не зависит от неизвестных величин для скорости потока и сопротивления трения.

На фиг. 1 показаны основные принципы изобретения; на фиг. 2 - 5 - четыре различных примерных варианта осуществления устройства согласно изобретению, рассматриваемые для использования при измерении массы расхода зерна (хлебного злака).

Для скольжения с трением по наклонной пластине 1, ограниченной против продольного движения и в поперечном направлении поддерживаемой в своих "точках третей", т.е. в двух точках, разделяющих длину L пластины, как показано, на три равные по длине части L/3, можно доказать, что отношение A/B между силами, приложенными соответственно в верхней и нижней точках 2 и 3 опоры, равно отношению V₂/V₁ между скоростями материала на входе и выходе. Эту зависимость можно доказать на основании обычных уравнений, касающихся движения, причем единственным предварительным условием является то, что коэффициент трения может рассматриваться как постоянная величина по всей длине наклонной пластины 1.

Кроме того, время прохождения по пластине с длиной L(м) равно 2L/(V₁+V₂). Последнее умножается на массу расхода M (кг/с) и ускорение силы тяжести g (м/с²), что дает силу тяжести, создаваемую текущим материалом на пластине. Это опять равно (A+B)/cosα, , где α - угол наклона пластины относительно горизонтали.

При измеренной силе трение F = μ(A+B) ускорение будет
α = g•(sinα-F•cosα/(A+B)) при V22

Две точки взвешивания на наклонной пластине 1 могут быть расположены в других местах, чем в точках третей.

Например, если (фиг. 2), нижняя поперечная опора помещена в средней точке пластины, а не в ее нижней третьей точке, в то время как верхняя опора передвинута к верхнему краю пластины, то тогда прилагаемая сила изменится на A' = (A-B)/3 наверху и B' = (A+ 2B) 2/3 внизу, которые при вводе в уравнение для определения M дадут

Таким образом, заменяя разницу между двумя измерениями A и B на единственное измерение A', ошибки, вызываемые даже небольшими расхождениями между константами двух взвешивающих ячеек, будут устранены в случаях, когда величина (A - B) намного меньше каждой из величин A и B.

Необходимым условием является то, что угол наклона α всегда отличается от угла трения, так как и числитель, и знаменатель приближаются к нулю, когда коэффициент трения приближается к tgα, благодаря чему скорость потока (и, следовательно, толщина слоя материала) становится постоянной.

Поскольку абсолютная величина сил по отношению к данной массе расхода быстро уменьшается с увеличением наклона пластины, вышеупомянутое необходимое условие означает ограничение практической точности этого способа в случаях, когда можно ожидать больших изменений в трении между текущим материалом и пластиной, например, вследствие изменения влажности материала.

В таких случаях можно достигнуть значительного улучшения точности, регулируя угол наклона наклонной пластины в зависимости от коэффициента трения материала, с тем чтобы достигнуть оптимального увеличения скорости от скорости на входе V₁ до скорости на выходе V₂ вместе с вытекающим из этого распределением веса по пластине. Примерный вариант осуществления взвешивающего устройства согласно изобретению, показанный на фиг. 2, вполне пригоден для такого регулирования угла наклона. В этом случае наклонная пластина 1 поддерживается вертикально, в результате чего противодействующие силы A' и B' на пластине, входящие в вышеприведенное уравнение, разлагаются здесь на:
вертикальные силы A″ = A′/cosα и B″ = B′/cosα, обе измеряемые непосредственно по нагрузке на взвешивающие ячейки 4 и 5; и
составляющие в плоскости пластины, т.е. A′tgα и B′tgα, действующие в плоскости пластины под острым углом вверх.

Так как сумма этих составляющих силы превышает силу трения F, то равнодействующая сила в плоскости пластины будет направлена противоположно направлению движения материала и будет равна F″ = (A′+B′)tgα-F , причем последняя измеряется посредством взвешивающей ячейки 6.

Вводя в вышеприведенное выражение для массы расхода M, теперь получим выражение, которое не зависит от угла α , тогда как одновременно устраняются все разностные величины между измеренными силами, а именно

Угол наклона α регулируется посредством регулировочного винта 7, способного удерживать балку 8 в желаемом положении относительно ее точки вращения 9 на неподвижной вертикальной стойке 10, которая вместе с соединительной тягой 11 обеспечивает, что входная пластина 12 параллельна балке 8, а пластина 1 параллельна этой балке.

Для материалов с коэффициентом трения μ в интервале 0,2 < μ < 0,5 постоянный угол α равен приблизительно 45^o часто будет давать приемлемые результаты, а примерный вариант осуществления устройства, показанный на фиг. 3 и приспособленный для измерения горизонтальной составляющей D = F″cosα в сочетании с вертикальной противодействующей силой C = B″-F″sinα, во многих случаях будет более полезным, потому что на практике измерение силы F'' в плоскости пластины может быть труднодостижимым. Вертикальная составляющая силы A'' у верхнего края пластины в этом случае будет оставаться неизменной, и масса расхода определяется уравнением

На фиг. 4 показан другой примерный вариант осуществления взвешивающего устройства согласно изобретению, в котором взвешивания посредством наклонной пластины сочетаются с измерениями отклоняющей силы на, в основном, вертикальной отражательной пластине 13. В этом варианте материал, покидающий наклонную пластину 1, ударяется о заднюю стенку вертикального выхода короба 13, поддерживаемого вертикальными соединительными тягами 14, с тем чтобы на взвешивающую ячейку 15 действовала только горизонтальная отклоняющая сила P.

Пластина 1 поддерживается перпендикулярно ее продольному направлению в точках 2 и 3, в которых силы A и B измеряют взвешивающими ячейками точно таким же образом, как показано на фиг. 1, в то время как в этом случае не требуется измерять продольно приложенную силу, действующую на тягу 16.

На основании двух уравнений для массы расхода

умножение и извлечение корней даст

так что исчезает неизвестная скорость V₂.

Таким образом, в этом варианте осуществления изобретения измерение силы трения F в вышеописанных вариантах заменяется измерением отклоняющей силы P, но в этом случае, дополнительно измеряя силу трения F, можно достигнуть двойной гарантии точности результата, так как комбинированное вычисление, основанное на измерении всех четырех параметров A, B, F и P, даст весьма надежный результат.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 4, наклонную пластину 2 можно также поддерживать в других местах, чем в точках третей, так как они выбраны лишь для упрощения объяснения.

Иногда на практике может оказаться полезным размещение наклонной пластины 1 после отклоняющейся пластины 17 (фиг. 5), которая в этом случае предпочтительно искривлена и имеет вертикальную входную часть и выходную часть в направлении наклонной пластины 1, а также снабжена взвешивающей ячейкой 18 для измерения отклоняющей силы P. В этом случае при вычислении будет использоваться скорость V₁ на входе наклонной пластины 1 вместо скорости на выходе V₂ а масса расхода M может быть определена с использованием вышеприведенного уравнения путем взаимозамены A и B.

Устройство предназначено для взвешивания непрерывного свободно текущего под действием силы тяжести потока гранулированного или порошкообразного материала. В устройстве, содержащем наклонную пластину с силоизмерительными средствами, в котором измеряемый параметр определяется как функция измерений сил, приложенных к наклонной пластине, прямолинейной в направлении скользящего по ней потока текущего материала, пластина поддерживается первыми силоизмерительными средствами на двух различных уровнях, посредством которых измеряются силы, из которых сила тяжести, прилагаемая текущим по пластине материалом на каждом из двух уровней, включает в себя в качестве вычисляемой составляющей силу (А, В), прилагаемую текущим материалом к пластине в вертикальной плоскости и под прямыми углами к направлению потока, и содержит вычислительные средства для вычисления измеряемого параметра в виде массы расхода по силам (А, В), измеренным первыми силоизмерительными средствами, или вычисленными по таким измерениям. Результаты измерений устройством не зависят от изменения скорости потока, плотности и трения материала. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для взвешивания непрерывно текущего гранулированного или порошкообразного материала, содержащее наклонную пластину с силоизмерительными средствами, в котором измеряемый параметр определяется как функция измерений сил, приложенных к наклонной пластине, прямолинейной в направлении скользящего по ней потока текущего материала, отличающееся тем, что пластина поддерживается первыми силоизмерительными средствами на двух различных уровнях, посредством которых измеряются силы, из которых сила тяжести, прилагаемая текущим по пластине материалом на каждом из двух уровней, включает в себя в качестве вычисляемой составляющей силу А, В, прилагаемую текущим материалом к пластине в вертикальной плоскости и под прямыми углами к направлению потока, и содержит вычислительные средства для вычисления измеряемого параметра в виде массы расхода по силам А, В, измеренным первыми силоизмерительными средствами или вычисленными по таким измерениям. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пластина дополнительно поддерживается на двух различных уровнях посредством вторых силоизмерительных средств, измеряющих силу трения F, прилагаемую текущим материалом к пластине, и содержит вычислительное средство для вычисления измеряемого параметра в виде массы расхода по силе трения F, измеренной вторыми силоизмерительными средствами. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что первые силоизмерительные средства адаптированы для измерения противодействующих сил А и В, перпендикулярных к пластине, в точках пластины, разделяющих длину пластины на три равные по длине части, а вычислительные средства выполнены для вычисления массы расхода как

где α - длина пластины;
α - - угол наклона пластины относительно горизонтали;
q - ускорение силы тяжести. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что первые силоизмерительные средства адаптированы для измерения противодействующих сил А', В', А'', В'' соответственно у верхнего края и в середине пластины, вторые силоизмерительные средства установлены для измерения противодействующей силы трения F', F'' в продольном направлении пластины, а вычислительные средства выполнены для вычисления массы расхода как

где L - длина пластины;
α - - угол наклона пластины относительно горизонтали;
q - ускорение силы тяжести. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для первых силоизмерительных средств, адаптированных для измерения противодействующей силы в вертикальной плоскости к пластине, вычислительные средства выполнены для вычисления массы расхода как

где L - длина пластины;
q - ускорение силы тяжести.