專利名稱：測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法及其實(shí)施料位開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物料料位檢測(cè)技術(shù)，尤其是涉及一種非接觸式檢測(cè)密閉容器內(nèi)粉體物料料位的方法與裝置。
背景技術(shù)：
在很多工業(yè)生產(chǎn)中，原料、半成品、成品為粒塊狀或粉狀物料，通常需對(duì)其料位進(jìn)行檢測(cè)。特別是裝載粉體物料的密閉容器，如混凝土攪拌站中的水泥料倉、礦粉料倉等，在使用過程中需要隨時(shí)監(jiān)控這些料倉的料位，通常至少要檢測(cè)上、下極限料位，若料位低于下極限料位，則料倉內(nèi)物料過少，需加料，否則可能造成生產(chǎn)中粉體物料缺乏，影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。高于上極限料位，則容易導(dǎo)致容器內(nèi)壓力過大，物料沖頂，容器爆裂，需減料。進(jìn)行料位檢測(cè)的目的就是保證容器中粉體物料的料位在合理范圍之內(nèi)，以保證設(shè)備和生產(chǎn)安全運(yùn)行，避免容器爆裂弓I起粉塵擴(kuò)散污染環(huán)境。由于粉體物料粒徑小，具有容易流動(dòng)、容易吸附等特性，在粉體物料倉中，粉體物料往往彌漫整個(gè)空間，對(duì)放置在其中的檢測(cè)儀器和元件造成很大的干擾和破壞，使得現(xiàn)有的料位檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)的結(jié)果不可靠、檢測(cè)裝置的使用壽命短，最終釀成生產(chǎn)事故，造成環(huán)境污染。目前的料位檢測(cè)技術(shù)，按測(cè)量裝置的測(cè)量感應(yīng)元件與被測(cè)物料是否接觸，分為接觸式檢測(cè)和非接觸式檢測(cè)。1.接觸式料位檢測(cè)接觸式料位檢測(cè)技術(shù)主要有重錘式料位計(jì)法、音叉料位開關(guān)法、阻旋料位開關(guān)法、電容式料位計(jì)法、射頻導(dǎo)納料位開關(guān)法等。它們的共同點(diǎn)是作為測(cè)量裝置的測(cè)量感應(yīng)元件與被測(cè)物料接觸。(1)重錘式料位計(jì)法，作為測(cè)量裝置的重錘式料位計(jì)，主要由重錘探測(cè)器和控制器等組成，通過從容器頂部下放重錘探測(cè)物料表面來檢測(cè)料位。缺點(diǎn)是使用過程中受粉體物料影響易發(fā)生斷錘、埋錘、跳線、斷線現(xiàn)象。(2)音叉料位開關(guān)法，作為測(cè)量裝置的音叉料位開關(guān)主要由探測(cè)音叉、壓電晶體和電子電路等組成，通過檢測(cè)其音叉與物料介質(zhì)接觸時(shí)振動(dòng)頻率和振幅的改變，轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)料位的檢測(cè)。在粉體物料檢測(cè)中的缺點(diǎn)是音叉受粉塵影響易堵料、易誤發(fā)信號(hào)、 易壞。(3)阻旋料位開關(guān)法，作為測(cè)量裝置的阻旋料位開關(guān)，主要由葉片、電機(jī)和檢測(cè)電路等組成，工作時(shí)，根據(jù)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)是否受到物料阻力來判斷料位，輸出開關(guān)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)料位的檢測(cè)。在粉體物料檢測(cè)中的缺點(diǎn)是易出現(xiàn)機(jī)械故障，如葉片受損，內(nèi)部元件受粉塵破壞嚴(yán)重。(4)電容式料位計(jì)法，作為測(cè)量裝置的電容式料位計(jì)，主要由電極棒、轉(zhuǎn)換電路等組成，通過檢測(cè)電極棒與料倉壁之間由物料料位變化引起的電容量變化來檢測(cè)料位。缺點(diǎn)是只適用于絕緣物料，在粉體物料中，電極和倉壁容易附著物料，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)失效。
(5)射頻導(dǎo)納料位開關(guān)法，作為測(cè)量裝置的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)是從電容式料位計(jì)發(fā)展起來的，通過檢測(cè)傳感器與倉壁間由物料料位改變引起的導(dǎo)納值變化來檢測(cè)料位。缺點(diǎn)也與電容式料位計(jì)法一樣。在粉體物料料位接觸式檢測(cè)技術(shù)中，共同的特點(diǎn)是料位檢測(cè)裝置的測(cè)量感應(yīng)元件與粉體物料接觸，各個(gè)部件受粉體物料的影響，存在壽命短、檢測(cè)效果差、需要經(jīng)常維護(hù)清理等不足。2非接觸式料位檢測(cè)非接觸式料位檢測(cè)技術(shù)主要有超聲波料位計(jì)法、雷達(dá)料位計(jì)法、激光料位計(jì)法等，它們的共同點(diǎn)是感應(yīng)元件與被測(cè)物料不接觸。(1)超聲波料位計(jì)法，作為測(cè)量裝置的超聲波料位計(jì)，主要由探頭和控制器等組成，其探頭安裝在容器內(nèi)頂部，根據(jù)超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間和傳播速度，計(jì)算出從容器頂部到物料表面的距離，確定料位。采用這種方法測(cè)量粉體物料料位時(shí)，由于容器中的粉塵對(duì)超聲波的吸收，會(huì)導(dǎo)致超聲波信號(hào)的嚴(yán)重衰減，且探頭容易結(jié)垢，因此會(huì)引起測(cè)量誤差， 甚至不能進(jìn)行測(cè)量。(2)雷達(dá)料位計(jì)法，作為測(cè)量裝置的雷達(dá)料位計(jì)，其工作原理和超聲波料位計(jì)類似，也是通過測(cè)距的方式來檢測(cè)料位，只是采用了雷達(dá)波代替超聲波。采用雷達(dá)波測(cè)量粉體物料料位，其缺點(diǎn)是雷達(dá)波在粉塵中會(huì)衰減，易產(chǎn)生干擾回波，且存在天線根部積灰和探頭結(jié)疤等問題。(3)導(dǎo)波式雷達(dá)料位計(jì)法，作為測(cè)量裝置的導(dǎo)波式雷達(dá)料位計(jì)，是雷達(dá)料位計(jì)的一種變型，原理相同，只是其雷達(dá)波沿所設(shè)的導(dǎo)波體傳播。采用導(dǎo)波式雷達(dá)波測(cè)量粉體物料料位，其缺點(diǎn)是導(dǎo)波體易受外部結(jié)構(gòu)影響，內(nèi)部易積料，易產(chǎn)生虛假回波，埋在物料中的導(dǎo)波體由于受物料重力容易被拉斷。(4)激光料位計(jì)法，作為測(cè)量裝置的激光料位計(jì)，其工作原理也類似于超聲波料位計(jì)，采用測(cè)距原理，只是用激光代替了超聲波。缺點(diǎn)是探頭容易結(jié)垢，引起測(cè)量誤差或不能測(cè)量?，F(xiàn)有技術(shù)的非接觸式料位檢測(cè)技術(shù)，作為測(cè)量裝置的檢測(cè)感應(yīng)元件，在粉體物料料位檢測(cè)中仍然安置于容器內(nèi)部，與接觸式料位檢測(cè)技術(shù)相同，仍受容器內(nèi)粉塵的影響，使用壽命較短，檢測(cè)結(jié)果不可靠。目前大多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的粉體物料料位檢測(cè)裝置，作為檢測(cè)裝置的檢測(cè)感應(yīng)元件，由于其安置于容器內(nèi)，都會(huì)受到粉塵的污染破壞，嚴(yán)重影響檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)結(jié)果可靠性不高，易造成料倉破壞、粉塵污染、經(jīng)濟(jì)損失等嚴(yán)重后果，不能很好地滿足實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的需要。而對(duì)于存裝粉體物料的密閉容器，在其生產(chǎn)運(yùn)行過程中，并不需要隨時(shí)測(cè)量出其粉體物料的料位，只要能隨時(shí)測(cè)定密閉容器特定料位的物料狀況，就能保證粉體物料容器的正常生產(chǎn)運(yùn)行。鑒于此，需要人們開辟一種新的思路，提供一種檢測(cè)結(jié)果可靠且不受粉塵影響破壞的粉體物料密閉容器料位測(cè)定技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的粉體物料密閉容器料位檢測(cè)技術(shù)存在的檢測(cè)結(jié)果不可靠、 檢測(cè)裝置使用壽命短等問題，提出一種非接觸式地測(cè)定粉體物料密閉容器特定料位有無物料的方法及其實(shí)施用的料位開關(guān)。本發(fā)明提供的測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法，其內(nèi)容主要為在容器的料位檢測(cè)點(diǎn)，從容器壁面外以垂直于容器軸線的方向?qū)ιa(chǎn)運(yùn)行中的容器按設(shè)定的時(shí)間間隔發(fā)射檢測(cè)超聲波，將得到的容器內(nèi)壁面與其內(nèi)介質(zhì)之間界面處的反射回波信號(hào)，與事先測(cè)得存入儲(chǔ)存器中的、容器在加入有粉體物料和未加入粉體物料時(shí)容器內(nèi)壁面與其內(nèi)介質(zhì)之間界面處的標(biāo)定超聲波回波信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度比較，測(cè)定粉體物料容器料位檢測(cè)點(diǎn)處有無粉體物料。本發(fā)明提供的測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法，其測(cè)定原理與過程如附圖 1和附圖4中所示。在粉體物料容器料位檢測(cè)點(diǎn)，將料位開關(guān)固定安裝在容器外壁面，超聲波垂直容器壁面(垂直容器軸線)入射，如附圖4所示，容器內(nèi)加入有粉體物料和未加入粉體物料，容器內(nèi)壁和其內(nèi)介質(zhì)之間形成的界面差異非常明顯，超聲波在這兩種界面下的反射回波強(qiáng)度差異同樣十分明顯，料位開關(guān)能識(shí)別這種明顯的差異，從而可測(cè)定出其所在安裝位置容器內(nèi)有無粉體物料。在一次檢測(cè)過程中，超聲波垂直容器壁入射，發(fā)射的檢測(cè)超聲波a在傳播過程中會(huì)產(chǎn)生多個(gè)反射回波信號(hào)，如附圖4所示回波b為檢測(cè)超聲波a在容器外壁面上的反射回波；回波c為在容器內(nèi)壁和其內(nèi)介質(zhì)形成的界面上的反射回波；回波d為在容器內(nèi)介質(zhì)與容器內(nèi)壁形成的界面上的反射回波，即檢測(cè)超聲波a穿過容器內(nèi)介質(zhì)后在介質(zhì)與容器內(nèi)壁形成的界面上的反射回波。在上述回波中，由于超聲波探頭與容器外壁之間有偶合劑，回波 b的信號(hào)很??；回波c由于容器壁與容器內(nèi)的介質(zhì)性質(zhì)差異很大，回波信號(hào)比較強(qiáng)；回波d 由于超聲波a穿過容器內(nèi)介質(zhì)發(fā)生衰減，反射回波穿過容器內(nèi)介質(zhì)又發(fā)生衰減，因此回波d 的信號(hào)比較小。在通常情況下，在容器內(nèi)壁和其內(nèi)介質(zhì)形成的界面上的反射回波信號(hào)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于其它的回波信號(hào)，又由于容器加入有粉體物料與未加入有粉體物時(shí)回波信號(hào)差異很大，因此本發(fā)明以容器內(nèi)壁和其內(nèi)介質(zhì)形成的界面上的反射回波信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)，根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度得出粉體物料容器料位檢測(cè)點(diǎn)有無粉體物料的結(jié)論。在上述技術(shù)方案中，檢測(cè)超聲波反射回波信號(hào)與標(biāo)定超聲波反射回波信號(hào)強(qiáng)度比較，是通過判定檢測(cè)超聲反射波回波信號(hào)的強(qiáng)度是否落入標(biāo)定超聲波反射回波信號(hào)強(qiáng)度范圍進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)超聲波反射回波信號(hào)強(qiáng)度落入標(biāo)定超聲波反射回波信號(hào)強(qiáng)度范圍，則粉體物料容器料位檢測(cè)點(diǎn)處即為事先標(biāo)定時(shí)的料位狀態(tài)，而不是通過比較測(cè)量超聲波反射回波信號(hào)強(qiáng)度與標(biāo)定超聲波反射回波信號(hào)強(qiáng)度是否一致，來測(cè)定粉體物料容器料位檢測(cè)點(diǎn)處的料位狀態(tài)。采取這種方法進(jìn)行比較，是因在粉體物料容器料位檢測(cè)點(diǎn)對(duì)運(yùn)行中的容器發(fā)射檢測(cè)超聲波進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，容器壁的材料、厚度、容器內(nèi)的粉體物料變化、容器空間物料粉塵變化等，很難做到與事先在確定標(biāo)定超聲波反射回波信號(hào)時(shí)的環(huán)境完全一致，或多或少地有一些偏差，且容器在運(yùn)行一段時(shí)間后也可能帶來料位開關(guān)工作環(huán)境的少量變化(當(dāng)發(fā)生較大變化時(shí)，即料位開關(guān)工作超過標(biāo)準(zhǔn)使用時(shí)間后，需重新標(biāo)定)，但是容器在加入有粉體物料和未加入粉體物料時(shí)，超聲波在容器內(nèi)壁面與其內(nèi)介質(zhì)交界面處的反射回波信號(hào)強(qiáng)度差異明顯，因此采用這樣的方法能夠正確地測(cè)定出粉體物料容器料位檢測(cè)點(diǎn)處的料位狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)粉體物料容器內(nèi)的粉體物料料位進(jìn)行控制。所述標(biāo)定超聲波反射回波信號(hào)強(qiáng)度范圍一般為標(biāo)定超聲波反射回波信號(hào)強(qiáng)度值上下30%的區(qū)域，即以標(biāo)定超聲波反射回波信號(hào)強(qiáng)度值低30%的信號(hào)強(qiáng)度為強(qiáng)度范圍的下界，以標(biāo)定超聲波反射回波信號(hào)強(qiáng)度值高30%的信號(hào)強(qiáng)度為強(qiáng)度范圍的上界。作為本發(fā)明實(shí)施必備的標(biāo)定超聲波回波信號(hào)，可直接在要實(shí)施的粉體物料容器上在其運(yùn)行之前測(cè)取，分別測(cè)得容器在加入有粉體物料和未加入粉體物料超聲波在容器內(nèi)壁面與容器內(nèi)介質(zhì)交界面處的反射回波信號(hào)強(qiáng)度，存入儲(chǔ)存器，以供實(shí)際測(cè)定容器內(nèi)粉體物料料位狀態(tài)時(shí)使用。作為本發(fā)明實(shí)施必備的標(biāo)定超聲波回波信號(hào)，也可在實(shí)驗(yàn)室中事先測(cè)取。在實(shí)驗(yàn)室中事先測(cè)取，可避免現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定實(shí)際操作的困難。在實(shí)驗(yàn)室中事先測(cè)取，超聲波反射回波信號(hào)強(qiáng)度受容器內(nèi)部介質(zhì)、容器壁材料和壁厚等諸多因素影響。在不同物料、容器壁材料和壁厚等條件下的反射回波信號(hào)強(qiáng)度可通過實(shí)驗(yàn)確定，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立起不同物料、容器壁材料和壁厚條件下反射回波信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)庫，作為實(shí)際檢測(cè)時(shí)的依據(jù)。在本發(fā)明具體實(shí)施時(shí)，先根據(jù)實(shí)際情況，從數(shù)據(jù)庫中找出與實(shí)際有無物料情況吻合的反射回波信號(hào)強(qiáng)度范圍； 再由檢測(cè)的反射回波信號(hào)強(qiáng)度判斷屬于有無物料哪種情況，得出相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果。在上述技術(shù)方案中，對(duì)運(yùn)行中的粉體物料容器發(fā)射超聲波可采用間隔連續(xù)發(fā)射， 即隔一定的時(shí)間間隔發(fā)射一次，其中前后兩次發(fā)射超聲波的時(shí)間間隔要大于上一次發(fā)射的超聲波反射回波信號(hào)衰減消除的時(shí)間，以避免上一次發(fā)射的超聲波反射回波對(duì)本次檢測(cè)發(fā)射的超聲波反射回波信號(hào)造成干擾，保證檢測(cè)正確性。在上述技術(shù)方案中，粉體物料容器料位檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，可僅在容器最低料位點(diǎn)設(shè)置、或最高料位點(diǎn)設(shè)置，也可同時(shí)在容器的最低料位點(diǎn)和最高料位點(diǎn)設(shè)置，還可同時(shí)增設(shè)容器最低料位預(yù)警點(diǎn)和/或最高料位預(yù)警點(diǎn)，即粉體物料容器料位檢測(cè)點(diǎn)可在需要的任何位置進(jìn)行設(shè)置。本發(fā)明測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法，可通過下述結(jié)構(gòu)的料位開關(guān)進(jìn)行實(shí)施。本發(fā)明測(cè)定粉體物料容器料位有無物料的料位開關(guān)，其結(jié)構(gòu)主要包括超聲波探頭、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、單片機(jī)、溫度檢測(cè)電路、電源電路、時(shí)鐘電路和信號(hào)輸出電路，超聲波發(fā)射電路和接收電路均一端接探頭，另一端接單片機(jī)，其余電路分別與單片機(jī)相應(yīng)連接，料位開關(guān)通過安裝結(jié)構(gòu)使其超聲波探頭垂直容器軸線的安裝在容器外壁料位開關(guān)使其探頭垂直于容器壁面(容器軸線)安裝于容器外壁面，安裝結(jié)構(gòu)主要由管接頭與法蘭構(gòu)成，為了保證探頭與壁面之間有充足的耦合劑，在安裝結(jié)構(gòu)的管接頭上部可設(shè)有耦合劑存儲(chǔ)添加器具。耦合劑的作用是消除探頭與外壁面之間的空氣間隙，減小在此界面的反射損失，實(shí)現(xiàn)超聲波的順利傳播。為了提高上述料位開關(guān)的實(shí)用性，料位開關(guān)在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上還可進(jìn)一步地分別單獨(dú)、或組合、或一并增設(shè)鍵盤電路、顯示電路、報(bào)警電路或串口通信電路，這些電路均與單片機(jī)相應(yīng)連接。在上述技術(shù)方案中，所述的超聲波探頭是一個(gè)二合一探頭，超聲波的發(fā)射和接收都是通過該探頭完成。在上述技術(shù)方案中，所述的超聲波發(fā)射電路的作用是將單片機(jī)提供的脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足探頭的驅(qū)動(dòng)要求。超聲波發(fā)射過程是由單片機(jī)控制產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)，送入發(fā)射電路，信號(hào)經(jīng)發(fā)射電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大到足夠功率之后送入超聲波探頭，激勵(lì)探頭發(fā)射出超聲波。在上述技術(shù)方案中，所述的超聲波接收電路的作用是對(duì)接收到的反射回波信號(hào)進(jìn)行放大整形等處理，再將信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。超聲波接收過程是由超聲波探頭接收反射回來的信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后送入接收電路，經(jīng)接收電路處理后送入單片機(jī)。在上述技術(shù)方案中，所述的單片機(jī)是料位開關(guān)的處理控制核心，其主要作用是發(fā)出脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)探頭發(fā)射超聲波；采集反射回波信號(hào)，根據(jù)發(fā)射信號(hào)和反射回波信號(hào)的強(qiáng)度，進(jìn)行比較判斷，并輸出相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)；執(zhí)行按鍵操作和實(shí)現(xiàn)顯示、報(bào)警等功能。在上述技術(shù)方案中，所述的溫度檢測(cè)電路、電源電路、時(shí)鐘電路、鍵盤電路、顯示電路、報(bào)警電路、控制信號(hào)輸出電路和串口通信電路各自與單片機(jī)連接，分別起到檢測(cè)溫度、 供電、提供時(shí)鐘信號(hào)、鍵盤輸入、顯示、報(bào)警、輸出開關(guān)信號(hào)、與計(jì)算機(jī)通信的作用。本發(fā)明的料位開關(guān)是一種非接觸式超聲波粉體物料料位開關(guān)，由單片機(jī)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)由超聲波發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)放大后，通過超聲波探頭發(fā)射超聲波，并由探頭接收反射回波，轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)接收電路進(jìn)行處理之后，送入單片機(jī)進(jìn)行處理，根據(jù)結(jié)果輸出開關(guān)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)料位狀態(tài)的測(cè)定。本發(fā)明是根據(jù)超聲波在不同介質(zhì)分界面上的反射率不同，容器內(nèi)有無粉體物料超聲波在容器內(nèi)壁和其內(nèi)介質(zhì)之間界面上的反射回波信號(hào)差異大，提出了測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法，測(cè)量方法是通過將檢測(cè)得到的容器內(nèi)壁和其內(nèi)介質(zhì)之間界面上的反射回波信號(hào)與事先測(cè)定存入儲(chǔ)存器的、容器有無粉體物料不同情況下的超聲波在容器內(nèi)壁和其內(nèi)介質(zhì)之間界面上的反射回波信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度比較，考察檢測(cè)到的信號(hào)屬于有無物料的哪一種情況，從而得出容器檢測(cè)點(diǎn)處有無粉體物料的結(jié)論，測(cè)量方法可靠。實(shí)施本發(fā)明方法的料位開關(guān)，是一種非接觸式超聲波料位開關(guān)，在對(duì)粉體物料容器檢測(cè)料位進(jìn)行測(cè)定時(shí)，作為超聲波料位開關(guān)的超聲波探頭在檢測(cè)點(diǎn)位置緊貼容器外壁垂直于壁面安裝，在檢測(cè)過程中料位開關(guān)的檢測(cè)探頭完全不接觸物料和粉塵，通過檢測(cè)反射回波信號(hào)強(qiáng)度來識(shí)別容器內(nèi)某個(gè)截面的料位狀況，作出有無物料的判斷。一旦物料達(dá)到或低于料位開關(guān)位置時(shí)，料位開關(guān)就會(huì)發(fā)出開關(guān)信號(hào)，標(biāo)示安裝位置容器內(nèi)有無粉體物料。本發(fā)明與檢測(cè)容器內(nèi)粉體物料料位的現(xiàn)有技術(shù)相比，最大區(qū)別在于本發(fā)明是通過比較容器內(nèi)壁和其內(nèi)介質(zhì)之間界面上的反射回波信號(hào)強(qiáng)度來測(cè)定粉體物料容器檢測(cè)料位的狀況，而現(xiàn)有技術(shù)的粉體物料容器料位檢測(cè)技術(shù)，則是通過測(cè)算檢測(cè)信號(hào)從檢測(cè)探頭到粉體物料面運(yùn)行的時(shí)間，即從信號(hào)發(fā)射到反射再到接收所需的時(shí)間來測(cè)量容器內(nèi)的料位， 而信號(hào)運(yùn)行時(shí)間受容器內(nèi)粉體物料面上方空間粉塵含量變化的影響很大，另外，檢測(cè)探頭設(shè)置在密閉容器內(nèi)，與密閉容器內(nèi)粉塵接觸，粉塵附著在檢測(cè)探頭上，不但影響檢測(cè)結(jié)果， 也影響檢測(cè)探頭的壽命，因此導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)的料位檢測(cè)裝置的檢測(cè)探頭壽命短、檢測(cè)結(jié)果不可靠等不足。本發(fā)明的料位開關(guān)是一種非接觸式超聲波料位開關(guān)，在對(duì)粉體物料容器檢測(cè)料位進(jìn)行測(cè)定時(shí)，作為超聲波料位開關(guān)的超聲波探頭在檢測(cè)點(diǎn)位置緊貼容器外壁垂直于壁面安裝，在檢測(cè)過程中完全不接觸物料和粉塵，通過檢測(cè)反射回波信號(hào)強(qiáng)度來識(shí)別器內(nèi)某個(gè)截面的料位情況，作出有無物料的判斷，不受粉塵的影響破壞，檢測(cè)結(jié)果可靠，檢測(cè)探頭壽命長(zhǎng)，完全克服了現(xiàn)有技術(shù)粉體物料料位檢測(cè)裝置存在的不足。本發(fā)明提供的測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法與料位開關(guān)，可適用于各種密閉容器內(nèi)粉體物料料位的檢測(cè)，在實(shí)際使用中，可根據(jù)場(chǎng)合需求安裝多個(gè)料位開關(guān)，進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)。


附圖1是測(cè)定粉體物料容器檢測(cè)料位狀況的整體示意圖。附圖2是本發(fā)明提供的一種結(jié)構(gòu)的料位開關(guān)總體結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3是本發(fā)明提供的另一種結(jié)構(gòu)的料位開關(guān)總體結(jié)構(gòu)示意圖。附圖4是超聲波傳播過程中反射回波示意圖。附圖5是本發(fā)明提供的料位開關(guān)安裝結(jié)構(gòu)示意圖。上述各附圖中的圖示標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)的對(duì)象為，1-料位開關(guān)；2-容器壁；3-非物料介質(zhì)；4-物料介質(zhì)；5-超聲波探頭；6-發(fā)射電路；7-接收電路；8-單片機(jī)；9-溫度檢測(cè)電路； 10-時(shí)鐘電路；11-電源電路；12-信號(hào)輸出電路；13-串口通信電路；14-鍵盤電路；15-顯示電路；16-報(bào)警電路；17-耦合劑與容器外壁面之間的界面；18-容器內(nèi)壁面與其內(nèi)介質(zhì)之間的界面；19-耦合劑；20輸入輸出電纜。a-發(fā)射波；b_發(fā)射波在耦合劑與容器外壁面之間界面上的反射回波；C-發(fā)射波在容器內(nèi)壁面與其內(nèi)介質(zhì)之間界面上的反射回波回波，介質(zhì)為粉體物料或含有粉塵的氣體；d-發(fā)射波在容器內(nèi)介質(zhì)與容器內(nèi)壁面之間界面上的反射回波，介質(zhì)為粉體物料或含有粉塵的氣體。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，但有必要在此指出的是，實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整進(jìn)行具體實(shí)施是不需付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的，應(yīng)仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1本實(shí)施例是本發(fā)明的方法與料位開關(guān)在水泥攪拌站水泥料倉中的應(yīng)用，用于檢測(cè)控制水泥料倉的最低料位和最高料位。其實(shí)施是在水泥料倉的最低料位點(diǎn)和最高料位點(diǎn)各安裝一個(gè)本發(fā)明揭示的非接觸式超聲波粉體物料料位開關(guān)1，料位開關(guān)1的超聲波探頭5垂直安裝于水泥料倉壁面2外，安裝方式如附圖5所示，通過安裝結(jié)構(gòu)將料位開關(guān)固定在水泥料倉壁面外，安裝結(jié)構(gòu)主要由管接頭與法蘭構(gòu)成，料位開關(guān)的超聲波探頭與水泥料倉外壁面之間充有耦合劑，為了保證探頭與壁面之間有充足的耦合劑，在安裝結(jié)構(gòu)的管接頭的上部設(shè)置有球形耦合劑儲(chǔ)存添加器具，耦合劑儲(chǔ)存添加器具且與超聲波探頭和水泥料倉外壁面之間的空隙相連通。本實(shí)施例的非接觸式超聲波粉體物料料位開關(guān)1，其總體構(gòu)成如附圖3所示，包括用于發(fā)射和接收超聲波的超聲波探頭5、超聲波發(fā)射電路6、超聲波接收電路7、作為控制核心的單片機(jī)8、溫度檢測(cè)電路9、時(shí)鐘電路10、電源電路11、信號(hào)輸出電路12 ；串口通信電路 13 ；鍵盤電路14、顯示電路15和報(bào)警電路16，所述超聲波探頭是二合一結(jié)構(gòu)的探頭，超聲波的發(fā)射和接收都是通過該探頭完成，因此超聲波發(fā)射電路和接收電路均一端均連接探頭5， 另一端接單片機(jī)8，構(gòu)成料位開關(guān)的其余電路都各自分別與單片機(jī)相應(yīng)連接。本實(shí)施例的非接觸式超聲波粉體物料料位開關(guān)為整體式結(jié)構(gòu)，如附圖5所示，使超聲波探頭垂直于水泥料倉壁面安裝在水泥料倉壁面2外。采用本發(fā)明的非接觸式超聲波粉體物料料位開關(guān)1對(duì)運(yùn)行中的水泥料倉最低料位點(diǎn)和最高料位點(diǎn)檢測(cè)時(shí)，事先在水泥料倉上用本發(fā)明的非接觸式超聲波粉體物料料位開關(guān)1分別測(cè)量出水泥料倉加有水泥和未加有水泥時(shí)，測(cè)量超聲波在水泥料倉內(nèi)壁面與其內(nèi)水泥之間界面18反射回波信號(hào)，和水泥料倉內(nèi)壁面與其內(nèi)含有粉塵氣體之間界面反射回波信號(hào)，并以其作為測(cè)量比較的標(biāo)定信號(hào)，存入料位開關(guān)的存儲(chǔ)器中。對(duì)運(yùn)行中的水泥料倉最低料位點(diǎn)和最高料位點(diǎn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，啟動(dòng)本發(fā)明的非接觸式超聲波粉體物料料位開關(guān)1，由單片機(jī)8產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)發(fā)射電路6驅(qū)動(dòng)放大后，通過探頭5發(fā)射超聲波，所發(fā)射的超聲波垂直射入被檢測(cè)的料倉，在介質(zhì)分界面反射，并由探頭5 接收反射回波，轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)接收電路7接收處理之后，送入單片機(jī)8與存入儲(chǔ)存器的標(biāo)定反射回波信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度比較處理，判斷水泥料倉最低料位點(diǎn)和最高料位點(diǎn)處有無水泥，并根據(jù)結(jié)果，輸出相應(yīng)開關(guān)信號(hào)，作為報(bào)警、加料或卸料等設(shè)備的輸入信號(hào)，從而起到檢測(cè)和監(jiān)控的作用。實(shí)施例2本實(shí)施例是本發(fā)明的方法與料位開關(guān)在礦粉料倉中的應(yīng)用，用于檢測(cè)控制礦粉料倉中的最低料位，最低預(yù)警料位、最高料位和最高預(yù)警料位。其實(shí)施是在礦粉料倉中的最低料位，最低預(yù)警料位、最高料位和最高預(yù)警料位點(diǎn)各安裝一個(gè)本發(fā)明的非接觸式超聲波粉體物料料位開關(guān)1。本實(shí)施例與實(shí)施例1相比較，除上述料位檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量不同之外，再就是料位開關(guān)的構(gòu)成有所不同，本實(shí)施例的料位開關(guān)構(gòu)成如附圖2所示，相對(duì)于實(shí)施例1少了串口通信電路13、鍵盤電路14、顯示電路15和報(bào)警電路16幾個(gè)部分，除此之外，均與實(shí)施例 1相同。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法，其特征在于在容器的料位檢測(cè)點(diǎn)， 從容器壁面外以垂直于容器軸線的方向?qū)ιa(chǎn)運(yùn)行的容器按設(shè)定的時(shí)間間隔發(fā)射檢測(cè)超聲波，將得到的容器內(nèi)壁面與其內(nèi)介質(zhì)之間界面處的反射回波信號(hào)，與事先測(cè)得存入儲(chǔ)存器中的、容器在加入有粉體物料和未加入粉體物料時(shí)容器內(nèi)壁面與其內(nèi)介質(zhì)之間界面處的標(biāo)定超聲波回波信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度比較，判斷容器料位檢測(cè)點(diǎn)處有無粉體物料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法，其特征在于檢測(cè)超聲波回波信號(hào)與標(biāo)定超聲波回波信號(hào)強(qiáng)度比較，是通過判定檢測(cè)超聲波回波信號(hào)的強(qiáng)度是否落入標(biāo)定超聲波回波信號(hào)強(qiáng)度范圍進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)超聲波回波信號(hào)強(qiáng)度落入標(biāo)定超聲波回波信號(hào)強(qiáng)度范圍，則容器料位檢測(cè)點(diǎn)即為事先標(biāo)定時(shí)的料位狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法，其特征在于所述標(biāo)定超聲波回波信號(hào)強(qiáng)度范圍為標(biāo)定超聲波回波信號(hào)強(qiáng)度值上下30%的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法，其特征在于對(duì)運(yùn)行中的容器發(fā)射超聲波的間隔時(shí)間不少于上一次發(fā)射的超聲波回波信號(hào)衰減消除的時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法，其特征在于至少以容器的最低料位點(diǎn)或最高料位點(diǎn)作為容器的料位檢測(cè)點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法，其特征在于以容器的最低料位點(diǎn)、最高料位點(diǎn)、最低料位預(yù)警點(diǎn)和最高料位預(yù)警點(diǎn)作為容器的料位檢測(cè)點(diǎn)。
7.實(shí)施權(quán)利要求1至6之一所述測(cè)定容器特定料位有無粉體物料方法的料位開關(guān)， 其特征在于主要包括超聲波探頭、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、單片機(jī)、溫度檢測(cè)電路、電源電路、時(shí)鐘電路和信號(hào)輸出電路，超聲波發(fā)射電路和接收電路均一端接探頭，另一端接單片機(jī)，其余電路分別與單片機(jī)相應(yīng)連接，料位開關(guān)通過安裝結(jié)構(gòu)使其超聲波探頭垂直容器軸線的安裝在容器外壁面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的料位開關(guān)，其特征在于， 料位開關(guān)還設(shè)計(jì)有與單片機(jī)相應(yīng)連接的鍵盤電路、顯示電路、報(bào)警電路和串口通信電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的料位開關(guān)，其特征在于所述超聲波探頭為二合一式超聲波探頭，超聲波的發(fā)射和接收由同一探頭完成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的料位開關(guān)，其特征在于 將料位開關(guān)安裝在容器外壁面的安裝結(jié)構(gòu)，主要由管接頭與法蘭構(gòu)成，管接頭上部設(shè)計(jì)有耦合劑存儲(chǔ)添加器具。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)定容器特定料位有無粉體物料的方法及其實(shí)施料位開關(guān)。料位開關(guān)是一種非接觸式超聲波料位開關(guān)，其實(shí)施是在容器的料位檢測(cè)點(diǎn)，從容器壁面外以垂直于容器軸線的方向?qū)ιa(chǎn)運(yùn)行中的容器按設(shè)定的時(shí)間間隔發(fā)射檢測(cè)超聲波，將得到的容器內(nèi)壁面與其內(nèi)介質(zhì)之間界面的反射回波信號(hào)，與事先測(cè)得存入儲(chǔ)存器中的、容器在加入有粉體物料和未加入粉體物料時(shí)容器內(nèi)壁面與容器內(nèi)介質(zhì)之間界面的標(biāo)定超聲波回波信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度比較，判斷密閉容器料位檢測(cè)點(diǎn)處有無粉體物料，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)粉體物料容器特定料位的檢控。本發(fā)明是一種與容器內(nèi)粉體物料完全不接觸進(jìn)行料位測(cè)定的技術(shù)，具有檢測(cè)結(jié)果可靠，作為檢測(cè)裝置的料位開關(guān)使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S15/04GK102322920SQ201110243439
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者吉華, 孔令釗, 岳顯 申請(qǐng)人:四川大學(xué)