СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ СЛОЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА
METHOD OF DEFINING LOOSE MATERIAL LAYER HEIGHT

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известен способ, реализуемый радиоволновым устройством измерения уровня сыпучих материалов в желобах (см. В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Совлуков «Радиоволновые измерения параметров технологических процессов», М.: Энергоатомиздат, 1989, с.142), при котором об уровне (степени заполнения) сыпучего материала в желобе судят по характеристикам отраженного от зондируемого объекта радиоволнового сигнала.
Недостатком этого известного способа является неточность в измерении уровня из-за возникновения эффекта интерференции между зондирующим и отраженным радиоволновыми сигналами.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения высоты слоя материала в аэрожелобе (см. А.В.Степанов. «Инновационные микроволновые приборы измерения расхода сыпучих веществ в аэрожелобах», Автоматизация в промышленности, №11, 2008, с.29-30). Этот способ, реализуемый микроволновым датчиком высоты слоя материала в аэрожелобе, выполненным в виде измерительной пластины, основан на зондировании материала микроволновым сигналом и оценке амплитуды отраженного от слоя материала сигнала, связанной с высотой слоя материала в аэрожелобе.
Недостатком данного способа можно считать сложность процедуры получения информации о высоте слоя из-за необходимого выбора размера измерительной пластины и ее сменности в зависимости от геометрических размеров аэрожелоба.
Задачей заявляемого технического решения является упрощение процедуры получения информации о высоте слоя сыпучего материала в аэрожелобе.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения высоты слоя сыпучего материала, перемещаемого по аэрожелобу, использующем электромагнитные волны для зондирования слоя сыпучего материала и прием отраженных от слоя материала волн, воздействуют на контролируемый материал продольным относительно распространения волны магнитным полем, принимают прошедшую через слой материала волну, измеряют угол поворота плоскости поляризации этой волны и высоту слоя сыпучего материала в аэрожелобе l определяют по формуле
,
где λ - угол поворота плоскости поляризации прошедшей через слой материала волны, V - постоянная Верде, H - напряженность магнитного поля.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при зондировании контролируемого слоя сыпучего материала электромагнитными волнами, помещенного в продольное относительно распространения волны магнитное поле, по измеренному углу поворота плоскости поляризации прошедшей через слой материала волны определяют высоту слоя сыпучего материала, перемещаемого по аэрожелобу.
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу определения высоты слоя сыпучего материала на основе измерения угла поворота плоскости поляризации прошедшей через слой сыпучего материала волны с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процедуры получения информации о высоте слоя сыпучего материала.
На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
Устройство, реализующее данное техническое решение, содержит источник излучения электромагнитных волн 1, соединенный выходом с элементом для ввода излучения в аэрожелоб 2, элемент для вывода излучения из аэрожелоба 3, подключенный к измерителю угла поворота плоскости поляризации волны 4, обмотку 5. На чертеже цифрой 6 обозначен аэрожелоб.
Суть предлагаемого способа заключается в следующем. На практике существуют вещества (чистые жидкости, кристаллические тела и др.), обладающие способностью поворачивать направление поляризации проходящей через них линейно-поляризованной электромагнитной волны. Подавляющее большинство веществ этой способностью не обладают. Учитывая, что предлагаемый способ предназначен для определения высоты слоя вещества, не обладающего способностью поворачивать направление поляризации проходящей через него волны, для приобретения этой способности этим веществом необходимо его поместить в продольное относительно распространения волны магнитное поле (эффект Фарадея).
Как известно, эффект Фарадея сводится к вращению плоскости поляризации электромагнитной волны, проходящей через диэлектрик в присутствии постоянного (или переменного) магнитного поля, ориентированного в направлении распространения волны. В силу этого любое диэлектрическое вещество, не обладающее способностью поворачивать плоскость поляризации, может приобрести эту способность.
Пусть по аэрожелобу перемещается диэлектрическое вещество, не обладающее способностью поворачивать направление поляризации, например цемент.
Если поместить этот сыпучий материал в магнитное поле и подать на него линейно-поляризованную электромагнитную волну (волна распространяется вдоль направления намагниченности цемента), то прошедшая через контролируемое вещество волна окажется повернутой этим веществом на некоторый угол λ, определяемый выражением
где λ - угол поворота плоскости поляризации прошедшей через цемент волны; V - постоянная Верде (или магнитная вращательная способность вещества); l - длина пути волны в веществе; Н - напряженность магнитного поля, ориентированного в направлении распространения волны. Здесь постоянная Верде зависит от рода вещества, его физического состояния и длины волны.
В рассматриваемом случае можно принимать, что длина пути волны l соответствует высоте слоя цемента, перемещаемого по аэрожелобу. В соответствии с этим решение уравнения (1) по l позволяет записать
Из последней формулы видно, что если известны значения напряженности H магнитного поля и постоянной Верде V, измерением угла поворота плоскости поляризации прошедшей через слой цемента волны можно вычислить высоту слоя цемента.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Создают магнитное поле на некотором горизонтальном измерительном участке аэрожелоба посредством продольной обмотки 5, расположенной в пазах наружной поверхности аэрожелоба, т.е. образуют катушку, внутри которой перемещается сыпучий материал. Через катушку пропускают электрический ток. В результате перемещаемый по аэрожелобу диэлектрический сыпучий материал приобретает способность поворачивать направление поляризации падающей на материал волны. После этого выходной электромагнитный сигнал источника излучения 1 направляют в элемент для ввода излучения 2 в аэрожелоб. Излучаемой этим элементом волной зондируют слой сыпучего материала в аэрожелобе (волна падает на слой материала перпендикулярно). При этом вектор поля зондирующей волны коллинерен вектору напряженности магнитного поля. Прошедший через слой сыпучего материала сигнал принимают элементом для вывода излучения 3 из аэрожелоба. Выходной сигнал этого элемента подают на вход измерителя угла поворота плоскости поляризации 4. В этом измерителе фиксируют значение угла λ, которое далее используется для определения высоты слоя сыпучего материала по формуле (2). В этой формуле значения постоянной Верде V выбираются, как уже было сказано выше, в зависимости от свойства и состояния конкретного материала и длины используемой зондирующей волны. Кроме того, напряженность H магнитного поля, зависящая от силы тока, протекающего через обмотку 5, и числа продольных относительно горизонтальной оси аэрожелоба витков, приходящегося на единицу длины измерительного участка аэрожелоба, может быть вычислена через магнитную индукцию магнитного поля и магнитную проницаемость материала, из которого изготовлен аэрожелоб.
При реализации данного способа намагниченность сыпучего материала в аэрожелобе также может быть осуществлена на базе постоянного магнитного поля, образованного, например, двумя плоскими ферритами. При этом измерительный участок аэрожелоба располагают между этими ферритами так, чтобы вектор напряженности постоянного магнитного поля был параллелен вектору поля зондирующей сыпучий материал волны.
Заявленное техническое решение успешно может быть применено для решения задач измерения массового расхода различных пылевидных материалов, транспортируемых по аэрожелобам и трубопроводам.
Таким образом, согласно предлагаемому способу на основе измерения угла поворота плоскости поляризации прошедшей через слой сыпучего материала электромагнитной волны можно обеспечить упрощение процедуры получения информации о высоте слоя сыпучего материала, перемещаемого по аэрожелобу.