ДАТЧИК РАСХОДА СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к области измерительной техники, предназначена для измерения расхода сыпучих материалов при весовом дозировании, в том числе непрерывном, и может быть использована в химической, микробиологической, фармацевтической промышленности, а также в производствах, связанных с производством и применением сыпучих наноматериалов.
Аналогом данной модели является датчик расхода сыпучего материала (патент РФ на изобретение RU №2480715 C1 от 30.11.2011) работа которого обеспечивается за счет того, что датчик расхода сыпучего материала содержит упругий элемент в форме пластины, который жестко закреплен под прямым углом к вертикали, а противоположный край упругого элемента в форме пластины жестко связан с плоским отражателем под углом к вертикали, равным углу естественного откоса сыпучего материала. Первичным измерительным преобразователем является оптрон в аналоговом режиме с воздушным каналом связи, в котором находится шторка, один край которой соединен с пластиной и интегрированным в конструкцию оптрона температурным сенсором. Выходное напряжение оптрона подключено к входу усилителя постоянного тока, выход которого соединен с пластинами плоского конденсатора, которые через изоляторы соответственно жестко закреплены на неподвижной опоре под прямым углом к вертикали и на упругом элементе в форме пластины, и выходом датчика.
Недостатком данного датчика является то, что усилитель постоянного тока и конденсатор являются источниками дополнительной погрешности измерения, вызванной изменением температуры окружающей среды, которая в данной конструкции ничем не компенсируется, а наличие температурного сенсора у оптрона, предназначенного для компенсации его температурной погрешности усложняет конструкцию и, кроме того, требует затрат по регулировке датчика, вызванных необходимостью температурной градуировки такой конструкции на предназначенном для этого оборудовании.
Прототипом данной модели является датчик расхода сыпучего материала (патент РФ на полезную модель RU №87011 U1 от 21.04.2009), содержащий изгибающийся под действием потока материала элемент в форме пластины, отличающийся тем, что один край пластины жестко закреплен под прямым углом к вертикали, на противоположном краю пластины жестко закреплен плоский отражатель под углом к вертикали равным углу естественного откоса сыпучего материала, а первичным измерительным преобразователем является оптрон в аналоговом режиме с воздушным каналом связи, в котором находится шторка, один край которой соединен с пластиной и интегрированным в конструкцию оптрона температурным сенсором.
Недостатком данного датчика является то, что наличие температурного сенсора у оптрона, предназначенного для компенсации его температурной погрешности усложняет конструкцию и требует затрат по регулировке датчика, вызванных необходимостью температурной градуировки такой конструкции на предназначенном для этого оборудовании.
Технической задачей создания полезной модели является повышение точности измерения и упрощение конструкции.
Для решения поставленной технической задачи, а именно, повышения точности измерения за счет исключения элементов вносящих дополнительную температурную погрешность и упрощения конструкции в целом, предлагается следующая модель датчика расхода сыпучего материала, в которой перемещение чувствительного элемента пропорционально расходу сыпучего материала.
На Фиг. 1 показано следующее:
1 - упругая пластина
2 - отражатель сыпучего материала
3 - лазерный излучатель
4 - одномерный позиционно-чувствительный детектор (PSD-датчик)
5 - луч от лазерного излучателя
6 - нормаль упругой пластины
7 - точка чувствительной зоны PSD-датчика
8 - луч лазерного излучателя, отраженный от упругой пластины
9 - бункер для сыпучего материала
Чувствительным элементом датчика является изгибающийся под действием потока материала элемент в форме пластины (1), причем один край пластины жестко закреплен под прямым углом к вертикали, на противоположном краю пластины жестко закреплен плоский отражатель сыпучего материала (2) под углом к пластине равным углу естественного откоса сыпучего материала, а в качестве первичного измерительного преобразователя используется оптрон с открытым каналом связи, состоящий из лазерного излучателя (3) с длиной волны соответствующей рабочему диапазону одномерного позиционно-чувствительного детектора (PSD-датчика), используемого в данном оптроне в качестве приемника. PSD-датчики представляют собой кремниевые или германиевые фотодиоды, аналоговые выходные сигналы которых пропорциональны положению светового пятна на чувствительной поверхности датчика. Одномерный PSD-датчик имеет фоточувствительную поверхность в форме узкой полоски. Датчик позволяет определить положение светового пятна, которое перемещается вдоль зоны фоточувствительной поверхности, так как фототок, генерируемый в месте падения светового пятна, разделяется на две токовые компоненты. Их распределение позволяет определить местоположение светового пятна на фоточувствительной зоне датчика, причем кристаллическая структура PSD-датчика конструктивно обеспечивает компенсацию температурной погрешности от изменения температуры окружающей среды. Кроме того, не вносится и дополнительная инструментальная погрешность, вносимая при температурной градуировке, необходимой для аналога и прототипа. Таким образом, достигается решение поставленной технической задачи повышения точности измерения.
Датчик работает следующим образом. При отсутствии потока сыпучего материала (Фиг.1) из бункера (9), луч (5) от излучателя (3) падает на пластину (1) под углом α к нормали (6) упругой пластины (1) и отражается от нее лучом (8) под углом β к нормали, причем α=β по закону отражения, и попадает на чувствительную зону в точке (7) PSD-детектора (8). В процессе измерения (Фиг. 2) поток материала из бункера падает на отражатель, что вызывает отклонение пластины, что в свою очередь вызывает увеличение углов α и β, а это приводит к перемещению точки падения отраженного луча на расстояние L от точки падения отраженного луча в состоянии покоя. Численно координаты точки падения определяются согласно формуле в технической документации PSD-датчика. Величина L численно пропорциональна расходу сыпучего материала за единицу времени.
Для упрощения конструкции излучатель помещается над или под пластиной (в зависимости от конкретных требований технологического процесса) под углом к нормали пластины, величина которого зависит от длины чувствительной зоны PSD-датчика, высоты расположения излучателя и перемещения пластины в процессе измерения таким образом, чтобы перемещение пятна отраженного от пластины луча не превышало длины чувствительной зоны PSD-датчика, что позволяет отказаться от используемых в аналоге и прототипе интегрированного температурного сенсора, шторки и позволяет не проводить операцию температурной градуировки при регулировке датчика.