Устройство для контроля уровня сыпучего материала Советский патент 1992 года по МПК G01F23/00 

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов, преимущественно в теплоэнергетике, и может быть использовано в устройствах автоматической загрузки бункеров и подобных контей- неров сыпучими материалами, например углем.

Известен механический уровнемер с вращающимися чувствительными элементами, для дискретного измерения уровня сыпучего материала, чувствительный элемент которого представляет собой крыльчатку, установленную горизонтально или вертикально на контролируемом уровне, приводимую во вращение электродвигате- лем через червячную передачу, состоящую из червячного колеса, сидящего на одном валу с крыльчаткой,и червяка, который при вращении перемещается по оси, преодолевая сопротивление пружины, расположенной около червяка, и нажимает на стержень выключателя, размыкающего или замыкающего сигнальную цепь.

Недостатком такого уровнемера является измерение уровня в одной точке.

Известен также уровнемер сыпучих материалов, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде тарированной цепочки, нижний конец которой прикреплен к днищу емкости, а верхний конец свя- зан с показывающим устройством посредством пневмосилового преобразователя, управляемого пневмоцилиндром со штоком, имеющим зажим механически связанный с верхним концом цепочки, а связь верхнего конца цепочки с пневмосиловым преобразователем осуществляется посредством зажима.

Недостатком такого уровнемера является применяемость его для хранилищ, в которых сыпучий материал находится неопределенно долгое время. В расходных бункерах, к которым относятся бункера сырого угля тепловых электростанций, имеет место постоянное истечение материала сверху вниз. При этом происходит захват и увлечение цепи, что создает сильное натяжение цепи (до 1300 кГс) и практически исключает определение уровня по ее весу.

Наиболее близким к изобретению явля- ется прибор для измерения уровня сыпучего материала в контейнере, включающий удлиненную часть, состоящую из множества вращающихся взаимозацепляемых элементов, каждый/из которых свободно вращается под заранее заданным углом относительно соседнего элемента вокруг продольной оси др взаимного зацепления соседних (привыкающих один к другому) элементов, вследствие чего от элемента к

элементу передается крутящий момент, причем элементы выполнены так, что при использовании создают значительное сопротивление вращению вокруг продольной оси за счет взаимодействия с сыпучим материалом. Кроме того, имеется устройство, закрепляющее эту удлиненную часть, причем противоположные ее концы располагаются соответственно выше и ниже измеряемого уровня, устройство, сообщающее вращающий момент верхнему концу удлиненной части, причем вращающий момент имеет достаточную величину для вращения того участка удлиненной части, который расположен выше уровня сыпучего материала, но недостаточную величину для вращения того участка удлиненной части, который взаимодействует с сыпучим материалом, и устройство, измеряющее угол вращения верхнего участка удлиненной части. Прибор включает в себя также приводной двигатель, выходной вал которого соединен через гидромуфту с верхним концом удлиненной части.

Устройство, сообщающее вращающий момент, настраивается на обратное направление после того, как участок удлиненной части над измеряемым.уровнем передаст вращающий момент самому верхнему элементу того участка удлиненной части, который находится ниже измеряемого уровня. Прибор включает в себя устройство, воспроизводящее сигнал, указывающий угловое смещение самой верхней части цепи. Нижний конец цепи закреплен без возможности вращения относительно продольной оси.

Недостатком прототипа является низкая точность, что обусловлено закреплением нижнего конца цепи и подвеской ее вблизи со стенкой бункера. Это увеличивает сопротивление прохождению сыпучего материала через бункер, снижает скорость его истечения и способствует образованию налипаний материала на стенках бункера и, следовательно, при этом снижается достоверность и точность результатов измерений.

Целью изобретения является повышение точности.

Цель достигается тем, что в устройство для контроля сыпучего материала, содержащее чувствительный элемент в виде цепи, звенья которой калиброваны по длине и ymv поворота относительно друг друга, механически соединенный через муфту предельного момента с реверсивным приводом не опоре, и связанный с верхним звеном цеш/ измерительный преобразователь, подключенный к вычислителю-формирователю с первым и вторым усилителями мощности выходы которых соединены с управляющими обмотками двигателя привода, введены нормирующий усилитель, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, индикатор, генератор импульсов, первый и второй элементы памяти, реле времени, два элемента Запрет, два элемента И, при этом «выходу измерительного преобразователя последовательно подключены нормирующий усилитель, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, индикатор, а выход генератора импульсов соединен с установочным входом первого элемента памяти, выход которого подключен к первому запускающему входу реле времени, к первому входу первого элемента И и к входу второго элемента Запрет, выход реле времени подключен к инверсным входам обоих элементов Запрет и к вторым входам обоих элементов И, прямой вход первого элемента Запрет соединен с первым входом второго элемента И, вторым запускающим входом реле времени, выходом второго элемента памяти и сбросом интегратора, выход первого элемента И соединен с установочным входом второго элемента памяти и сбросовым входом первого элемента памяти, выход второго элемента И соединен с входом Сброс второго элемента памяти, выходы элементов Запрет соединены с входами усилителей мощности, а выход первого элемента Запрет подключен к управляющему входу оперативного запоминающего устройства, при этом нижний конец цепи не закреплен, а опора выполнена шарнирной.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство для контроля уровня сыпучего материала содержит чувствительный элемент 1 в виде цепи, выполненной из п звеньев (например, четырех), калиброванных по длине и углу поворота относительно друг друга. Цепь в верхней части емкости (бункера) 2 соединена через муфту предельного момента 3 с валом привода 4, установленного на шарнирной опоре 5. С верхним звеном цепи связан измерительный преобразователь 6. представляющий собой преобразователь Угол поворота - сигнал, выход преобразователя подключен к вычислителю-формирователю 7, содержащему последовательно соединенные нормирующий усилитель 8, интегратор 9, аналого-цифровой преобразователь 10, оперативное запоминающее устройство 11, индикатор 12, а также включает в себя генератор импульсов (задатчик темпа измерений) 13, первый элемент памяти 14, реле времени 15, второй элемент памяти 16, первый и второй логические элементы Запрет 17 и 18, усилители мощности 19 и 20, первый и второй логические элементы И 21 и 22.

Выход генератора импульсов 13 соединен с входом элемента памяти 14, выход которого подключен к первому запускающему входу реле времени 15 и одному из входов элемента И 21 и прямому входу элемента Запрет 17, выход реле времени

0 15 соединен с инверсными входами элементов Запрет 17 и 18 и вторым входом элементов И 21 и 22. Выходы элементов Запрет 17 и 18 подключены к входам усилителей 20 и 19 соответственно, выходы ко5 торых соединены с обмотками управления двигателя привода 4, выход элемента Запрет 18 подключен к управляющему входу оперативного запоминающего устройства 11. Прямой вход элемента Запрет 18 сое0 динен с выходом второго элемента памяти 16, сбросовым входом интегратора 9, вторым запускающим входом,реле времени 15 и первым входом элемента И 22. Выход последнего подключен к сбросовому входу

5 элемента памяти 16, а выход элемента И 21 соединен с запускающим входом элемента памяти 16 и сбросовым входом элемента памяти 14.

Устройство работает следующим обра0 зом.

При поступлении импульса от генератора 13 элемент памяти 14 запоминает его и выдает реле времени 15 запускающий сигнал. Одновременно на выходе элемента

5 Запрет 17 появляется сигнал, который после прохождения через усилитель 20 приводит во вращение вал двигателя 4, например, против часовой стрелки. По истечении определенного времени, продолжительность ко0 торого больше времени, необходимого для полного поворота всех звеньев цепи, на выходе реле времени 15 появляется сигнал, который закрывает элемент Запрет 17 и тем самым останавливает двигатель 4. Од5 повременно на выходе элемента 21 появляется импульс, который переводит в исходное состояние элемент памяти 14 и другое состояние элеме нт памяти 16. В момент, когда оба элемента памяти 14 и 16

0 находились в исходном состоянии, происходит сброс реле времени 15. После изменения состояния элемента 16 реле 15 вновь начинает свою работу. Одновременно с повторным запуском реле 15 происходит

5 сброс интегратора 9 и на выходе элемента Запрет 18 появляется сигнал, который после усиления усилителем 19 приводит во вращение вал двигателя 4 по часовой стрелке. При повороте верхнего звена цепи на калиброванный угол на выходе преобразователя 6 появляется сигнал определенной формы или величины. Этот сигнал, поступая на вход нормирующего усилителя 8, формируется последним в импульсы, длительность которых значительно меньше пауз между ними. Такое формирование сигналов позволяет исключить появление погрешности измерения при возможном повороте на некоторый угол звеньев, находящихся в засыпанном виде. Действительно, приданном построении устройства поворот верхнего звена цепи на один калиброванный угол приводит к появлению на выходе формирователя одного импульса, разделенного от другого импульса паузой. Таким образом, полный поворот звена на один калиброванный угол характеризуется суммой продолжительности паузы и длительности импульса, Нормирующий усилитель 8 вырабатывает импульс при завершении поворота звена на калиброванный угол. Так, если в качестве преобразователя Угол поворота - сигнал принят преобразователь Угол поворота - напряжение, то нормирующий уг.или- тель представляет собой пороговый элемент, на выходе которого появляется сигнал при условии превышения входного сигнала порога срабатывания элемента. Изменяя порог срабатывания,можно регулировать длительность сигнала на выходе элемента и тем самым соотношение продолжительности импульсов и пауз между ними. Поскольку полный поворот звена на калиброванный угол характеризуется суммой продолжительности одной паузы и одного импульса, увеличение паузы приводит к уменьшению влияния возможного проворо- та засыпанных звеньев. Так, если выбрать величину угла поворота одного звена относительно другого 90°, а соотношение длительности паузы к продолжительности импульса двум, то для появления ложного импульса необходимо, чтобы проворот

засыпанных звеньев составлял более

о 60°(90° ту). Формированием длительности

импульсов.достигается достоверность работы устройства в условиях возможного про- ворота засыпанных звеньев цепи на некоторый угол. Импульсы нормирующего усилителя воспринимаются интегратором 9, осуществляющим обратное интегрирование, т.е. чем больше на его вход поступит импульсов, тем меньше величина напряжения на выходе интегратора. Это напряжение преобразуется в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразователя 10, выходной код которого переносится в оперативное запоминающее устройство 11 только в момент завершения вращения вала

двигателя по часовой стрелке. Оперативное запоминающее устройство 11 осуществляет сохранение полученной информации до момента завершения вращения вала двигателя по часовой стрелке при следующем измерении уровня. Записанное в ОЗУ 11 число индицируется индикатором 12. Окончание вращения вала двигателя по часовой стрелке происходит в момент, когда на вы0 ходе реле времени 15 появляется сигнал. В результате этого на выходе элемента Запрет 18 и усилителя 19 сигнал исчезает. Двигатель останавливается. Одновременно на выходе элемента И 22 появляется сигнал,

5 который возвращает элемент памяти 16 в исходное состояние, а последующий - реле времени 15. Цикл контроля уровня на этом завершается и вновь начинается при подаче генератором 13 очередного сигнала.

0 Приведенный алгоритм работы показывает, что привод цепи вращает ее вначале в одну сторону (против часовой стрелки), затем - в другую. Первое вращение необходимо для выборки всех углов поворота цепи,

5 которые могут измениться к моменту начала очередного изменения уровня вследствие прихода в емкость сыпучего материала или его расхода, т.е. первоначальное вращение осуществляет функцию установки нуля.

0 В качестве генератора 13 может быть применено устройство, выдающее сигнал через заданное время. Таковым является, например, таймер.

При выборе частоты следования им5 пульсов генератора необходимо руководствоваться очевидным правилом - период следования импульсов должен быть больше, чем суммарное время вращения цепи по и против часовой стрелки.

0 В качестве усилителей могут быть использованы бесконтактные пускатели.

Интегратор 9 может быть реализован на блоке прецизионного интегрирования. Все остальные элементы достаточно

5 просто реализуются на интегральных микросхемах, реле времени может представлять собой интегрирующую RC-цепь с формирователями на входе и выходе ее. В случае использования устройства на

0 тепловых электростанциях для контроля уровня топлива (угля) в котельных бункерах глубиной 10-12 м, запас которых рассчитан на 4-6 ч, вертикальная и горизонтальная составляющие скоростей перемещения ма5 териала равны 1,6 и 0,4 м/ч соответственно. Для исключения влияния горизонтальной составляющей на измерение необходимо, чтобы окружная скорость вращения цепи была на порядок больше, чем горизонтальная составляющая скорости перемещения

угля, т.е. 4 м/ч. Очевидно, эта величина достаточно мала, что позволяет использовать в качестве привода малооборотные исполнительные механизмы.

Приведенное построение устройства позволяет в условиях воздействия импульсных помех достигнуть бессбойной его работы без принятия защитных решений и при использовании неэкранированного кабеля.

Применение шарнирной опоры узла подвески цепи позволяет иметь автоматическое отслеживание за отклонением цепи от ее вертикальной оси, сохранять прямолинейность продольной оси цепи и, тем самым, уменьшить погрешность измерения уровня, возникающую в результате увеличения сопротивления крутящему моменту при изломе продольной оси цепи.

Эффективность предлагаемого устройства заключается в получении информации об уровне сыпучего материала, помещенного в любую емкость, в том числе расходную. В свою очередь эта информация позволит создавать автоматические системы управления загрузкой бункеров, которые в неко- торых производствах, в частности на тепловых электростанциях, откроют возможность упразднения технологического персонала, работающего в помещениях с вредными условиями труда.

Формула изобретения

Устройство для контроля уровня сыпучего материала, содержащее чувствительный элемент в виде цепи, звенья которой калиброваны по длине и углу поворота отно- сительно друг друга, механически соединенный через муфту предельного момента с реверсивным приводом на опоре, и связанный с верхним звеном цепи измерительный преобразователь, подключенный к вычисли-

телю-формирователю с первым и вторым усилителями мощности, выходы которых соединены с управляющими обмотками двигателя привода, от л и ч а ющее с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены нормирующий усилитель, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, индикатор, генератор импульсов, первый и второй элементы памяти, реле времени, Два элемента Запрет, два элемента И, к выходу измерительного преобразователя последовательно подключены нормирующий усилитель, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, индикатор, а выход генератора импульсов соединен с установочным входом первого элемента памяти, выход которого подключен к первому запускающему входу реле времени, к первому входу первого элемента И и к входу второго элемента Запрет, выход реле времени подключен к инверсным входам обоих элементов Запрет и к вторым входам обоих элементов И, прямой вход первого элемента Запрет соединен с первым входом второго элемента И, вторым запускающим входом реле времени, выходом второго элемента памяти и сбросом интегратора, выход первого элемента И соединен с установочным входом второго элемента памяти и сбросовым входом первого элемента памяти, выход второго элемента 1/1 соединен с входом Сброс второго элемента памяти, выходы элементов Запрет соединены с входами усилителей мощности, а выход первого элемента Запрет подключен к управляющему входу оперативного запоминающего устройства, нижний конец цепи не закреплен, а опора выполнена шарнирной.

Применение: изобретение относится к автоматизации производственных процессов и может быть использовано в устройствах автоматической загрузки бункеров и подобных контейнеров сыпучим материалом, например углем. Сущность изобретения: вычислитель-формирователь 7 с помощью привода 4 периодически вращает чувствительный элемент 1 то в одну, то в другую сторону. При вращении в одну сторону производится начальная установка чувствительного элемента и вычислителя- формирователя, а при вращении в другую сторону- измерение. При этом преобразователь 6 выдает сигнал, пропорциональный углу поворота привода, который суммируется интегратором 9 и переводится в цифровой код с помощью АЦП 10. После завершения цикла измерения цифровой код заносится в ОЗУ 11 и выдается на индикатор 12. 1 ил. у Ё VI N J сл о о