Способ определения массы сыпучего материала в емкости и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01G9/00 

01

to

о

00

сл

Изобретение относится к измери- | тельной технике и может быть использовано для измерения массы сыпучего материала, например цемента в емкостях на складах заводов железобетонных изделий.

Целью изобретения является повышение точности измерения массы сыпучего материала в емкости.IQ

Способ осуществляют следующим об- разом.

Весь объем материала в емкости условно разбивают на ряд горизонтальных слоев, 8 каждом слое, начиная с 5 первого у дна емкости и до последнего, граничащего с воздухом, осуществляют с помощью излучателя СВЧ-коле- баний круговое облучение материала потоком СВЧ-излучения, при этом.ре- 20 гистрируют рассеянные на частицах материала СВЧ-колебания, определяют среднюю плотность и массу каждого слоя, далее, суммируя последовательно измеренные массы всех горизонтальных 25 слоев, определяют массу материала в емкости.

В соответствии со способом масса материала в емкости определяется из выражения и30

м S 1 h р ,

где S - площадь поперечного сечения емкости;

h - высота отдельного слоя материала;

р - средняя плотность материала в отдельном слое.

N

При этом 21 Ь1 Н, где Н - вы- .

: 1

сота емкости. Выбором количества слоее N достигается допустимая погрешность измерения массы материала в емкости.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для определения массы цемента в емкости; на фиг.2 - функциональная схема СВЧ-датчика плотности.

Устройство содержит в центре емкости вдоль ее вертикальной оси радиопрозрачную трубу 1, внутри которой соосно размещен измерительный эле- . мент, представляющий собой многосту35

45

- 55

пенчатыи герметизированный полый те

лескопический шток 2. В верхней части устройства расположен узел 3 пошагового подъема и кругового перемещения

IQ

520 25

30

- .

й35

45

55

и

штока, соединенный через зубчатую передачу с верхней ступенью штока 2 и через гибкий элемент 5 с нижней подвижной ступенью штока 2.

Узел пошагового подъема и кругового перемещения штока 3 состоит из мерного барабана 6, редуктора 7 и электродвигателя 8.

Гибкий элемент 5 представляет собой, например, тонкий стальной трос, который проходит по внутренним полостям штока 2 и выходит к мерному барабану 6, ось барабана 6 соединена с одним из выходных валов редуктора 7, второй выходной вал редуктора 7 через зубчатую передачу 4 соединен с основанием телескопического штока 2. Входной вал редуктора 7 соединен с валом электродвигателя 8.

Для управления электродвигателем 8 предусмотрен блок 9 программного управления, а для обработки информации и вычислений - блок 10 обработки информации, причем первый вход блока 10 обработки информации соединен с первым выходом блока 9 программного управления, первый выход блока 10 соединен с входом блока 9, второй выход блока 10 подключен к цифровому индикатору 11 массы материала в емкости, а выход блока 9 программного управления соединен с электродвигателем 8. .

На нижней подвижной ступени штока 2 жестко закреплен СВЧ-датчик 12 плотности сыпучего материала, включающий СВЧ-генератор 13 электромагнитных колебаний фиксированной частоты, циркулятор 1, приемопередающую рупорную антенну 15, детектор 1б и усилитель 17. СВЧ-генератор 13 подключен к первому входу циркулятора И, к второму входу которого подключена приемопередающая антенна 15, к выходу циркулятора подключен вход детектора 1б, выход которого соединен с усилителем 17 а выход усилителя подключен к второму входу блока 10 обработки информации.

СВЧ-датчик содержит СВЧ-генератор электромагнитных колебаний фиксированной частоты, подключенный к первому входу циркулятора, к второму входу которого подключена приемопередающая рупорная антенна, а к выходу - последовательно соединенные детектор и усилитель, причем ширина диаграммы направленности антенны в

оертикальнои ппоскосги не препышает величину h/R, где R - минимальное расстояние между антенной и стенкой емкости.

Устройство работает следующим образом.

Определение массы сыпучего материала, например цемента, в емкости начинается с нижнего слоя у дна при полностью опущенном телескопическом штоке 2. Измерение средней плотности горизонтального слоя материала осуществляют при повороте рупорной антенны 15 датчика 12 плотности вокруг вертикальной оси на ЗбО. Поворот датчика 12 плотности реализует узел пошагового подъема и кругового перемещения штока. Измерение осуществляется на основе принципа рассеивания энергии СВЧ-излучения датчика 12 плотности частицами сыпучего материала. При этом генератор 13 датчика 12 плотности генерирует СВЧ-колеба- ния длиной 8 мм, эти колебания подаются на один вход циркулятора I , с другого входа циркулятора 1 СВЧ-ко- лебания подают на приемопередающую рупорную антенну 15, СВЧ-колебания излучаются антенной через радиопрозрачную трубу 1 в контролируемый слой цемента. Пройдя слой цемента в секторе диаграммы направленности, волна СВЧ-колебаний отражается или от металлической стенки емкости, или от железобетонной стенки, густо армированной стальной арматурой. Часть энергии излучаемой волны возвращаетс к антенне, другая часть энергии рассеивается на частицах цемента. Рассеиваемая энергия СВЧ-излучения пропорциональна средней плотнорти цемента в объеме диаграммы направленности.

Принятый антенной 15 отраженный сигнал СВЧ-колебаний через циркуля- тор 1 направляют на вход детектора 1б, ас выхода детектора 16 - на вхо усилителя 17, с выхода усилителя 17 на вход блока 10 обработки информации, где вычисляется средняя плотность слоя, умножается на постоянный коэффициент, соответствующий объему слоя, и вычисляется масса слоя цемента .

Статическая характеристика датчик плотности представляет зависимость выходного напряжения усилителя 17 от средней плотности цемента в объеме

10

15

20

20351

диаграммы направленности антенны 15. После поворота рупорной антенны 15 датчика 12 плотности на ЗбО и завер- шения измерения массы слоя происходит подъем датчика плотности 12 на высоту h следующего слоя. Далее цикл измерения массы слоя повторяется.

Подъем рупорной антенны 15 датчика 12 плотности реализуют при помощи узла 3 пошагового подъема и кругового перемещения штока. Подъем осуществляют через гибкий трос 5 наматыванием его на барабан 6, который приводится во вращение редуктором 7, а редуктор приводится в движение от электродвигателя 8. Поворот рупорной антенны 15 датчика 12 плотности производят через телескопический шток 2, зубчатую передачу k, редуктор 7 и электродвигатель 8.

Программу пошагового подъема и кругового перемещения датчика 12 плотности формирует блок 9 программного управления, причем команду на очередной подъем и поворот выдает блоку 9 блок 10 обработки информации после завершения цикла измерения массы цемента в предыдущем слое.

Блок 9 программного управления выдает команду блоку 10 обработки информации на начало цикла измерения после того, как датчик 12 плотности поднят на один шаг (слой). Суммирование массы слоев цемента осуществляют в блоке 10 обработки информации до тех пор, пока результат измерения массы последнего слоя не станет равным нулю. После этого цикл измерения завершают, результат измерения массы цемента в емкости индицируется на цифровом индикаторе П, а шток 12 возвращают в исходное положение для измерения. .

25

30

35

40

Формула изобретения

1. Способ определения массы сыпучего материала в емкости, заключающийся в том, что измеряют уровень сыпучего материала, вычисляют его объем и массу по известным значениям площади поперечного сечения емкости и средней насыпной плотности сыпучего материала, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения массы, осуществляют с помощью излучателя СВЧ-колебаний послойное круговое облучение материала s горизонУальной плоскости последовательно, начиная с нижнего слоя у дна емкости дб верхнего слоя сыпучего материала, при этом высота слоя h равна уровню материала Н, деленному на число слоев N, одновременно внутри каждого слоя регистрируют СВЧ-колебания, рассеянные на частицах материала, по их интенсивности определяют среднюю насыпную плотност и вычисляют массу каждого слоя, массу материала в .емкости определяют как сумму последовательно измеренных масс всех слоев.

2. Устройство для определения массы сыпучего материала в емкости, содержащее измерительный элемент, связанный с индикатором, отличающееся тем, что, с целью повыше- ния точности измерения массы сыпучего материала, в него введен СВЧ- датчик плотности, герметизированный телескопический шток в качестве измерительного элемента, жестко связан ный своей нижней ступенью с СВЧ-дат- чиком плотности, узел пошагового подъема и кругового перемещения штока связанный через гибкий элемент с нижней ступенью штока, а зубчатой передачей - с верхней ступенью, блок обработки информации, причем блок обработки информации одним входом подключен к СВЧ-датчику плотности, вторым - к блоку программного улравления, один его выход подключен к цифровому индикатору массы материала в емкости,. другой - к блоку программного управления, выход которого соединен с узлом пошагового подъема и кругового перемещения штоки, а измерительный элемент размещен соосно внутри радиопрозрачной трубы, установленной вертикально в центре емкости .

3. Устройство по П.2, о т л и ч а- ю щ е ё с я тем, что узел пошагового подъема и кругового перемещения штока состоит из электродвигателя, редуктора и барабана, вал электродвигателя соединен с входным валом редуктора , один выходной вал редуктора соединен с барабаном, на который намотан гибкий элемент, другой выходной вал через зубчатую передачу соединен с основанием штока.

. Устройство по п,2, отличающее с я тем, что СВЧ-датчик содержит СВЧ-генератор электромагнитных колебаний фиксированной частоты, подключенный к первому входу циркуЛя- тора, к второму входу которого подключена приемо-передающая рупорная антенна, а к выходу - последовательно соединенные детектор и усилитель, причем ширина диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости не превышают величины h/R,

Изобретение относится к массоизмерительной технике и позволяет повысить точность определения массы сыпучего материала в емкости. Осуществляют послойное круговое облучение материала с помощью излучателя СВЧ-колебаний, регистрируют рассеянные на частицах материала СВЧ-колебания, определяют среднюю плотность и массу каждого слоя и далее, суммируя, получают массу материала в емкости. СВЧ-колебания излучаются рупорной антенной датчика 12 плотности, установленного на телескопическом штоке 2, через радиопрозрачную трубу 1 в контролируемый слой сыпучего материала. Поворот датчика 12 плотности реализует узел 4 пошагового подъема и кругового перемещения штока. Пройдя слой материала в секторе диаграммы направленности, волна СВЧ-колебаний отражается от стенки емкости с материалом. Принятый антенной отраженный сигнал через циркулятор, детектор и усилитель подается на блок 10 обработки информации, где вычисляется масса слоя материала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.