Способ контроля уровня жидких и сыпучих сред Советский патент 1992 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, вчастности.к вопросам определения уровня жидких и твердых сыпучих веществ, и может найти применение в металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен способ для определения поверхности раздела между газообразной и жидкой средами, а также между двумя жидкими средами в одиночных сосудах, при котором возбуждают акустические колебания с наружной стороны стенки резервуара, принимают акустические колебания, прошедшие через контролируемую среду, определяют амплитуду принятых колебаний, по которой делают заключение о положении разделяющей поверхности.

Недостатком данного способа является низкая точность измерений и ограниченная область применения. Это обусловлено тем, что в производственных уеловиях в контролируемой жидкости как правило присутствуют газовая, иногда и твердая среды, которые вызывают сильное рассеяние акустической волны. При этом возникают большие ошибки в определении уровня жидкости, а в ряде случаев применение данного способа становится невозможным.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ для установления поверхности раздела между газообразной и жидкой средами или между двумя жидкими средами в однослойном сосуде, при котором возбуждают акустические колебания в стенке резервуара, принимают акустические колебания и определяют их амплитудные параметры, по величине которых судят о наличии среды в зоне контроля.

Недостатком данного способа является низкая точность определения поверхности раздела двух сред и ограниченная область применения. Это обусловлено тем, что в реальных производственных условиях на внутренних поверхностях стенок резервуаров могут образовываться твердые осадки или скапливаться газовые пузырьки, что приводит к изменению амплитуды принимаемых сигналов. При этом уменьшается томw

Ё

VI

4 4 СЛ О СО

ность контроля, а в ряде случаев применение данного способа невозможно.

Цель изобретения - повышение точности определения границы раздела двух сред при контроле веществ, склонных к налипанию или образованию осадков на стенках резервуара.

Поставленная цель достигается за счет одновременного разрушения слоя осадка в зоне измерения, в стенке резервуара возбуждают акустические колебания интенсивностью 0,5-10 Вт/см .

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что параметры возбуждаемых колебаний устанавливают достаточными для разрушения неоднородностей в пограничном с внутренней поверхностью стенки резервуара слое, разрушение осуществляют в зоне измерения, а интенсивность возбуждаемых колебаний устанавливают 0,5-10 Вт/см2.

Способ осуществляют следующим образом.

Параметры излучаемых акустических колебаний выбирают исходя из условия достаточности их для разрушения неоднород- ностей, возникающих у внутренней поверхности стенки резервуара в зоне радиусом R. Обычно частота излучаемых акустических колебаний находится в диапазоне 18-45 кГц, интервал интенсивности колебаний 0,5-10 Вт/см . Излучение колебаний может осуществляться как в импульсном, так и в непрерывном режимах. Расстояние от излучающего ЭАП до приемного ЭАП и соответственно величина R зависят от конкретного применяемого устройства, например, в случае непрерывного режима излучения, целесообразно установить приемный ЭАП на расстоянии

2 5-8 Я изг

L + ,

где L - расстояние от центра излучающего ЭАП до центра приемного ЭАП;

Яизг -длина волны изгибных колебаний в стенке резервуара;

а - размер приемного ЭАП, взятый по линии, соединяющей центры излучающего и приемного ЭАП;

г- размер излучающего ЭАП, взятый по осевой линии, соединяющей центры излучающего и приемного ЭАП.

Выполнение этого устройства позволяет повысить чувствительность конкретного устройства и, следовательно, точность определения границы раздела двух сред.

При импульсном возбуждении акустических колебаний в стенке резервуара возможно расположение приемного ЭАП в непосредственной близости от излучающего ЭАП. При этом для увеличения точности определения границы раздела двух сред в качестве информативного параметра может быть использована, например, не амплитуда одной максимальной полуволны, а совокупность амплитуд экспоненциально затухающего сигнала.

0 Расположение излучающего и приемного электроакустических преобразователей на внешней стороне стенки резервуара может быть произвольным, однако максимальная чувствительность способа достигается

5 при их расположении в горизонтальной плоскости.

Учитывая, что в месте установки приемного ЭАП интенсивность колебаний достаточно высока, для повышения срока

0 непрерывной работы устройства, реализующего предлагаемый способ, прием акустических колебаний осуществляют через амортизирующий волноводный слой.

В качестве такого слоя могут быть ис5 пользованы твердые материалы - резина, полиуретан и др. В этом случае расстояние I от внешней поверхности стенки резервуара до поверхности приемного ЭАП устанавливают равным четверти длины волны

0 акустических колебаний в материале амортизирующего слоя. В качестве амортизирующего слоя может быть использован и атмосферный воздух. При этом приемный ЭАП устанавливают на минимально воз5 можном расстоянии от стенки резервуара. В качестве конкретного примера выполнения способа рассмотрим определение границы раздела между газовой средой и мелкодисперсным порошком, используе0 мым для изготовления твердосплавных изделий.

Перед прессованием исходный порошок подвергается сушке в специальных емкостях. Для обеспечения оптимального

5 режима данного процесса количество порошка, подаваемого в емкость, необходимо дозировать. Это можно сделать путем определения уровня твердой фазы. При этом целесообразно использовать бесконтактные

0 методы из-за высоких температур в емкостях и взрывоопасное™. В процессе сушки порошок может налипать на внутреннюю сторону стенки резервуара и спекаться. Толщина налипшего слоя достигает 20 мм, тол5 щина стенки емкости 3 мм.

Применение известного способа для установления поверхности раздела между двумя средами в однослойном сосуде с применением электроакустических преобразователей с резонансной частотой, например

500 кГц, позволяет осуществлять контроль при указанной толщине стенки емкости. Акустический импеданс налипшего слоя близок к акустическому импедансу стенки емкости (сталь). Погрешность от изменения толщины налипшего твердого слоя от 0 до 3-4 мм достигнет 100%. Следовательно, контроль уровня порошка при толщине спекшегося слоя более 4 мм при использовании известного способа невозможен.

Применение предлагаемого бесконтактного способа определения границы разде- ла двух сред в импульсном режиме позволяет получать в спектре возбуждаемых акустических колебаний частоты 500 кГц. Поэтому основная погрешность измерений этим способом не превышает погрешности измерений по сравнению с прототипом. Применение предлагаемого способа позволяет устранить влияние до- полнительной погрешности от изменяющейся плотности вещества в слое, пограничном с внутренней поверхностью стенки резервуара.

Таким образом, преимуществами пред- лагаемого способа по сравнению с известными являются:

повышение точности определения границы раздела двух сред в условиях изменяющейся плотности вещества в слое, пограничном с внутренней поверхностью стенки резервуара, путем разрушения данного слоя;

расширение области применения способа за счет обеспечения возможности контроля, например, в условиях налипания твердых осадков на стенки резервуара практически с любым акустическим импедансом и произвольной толщины.

Формула изобретения

Способ контроля уровня жидких и сыпучих сред, при котором возбуждают акустические колебания в стенке резервуара, принимают акустические колебания и определяют их амплитудные параметры, по величине которых судят о наличии среды в зоне контроля, отлич-ающийся тем, что, с целью повышения точности при контроле сред, склонных к налипанию или образованию осадка на стенках резервуара, за счет одновременного разрушения слоя осадка в зоне измерения, в стенке резервуара возбуждают акустические колебания интенсивностью 0,5-10 Вт/см2.

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: при контроле сред, склонных к налипанию, возбуждают акустические колебания в стенке резервуара интенсивностью 0,5-10 Вт/см2, которые позволяют разрушить осадок в зоне контроля.