Тензометрический датчик для определения уровня в емкости для сыпучего материала

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к регистрирующим устройствам, и может быть использована для определения уровня сыпучего материала в емкостях в строительной, пищевой, железнодорожной и других отраслях промышленности.
В качестве прототипа выбран тензометрический датчик емкости для сыпучего материала, содержащий корпус с мембраной, внутри корпуса взаимодействующей с тензопреобразователем, электрически соединенным с электронным блоком, который содержит элемент электрического подключения, при этом мембрана выполнена из силиконового каучука [US 5325716 A, дата публикации: 05.07.1994 г., МПК: G01F 23/16; G01F 23/18].
Недостатком прототипа является высокий риск выхода из строя мембраны, выполненной из силиконового каучука, который, как известно, не отличается повышенной износостойкостью и стойкостью к истиранию, вследствие чего, при работе датчика в среде сыпучего материала, возможен преждевременный износ поверхности мембраны, появление на ней трещин и разрывов, в которые могут забиться частицы сыпучего материала, что также приводит к износу тензопреобразователя, соединенного с мембраной изнутри, и существенным образом снижает надежность тензометрического датчика емкости для сыпучего материала.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении надежности тензометрического датчика емкости для сыпучего материала.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в снижении риска выхода из строя мембраны тензометрического датчика емкости для сыпучего материала.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Тензометрический датчик емкости для сыпучего материала, содержащий корпус с мембраной, внутри корпуса взаимодействующей с тензопреобразователем, электрически соединенным с электронным блоком, который содержит элемент электрического подключения. В отличие от прототипа мембрана выполнена из абразивостойкого материала.
Корпус обеспечивает размещение элементов датчика и может быть выполнен из любого конструкционного материала, устойчивого к истиранию. Корпус может быть выполнен в форме параллелепипеда, цилиндра или многогранника, имеющего полость для размещения элементов датчика. Корпус может содержать основание или выступы для закрепления его на стенке или дне емкости с сыпучим материалом. Также корпус может содержать элементы разъемного и/или неразъемного соединения для закрепления его на стенке или дне емкости. Основание или выступы могут иметь отверстия, вырезы или углубления любой формы, обеспечивающей закрепление корпуса датчика на стенке или дне емкости. Также в корпусе может быть выполнено отверстие для размещения в нем элемента электрического подключения датчика.
Мембрана обеспечивает герметизацию внутреннего пространства корпуса и преобразует воздействие сыпучего материала в перемещение или деформацию чувствительного элемента тензопреобразователя. Мембрана в продольном сечении может иметь форму ответную форме полой части корпуса, в частности мембрана может иметь форму квадрата, круга или многоугольника. Мембрана может быть закреплена при помощи любых элементов разъемного или неразъемного соединения. В частности, мембрана может быть закреплена на корпусе при помощи кольца, выполненного с возможностью разъемного и неразъемного соединений, при помощи прижимной гайки, а также может быть приклеена к корпусу.
Мембрана выполнена из абразивостойкого материала, что предотвращает ее преждевременный износ, возникающий при контакте с частицами сыпучего материала, и снижает риск выхода мембраны тензометрического датчика из строя. Абразивостойкий материал может быть представлен абразивостойким эластомером для изготовления изделий, предназначенных для эксплуатации в среде воздуха, воды, слабых растворов кислот и щелочей, обладающим достаточной износостойкостью и эластичностью, а также диапазоном рабочих температур от -50 до +70°С. В частности, абразивостойкий эластомер может быть представлен материалом из группы бутадиен-нитрильных ил фтор силиконовых каучуков.
Износостойкость и эластичность абразивостойких эластомеров характеризуются такими параметрами как твердость по Шору, относительное удлинение при разрыве и условная прочность при растяжении. Твердость по Шору абразивостойкого эластомера может составлять от 35 до 65 ед. Относительное удлинение при разрыве абразивостойкого эластомера может составлять от 200 до 300%. Условная прочность при растяжении абразивостойкого эластомера может составлять от 2,5 до 3,4 МПа.
В случае если твердость по Шору и условная прочность при растяжении абразивостойкого эластомера и будут больше верхних границ указанных диапазонов, а относительное удлинение при разрыве абразивостойкого эластомера будет ниже нижней границы указанного диапазона, мембрана, изготовленная из такого эластомера, будет излишне жесткой, что приведет к искажению показателей давления, оказываемого сыпучим материалом на мембрану, и как следствие возникновению помех при определении уровня сыпучего материала. В случае если твердость по Шору и условная прочность при растяжении абразивостойкого эластомера будут ниже нижних границ указанных диапазонов, а относительное удлинение при разрыве абразивостойкого эластомера будет больше верхней границы указанного диапазона, мембрана, изготовленная из такого эластомера, будет излишне мягкой, что делает ее более подверженной истиранию под воздействием частиц сыпучего материала.
Дополнительно для снижения риска выхода из строя мембраны тензометрического датчика, она может быть выполнена изогнутой, а в частности может быть выполнена выпуклой или вогнутой, что препятствует образованию скоплений частиц материала в центральной части мембраны, которые образуются посредством уплотнения сыпучего материала вблизи поверхности мембраны, что приводит к увеличению количества частиц, оказывающих истирающее воздействие на мембрану, и как следствие ее преждевременному износу.
Тензопреобразователь обеспечивает возможность преобразования линейного перемещения или деформации его чувствительного элемента в изменение параметров электрического тока. Тензопреобразователь содержит чувствительный элемент, который может быть представлен металлической фольгой или полупроводником. Тензопреобразователь может быть также нанесен на дополнительную мембрану. Также тензопреобразователь содержит выводы, которые обеспечивают возможность передачи измененных характеристик электрического тока к электронному блоку. Чувствительный элемент механически соединен с мембраной изнутри корпуса.
Взаимодействие мембраны и тензопреобразователя, в том числе нанесенного на дополнительную мембрану, может обеспечиваться при помощи канала или системы каналов, заполненных несжимаемой жидкостью, например, гидравлическим маслом, водомасляной эмульсией, водой и другими. Выводы тензопреобразователя электрически соединены с электронным блоком.
Электронный блок обеспечивает преобразование изменения сопротивления тензопреобразователя в выходной электрический сигнал для отправки его на элемент электрического подключения. Электронный блок может быть представлен в виде печатной платы, содержащей микросхему. Электронный блок содержит элемент электрического подключения.
Элемент электрического подключения обеспечивает питание тензометрического датчика, а также передачу выходного сигнала от электронного блока к системе верхнего уровня. Элемент электрического подключения может быть представлен электрическим разъемом любого типа, обеспечивающим выполнение вышеописанных функций, а также может быть представлен антенной, модулем с радиоканалом. Питание датчика может осуществляться как от сети через электрический разъем, так и автономно от батареи или аккумулятора.
Под сыпучим материалом понимается смесь твердых частиц (гранул) различной формы и крупности, находящихся в контакте друг с другом, при этом между частицами имеется воздушное пространство.
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что мембрана выполнена из абразивостойкого материала, который отличается повышенной стойкостью к износу, возникающему вследствие микрорежущего и царапающего воздействия на него частиц сыпучего материала, в среде которого происходит работа датчика. Выполнение мембраны из абразивостойкого материала позволяет предотвратить ее преждевременный износ и появление на поверхности мембраны царапин, трещин, разрывов, а также скатывания материала мембраны, снижая, тем самым, риск ее выхода из строя, что также позволяет снизить риск попадания частиц материала под мембрану и внутрь корпуса тензометрического датчика, за счет чего снижается риск выхода из строя его внутренних элементов и выхода из строя тензометрического датчика емкости для сыпучего материала в целом.
Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска выхода из строя мембраны тензометрического датчика емкости для сыпучего материала, тем самым повышается его надежность.
Полезная модель характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 - Тензометрический датчик емкости для сыпучего материала, изометрия.
Фиг. 2 - Тензометрический датчик емкости для сыпучего материала, поперечный разрез.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути полезной модели ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящая полезная модель ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
Тензометрический датчик емкости для сыпучего материала содержит цилиндрический корпус 1 с плоским основанием, диаметр которого превышает диаметр внешней части цилиндрического корпуса. В основании выполнены цилиндрические отверстия для размещения в них элементов крепления датчика к стенке резервуара. В центре основания выполнено отверстие для элемента электрического подключения, представленного электрическим разъемом 2. Внутри корпуса 1 размещен электронный блок 3, представленный печатной платой, содержащей микросхему. Электронный блок 3 электрически соединен с тензопреобразователем 4 и электрическим разъемом 2.
Тензометрический датчик емкости для сыпучего материала содержит мембрану 5, взаимодействующую внутри корпуса с тензопреобразователем 4, нанесенным на дополнительную мембрану (не показана на фигурах). Мембрана 5 закреплена на корпусе 1 при помощи винтов и плоского кольца 6. Мембрана 5 выполнена из абразивостойкого эластомера.
Полезная модель работает следующим образом.
Основание корпуса 1 тензометрического датчика крепится к наклонной стенке резервуара (не показана на фигурах) при помощи болтов (также не показаны на фигурах). При помощи электрического разъема 2 датчик подключается к системе верхнего уровня (не показана на фигурах), после чего датчик вводится в эксплуатацию, а резервуар заполняют сыпучим материалом. Толща материала оказывает давление на мембрану 5 тензометрического датчика, которое посредством жидкости передается на дополнительную мембрану с нанесенным на нее тензопреобразователем 4.
Тензопреобразователь 4 деформируется под воздействием давления и изменяется величина его сопротивления. Изменение величины сопротивления тензопреобразователя 4 преобразуется в выходной электрический сигнал электронным блоком 3 и при помощи электрического разъема 2 передается на систему верхнего уровня. По мере уменьшения количества сыпучего материала в резервуаре, уменьшается давление, оказываемое толщей материала на мембрану 5, и изменяется величина выходного электрического сигнала, подаваемого на систему верхнего уровня. При этом за счет того что мембрана 5 выполнена из абразивостойкого эластомера снижается негативное воздействие на нее частиц сыпучего материала и снижается риск ее преждевременного износа.
Таким образом, обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска выхода из строя мембраны тензометрического датчика, тем самым повышается его надежность.