Датчик расхода сыпучего материала

Авторы патента:

G01G11 - Весы для взвешивания непрерывно поступающего груза в процессе его подачи; ленточные весовые конвейеры

G01F1 - Измерение объема или массы жидкостей, газов или сыпучих тел путем пропускания их через измерительные устройства непрерывным потоком (измерение соотношений расхода G01F 5/00; измерение скорости потока G01P 5/00; индикация наличия или отсутствия потока G01P 13/00; регулирование расхода или соотношений G05D)

Владельцы патента RU 2480715:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО ТГТУ) (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в химической, микробиологической, фармацевтической промышленности, в том числе связанных с нанотехнологиями. Изобретение направлено на повышение точности работы датчика расхода сыпучего материала при его использовании в системах автоматического контроля и измерения, а также при выполнении дистанционных измерений, что обеспечивается за счет того, что датчик расхода сыпучего материала содержит упругий элемент в форме пластины, который жестко закреплен под прямым углом к вертикали, а противоположный край упругого элемента в форме пластины жестко связан с плоским отражателем под углом к вертикали, равным углу естественного откоса сыпучего материала. Первичным измерительным преобразователем является оптрон в аналоговом режиме с воздушным каналом связи, в котором находится шторка, один край которой соединен с пластиной и интегрированным в конструкцию оптрона температурным сенсором. Выходное напряжение оптрона подключено к входу усилителя постоянного тока, выход которого соединен с пластинами плоского конденсатора, которые через изоляторы соответственно жестко закреплены на неподвижной опоре под прямым углом к вертикали и на упругом элементе в форме пластины, и выходом датчика. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в химической, микробиологической, фармацевтической промышленности, а также в нанотехнологиях.

Известен лотковый универсальный расходомер (патент РФ на изобретение №2029914 от 27.02.1995 г.), содержащий лоток, два упругих элемента, силоизмерительный датчик, консольный элемент, датчик изгибающих моментов, устройства для вычисления скорости, расхода, массы, а также вторичный прибор и счетчик.

Недостатком данного устройства является значительная погрешность при пульсирующем характере потока измеряемого материала ввиду использования нескольких преобразователей, датчиков и вычислительных устройств.

Известен также датчик расхода (патент РФ на изобретение №2262080 от 10.10.2005 г.), содержащий закрепленную одним краем пластинку под углом α к вертикали и первичный измерительный преобразователь в виде оптрона с открытым каналом связи, в котором находится шторка, соединенная с пластиной. В конструкцию оптрона интегрирован температурный сенсор. Первичный измерительный преобразователь через устройство сопряжения подключен к вычислительному модулю.

Недостатком данного устройства является конструктивная сложность регулирования чувствительности ввиду необходимости уменьшения сечения пластины либо увеличения ее длины, что приводит к увеличению погрешности измерений и, в частности, к увеличению периода собственных колебаний пластины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является датчик расхода сыпучего материала (полезная модель к патенту датчика расхода сыпучего материала RU 87011 U1, МПК G01F 1/100 (2006.01), опубл. 20.09.2009, Бюл. №26), заключающаяся в том, что датчик содержит изгибающийся под действием потока материала упругий элемент в форме пластины, при этом один край пластины жестко закреплен под прямым углом к вертикали, а на противоположном краю пластины закреплен плоский отражатель под углом к вертикали, равным углу естественного откоса сыпучего материала, первичным измерительным преобразователем является оптрон в аналоговом режиме с воздушным каналом связи, содержащим шторку, один край которой соединен с пластиной и интегрированным в конструкцию оптрона температурным сенсором.

Недостатком данного датчика расхода сыпучего материала является значительная погрешность измерения, обусловленная отсутствием отрицательной обратной связи.

Технической задачей заявляемого датчика является повышение точности его работы.

Технический результат достигается тем, что в датчик расхода сыпучего материала, содержащий упругий элемент в форме пластины, один край которой жестко закреплен под прямым углом к вертикали, а противоположный край жестко связан с плоским отражателем под углом к вертикали, равным углу естественного откоса сыпучего материала, при этом первичным измерительным преобразователем является оптрон в аналоговом режиме с воздушным каналом связи, в котором находится шторка, один край которой соединен с пластиной и интегрированным в конструкцию оптрона температурным сенсором, дополнительно введены пластины конденсатора и усилитель постоянного тока, вход которого соединен с выходом оптрона, а выход связан с пластинами плоского конденсатора, которые через диэлектрические материалы (изоляторы) соответственно жестко закреплены на неподвижной опоре под прямым углом к вертикали и на упругом элементе в форме пластины, и выходом датчика.

На чертеже представлена схема датчика расхода сыпучего материала.

Один край пластины 1 жестко закреплен под прямым углом к вертикали, а на противоположном ее краю закреплен плоский отражатель 2, расположенный под углом α к вертикали, который равен углу естественного откоса сыпучего материала. В месте соединения пластины и отражателя (под рабочей поверхностью) располагается шторка 3, свободный край которой находится в щели оптрона с открытым каналом связи, состоящего из излучателя 4, фотоприемника 5, температурного сенсора 6, защитного корпуса 7, при этом выход оптрона соединен с входом усилителя 8, подключенного своим выходом к пластинам 9 и 10 конденсатора, которые через диэлектрические материалы 11 и 12 жестко связаны соответственно с пластиной 1 и неподвижной опорой под прямым углом к вертикали, а сыпучий материал находится в бункере 13.

Датчик расхода сыпучего материала работает следующим образом.

Поток сыпучего материала весом Р падает из бункера 13 на рабочую поверхность отражателя 2 в месте соединения его с пластиной 1, создавая упругую силу N, равную

N=-Psin90°=-P

и изгибающий момент М_изг, равный

М_изг=-N·L=Р·L,

где L - длина пластины от закрепленного края до точки падения материала.

Под действием изгибающего момента М_изг шторка 3 оптрона перемещается, что приводит к изменению напряжения на выходе оптрона. Это напряжение усиливается усилителем постоянного тока 8 и подается на пластины 9 и 10 конденсатора, одна из которых жестко закреплена на горизонтальной поверхности, а вторая жестко связана с пластиной 1. К плоскому электрическому конденсатору, состоящему из пластин 9 и 10, подается напряжение U_вых. Напряжение U_вых компенсирует прогиб пластины 1, возвращая ее в исходное состояние (с погрешностью, определяемой статической ошибкой следящей системы).

Связь между изгибающим моментом М_изг и разностью потенциалов U_вых можно определить в результате приравнивания сил, создающих изгибающие моменты

М_изг=Р·L, M'_изг=F₁·L₁,

где L₁ - длина пластины 1 от закрепленного края до середины пластин конденсатора; - сила притяжения между пластинами конденсатора, С - емкость конденсатора, образованного пластинами 9 и 10; h - расстояние между пластинами (подвижным 10 и неподвижным 9 электродами), следовательно

или

Таким образом, поток сыпучего материала весом Р, падающий из бункера 13 на рабочую поверхность отражателя 2, прямо пропорционален квадрату напряжения на выходе усилителя постоянного тока 8.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность измерения расхода сыпучего материала за счет введения отрицательной обратной связи, охватывающей датчик. Погрешность работы предлагаемого датчика оценивается статической ошибкой следящей системы автоматического управления, которая обратно пропорциональна коэффициенту усиления следящей системы.

Датчик расхода сыпучего материала, содержащий упругий элемент в форме пластины, один край которой жестко закреплен под прямым углом к вертикали, а противоположный край жестко связан с плоским отражателем под углом к вертикали, равным углу естественного откоса сыпучего материала, при этом первичным измерительным преобразователем является оптрон в аналоговом режиме с воздушным каналом связи, в котором находится шторка, один край которой соединен с пластиной, и интегрированным в конструкцию оптрона температурным сенсором, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен пластинами конденсатора и усилителем постоянного тока, вход которого соединен с выходом оптрона, а выход связан с пластинами плоского конденсатора, которые через диэлектрические материалы соответственно жестко закреплены на неподвижной опоре под прямым углом к вертикали и на упругом элементе в форме пластины, и выходом датчика.

Способ непрерывного измерения веса перемещаемых материалов на ленточных конвейерах, система для его осуществления и весовая роликоопора ленточного конвейера // 2401994

Ленточный весовой дозатор // 2387957

Изобретение относится к технике дозирования и может использоваться в народном хозяйстве, преимущественно в металлургической и горнодобывающей промышленности, а также в промышленности, в основном, для дозирования сыпучих материалов с плохой текучестью из больших бункеров.

Ротационные весы-дозатор хозина в.в. // 2382338

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для взвешивания или дозирования различных материалов и грузов. .

Устройство для динамической калибровки конвейерных весов // 2361182

Изобретение относится к весоизмерительной технике и предназначено для динамической калибровки конвейерных весов. .

Взвешивающая секция для конвейеров с ходовыми роликами // 2293292

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для взвешивания сыпучих материалов на конвейерах с ходовьми роликами. .

Устройство для бесконтактного взвешивания и сортировки штучных изделий // 2291404

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано для бесконтактного взвешивания и сортировки штучных изделий контролируемой массы. .

Конвейерные весы // 2289797

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для взвешивания сыпучих материалов на ленточных конвейерах. .

Устройство для градуировки и поверки конвейерных весов // 2284483

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для градуировки и поверки конвейерных весов. .

Устройство для взвешивания проката // 2277231

Изобретение относится к области весоизмерительной техники и может быть использовано для взвешивания проката. .

Дозирующее устройство // 2478918

Изобретение относится к области дозирующей техники и предназначено преимущественно для дозирования песка. .

Расходомер жидких сред в безнапорных трубопроводах // 2478917

Изобретение относится к измерительной технике по ультразвуковым расходомерам, а именно к способам и устройствам измерения расхода массы и объема жидких сред в безнапорных трубопроводах.

Вихревой способ измерения объема протекшего вещества // 2478916

Изобретение относится к измерительной технике, а конкретно к вихревым способам измерения объемного количества текучих, жидких или газообразных веществ в напорных трубопроводах, и может быть использовано для контроля потоков веществ в энергетике, коммунальном хозяйстве и других отраслях промышленности.

Способ и измерительная система для определения и/или контроля расхода измеряемой среды через измерительную трубу // 2478190

Изобретение относится к способу определения и/или контроля расхода измеряемой среды через измерительную трубу с одним первым и, по меньшей мере, одним вторым ультразвуковыми датчиками, из которых первый ультразвуковой датчик содержит, по меньшей мере, один электромеханический ультразвуковой преобразовательный элемент и размещен на первом участке измерительной трубы, а второй ультразвуковой датчик содержит, по меньшей мере, два электромеханических ультразвуковых преобразовательных элемента и размещен на втором участке измерительной трубы так, что переданные первым ультразвуковым датчиком через измеряемую среду ультразвуковые сигналы принимаются вторым ультразвуковым датчиком, а переданные вторым ультразвуковым датчиком через измеряемую среду ультразвуковые сигналы принимаются первым ультразвуковым датчиком, и, по меньшей мере, с одним блоком регулирования/оценки, который с помощью ультразвуковых измерительных сигналов или измеренных данных, выведенных из ультразвуковых измерительных сигналов, определяет объемный и/или массовый поток протекающей в измерительной трубе измеряемой среды методом разности времени прохождения, а также к измерительной системе.

Расходомер и способ управления работой измерительных подсистем расходомера // 2478189

Способ и устройство дозирования // 2477455

Изобретение относится к средствам технологии дозирования сыпучих продуктов и направлено на повышение точности, непрерывности и надежности дозирования, что обеспечивается за счет того, что дозирование сыпучих продуктов осуществляют в псевдожиженном слое, который создается вибрацией бункера с сыпучим продуктом, при этом равномерная сыпучесть продукта обеспечивается постоянством уровня псевдоожиженного слоя, формируемым вибрацией бункера, причем постоянство уровня расходного сыпучего продукта в вибробункере с контролем его минимального количества в загрузочной камере осуществляется загрузочным устройством.

Тепловой микрорасходомер газа // 2476828

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения расхода газа в диапазоне 0-100 мг/с. .

Способ измерения расхода двухфазной трехкомпонентной среды // 2476827

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода трехкомпонентного потока, в частности, в нефтедобывающей отрасли при контроле дебита нефтяных скважин.

Способ объемного дозирования порошков и устройство для его осуществления // 2475709

Стягивающая оправка с лепестковыми вырезами для пайки твердым припоем к расходомерной трубке // 2475708

Измерительное устройство // 2480716