Устройство для оптического контроля уровня сыпучих материалов Советский патент 1992 года по МПК G01F23/22 

10

V4 О 00 О Ю СЛ

Изобретение относится к измерениям и контролю в технологических процессах, а точнее к контролю уровня сыпучих материалов в емкостях, например волокнистых материалов (хлопок-сырец).

Известны оптические уровнемеры, в которых источник света и фотоприемник расположены рядом. Фотодатчики такой конструкции работают по принципу отражения светового потока источника света от контролируемого материала на фотоприёмник.

Недостатком такой конструкции является снижение фувствительности при воздействий внешней освещенности. Для ее компенсации порог срабатывания фотодатчика устанавливают по значению освещенности фотодатчика отраженным световым потоком большим, чем внешней освещенности. Учитывая то, что отражающая поверхность контролируемого материала неоднородна по структуре, обеспечить требуемое значение освещенности отраженным потоком при заданном пороге срабатывания сложно.

По компенсации влияния внешней освещенности на точность работы оптического уровнемера наиболее близким является решение (2). В нем компенсация внешней освещенности обеспечивается путем сравнения аналогичных сигналов от фотоприемников имеющих одинаковую освещенность, причем один из них дополнительно освещается источником света, расположенным на противоположной стенке накопителя.

Реализация этого технического решения затруднена из-за необходимости использования фотоприемника с одинаковыми нагрузочными характеристиками. Кроме того, при использовании данного решения в условиях повышенной освещенности, точность работы низкая.

Наиболее близким техническим реше- нием к предлагаемому (прототип) является сигнализатор уровня. Сигнализатор уровня содержит источник света, фокусирующую линзу и последовательно соединенные фотоприемник, усилитель и два параллельно включенных пороговых элемента, один из которых соединен со схемой совпадения напрямую, а другой - через инвертор; выход схемы совпадения соединен с механизмом пылеочистки, обеспечивающим подачу воздуха на фотоприемник и фокусирующую линзу при их запыленности.

Данное устройство также обладает вышеперечисленными недостатками оптических датчиков, а установка механизма пылеочистки значительно усложняет его конструкцию. Наличие вентиляторов, воздуховодов приводит к неоправданным расходам. Кроме этого при контроле волокнистых материалов наличие воздушных потоков в емкости вызовет витание материала (пыль), что может привести к вылету его из накопителя,

Целью изобретения является - повышение надежности работы.

Указанная цель достигается тем, что в

0 устройстве оптического контроля уровня сыпучих материалов, содержащем источник света, первый фотоприемник, последовательно соединенный с усилителем, первым пороговым элементом, и схемой совпаде5 ния, второй пороговый элемент и сигнальное реле, введены инвертор, второй фотоприемник, в котором установлен источник света с возможностью перемещения, и второй усилитель, при этом второй фотопри0 емник установлен в зоне контроля первого фотоприемника и -последовательно соединен со вторым усилителем, вторым пороговым элементом и схемой совпадения, а первый пороговый элемент соединен с пер5 вым входом схемы совпадения через инвертор.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство оптического контроля

0 уровня отличается тем, что в зоне контроля первого фотоприемника устанавливается второй фотоприемник в котором крепится источник света с возможностью регулировочного перемещения. Его подключают че5 рез дополнительно введенный усилитель к пороговому элементу, а затем-к схеме совпадения. Первый пороговый элемент соединен с первым входом схемы совпадения через введенный в схему инвертор.

0 Такое подключение элементов в схеме обеспечивает исключить влияние фоновой освещенности и устанавливать порог разделения запыленности защитного окошка от материала.

5 Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизна так как в отличие от прототипа, дополнительно установленные элементы и схема их соединения позволяют повысить

0 надежность работы устройства.

Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в предлагае5 мом устройстве и признать предлагаемое решение соответствующим критерию существенные отличия.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - пороговые уровни срабатывания элементов 6 и 7.

Устройство состоит из фотоприемника 1 с источником света 2, фотоприемника 3, усилителей 4 и 5, пороговых элементов 6 и 7, инвертора 8, схемы совпадения 9, реле сигнализации 10.

При этом фотоприемник 1 с источником света 2 подключен ко второму входу схемы совпадения 9 через усилитель 4 и пороговый элемент 6, а фотоприемник 3 подключен к первому входу схемы совпадения 9 через усилитель 5, пороговый элемент 7 и инвертор 8. Реле 10 подключено к выходу схемы совпадения,

Устройство работает следующим образом.

Устанавливаются уровни срабатывания EI и Е2 пороговых элементов 6 и 7 (фиг. 2), причем пороговый элемент 6 первого фотоприемника настраивается на значение освещенности EI, соответствующий мини- мальному значению отраженного от контролируемого материала светового потока источника 2, а пороговый элемент 7 второго фотоприемника настраивается на значение освещенности Е2 меньше значения EI на величину ДЕ, соответствующую изменению освещенности при запылении защитного окошка. Мощность источника света 2 выбирается из условий теплоотдачи таким образом, чтобы значения EI и Е2 находи- лись в зоне требуемой чувствительности фотоприемника 1. Контактная поверхность защитного стекла устройства устанавливается под отрицательным углом к вертикали 5..,7°.

При опустошенном накопителе и наличии внешней освещенности ниже Еа пороговые элементы 6 и 7 не включаются, поэтому на входы схемы совпадения от порогового элемента 6 поступит сигнал, соответствую- щий значению О, а от порогового элемента 7 через инвертор 8 сигнал 1. На выходе схемы совпадения будет сигнал О и, следовательно, сигнальное реле 10 не включится. Запыленность в данном случае никакого воздействия на работу устройства не окажет даже с учетом того, что при запыленности возникнет отражение части светового потока источника 2 на фотоприемник 1.

При том же состоянии накопителя и на- личии внешней освещенности выше Е2, но ниже EI, элемент 7 срабатывает и на вход схемы 9 через инвертор 8 поступит сигнал, соответствующий значению О, на второй вход от элемента 6 поступит как и раньше сигнал О. На выходе схемы 9 будет сигнал О и сигнальное реле не включится. В случае если запыленность устройства приведет к изменению освещенности ниже Е2, устройство будет работать как описано выше с учетом отраженного от пыли светового потока, обеспечивающего повышение освещенности, но меньше значения ДЕ.

В случае, если при запыленности освещенность останется выше Е2, а при повыше- нии освещенности фотоприемника 1 отраженным от пыли потоком превысит значение EI, включатся оба элемента 6 и 7. В результате от элемента 6 на вход схемы 9 поступит 1, а от элемента 7 через инвертор 8 поступит О. На входе схемы совпадения будет О и сигнальное реле не включится. При тех же условиях состояния накопителя и внешней освещенности выше EI оба пороговых элемента включатся и логическая схема будет работать как указано выше. Условия запыленности в данном случае на режим работы устройства не окажут никакого влияния, так как при запылении уровень освещенности второго фотоприемника не будет ниже Еа, а первый в любом состоянии не изменит сигнал на выходе схемы совпадения.

Учитывая то, что устройство контролирует уровень материала при непосредственном контакте с ним, запыленность устройства при наличии материала в зоне контроля исключается. При заполнении накопителя до заданного уровня оба фотоприемника закрываются материалом, что исключает попадание внешней освещенности, В этом случае элемент не включится и на выходе инвертора будет 1, а элемент 6 включится за счет освещения фотоприемника 1 световым потоком больше EL На оба входа схемы совпадения поступят сигналы, соответствующие 1. На выходе схемы в этом режиме будет 1, что приведет к включению сигнального реле.

Алгоритм работы логической части устройства приведен в виде таблицы истинности.

Данный оптический уровнемер имеет следующие преимущества по сравнению с существующими датчиками уровня:

обеспечивается любая требуемая чувствительность устройства;

полностью исключается влияние внешней освещенности на точность срабатывания устройства;

исключается влияние запыленности на точность срабатывания устройства;

не имеет механических подвижных частей;

простота конструкции;

может использоваться для любых твердых материалов и непрозрачных жидкостей.

Предварительный технико-экономический расчет, выполненный для использования устройства на предприятиях первичной

переработки хлопка-сырца, показал экономический эффект от внедрения этого устройства.

Формула изобретения Устройство для оптического контроля уровня сыпучих материалов, содержащее источник света, первый фотоприемник, последовательно соединенный с усилителем, первым пороговым элементом и схемой совпадения, второй пороговый элемент и сигнальное реле, отличающееся тем, что,

с целью повышения надежности, в него введены инвертор, второй фотоприемник, в котором установлен источник света с возможностью перемещения, и второй усилитель, при этом второй фотоприемник установлен в зоне контроля первого фотоприемника и последовательно соединен с вторым усилителем, вторым пороговым элементом и схемой совпадения, а

первый пороговый элемент соединен с первым входом схемы совпадения через инвертор.

Использование области измерений и контроля в технологических процессах, а точнее к контролю дискретных уровней сыпучих и плоскосыпучих волокнистых материалов (например хлопок-сырец) в накопителях различных конструкций Сущность изобретения рядом с фотоприемником 1 устанавливают второй фотоприемник 3 без источника света его пороговый элемент У настроен на освещенность меньше порогового значения освещенности первого фотоприемника 1 на величину изменения от запыленности защитного окошка устройства, причем пороговое значение освещенности первого фотоприемника определяют как минимальное значение освещенности отраженным от контролируемого материала потоком и подбирают путем регулирования силы светового потока таким образом, чтобы рабочий участок нагрузочной характеристики фотоприемника обеспечил заданную точность и надежность 2 ил