一種懸臂梁式料位測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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】
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] -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：
[0008] (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 ;
[0009] (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A，根據
其中：H為懸臂梁有效長度，E為材料的彈性模量，I。為梁 的截面慣性矩，P為材料的密度，A。為懸臂梁的截面積，得出懸臂梁該時刻的有效長度
[0010] (3)儲料罐中物料的深度即為N+L-H。
[0011] 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。
[0012] 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P為 7. 858g/cnT3,懸臂梁截面為 30mmX 55mm，高度為 1200mm。
[0013] 所述懸臂梁材料還可以為錯，彈性模量E = 70GPa，密度P = 2. 7g/cnT3,懸臂梁 截面為40mm X 60mm，高度為1500mm。
[0014] 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】
[0015] 圖1為本發明的主視結構示意圖；
[0016] 圖2為本發明工作示意圖；
[0017] 圖3為頻率與懸臂梁埋深的長度關系圖。
【具體實施方式】
[0018] 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P為7. 858g/cnT3,懸臂梁 3截面為30mmX 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。
[0019] -種懸臂梁式料位測量裝置的測量方法，包括以下步驟：
[0020] (1)儲料罐在裝入物料之前測量懸臂梁3的長度L，L = 1200_，懸臂梁的最底端 位于儲料罐的底部，N = 0 ;
[0021] (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f\， 根據
其中：H為懸臂梁3有效長度，E為材料的彈性模量，I。為梁的截面慣 性矩，P為材料的密度，A。為懸臂梁3的截面積，得出該時刻懸臂梁3的有效長度；
[0022] (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。
[0023] 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. 1_ 量級。
[0024] 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。
【主權項】
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. -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 率匕，根據其中：Η為懸臂梁有效長度，E為材料的彈性模量，I。為梁 的裁而慍件鉭，〇為材料的密度，Α。為懸臂梁的截面積，得出懸臂梁該時刻的有效長度(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/cnT3,懸臂梁截面為 30mmX55mm，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P=2. 7g/cnT3,懸臂梁截面為40mmX60mm，高度為 1500mm〇
【專利摘要】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。
【IPC分類】G01F23/22
【公開號】CN105258762
【申請號】CN201510674422
【發明人】楊繪峰, 沈超明
【申請人】江蘇科技大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月16日