Способ определения высоты слоя сыпучего материала



Способ определения высоты слоя сыпучего материала

 


Владельцы патента RU 2488079:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU)

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. Способ определения высоты слоя сыпучего материала, перемещаемого по аэрожелобу, заключается в том, что воздействуют на контрольный материал магнитным полем, зондируют материал электромагнитной волной и принимают прошедшую через слой материала электромагнитную волну. При этом измеряют интенсивность прошедшей через слой материала электромагнитной волны и по измеренной величине интенсивности этой волны определяют высоту слоя материала в аэрожелобе. Техническим результатом является упрощение процедуры измерения высоты слоя сыпучего материала в аэрожелобе. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известен способ, реализуемый микроволновым датчиком высоты слоя материала в аэрожелобе (см. А.В.Степанов. «Инновационные микроволновые приборы измерения расхода сыпучих веществ в аэрожелобах», Автоматизация в промышленности, №11, 2008, с.29-30), выполненным в виде измерительной пластины. Суть этого способа заключается в зондировании контролируемого материала микроволновым сигналом и измерении амплитуды отраженного от слоя материала сигнала, связанного с высотой слоя материала в аэрожелобе.

Недостатком этого известного способа является сложность процедуры получения информации о высоте слоя материала из-за необходимого выбора размеров измерительной пластины и ее сменности в зависимости от геометрических размеров аэрожелоба.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения высоты слоя сыпучего материала (RU 2395789 С1, 27.07.2010). Данный способ предусматривает воздействие контролируемого сыпучего материала магнитным полем, зондирование материала электромагнитной волной и измерение угла поворота плоскости поляризации прошедшей через слой материала волны. Здесь по значению угла поворота определяют высоту слоя материала в аэрожелобе.

Недостатком данного способа можно считать сложность процедуры измерения угла поворота плоскости поляризации, связанного с высотой слоя материала.

Техническим результатом заявляемого решения является упрощение процедуры измерения высоты слоя материала в аэрожелобе.

Технический результат достигается тем, что в способе определения высоты слоя сыпучего материала, перемещаемого по аэрожелобу, при котором воздействуют на контролируемый материал магнитным полем, зондируют материал электромагнитной волной и принимают прошедшую через слой материала электромагнитную волну, измеряют интенсивность прошедшей через слой материала электромагнитной волны и по измеренной величине интенсивности этой волны определяют высоту слоя материала в аэрожелобе.

Сущность заявляемого технического решения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при зондировании контролируемого слоя сыпучего материала электромагнитной волной, помещенного в продольное относительно распространения электромагнитной волны магнитное поле, по измеренной величине интенсивности прошедшей через слой контролируемого сыпучего материала волны определяют высоту слоя материала.

Наличие в заявляемом способе перечисленных существенных признаков позволяет решить поставленную задачу определения высоты слоя материала в аэрожелобе измерением интенсивности прошедшей через слой сыпучего материала волны при помещении контролируемого материала в магнитное поле и его зондировании электромагнитной волной с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процедуры измерения высоты слоя материала.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство, реализующее данное техническое решение, содержит источник излучения электромагнитных волн 1, соединенный выходом с элементом ввода излучения в аэрожелоб 2, элемент вывода излучения из аэрожелоба 3, подключенный ко входу амплитудного детектора 4, соединенный с измерителем интенсивности прошедшей через слой материала волны 5 и обмотку 6. На чертеже цифрой 7 обозначен аэрожелоб.

Суть предлагаемого способа заключается в следующем. Из практики известны вещества, способные поворачивать направление поляризации проходящей через них линейно-поляризованной волны и вещества, не обладающие этой способностью.

Предлагаемый способ направлен на решение задачи определения высоты слоя сыпучего материала, не обладающего способностью поворачивать направление поляризации прошедшей через него электромагнитной волны.

Согласно данному техническому решению, для того чтобы контролируемое вещество обладало способностью поворота плоскости поляризации электромагнитной волны, его необходимо поместить в магнитное поле (эффект Фарадея).

Как известно, эффект Фарадея сводится к вращению плоскости поляризации электромагнитной волны, проходящей через диэлектрик в присутствии постоянного (или переменного) магнитного поля, ориентированного в направлении распространения волны. Следовательно, любое диэлектрическое вещество, не обладающее способностью поворачивать плоскость поляризации, под воздействием магнитного поля может приобрести способность поворота плоскости поляризации волны.

Пусть по аэрожелобу перемещается какое-нибудь диэлектрическое вещество, не обладающее способностью поворачивать направление поляризации электромагнитной волны, например, цемент.

Если сначала воздействовать на этот сыпучий материал магнитным полем (нахождение материала в магнитном поле) и затем осуществить его зондирование электромагнитной волной (волна должна распространяться вдоль направления намагниченности цемента), то прошедшая через слой контролируемого вещества (цемента) волна окажется повернутой этим веществом, и для интенсивности прошедшей через слой контролируемого цемента волны можно записать (закон Малюса)

I = I 0 cos 2 v H l , ( 1 )

где I и I0 - интенсивности прошедшей и зондирующей волн соответственно, v - постоянная Верде (или магнитная вращательная способность вещества), Н - напряженность магнитного поля, ориентированного в направлении распространения волны, l - длина пути волны в веществе. Здесь постоянная Верде зависит от рода вещества, его физического состояния и длины зондирующей волны.

В данном случае можно принимать, что длина пути волны в веществе l соответствует высоте слоя цемента перемещаемого по аэрожелобу. В соответствии с этим из формулы (1) получаем, что при постоянных значениях v, Н и I0 по косинусоидальному изменению интенсивности прошедшей через слой цемента электромагнитной волны можно судить об изменении высоты слоя сыпучего материала (цемента) в аэрожелобе.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Создают магнитное (переменное) поле на некотором горизонтальном измерительном участке аэрожелоба 7 посредством продольной обмотки 6, расположенной в пазах наружной поверхности аэрожелоба, т.е. образуют катушку, внутри которой перемещается сыпучий материал (цемент). Через катушку пропускают переменный электрический ток. В результате перемещаемый по аэрожелобу диэлектрический сыпучий материал приобретает способность поворачивать направление поляризации падающей на материал электромагнитной волны. После этого выходной электромагнитный сигнал источника излучения 1 направляют в элемейт ввода излучения в аэрожелоб 2. Излучаемой этим элементом волной зондируют слой сыпучего материала, перемещаемого по аэрожелобу (волна падает на слой материала перпендикулярно). При этом вектор поля зондирующей электромагнитной воны коллиндерен вектору напряженности приложенного переменного магнитного поля. Прошедший через слой сыпучего материала сигнал принимают элементом вывода излучения из аэрожелоба 3. Выходной сигнал этого элемента далее поступает на вход амплитудного детектора 4. Выходной продетектированный согнал последнего подают на вход измерителя интенсивности 5. В этом приборе фиксируют значения интенсивности I, которые далее используются для определения высоты слоя сыпучего материала согласно формуле (1). В этой формуле значения постоянной Верде v выбираются, как уже было сказано выше, в зависимости от свойства и состояния конкретного сыпучего материала и длины используемой зондирующей электромагнитной волны. Кроме того, напряженность Н переменного магнитного поля, зависящая от силы тока, протекающего через обмотку 6, и числа продольных относительно горизонтальной оси аэрожелоба витков, приходящегося на единицу длины измерительного участка аэрожелоба, может быть вычислена через магнитную индукцию магнитного поля и магнитную проницаемость материала, из которого изготовлен аэрожелоб.

При реализации данного способа намагниченность сыпучего материала в аэрожелобе также может быть осуществлена на базе постоянного магнитного поля, образованного, например, двумя плоскими ферритами. При этом измерительный участок аэрожелоба располагают между этими ферритами так, чтобы вектор напряженности постоянного магнитного поля был параллелен вектору поля зондирующей сыпучий материал волны.

Заявленное техническое решение успешно может быть применено для решения задачи измерения массового расхода различных пылевидных материалов, транспортируемых по аэрожелобам и трубопроводам.

Таким образом, согласно предлагаемому способу на основе измерения интенсивности прошедшей через слой сыпучего материал электромагнитной волны, можно обеспечить упрощение процедуры измерения высоты слоя сыпучего материала, перемещаемого по аэрожелобу.

Способ определения высоты слоя сыпучего материала, перемещаемого по аэрожелобу, при котором воздействуют на контролируемый материал магнитным полем, зондируют материал электромагнитной волной и принимают прошедшую через слой материала электромагнитную волну, отличающийся тем, что измеряют интенсивность прошедшей через слой материала электромагнитной волны и по измеренной величине интенсивности этой волны определяют высоту слоя сыпучего материала в аэрожелобе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в каком-либо резервуаре. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня жидкости в различных открытых и замкнутых металлических емкостях. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня вещества (жидкости, сыпучего вещества) в различных открытых металлических емкостях.

Изобретение относится к области расходометрии и может быть использовано для измерения уровня сыпучих веществ в резервуарах. .

Изобретение относится к контролю и измерению уровня жидких и сыпучих веществ в резервуарах и может быть использовано на нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих, химических и других предприятиях, где имеются резервуары, заполненные жидкими или сыпучими веществами.

Изобретение относится к области измерительной техники и может применяться для измерения уровня жидких или сыпучих материалов, а также для измерения расстояния. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля расположения места водонефтяного контакта (22) (OWC) между непрерывным нефтяным раствором (2о), находящимся выше непрерывного водного раствора (2w) внутри обсадной трубы (7).

Изобретение относится к технике контроля и измерения уровня различных веществ. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости. Способ заключается в том, что в сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают частотно-модулированные по линейному закону электромагнитные волны, принимают отраженные электромагнитные волны, затем выделяют сигнал биений на выходе смесителя между падающими и отраженными электромагнитными волнами, производят прямое непрерывное вейвлет-преобразование сигнала биений за время периода модуляции, в полученном вейвлет-спектре сигнала биений находят точки локальных экстремумов, экстраполируют их прямой линией, находят точку пересечения этой линии с осью ординат масштабных коэффициентов - a, по полученному коэффициенту с помощью функции преобразования, построенной для используемого вейвлета, определяют разностную частоту, по которой судят об уровне жидкости в емкости. Технический результат - повышение точности измерения уровня жидкости в емкостях. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения объемов металлических полостей произвольной формы, а также для измерения количества (объема, массы) содержащихся в таких полостях веществ, занимающих произвольное положение в объеме емкости, в том числе и имеющих многосвязную конфигурацию. Область применения данного устройства включает проведение измерений количества вещества в емкости в условиях невесомости и на транспортных средствах, когда нет горизонтальной границы раздела сред, т.е. когда задачу измерения количества невозможно свести к задаче измерения уровня вещества в емкости. Предлагаемое устройство для измерения количества вещества в металлической емкости содержит датчик в виде полости емкости, служащей объемным резонатором, к которому подсоединены генератор электромагнитных колебаний, модулированных по частоте в диапазоне [f1, f2], и последовательно соединенные детектор и регистратор числа типов колебаний, возбуждаемых в емкости. Устройство содержит дополнительно не менее одного подключенного к емкости генератора электромагнитных колебаний, модулированных по частоте, причем диапазон изменения частоты каждого из этих генераторов составляет часть поделенного на поддиапазоны [f1, f1], [f1, f2], …, [fk-1, fk], [fk, f2] диапазона [f1, f2], отличную от диапазонов изменения частоты других генераторов. Каждый из генераторов может быть подсоединен к емкости с помощью соответствующей линии связи. Устройство может содержать сумматор мощности, ко входам которого подсоединены все генераторы, а выход которого подсоединен к емкости с помощью одной линии связи. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного и дистанционного определения толщины плоских диэлектрических материалов. Радиоволновое фазовое устройство для определения уровня жидкости содержит генератор СВЧ фиксированной частоты, подсоединенный через первый делитель мощности, основной вывод направленного ответвителя и циркулятор к приемо-передающей антенне для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности жидкости по нормали к ней и приема отраженных электромагнитных волн. Устройство также содержит первый смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно вспомогательный вывод направленного ответвителя и вывод циркулятора через второй делитель мощности, второй смеситель, первый делитель частоты на N и второй делитель частоты на N. При этом первый и второй входы второго смесителя соединены соответственно через первый и второй делители частоты на N со вторыми выходами первого и второго делителя мощности, а выход второго смесителя соединен с вычислительным блоком. Технический результат - повышение точности устройства. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня диэлектрической жидкости, находящейся в какой-либо емкости. В частности, оно может быть применено для измерения уровня нефтепродуктов, сжиженных газов и др. Предлагается способ измерения уровня жидкости в емкости, при котором размещают в емкости с диэлектрической жидкостью вертикально волноводный резонатор, уровень x жидкости в котором равен ее уровню в емкости, возбуждают в нем электромагнитные колебания и измеряют их резонансную частоту. На резонансной частоте fn(x) возбуждают во всем объеме резонатора электромагнитные колебания типа, для которого fn(x) выше критической частоты fnкр для волны данного возбуждаемого типа в волноводе, при значении x, меньшем некоторого значения x1, при котором fn(x1) выше fnкр, и измеряют fn(x), а при значении x, большем x1, при котором fn(x1) ниже fnкр, возбуждают во всем объеме резонатора на резонансной частоте fk(x) электромагнитные колебания типа, для которого fk(x) выше критической частоты fkкр для волны данного возбуждаемого типа в волноводе, с изменением значения fn(x1) до значения fk(x1) при х=х1, и измеряют fk(x). Конструктивные параметры резонатора могут быть выбраны исходя из условия fn(x1)=fk(x1). 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня электропроводной жидкости в различных открытых емкостях. В частности, оно может быть применено для определения уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства. Предлагается способ определения уровня жидкого металла в технологической емкости, поступающего в нее из другой технологической емкости в виде струи, при котором возбуждают продольные электромагнитные колебания в открытом СВЧ резонаторе, образуемом совокупностью металлического зеркала над поверхностью жидкого металла и этой поверхностью. При этом струю жидкого металла подают через отверстие в центральной части металлического зеркала, при этом радиус кривизны металлического зеркала соизмерим с расстоянием между ним и поверхностью жидкого металла, а в образуемом открытом СВЧ резонаторе продольные электромагнитные колебания возбуждают с азимутальным индексом не менее 20 на фиксированной резонансной частоте и находят ее значение, по которому судят об уровне жидкого металла. Техническим результатом настоящего изобретения является расширение области применения. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости, в частности для измерения уровня воды, нефтепродуктов, сжиженных газов и других жидкостей. Предлагается способ измерения уровня жидкости, при котором в сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают электромагнитные волны с первой частотой, принимают отраженные электромагнитные волны и измеряют первую разность фаз излучаемых и принимаемых электромагнитных волн. После этого в сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают электромагнитные волны со второй частотой, принимают отраженные электромагнитные волны и измеряют вторую разность фаз излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, по измеренным значениям первой и второй разности фаз судят об уровне жидкости в емкости. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и, в частности, касается измерительного устройства для измерения уровня наполнения, измерения разделительного слоя или определения свойств наполняющего материала, которое состоит из: первого волноводного устройства с устройством ввода для проведения первого измерения и замеряющего устройства для проведения второго измерения, которое представляет собой второе волноводное устройство с вторым устройством ввода, при этом устройства ввода служат для присваивания потенциала и опорного потенциала и имеют развязку потенциалов. Также изобретение включает в себя устройство управления, измерительный прибор для измерения уровня наполнения, способ эксплуатации измерительного устройства, компьютерочитаемый носитель информации, применение измерительного устройства для измерения эмульсии и применение измерительного устройства для определения свойств среды. Технический результат заключается в реализации указанных выше устройств и их назначений. 7 н. и 8 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение может быть использовано для высокоточного измерения уровня диэлектрической жидкости, находящейся в емкости, например для измерения уровня нефтепродуктов. Техническим результатом является увеличение чувствительности и точности измерений. В предлагаемом способе измерения уровня жидкости размещают в емкости с диэлектрической жидкостью вертикально волноводный резонатор, уровень x жидкости в котором равен ее уровню в емкости, возбуждают в нем электромагнитные колебания и измеряют их резонансную частоту. Электромагнитные колебания возбуждают во всем объеме резонатора, у которого нижняя часть имеет уменьшенное поперечное сечение, на резонансной частоте fn(x) типа колебаний, для которого fn(x) выше критической частоты fnкр нижней части волновода уменьшенного сечения для волны данного типа, при значении x, меньшем некоторого значения x1, при котором fn(x1) выше fnкp, и измеряют fn(x), а при значении x, большем x1, при котором fn(x1) ниже fnкр, электромагнитные колебания возбуждают в объеме резонатора, кроме его нижней части уменьшенного сечения, на резонансной частоте fk(x) типа колебаний, для которого fk(x) выше критической частоты fkкр верхней части волновода для волны данного типа, причем fkкр<fnкр, с изменением значения fn(x1) до значения fk(x1) при x=x1, и измеряют fk(x). 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Радиолокационный волноводный уровнемер предназначен для измерения уровня материалов, например, в резервуарах, котлах с избыточным давлением, силосах. Он содержит приемопередающий блок, включающий блок обработки, модулятор, передатчик и приемник, волноводную линию, расположенную внутри резервуара и прикрепленную к его металлической поверхности, передающую и приемные связанные линии, соединенные с передатчиком и приемником соответственно, проходящие через СВЧ гермовводы и заканчивающиеся вибраторами, возбуждающими волноводную линию, которая монтируется как отдельная подвеска с грузом, который может быть отражателем или поглотителем. Задача, решаемая изобретением, заключается в достижении высокой прочности герметичного СВЧ перехода, волноводной линии и требуемого волноводного согласования конструкции, а также стойкость к воздействиям среды. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости, в частности для измерения уровня воды, нефтепродуктов, сжиженных газов и других жидкостей. Предлагается устройство для измерения уровня жидкости, технический результат в котором достигается тем, что оно содержит два генератора электромагнитных волн фиксированной частоты, подсоединенных к первому и второму входам переключателя, выход которого через основной волновод направленного ответвителя присоединен к антенне для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности жидкости по нормали, антенну для приема отраженных электромагнитных волн, смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно антенна для приема отраженных электромагнитных волн и вспомогательный выход направленного ответвителя, выход смесителя соединен со входом вычислительного блока, выход которого соединен с управляющим входом переключателя. Технический результат заключается в повышении точности измерения уровня жидкости. 1 ил.
Наверх