Устройство для измерения уровня сыпучих материалов

 

Изобретение относится к измерению уровня поверхности сыпучих материалов и жидкостей в технологических агрегатах, емкостях нефтяной, металлургической, горнорудной и угольной промышленности, более конкретно к получению информации о состоянии поверхности шихты и динамике ее изменения в доменных печах. Целью изобретения является повышение точности и Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня сыпучих материалов и жидкостей в технологических агрегатах, емкостях , например, применяемых в нефтяной , металлургической, горнорудной, угольной промышленности. Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения уровня поверхности. На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, один из вариантов; на фиг.2 -диаграмма изменения интенсивности сигналов в каналах (стробах) в зависимости от задержки стробов относинадежьфсти . Устройство для измерения уроввя сыпучих материалов содержит рентгеновский блок, содержащий импульсный источник и детектор рентгеновского излучения , и блок обработки информации. Импульсный источник периодически излучает импульсы рентгеновского излучения в направлении контролируемой среды, а детектор воспринимает рассеянное контролируемой средой рентгеновское излучение и преобразует его в электрический сигнал. Схема обработки информации измеряет время между излученным и принятым импульсами излучения путем формирования задержанных электрических сигналов и сравнения момента прихода импульса рассеянного излучения и временной задержки электрического сигнала. Новым в устройстве является реализация известного алгоритма измерения временных задержек, что позволяет повысить точность и надежность измерений. 3 ил. тельно момента излучения рентгеновского импульса; на фиг.З - эпюры напряжений в характерных точках схемы 1 - 8. Устройство для измерения уровня поверхности сыпучих материалов (фиг.1) содержит рентгеновский блок 1, состоящий из генератора 2 рентгеновского излучения, подключенного к источнику 3 питания и модулятору 4, и детектора 5 рентгеновского излучения. Блок 6 обработки информации (БОИ) содержит регулируемую линию 7 задержки (РЛ3), стационарную линию 8 задержки (ЛЗ), две схемы 9 и 10 совпадения, два счетчика 11 и 12, два формирователя нечетных 13 и 14, четных 15 и 16 импульсов, две W р t J4 43 4D J О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 F 23/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4435333/10 (22) 02,06,88 (46) 15,04.91. Бюл. ¹ 14 (71) Ленинградское научно-производственное объединение "Буревестник" (72) В.Д.Косарев и Л.Н.Лозовой (53) 62-523:621.771 (088.8) (56) Radiolsotopes for Aегоspace. Proceed.

1-st Symp.¹ 4„1966, v. 2, р. 18, Гудовских В.А., Данильченко Н.Т., Косарев В,Д. и др. ПСУ, 1987, № 9, с. 7 — 9. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УРОВНЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к измерению уровня поверхности сыпучих материалов и жидкостей в технологических агрегатах, емкостях нефтяной, металлургической, горнорудной и угольной промышленности, более конкретно к получению информации о состоянии поверхности шихты и динамике ее изменения в доменных печах. Целью изобретения является повышение точности и, Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня сыпучих материалов и жидкостей в технологических агрегатах, емкостях, например, применяемых в нефтяной, металлургической, горнорудной, угольной промышленности.

Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения уровня поверхности.

На фиг,1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, один из вариангоа; на фиг.2 — диаграмма изменения интенсивности сигналов в каналах (стробах) в зависимости от задержки стробов отноеи„„, Ж„„1642249 А1 надежу рсти, Устройство для измерения уродил сыпучих материалов содержит рентгвйовский блок, содержащий импульсный источник и детектор рентгеновского излучения, и блок обработки информации. Импульсный источник периодически излучает импульсы рентгеновского излучения в направлении контролируемой среды, а детектор воспринимает рассеянное контролируемой средой рентгеновское излучение и преобразует его в электрический сигнал. Схема обработки информации измеряет время между излученным и принятым импульсами излучения путем формирования задержанных электрических сигналов и сравнения момента прихода импульса рассеянного излучения и временной задержки электрического сигнала. Новым в устройстве является реализация известного алгоритма измерения временных задержек, что позволяет повысить точность и надежность измерений. 3 ил. тельно момента излучения рентгеновского импульса; на фиг.3 — эпюры напряжений в характерных точках схемы (1 — 8).

Устройство для измерения уровня поверхности сыпучих материалов (фиг.1) содержит рентгеновский блок 1, состоящий из генератора 2 рентгеновского излучения, подключенного к источнику 3 питания и модулятору 4, и детектора 5 рентгеновского излучения. Блок 6 обработки информации (БОИ) содержит регулируемую линию 7 задержки (РЛЗ), стационарную линию 8 задержки (ЛЗ), две схемы 9 и 10 совпадения, два счетчика 11 и 12, два формирователя нечетных 13 и 14, четных 15 и 16 импульсов, две

1642249

20

40

50 схемы 17 и 18 управления, генератор 19 импульсов, две схемы 20 и 21 пропускания, пять ключей 22, 23, 24, 25 и 26, реверсивный счетчик 27 и преобразователь 28. Один из выходов РЛЗ 7 подключен к выходу модулятора 4, а выход РЛЗ соединен со схемой 9 совпадения и через ЛЗ 8 — со схемой 10 совпадения. Вторые входы схемы 9 и 10 совпадения соединены между собой и с выходом детектора 5 рентгеновского излучения. Выход схемы 9 совпадения подключен к входу счетчика 11, выход которого соединен с входами первого формирователя 13 нечетных и первого формирователя 15 четных импульсов и схемой 17 управления. Выход последней подключен к управляющим входам ключей 22 и 26, схем 20 и 21 пропускания и генератора 19 импульсов. Выход формирователя 15 четных импульсов соединен с входом схемы 20 пропускания и через ключи 23 и 25 с вычитающим входом реверсивного счетчика 27, суммирующий вход которого через ключи 24 и 26 связан с выходом второго формирователя 16 четных импульсов и с одним из входов схемы 21 пропускания, Второй вход схемы 21 пропускания соединен с входом схемы 18 управления и через второй формирователь 14 нечетных импульсов — c входом второго формирователя 16 четных импульсов и выходом счетчика

13, вход которого подключен к выходу схемы 10 совпадения. Промежуточный разряд счетчика 12 связан с одним иэ входов ключа

22, второй вход которого соединен с выходом схемы 21 пропускания, а выход связан с входом установки в "0" счетчика 11. Вход установки в "0" счетчика 12 подключен к выходу схемы 20 пропускания, второй вход которой подключен к выходу nepeoro формирователя 13 нечетных импульсов и входу схемы 18 управления, выход которой соединен с управляющими входами ключей 23 и

24. Управляющий вход ключа 25 связан с источником 3 питания. Выход реверсивного счетчика 27 через преобразователь 28 подключен к управляющему входу РЛЗ 7.

B. качестве схемы совпадения могут быть использованы элементы И быстрых микросхем, счетчики обычные двоичные или двоично-десятичные. Формирователи четнЬ х и нечетных импульсов, например, могут быть выполнены в виде триггеров, срабатывающих по каждому входному импульсу.

При этом формирователь четных импульсов отличается от формирователя нечетных импульсов тем, что выходной импульс в первом случае формируется по заднему фронту импульса триггера, а во втором случае — по переднему фронту. Схемы управления, например обычные триггера схемы пропускания представляют собой, например, элементы ИЛИ с тремя входами, один из которых используется в качестве управляющего, Ключ 22 может быть собран на элементах И по обычной схеме логических ключей. Ключи

23 — 26 — элементы И. В качестве ключа 25 может быть использован, например, любой элемент типа И с тремя входами. Преобразователь — обычный цифроаналоговый преобразовательь.

Устройство для измерения уровня поверхности сыпучих материалов работает следующим образом.

При включении источника 3 питания рентгеновский генератор 2 облучает контролируемую поверхность (шихту) рентгеновскими импульсами с частотой, задаваемой модулятором 4. Отраженные от контролируемой поверхности (сигнал) и рассеянные воздухом (фон) рентгеновские фотоны регистрируются детектором 5 рентгеновского излучения, электрические импульсы с которого поступают на первые входы схем 9 и 10 совпадения, а на вторые входы схем совпадения поступают электрические импульсы с выхода модулятора 4 через РЛЗ 7. Причем на вторую схему 10 совпадения импульсы поступают через ЛЗ

8. РЛЗ осуществляет задержку импульсов модулятора на время t, пропорциональное сигналу управления, поступающему на управляющий вход РЛЗ 7 с преобразователя

28, и формирование стробирующего импульса по амплитуде и длительности. ЛЗ 8 задает временное расстояние Л с между двумя стробами. С выхода схем 9 и 10 совпадения электрические импульсы, совпавшие по времени со стробирующими импульсами, поступают на входы счетчиков

11 и 12 емкостью N.

Импульсы переполнения первого счетчика 11 поступают на первый формирователь 13 нечетных и первый формирователь

15 четных импульсов и на первую схему 17 управления, При этом с выхода формирователя 15 четные импульсы переполнения первого счетчика 11 поступают на первую схему

20 пропускания и через второй ключ 23 на вход четвертого ключа 25, а с выхода формирователя 13 нечетные импульсы переполнения счетчика 11 поступают на вторую схему

18 управления и первую схему 20 пропускания. На вход установки в "0" первого счетчика 11 подаются импульсы через первый ключ 22 с выхода промежуточного разряда емкостью и второго счетчика 12 и с выхода второй схемы 21 пропускания. С выхода формирователя 14 нечетные импульсы переполнения второго счетчика 12 поступают на второй вход второй схемы 18 управления

1642249

20

40

55 и на вход второй схемы 21 пропускания, а с выхода формирователя 16 четные импульсы переполнения второго счетчика 12 подаются на второй вход второй схемы 21 пропускания и через третий ключ 24 — на вход пятого ключа 25. Четвертый 25 и пятый 26 ключи пропускают либо четные импульсы переполнения первого счетчика 11 на вычитающий вход реверсивного счетчика 27, либо четные импульсы переполнения второго счетчика 12 на суммирующий вход реверсивного счетчика 27.

Работу устройства можно разбить на три режима: оежим установки, режим поиска и режим слежения за максимумом сигнала.

Режим установки. В исходном состоянии источник рентгеновского излучения выключен. Рентгеновский Генератор 2 не облучает контролируемую поверхность. С источника 3 питания на четвертый ключ 25 сигнал управления не поступает и последний закрыт. С выхода детектора 5 снимается импульсы, соответствующие космическому фону и шумам детектора. При этом fr = fy, где f1 и f2 — интенсивности сигналов на выходе первой и второй схемы совпадения, В исходном состоянии первая схема 17 управления вырабатывает сигнал, который запускает генератор 19 импульсов, закрывает схемы 20 и 21 пропускания, пятый ключ 26 и переводит первый ключ 22 в состояние, при котором вход установки в "0" первого счетчика 11 подключается к выходу переполнения промежуточного разряда второго счетчика 12. На суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 27 импульсы не поступают, так как четвертый 25 и пятый 26 ключи закрыты, При этом в реверсивный счетчик 27 записывается число, соответствующее максимальному измеряемому уровню. С выхода реверсивного счетчика 27 снимается код записанного числа, который с помощью преобразователя 28 преобразуется в аналоговое напряжение, поступающее на РЛЗ 7, Регулируемая линия задержки работает по принципу сравнения двух пилообразных напряжений (3).

Чем выше напряжение с выхода преобразователя 28, тем больше задержка импульсов с модулятора 4 по отношению к моменту излучения рентгеновского импульса и,наоборот,при уменьшении напряжения задержка уменьшается и стробы перемещаются по временной оси справа налево.

Первый имплуьс переполнения второго счетчика 12 через формирователь 14 нечетных импульсов устанавливает вторую схему

18 управления в состояние, при котором второй ключ 23 закрывается, а третий 24 ключ открывается. Поскольку промежуточный разряд второго счетчика 12 переполняется раньше, чем первый счетчик 11, то на выходе последнего импульсы переполнения отсутствуют.

Режим поиска. При включении источника 3 питания рентгеновский генератор 2 начинает облучать контролируемую поверхность и детектор 5 регистрирует фотоны рентгеновского излучения обратно рассеянные от контролируемой поверхности (сигнал) и от воздуха (фон). При этом с источника 3 питания снимается сигнал на четвертый ключ 25, который открывается и пропускает на Bblчитающий вход реверсивного счетчика 27 импульсы генератора 10.

Напряжение на выходе преобразователя 28 начинает уменьшаться и стробы перемещаются по временной оси справа налево в сторону уменьшения задержки от tm (фиг.2), где 1 — максимальное время задержки стробов, соответствующее максимально измеряемому уровню. Изменение интенсивности сигналов в стробах при перемещении показано на фиг.2.

При t < tl, когда t» fz —, первый счетп чик 11 будет переполняться раньше, чем промежуточный разряд счетчика 12 и первый импульс переполнения с выхода первого счетчика 11 поступает через первый формирователь 13 нечетных импульсов нЭ вторую схему 18 управления, которая открывает второй ключ 23 и закрывает третий ключ 24. Одновременно первый импульс переполнения первого счетчика 11 поступает на первую схему 17 управления, которая закрывает генератор 19, открывает схемы

20 и 21 пропускания, пятый ключ 26 и переводит первый ключ 22 в состояние, при котором вход установки в "0" первого счетчика

11 подключается к выходу второго счетчика

12 через открытую вторую схему 21 пропускания и вторые формирователи четных 16 и нечетных 14 импульсов. Поскольку на участке от с1до tz — f>",f2 (фиг,2), то первый счетчик 11 переполняется быстрее, чем второй счетчик 12 и импульсы переполнения первого счетчика 11 через первые формирователи четных 15 и нечетных 13 импульсов и открытую первую схему 20 пропускания поступают на вход установки в "0" второго счетчика 12 и на выходе последнего импульсы переполнения отсутствуют. Каждый второй импульс переполнения, четные импульсы первого счетчика 11 через открытые второй 23 и четвертый 25 ключи подаются на вычитающий вход реверсивного счетчика 27 и на выходе преобразователя 28 напряжение продолжает понижаться, стро1642249 бы перемещаются по временной оси справа налево в сторону уменьшения задержки t.

Режим слежения (изменения), Работа устройства в режиме слежения поясняется эпюрами напряжения в характерных точках схемы, представленными на фиг,3, Момент времени tz (фиг,2) соответствует положению максимума сигнала между двумя стробами, При t

Если в следующем цикле второй счетчик

12 снова переполнится раньше, чем первый счетчик 11, то второй импульс переполнения второго счетчика 12 через открытые третий 24 и пятый 26 ключи поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика

27. Напряжение на выходе преобразователя 28 увеличивается на величину д U (фиг.3) и стробы переместятся слева направо по временной оси на время, соответствующее одному импульсу, приходящему на вход реверсивного счетчика.

Каждый второй импульс переполнения второго счетчика 12 через второй формирователь 16 четных импульсов и открытые ключи 24 и 26 будетпоступать на суммирующий вход реверсивного счетчика 27 до тех пор, пока соблюдается неравенство f> < fz.

При t > tz (стробы смещаются правее максимума сигнала) интенсивность сигналов в первом канале становится больше интенсивности сигналов во втором канале и первый счетчик 11 переполнится раньше, чем второй счетчик 12. Первый импульс переполнения первого счетчика 11 через первый формирователь 13 нечетных импульсов подается на вторую схему 18 управления, которая открывает второй ключ 23 и закрывает третий ключ 24. Одновременно импульсы переполнения первого счетчика 11 через открытую первую схему 20 пропускания приходят на вход установки в "0" второго счетчика 12. С выхода последнего импульсы переполнения не снимаются. При этом состояние реверсивного счетчика 27 не меняется, поскольку на его входы не поступают импульсы. Стробы стоят на месте, 5

Если в следующем цикле первый счетчик 11 снова переполнится раньше, чем второй счетчик 12, то второй импульс переполнения первого 11 счетчика через открытые второй 23 и четвертый 25 ключи поступает нэ вычитающий вход реверсивного счетчика 27, Напряжение на входе преобразователя 28 уменьшается на величину д U u стробы перемещаются справа налево в сторону уменьшения задержки. Каждый второй импульс переполнения первого счетчика 11 будет поступать через открытые второй 23 и четвертый 25 ключи на вычитающий вход реверсивного счетчика 27 до тех пор, пока сохраняется неравенство f1 > f2. Таким образом,в процессе измерения уровня поверхности (слежения) стробы располагаются так, чтобы максимум сигнала располагался между ними. Информация об уровне контролируемой поверхности (расстояние от устройства до поверхности) снимается либо с выхода преобразователя 28 в аналоговой форме, либо с выхода реверсивного счетчика

27 в цифровой форме, Формула изобретения

Устройство для измерения уровня сыпучих материалов, содержащее блок управления, включающий детектор рентгеновского излучения, модулятор, последовательно соединенные источник питания и генератор рентгеновского излучения, подключенный к модулятору, и блок обработки, состоящий из первой и второй схем совпадения, первого и второго счетчиков и регулируемой линии задержки, вход которой связан с модулятором, а выход подключен к первому входу первой схемы совпадения и через стационарную линию задержки соединен с первым входом второй схемы совпадения, причем вторые входы схем совпадения подключены к выходу детектора рентгеновского излучения, а выходы первой и второй схем совпадения соединены соответственно, с входами первого и второго счетчиков, о тл ича ю щееся тем,что,сцельюповышения точности и надежности измерения, в блок обработки дополнительно введены два формирователя четных импульсов, две схемы управления, две схемы пропускания, пять ключей, два формирователя нечетных .импульсов, генератор импульсов, реверсивный счетчик и преобразователь, при этом выход первого счетчика подключен к входу первого формирователя четных, к входу перaoro формирователя нечетных импульсов и к первой схеме управления, выход которой связан с управляющими входами первого ключа. генератора импульсов, двух схем пропускания и пятого ключа, выход первого ключа соединен с входом установки в "0"

1642249 первого счетчика, первый вход первого ключа связан с выходом промежуточного разряда второго счетчика, а второй вход первого ключа соединен с выходом второй схемы пропускания, к выходу второго формирователя нечетных импульсов подключены первый вход второй схемы управления и первый вход второй схемы пропускания, второй вход которой и вход третьего ключа подключены к выходу второго формирователя четных импульсов, а входы вторых формирователей четных и нечетных импульсов подключены к выходу второго, счетчика, вход обнуления которого подключен к выходу первой схемы пропускания, первый вход которой и второй вход второй схемы управления подключены к выходу первого формирователя нечетных импульсов, при этом к выходу первого формирователя четных импульсов подключены второй вход первой схемы пропускания и вход второго ключа, выход которого подключен к первому входу

5 четвертого ключа, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход — к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого подключен к выходу пятого ключа, первый

10 вход которого подключен к выходу третьего ключа, управляющие входы второго и третьего ключей подключены к выходу второй схемы управления, управляющий вход четвертого ключа подключен к источнику пита15 ния, а выход реверсивного счетчика подключен к входу преобразователя, выход которого соединен с управляющим входом регулируемой линии задержки.

1642249

Редактор Ю. Середа

Заказ 1138 Тираж 429 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101

Составитель А.Протопопов

Техред М.Моргентал Корректор С. Черни