Способ определения массы сыпучего материала в емкости и устройство для его осуществления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения массы сыпучего материала, например цемента в емкос 5 тях на складах заводов железобетонных изделий,Целью изобретения является повышение точности измерения массы сыпуче" го материала в емкости, 10Способ осуществляют следующим образом.Весь объем материала в емкости условно разбивают на ряд горизонтальных слоев, в каждом слое, начиная с первого у дна емкости и до последнего, граничащего с воздухом, осуществляют с помощью излучателя СВЧ-колебаний круговое облучение материала потоком СВЧ-излучения, при этом.регистрируют 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 к11=В, ЬМгде Б - площадь поперечного сеченияемкости;Ь - высота отдельного слоя материала;- средняя плотность материалав отдельном слое.нПри этом . Ь 1, . - - Н, где Н - вы 1(сота емкости. Выбором количества слоей И 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 ра- . диопрозрачную трубу 1, внутри которой соосно размещен измерительный эле.мент, представляющий собой многоступенчатый герметизированный полый телескопический шток 2В верхней части устройс- аа расположен узел 3 пошагового подъема и кругового перемещения штока, соединенный через зубчатую передачу 4 с верхней ступенью штока 2.и через гибкий элемент 5 с нижнейподвижной ступенью штока 2.Узел пошагового подъема и кругового перемещения штока 3 состоит измерного барабана 6, редуктора 7 иэлектродвигателя 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 содним из выходных валов редуктора 7,второй выходной вал редуктора 7 через зубчатую передачу 4 соединен соснованием телескопического штока 2.Входной вал редуктора 7 соединен свалом электродвигателя 8.Для управления электродвигателем 8предусмотрен блок 9 программного управления, а для обработки информациии вычислений - блок 10 обработки информации, причем первый вход блока 10обработки информации соединен с первым выходом блока 9 программного управления, первый выход блока 10 соединен с входом блока 9, второй выходблока 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 12плотности сыпучего материала, включающий СВЧ-генератор 13 электромагнитных колебаний фиксированной частоты, циркулятор 14, приемопередающую рупорную антенну 15, детектор 16и усилитель 17. СВЧ-генератор 13 подключен к первому входу циркуляторак второму входу которого подключена приемопередающая антенна 15,к выходу циркулятора подключен входдетектора 16, выход которого соединенс усилителем 17, а выход усилителяподключен к второму входу блока 10обработки информации.СВЧ-датчик содержит СВЧ-генераторэлектромагнитных колебаний Фиксированной частоты, подключенный к пер-,вому входу циркулятора, к второмувходу которого подключена приемопередающая рупорная антенна, а к выходу - последовательно соединенные детектор и усилитель, причем ширинадиаграммы направленности антенны в10 15 20 25 40 50 55 5 15вергикальной плоскости н превышаетвеличину Ь/Й, где К - минимальноерасстояние между антенной и стенкойемкости.Устройство работает следующим образом.Определение массы сыпучего материала, например цемента, в емкостиначинается с нижнего слоя у дна приполностью опущеннои телескопическомштоке 2. Измерение средней плотностигоризонтального слоя материала осуществляют при повороте рупорной антенны 15 датчика 12 плотности вокругвертикальной оси на 360. Поворотдатчика 12 плотности реализует узелпошагового подъема и кругового перемещения штока. Измерение осуществляется на основе принципа рассеиванияэнергии СВЧ-излучения датчика 12плотности частицами сыпучего материала. При этом генератор 13 датчика12 плотности генерирует СВЧ-колебания длиной 8 мм, эти колебания подаются на один вход циркулятора 14, сдругого входа циркулятора 14 СВЧ-колебания подают на приемопередающуюрупорную антенну 15, СВЧ-колебанияизлучаются антенной через радиопрозрачную трубу 1 в контролируемыйслой цемента, Пройдя слой цемента всекторе диаграммы направленности,волна СВЧ-колебаний отражается илиот металлической стенки емкости, илиот железобетонной стенки, густо армированной стальной арматурой. Частьэнергии излучаемой волны возвращаетсяк антенне, другая часть энергии рассеивается на частицах цемента. Рассеиваемая энергия СВЧ-излучения пропорциональна средней плотности цемента в объеме диаграммы направленностиПринятый антенной 15 отраженныйсигнал СВЧ-колебаний через циркулятор 14 направляют на вход детектора16, а с выхода детектора 16 - на входусилителя 17, с выхода усилителя 17 -на вход блока 1 О обработки информации, где вычисляется средняя плотность слоя, умножается на постоянныйкоэффициент, соответствующий объемуслоя, и вычисляется масса слоя цемента,Статическая характеристика датчикаплотности представляет зависимостьвыходного напряжения усилителя 17 отсредней плотности цемента в объеме 203516 диаграмиы направленности антенны 5. После поворота рупорной антенны 15 датчика 12 плотности на 360 и завершения измерения массы слоя происходит подъем датчика плотности 12 на высоту 1 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 4, редуктор 7 и электродвигатель 8.Програиму 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 измеренияпосле того, как датчик 12 плотностиподнят 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 кулю. После этого цикл измерения завершают, результат измерения массы цемента в емкости индицируется на цифровом индикаторе1,а шток 12 возвращают в исходное положение для измерения. формула изобретения 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 сыпу" чего материала, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения массы, осуществляют с помощью излучателя СВЧ-колебаний послойное круговое облучение матери.1520351 8 ала в гориэонтальной плоскости последовательно, начиная с нижнего слоя у дна емкости до верхнего слоя сыпучего материала, при этом высота слоя Ь равна уровню материала Н, деленно 5 му на число слоев И, одновременно внутри каждого слоя регистрируютСВЧ-колебания, рассеянные на частицах материала, по их интенсивности определяют среднюю насыпную плотность и вычисляют массу каждого слоя, массу материала в,емкости определяют как сумму последовательно измеренных масс всех слоев. 152. Устройство для определения массы сыпучего материала в емкости, содержащее измерительный элемент, связанный с индикатором, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения 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-датчиком 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 управ 35 Составитель С Техред М.Хода лаховч Корректор М.Иаксимишин Редактор И.Ш арина,101 эводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужг ул Заказ 6715/ч 1 Тираж 660 ВНИИПИ Государственного комитета113035, Москва,ления, один его выход подключен к цифровому индикатору массы материала в емкостидругой - к блоку программного управления, выход которого соединен с узлом пошагового подъема и кругового перемещения штока, а измерительный элемент размещен соосно внутри радиопрозрачной трубы, установленной вертикально в центре емкости3. Устройство по и2, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что узел пошагового подъема и кругового перемещения штока состоит иэ 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. 4. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что СВЧ-датчик со" держит 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 Ь/К. Подписноебретениям и открытиям при ГКНТ С аушская наб., д. 4/5