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一種懸臂梁式料位測量裝置及測量方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510674422.1

申請日:

2015.10.16

公開號:

CN105258762A

公開日:

2016.01.20

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G01F 23/22申請日:20151016|||公開
IPC分類號: G01F23/22 主分類號: G01F23/22
申請人: 江蘇科技大學
發明人: 楊繪峰; 沈超明
地址: 212003江蘇省鎮江市夢溪路2號
優先權:
專利代理機構: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204 代理人: 李曉靜
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510674422.1

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.08.31|||2016.02.17|||2016.01.20

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種懸臂梁式料位測量裝置及測量方法,其裝置包括位于儲料罐上的底板和頂板,底板和頂板通過支架連接,在底板上固定安裝有具有彈性的懸臂梁,懸臂梁的自由端安裝有傳感器,傳感器與信號采集和分析系統連接,所述頂板上安裝有低頻電機,低頻電機帶動球頭轉臂做圓周運動,球頭轉臂在轉動時打擊懸臂梁自由端使其振動。本發明的懸臂梁式料位測量裝置,利用懸臂梁的振動固有頻率與懸臂梁長度的關系,結構巧妙,而且抗干擾能力強、工作壽命長、通用型強且成本低廉;本發明的懸臂梁式料位測量裝置的測試方法,操作簡單,而且測試精度高。

權利要求書

1.一種懸臂梁式料位測量裝置,其特征在于:包括位于儲料罐上的底板和頂板,
底板和頂板通過支架連接,在底板上固定安裝有具有彈性的懸臂梁,懸臂梁的自由端安
裝有傳感器,傳感器與信號采集和分析系統連接,所述頂板上安裝有低頻電機,低頻電
機帶動球頭轉臂做圓周運動,球頭轉臂在轉動時打擊懸臂梁自由端使其振動。
2.根據權利要求1所述的懸臂梁式料位測量裝置,其特征在于:所述儲料罐外設
有顯示儲料罐物料高度的顯示屏,顯示屏與信號采集和分析系統連接。
3.一種如權利要求1或2所述的懸臂梁式料位測量裝置的測量方法,其特征在于,
包括以下步驟:
(1)儲料罐在裝入物料之前測量懸臂梁的長度L和懸臂梁最末端相對儲料罐底部
的距離N;
(2)啟動低頻電機,帶動球頭轉臂轉動,打擊懸臂梁使其振動,信號采集和分析
系統采集傳感器輸入的時域信號,經信號采集和分析系統得出該時刻懸臂梁的一階固有
頻率f1,根據其中:H為懸臂梁有效長度,E為材料的彈性模量,I0
為梁的截面慣性矩,ρ為材料的密度,A0為懸臂梁的截面積,得出懸臂梁該時刻的有效
長度 H = 3.52 2 πf 1 EI 0 ρA 0 ; ]]>
(3)儲料罐中物料的深度即為N+L-H。
4.根據權利要求3所述的懸臂梁式料位測量裝置的測量方法,其特征在于:所述
懸臂梁為具有線彈性的金屬材料。
5.根據權利要求4所述的懸臂梁式料位測量裝置的測量方法,其特征在于:所述
懸臂梁材料為Q235鋼,彈性模量E=210GPa,泊松比密度ρ為7.858g/cm^3,懸臂梁截
面為30mm×55mm,高度為1200mm。
6.根據權利要求4所述的懸臂梁式料位測量裝置的測量方法,其特征在于:所述
懸臂梁材料為鋁,彈性模量E=70GPa,密度ρ=2.7g/cm^3,懸臂梁截面為40mm×60mm,
高度為1500mm。

說明書

一種懸臂梁式料位測量裝置及測量方法

技術領域

本發明涉及一種懸臂梁式料位測量裝置及測量方法,屬于粉料料罐料位監測領域。

背景技術

儲料罐是很多行業中重要的工程設施,如食品加工企業中的面粉儲料罐、建筑行業
中的混凝土攪拌站中的水泥和黃沙儲料罐等。儲料罐要求能夠連續不斷的工作,既不會
因進料過快過多而爆倉,也不會因進料慢而造成怠工而影響生產進度,這就要求在進料
工程中能對儲料罐的物料的料位進行實時監測。

目前,針對粉料料罐的料位監測,主要有雷達料位計、超聲料位計、微博料位計等
非接觸式,以及重錘式、電機式料位計等。非接觸式料位計的工作原理是通過發射電磁
波、超聲波或微波脈沖,碰到被測介質表面,其部分被反射回來,從而獲得料位值,但
在粉料儲料罐工作過程中,一般為高粉塵工作環境,超聲波料位計無法穿透重粉塵,雷
達料位計,易在喇叭口結灰,影響測量,且電磁波的傳播速度極高,發送脈沖和接收脈
沖的時間間隔很小(納秒量級),很難確認,誤差較大;重錘式料位計和機械式料位計
由于電動設備長期在高負荷下工作,易損壞,且影響輸出電信號強弱的因素很多,獲得
結果不準確

發明內容

發明目的:為了克服現有技術中存在的不足,本發明提供一種懸臂梁式料位測量裝
置及測量方法,結構巧妙、抗干擾能力強、工作壽命長、通用型強且成本低廉。

技術方案:為解決上述技術問題,本發明的一種懸臂梁式料位測量裝置,包括位于
儲料罐上的底板和頂板,底板和頂板通過支架連接,在底板上固定安裝有具有彈性的懸
臂梁,懸臂梁的自由端安裝有傳感器,傳感器與信號采集和分析系統連接,所述頂板上
安裝有低頻電機,低頻電機帶動球頭轉臂做圓周運動,球頭轉臂在轉動時打擊懸臂梁自
由端使其振動。

作為優選,所述儲料罐外設有顯示儲料罐物料高度的顯示屏,顯示屏與信號分析系
統連接。

一種上述的懸臂梁式料位測量裝置的測量方法,包括以下步驟:

(1)儲料罐在裝入物料之前測量懸臂梁的長度L和懸臂梁最末端相對儲料罐底部
的距離N;

(2)啟動低頻電機,帶動球頭轉臂轉動,打擊懸臂梁使其振動,信號采集和分析
系統采集傳感器輸入的時域信號,經信號采集和分析系統得出該時刻懸臂梁的一階固有
頻率f1,根據其中:H為懸臂梁有效長度,E為材料的彈性模量,I0
為梁的截面慣性矩,ρ為材料的密度,A0為懸臂梁的截面積,得出懸臂梁該時刻的有效
長度 H = 3.52 2 πf 1 EI 0 ρA 0 ; ]]>

(3)儲料罐中物料的深度即為N+L-H。

其中,所述懸臂梁為具有線彈性的金屬材料。生產實踐中所用的儲料罐形狀各異,
尺寸大小也各不相同,需要組成懸臂梁的材料在單向拉伸和壓縮的情況下具有線彈性
段,并且確保該懸臂梁工作在線彈性段,通過合理地設計截面尺寸,合理地選擇原始長
度,從而達到比較理想的效果。

作為優選,所述懸臂梁材料為Q235鋼,彈性模量E=210GPa,泊松比密度ρ為
7.858g/cm^3,懸臂梁截面為30mm×55mm,高度為1200mm。

所述懸臂梁材料還可以為鋁,彈性模量E=70GPa,密度ρ=2.7g/cm^3,懸臂梁截面
為40mm×60mm,高度為1500mm。

有益效果:本發明的懸臂梁式料位測量裝置,利用懸臂梁的振動固有頻率與懸臂梁
長度的關系,結構巧妙,而且抗干擾能力強、工作壽命長、通用型強且成本低廉;本發
明的懸臂梁式料位測量裝置的測試方法,操作簡單,而且測試精度高。

附圖說明

圖1為本發明的主視結構示意圖;

圖2為本發明工作示意圖;

圖3為頻率與懸臂梁埋深的長度關系圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示,本發明的一種懸臂梁式料位測量裝置,包括位于儲料罐上的底
板1和頂板7,底板1和頂板7通過支架2連接,在底板1上固定安裝有具有彈性的懸
臂梁3,懸臂梁3材料為Q235鋼,彈性模量E=210GPa,泊松比密度ρ為7.858g/cm^3,
懸臂梁3截面為30mm×55mm,高度為1200mm,懸臂梁3的自由端安裝有傳感器6,
傳感器6與信號采集和分析系統連接,所述頂板7上安裝有低頻電機4,低頻電機4帶
動球頭轉臂5做圓周運動,球頭轉臂5在轉動時打擊懸臂梁3自由端使其振動,在儲料
罐外設有顯示儲料罐物料高度的顯示屏,顯示屏與信號分析系統連接。

一種懸臂梁式料位測量裝置的測量方法,包括以下步驟:

(1)儲料罐在裝入物料之前測量懸臂梁3的長度L,L=1200mm,懸臂梁的最底端
位于儲料罐的底部,N=0;

(2)啟動低頻電機4,帶動球頭轉臂5轉動,打擊懸臂梁3使其振動,信號采集和
分析系統采集傳感器6的時域信號,經信號分析系統得出該時刻懸臂梁3的一階固有頻
率f1,根據其中:H為懸臂梁3有效長度,E為材料的彈性模量,I0
為梁的截面慣性矩,ρ為材料的密度,A0為懸臂梁3的截面積,得出該時刻懸臂梁3
的有效長度;

(3)儲料罐中物料的深度及即懸臂梁的埋深為L-H,如圖3所示,通過顯示器實
時的顯示。

如圖3所示,可以看出當埋深增加時,固有頻率對埋深的變化越來越敏感。懸臂梁
3的這種特性對本裝置的有效工作非常有利,當儲料罐快要爆倉時,懸臂梁3埋深最大,
埋深的微小變化可以起固有頻率的顯著增加。這時通過測懸臂梁3固有頻率反推懸臂梁
3埋深時,可以檢測到埋深的微小變化,從而提高測量的精度,本測試方法甚至可以達
到0.1mm量級。

以上所述僅是本發明的優選實施方式,應當指出:對于本技術領域的普通技術人員
來說,在不脫離本發明原理的前提下,還可以做出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也
應視為本發明的保護范圍。

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一種 懸臂梁 式料位 測量 裝置 測量方法
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