×
11.06.2018
218.016.6182

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В РЕЗЕРВУАРАХ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах. В способе измерения параметров сыпучих материалов в резервуарах с помощью оптического устройства, закрепленного над поверхностью измеряемого материала, герметически отделенной от него оптически прозрачным элементом, в качестве измерительного устройства используют два лазера-дальномера, один из которых устанавливают в центре крышки над герметически отделенном от сыпучего материала оптически прозрачным элементом, таким образом, чтобы оптическая ось упомянутого лазера-дальномера совпадала с осью симметрии резервуара, второй лазер-дальномер устанавливают в периферийной части крышки над герметически отделенным от сыпучего материала оптически прозрачным элементом таким образом, чтобы оптическая ось упомянутого лазера-дальномера была параллельна оси симметрии резервуара, при этом в процессе контроля первым лазером-дальномером определяют расстояние от крышки до поверхности сыпучего материала, а вторым определяют расстояние h от крышки резервуара до точки, лежащей на в области пересечения поверхности сыпучего материала с поверхностью резервуара, и объем сыпучего материала в резервуаре рассчитывают по формуле. Техническим результатом является упрощение способа и повышение точности контроля. 1 ил., 2 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к области электрических измерений неэлектрических величин, и может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах в различных отраслях промышленности: химической, фармацевтической, пищевой, строительной и т.д.

Известно большое разнообразие способов контроля параметров сыпучих материалов в резервуарах, которые, в частности, сводятся к тому, что в контролируемом резервуаре создают акустическое поле, и уровень среды оценивают по результатам обработки информации о характеристиках поля, получаемой с помощью одного или нескольких датчиков - электроакустических приемников [1÷5].

Недостатком этих способов являются высокие погрешности контроля из-за влияния акустических неоднородностей среды (температуры, плотности и скорости звука), а также формы и материала стенок резервуара.

Известен радиолокационный способ измерения уровня сыпучих материалов [6], включающий измерение времени распространения радиоволн, излученных в направлении на поверхность среды и отраженных от нее, и вычисление по измеренному времени распространения радиоволн дальности до поверхности среды. Указанный способ не позволяет измерять уровень с достаточной точностью при наличии мешающих отражений, вызванных конструктивными особенностями резервуара с жидким материалом, так как мешающие отражения искажают форму сигнала и тем самым приводят к большой ошибке в измерении времени задержки.

Известен способ измерения уровня сыпучих материалов в резервуаре, реализованный в устройстве [7], заключающийся в том, что излучают частотно-модулированный сигнал в направлении содержимого резервуара, принимают, спустя время распространения, отраженный сигнал и смешивают его с частью излучаемого сигнала для получения сигнала разностной частоты (СРЧ). Фазу этого сигнала используют для измерения расстояния до поверхности контролируемой среды, при условии поддержании постоянной самой разностной частоты, путем управления периодом модуляции. При этом фаза сигнала разностной частоты при измерении расстояния будет непрерывно меняться в пределах 2πN+ϕ пропорционально изменению расстояния. Здесь N - целое число периодов СРЧ, содержащееся в периоде модуляции, ϕ - число, соответствующее оставшейся части периода, то есть начальная фаза СРЧ.

Таким образом, определение расстояния сводится к подсчету числа N, измерению фазы ϕ и вычислению расстояния.

Недостатком способа также является невозможность измерения уровня с заданной точностью при наличии мешающих отражений, вызванных элементами конструкции резервуара, так как наличие помех сильно изменяет фазу сигнала и приводит к большой ошибке.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ и устройство измерения параметров жидких и сыпучих материала в резервуарах [8].

Сущность способа-прототипа заключается в том, параметры жидких и сыпучих материалов в резервуаре определяют путем преобразования изображения мерного элемента в электрический сигнал с последующей его цифровой обработкой и определением уровня, при этом с помощью телекамеры получают изображение линии пересечения поверхности материала с мерным элементом в виде мерной шкалы, преобразуют его в видеосигнал, после чего получают файл данных в виде матрицы пикселей, затем в нем с помощью заранее обученной нейронной сети производят поиск и распознавание ближайшего значения N отсчета первичной мерной шкалы и условной линии поверхности жидкости или сыпучего материала, подсчитывают количество пикселей n в изображении между найденным ближайшим значением N отсчета первичной мерной шкалы и условной линией поверхности жидкости или сыпучего материала, а вычисление уровня материала Н производят по формуле H=N-k×n, где k - коэффициент пропорциональности.

Недостатком способа-прототипа является то, что он применим, в основном, для измерения уровня жидких сред. Для определения уровня сыпучих материалов, например уровня цемента, применение указанного способа затруднено из-за того, что мерная шкала, нанесенная на боковой стороне резервуара, из-за запыленности будет трудно различимой, что приводит к большим погрешностям. Кроме того, реализация способа - прототипа относительно сложна из-за необходимости применения цифровой видеокамеры, нанесения на стенке резервуара цифровой шкалы, из-за необходимости создания архитектуры нейронной сети, применения в ней множества разнообразных нейронов и из-за необходимости ее обучения.

Технической задачей, на которую направлено изобретение, является упрощение способа и повышение точности контроля.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе измерения параметров сыпучих материалов в резервуарах с помощью оптического устройства, закрепленного над поверхностью измеряемого материала, герметически отделенной от него оптически прозрачным элементом, в качестве измерительного устройства используют два лазера-дальномера, один из которых устанавливают в центре крышки над герметически отделенным от сыпучего материала оптически прозрачным элементом, таким образом, чтобы оптическая ось упомянутого лазера-дальномера совпадала с осью симметрии резервуара, второй лазер-дальномер устанавливают в периферийной части крышки над герметически отделенном от сыпучего материала оптически прозрачным элементом таким образом, чтобы оптическая ось упомянутого лазера-дальномера была параллельна оси симметрии резервуара, при этом в процессе контроля первым лазером-дальномером определяют расстояние по центральной оси симметрии резервуара h1 от крышки до поверхности сыпучего материала, а вторым лазером-дальномером определяют расстояние h2 от крышки резервуара до точки, лежащей на в области пересечения поверхности сыпучего материала с поверхностью резервуара, и объем сыпучего материала в резервуаре рассчитывают по формуле , где Н - высота резервуара, D - диаметр резервуара.

На фиг. 1 изображен сыпучий материал в резервуаре после засыпки в него порции сыпучего материала (А) и отсыпки из него порции сыпучего материала (Б).

На фиг. 1 введены следующие обозначения:

1 - резервуар высотой Н и диаметром D; 2 - крышка; 3 - лазер-дальномер; 4 - оптически прозрачное окно; 5 - лазер-дальномер; 6 - оптически прозрачное окно; 7 - сыпучий материал; 8 - заслонка; 9 - высыпная воронка.

Сущность изобретения заключается в следующем.

К сыпучим материалам можно отнести: цемент, муку, опилки, зерно, сахар, соль, крупу и т.д. Эти материалы широко используются в различных отраслях промышленности. При учете прихода и расхода сыпучего материала основным параметром является его объем. Рассмотренные же выше аналоги не позволяют определить с достаточной точностью указанный параметр. Кроме того, все они обладают сложностью при их реализации. В предлагаемом решении определение объема сыпучего материала можно реализовать следующим образом.

Известно, что все сыпучие материалы при их высыпании в любой резервуар в верхней части образуют некоторую нелинейную поверхность, наиболее приближенную к поверхности конуса. Эта характерная особенность сыпучих материалов явилась основанием для введения в качестве одной из основных характеристик сыпучих материалов так называемого «угла естественного откоса α» (см. фиг. 1, А). Угол естественного откоса (иногда также угол внутреннего трения, угол ската) - угол, образованный свободной поверхностью сыпучего материала с горизонтальной плоскостью. Иногда может быть использован термин «угол внешнего трения». Частицы материала, находящиеся на свободной поверхности насыпи, испытывают состояние критического (предельного) равновесия. Угол естественного откоса связан с коэффициентом трения и зависит от шероховатости зерен, степени их увлажнения, гранулометрического состава и формы, а также от удельного веса материала.

Обычно для измерения объема вещества в резервуаре частью объема, находящегося под нелинейной поверхностью, пренебрегают, а объема вещества рассчитывают, как объем цилиндра, если резервуар цилиндрический. Так как объем сыпучего материала под нелинейной поверхностью обычно не измеряется, то это приводит к погрешности до 5-10 процентов и более в зависимости от уровня вещества в резервуаре. Поэтому необходимо предложить способ для более точного измерения объема вещества, например цемента, при его дозировании для производства строительных изделий. Рассмотрим, как это можно реализовать.

Наиболее часто для загрузки сыпучего материала используют резервуар 1, выполненный в виде цилиндра (см. фиг. 1).

Резервуар 1 обычно закрывается герметичной крышкой 2, для того чтобы предотвратить попадания в сыпучий материал влаги, пыли или иных инородных включений. Если в центральной части на крышке 1 разместить лазер-дальномер 5 над герметичным оптически прозрачным окном 6, то при помощи лазера дальномера можно определить расстояние по оси симметрии резервуара h1 от крышки до поверхности сыпучего материала.

При помощи же лазера-дальномера 3, расположенного над герметичным оптически прозрачным окном 4, определяют расстояние h2 до точки, лежащей в месте пересечения поверхности резервуара с поверхностью сыпучего материала 7. Сыпучий материал 7 обычно отделяется от высыпной воронки 8 при помощи заслонки 9.

В процессе работы с сыпучим материалом могут быть реализованы два варианта. Первый вариант возникает при засыпке сыпучего материала в резервуар. При этом в верхней части сыпучего материала образуется горка, в форме круглого конуса, вершина которого направлена вверх (фиг. 1, А). Второй вариант реализуется при высыпании некоторого объема сыпучего материала 7 из резервуара 1. При этом на поверхности сыпучего материала образуется коническая воронка с вершиной, направленной вниз (фиг. 1, Б).

Рассмотрим, как по результатам измерений h1 и h2 при знании внутренних габаритов цилиндрического резервуара (его высоты Н и диаметра D) можно определить объем сыпучего материала в резервуаре.

Объем сыпучего материала V1, заключенный между дном (заслонкой 9) резервуара 1 и линией пересечения поверхности сыпучего материала 7 с поверхностью резервуара 1, можно определить по формуле

Объем V2 сыпучего материала, находящийся в конической части сыпучего материала, равен

Объем сыпучего материала в резервуаре Vc равен

В выражении (3) знак (+) ставится, если реализован первый вариант (фиг. 1, А), знак (-) ставится, когда реализован второй вариант (фиг. 1, Б).

Подставим в выражение (3) выражения (1) и (2), получим

Таким образом, объем сыпучего материала в резервуаре можно определить по формуле

Формула (5) учитывает оба варианта. В случае первого варианта (фиг. 1, А) выполняется неравенство h2≥h1, и V2 имеет знак «+». В случае второго варианта (фиг. 1, Б) выполняется неравенство h1≥h2, и V2 имеет знак «-».

Пример конкретного выполнения 1

В цилиндрический бункер 1 высотой Н=4 метра и диаметром D=1,6 метра был засыпан цемент с заранее измеренным объемом, равным 5,4 м3 (см. фиг. 1, А).

В центральной части герметичной крышки и в периферийной части крышки имелись герметичные оптические окна 4 и 6, выполненные из кварцевого оптического стекла, толщиной 10 мм. С внутренней стороны оптическое окна 4 и 6 были покрыты прозрачной пылеотталкивающей лаковой пленкой из POLISTAR Р 8670 [9].

С наружной стороны окон 4 и 6 были установлены лазеры-дальномеры 3 и 5 фирмы SICK марки ДТ50.

После засыпки в резервуар 1 цемента 7 включали лазеры-дальномеры 3 и 5. При помощи лазера-дальномера 5 определяли величину h1. Она оказалась равной h1=0,8 м. С помощью лазера-дальномера 3 измеряли величину h2, она оказалась равна h2=1,61 м. По результатам измерения был вычислен объем по формуле (5)

Объем Vc, измеренный по способу прототипу, был равен Vc=4,8029 м3.

Относительная погрешность измерения объема цемента по способу-прототипу была равна

Относительная погрешность измерения объема цемента по заявляемому способу была равна

Пример конкретного выполнения 2

Из цилиндрического бункера 1 высотой Н=4 метра и диаметром D=1,6 метра, в котором был засыпан цемент с измеренным объемом, равным 6,2 м3, высыпали 3 м3 цемента (см. фиг. 1, Б). Таким образом, в резервуаре должно было остаться 3,2 м3.

После высыпания из резервуара 1 цемента 9 аналогичным образом, как и в примере 1, измерялись h1 и h2. Они оказались равны h1=3 м и h2=2,2 м. По результатам измерения был вычислен объем сыпучего материала в резервуаре 1. По способу-прототипу оставшийся в резервуаре объем сыпучего материала оказался равным Vc=3,6173 м3.

Высыпанный из резервуара 1 объем сыпучего материала по способу-прототипу был равен

Vв=6,2-3,6173=2,5827 м3.

Относительная погрешность измерения объема цемента по способу-прототипу была равна

Вычисленный по формуле (5) по заявляемому способу оставшийся в резервуаре 1 объем сыпучего материала оказался равным

Высыпанный из резервуара 1 объем Vв сыпучего материала, определенный по заявляемому способу, был равен

Vв=6,2-3,2139=2,9861 м3

Таким образом, относительная погрешность измерения объема цемента по заявляемому способу была равна

Таким образом, погрешность измерения по заявляемому способу более чем на порядок ниже погрешности измерения по способу-прототипу.

Кроме того, по сравнению со способом-прототипом заявляемый способ существенно упрощен, так как для своей реализации он не требует использования цифровой камеры, измерительной линейки и построения сложной архитектуры нейронной сети, ее обучения и множества датчиков (синапсов).

Источники информации

1. Бергман А. Ультразвук и его применение в науке и технике. ИЛ. М., 1957, с. 406.

2. Патент США N 3922914, МПК G01F 23/28. Каталог переводов описаний изобретений, М., 1988, N 5, с. 88.

3. Патент РФ N 2037144, МПК G01F 23/28. 1995. БИ №6.

4. Патент РФ N 2047844, МПК G01F 23/28, 1995. БИ №26.

5. Патент Франции N 2436372, МПК G01F 23/28.

6. Марфин В.П., Кузнецов Ф.В. СВЧ уровнемер. // Приборы и системы управления. 1979, №11. С. 23-29.

7. Патент РФ №2234717, G01S 13/34, 04.03.2003.

8. Патент РФ№2279642. Способ измерения уровня сыпучих или жидких материалов и устройство для его осуществления / Якимович Е.А., Замятин Н.В. - Опубл 10.07.2006 Бюл. №19 - (Прототип).

9. http://vsedlyapolov.ru/materialy/polimery-dlya-polov/smoly-nalivnye/mpm-smoly/polistar-p-8670.html.


СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В РЕЗЕРВУАРАХ
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В РЕЗЕРВУАРАХ
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В РЕЗЕРВУАРАХ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 51-58 из 58.
25.06.2020
№220.018.2b02

Способ формирования субмикронного т-образного затвора

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, а именно к технологии получения СВЧ монолитных интегральных схем на основе полупроводниковых соединений типа AIIIBV, в частности к созданию гетероструктурных СВЧ-транзисторов с высокой подвижностью электронов. Способ формирования затвора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724354
Дата охранного документа: 23.06.2020
01.07.2020
№220.018.2d87

Меандровая микрополосковая линия задержки из двух витков, защищающая от сверхкоротких импульсов

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры от сверхкоротких импульсов. Техническим результатом является увеличенное ослабление СКИ, за счет его разложения на последовательность из девяти импульсов меньшей амплитуды: сначала на три...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724972
Дата охранного документа: 29.06.2020
01.07.2020
№220.018.2d8c

Меандровая линия задержки с лицевой связью из двух витков, защищающая от сверхкоротких импульсов

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры от сверхкоротких импульсов, меньше чем длительность воздействующего импульса. Техническим результатом является увеличенное ослабление СКИ за счет его разложения на последовательность из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724970
Дата охранного документа: 29.06.2020
01.07.2020
№220.018.2d93

Усовершенствованная меандровая линия задержки с лицевой связью, защищающая от сверхкоротких импульсов

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры от сверхкоротких импульсов. Техническим результатом является увеличенное ослабление СКИ, за счет его разложения на последовательность из четырех импульсов меньшей амплитуды: перекрестную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724983
Дата охранного документа: 29.06.2020
31.07.2020
№220.018.3917

Модифицированная микрополосковая линия с улучшенной защитой от сверхкоротких импульсов

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры от сверхкоротких импульсов. Предлагается устройство, состоящее из проводящей пластины, на которой параллельно ей расположена подложка, на которой параллельно ей располагается проводник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002728327
Дата охранного документа: 29.07.2020
31.07.2020
№220.018.393d

Аппаратно-программный комплекс для синтеза и испытаний оптимальной сети высоковольтного электропитания

Изобретение относится к электротехнике. Сущность изобретения заключается в использования представления сети высоковольтного электропитания (СВЭ) при ее проектировании в виде последовательно соединенных отрезков линий передачи и моделирования распространения по ним помеховых сигналов из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002728325
Дата охранного документа: 29.07.2020
31.07.2020
№220.018.39ab

Навигационный радиооптический групповой отражатель кругового действия в горизонтальной плоскости

Изобретение относится к навигации и может использоваться на внутренних водных путях в составе плавучих буев для обозначения судового хода одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн. Навигационный радиооптический групповой отражатель кругового действия в горизонтальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002728326
Дата охранного документа: 29.07.2020
17.06.2023
№223.018.8016

Автоматизированный испытательный комплекс для наземной экспериментальной отработки систем электроснабжения космических аппаратов

Автоматизированный испытательный комплекс для наземной экспериментальной отработки систем электроснабжения космических аппаратов относится к преобразовательной технике и может быть использован при наземных испытаниях систем электроснабжения космических аппаратов, получающих электроэнергию от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002760729
Дата охранного документа: 29.11.2021
Показаны записи 91-100 из 102.
10.04.2019
№219.017.098d

Способ пропитки обмоток электротехнических изделий

Изобретение относится к области электротехники, касается технологии пропитки изоляции обмоток электрических машин и электротехнических изделий и может быть использовано при изготовлении статоров электрических машин, трансформаторов, дросселей. Сущность изобретения состоит в том, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002467452
Дата охранного документа: 20.11.2012
15.06.2019
№219.017.83a7

Способ дезинтегрирования кускового сырья

Изобретение относится к способам тонкого измельчения и может быть использовано в химической, строительной и других отраслях промышленности при переработке твердого кускового сырья. Способ заключается в подаче кускового сырья в камеру помола, внутри которой вертикально расположено два...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691564
Дата охранного документа: 14.06.2019
19.06.2019
№219.017.83f6

Дезинтегратор

Изобретение относится к средствам для измельчения, диспергирования, механической активации материалов и может быть использовано, например, в горной или строительной промышленности. Дезинтегратор содержит корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками, установленные в корпусе неподвижный и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691585
Дата охранного документа: 14.06.2019
06.07.2019
№219.017.a800

Способ производства подводных работ и обитаемый подводный комплекс для его осуществления

Изобретение относится к области подводных аппаратов. Согласно способу производства подводных работ выполняют рекогносцировочное погружение на обитаемом подводном аппарате, оснащенном штатным оборудованием и штатными измерительными приборами для детального определения характера и объема работ....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002399552
Дата охранного документа: 20.09.2010
10.07.2019
№219.017.b058

Способ обработки воды и реактор для его реализации

Изобретение относится к высоковольтным технологиям обработки воды и может быть использовано для обработки воды с целью ее очистки, обеззараживания и получения анолита и католита. Сущность изобретения заключается в том, что струю воды формируют путем пропускания воды через сквозную внутреннюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002438989
Дата охранного документа: 10.01.2012
13.07.2019
№219.017.b33b

Дисмембратор

Изобретение относится к устройствам для измельчения различных материалов и может быть использовано в строительной, химической и других отраслях промышленности, в частности для переработки твердого кускового сырья, например фторангидрита. Дисмембратор содержит цилиндрический корпус с загрузочным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002694313
Дата охранного документа: 11.07.2019
02.11.2019
№219.017.dde4

Способ дезинтегрирования кускового сырья

Изобретение относится к области измельчения, диспергирования и механической активации материалов, в том числе с наноструктурой материалов, и может быть использовано в горной и строительной промышленности, в энергетике, в технологических схемах обогатительных фабрик, в схемах подготовки твердого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704865
Дата охранного документа: 31.10.2019
20.12.2019
№219.017.ef70

Дисмембратор

Изобретение относится к области измельчения, диспергирования и механической активации материалов, в том числе материалов с наноструктурой, и может быть использовано, в частности, в горной и строительной промышленности, в энергетике, в технологических схемах обогатительных фабрик. Дисмембратор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709157
Дата охранного документа: 16.12.2019
01.02.2020
№220.017.fc3e

Способ изготовления стоматологического остеоинтегрируемого имплантата

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к стоматологии, и может быть использовано в хирургической и ортопедической стоматологии для реабилитации больных с частичной или полной потерей зубов. Способ изготовления стоматологического остеоинтегрируемого имплантата, содержащего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002712642
Дата охранного документа: 30.01.2020
01.02.2020
№220.017.fcc4

Способ изготовления стоматологического остеоинтегрируемого имплантата

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к стоматологии, и может быть использовано в хирургической и ортопедической стоматологии для реабилитации больных с частичной или полной потерей зубов. Способ изготовления стоматологического остеоинтегрируемого имплантата, содержащего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002712578
Дата охранного документа: 29.01.2020
+ добавить свой РИД