一种悬臂梁式料位测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种悬臂梁式料位测量装置及测量方法，其装置包括位于储料罐上的底板和顶板，底板和顶板通过支架连接，在底板上固定安装有具有弹性的悬臂梁，悬臂梁的自由端安装有传感器，传感器与信号采集和分析系统连接，所述顶板上安装有低频电机，低频电机带动球头转臂做圆周运动，球头转臂在转动时打击悬臂梁自由端使其振动。本发明专利技术的悬臂梁式料位测量装置，利用悬臂梁的振动固有频率与悬臂梁长度的关系，结构巧妙，而且抗干扰能力强、工作寿命长、通用型强且成本低廉；本发明专利技术的悬臂梁式料位测量装置的测试方法，操作简单，而且测试精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种悬臂梁式料位测量装置及测量方法，属于粉料料罐料位监测领域。
技术介绍
储料罐是很多行业中重要的工程设施，如食品加工企业中的面粉储料罐、建筑行业中的混凝土搅拌站中的水泥和黄沙储料罐等。储料罐要求能够连续不断的工作，既不会因进料过快过多而爆仓，也不会因进料慢而造成怠工而影响生产进度，这就要求在进料工程中能对储料罐的物料的料位进行实时监测。目前，针对粉料料罐的料位监测，主要有雷达料位计、超声料位计、微博料位计等非接触式，以及重锤式、电机式料位计等。非接触式料位计的工作原理是通过发射电磁波、超声波或微波脉冲，碰到被测介质表面，其部分被反射回来，从而获得料位值，但在粉料储料罐工作过程中，一般为高粉尘工作环境，超声波料位计无法穿透重粉尘，雷达料位计，易在喇叭口结灰，影响测量，且电磁波的传播速度极高，发送脉冲和接收脉冲的时间间隔很小(纳秒量级)，很难确认，误差较大；重锤式料位计和机械式料位计由于电动设备长期在高负荷下工作，易损坏，且影响输出电信号强弱的因素很多，获得结果不准确
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种悬臂梁式料位测量装置及测量方法，结构巧妙、抗干扰能力强、工作寿命长、通用型强且成本低廉。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种悬臂梁式料位测量装置，包括位于储料罐上的底板和顶板，底板和顶板通过支架连接，在底板上固定安装有具有弹性的悬臂梁，悬臂梁的自由端安装有传感器，传感器与信号采集和分析系统连接，所述顶板上安装有低频电机，低频电机带动球头转臂做圆周运动，球头转臂在转动时打击悬臂梁自由端使其振动。作为优选，所述储料罐外设有显示储料罐物料高度的显示屏，显示屏与信号分析系统连接。一种上述的悬臂梁式料位测量装置的测量方法，包括以下步骤：(1)储料罐在装入物料之前测量悬臂梁的长度L和悬臂梁最末端相对储料罐底部的距离N；(2)启动低频电机，带动球头转臂转动，打击悬臂梁使其振动，信号采集和分析系统采集传感器输入的时域信号，经信号采集和分析系统得出该时刻悬臂梁的一阶固有频率f1，根据其中：H为悬臂梁有效长度，E为材料的弹性模量，I0为梁的截面惯性矩，ρ为材料的密度，A0为悬臂梁的截面积，得出悬臂梁该时刻的有效长度H=3.522πf1EI0ρA0;]]>(3)储料罐中物料的深度即为N+L-H。其中，所述悬臂梁为具有线弹性的金属材料。生产实践中所用的储料罐形状各异，尺寸大小也各不相同，需要组成悬臂梁的材料在单向拉伸和压缩的情况下具有线弹性段，并且确保该悬臂梁工作在线弹性段，通过合理地设计截面尺寸，合理地选择原始长度，从而达到比较理想的效果。作为优选，所述悬臂梁材料为Q235钢，弹性模量E＝210GPa，泊松比密度ρ为7.858g/cm^3，悬臂梁截面为30mm×55mm，高度为1200mm。所述悬臂梁材料还可以为铝，弹性模量E＝70GPa，密度ρ＝2.7g/cm^3，悬臂梁截面为40mm×60mm，高度为1500mm。有益效果：本专利技术的悬臂梁式料位测量装置，利用悬臂梁的振动固有频率与悬臂梁长度的关系，结构巧妙，而且抗干扰能力强、工作寿命长、通用型强且成本低廉；本发明的悬臂梁式料位测量装置的测试方法，操作简单，而且测试精度高。附图说明图1为本专利技术的主视结构示意图；图2为本专利技术工作示意图；图3为频率与悬臂梁埋深的长度关系图。具体实施方式如图1和图2所示，本专利技术的一种悬臂梁式料位测量装置，包括位于储料罐上的底板1和顶板7，底板1和顶板7通过支架2连接，在底板1上固定安装有具有弹性的悬臂梁3，悬臂梁3材料为Q235钢，弹性模量E＝210GPa，泊松比密度ρ为7.858g/cm^3，悬臂梁3截面为30mm×55mm，高度为1200mm，悬臂梁3的自由端安装有传感器6，传感器6与信号采集和分析系统连接，所述顶板7上安装有低频电机4，低频电机4带动球头转臂5做圆周运动，球头转臂5在转动时打击悬臂梁3自由端使其振动，在储料罐外设有显示储料罐物料高度的显示屏，显示屏与信号分析系统连接。一种悬臂梁式料位测量装置的测量方法，包括以下步骤：(1)储料罐在装入物料之前测量悬臂梁3的长度L，L＝1200mm，悬臂梁的最底端位于储料罐的底部，N＝0；(2)启动低频电机4，带动球头转臂5转动，打击悬臂梁3使其振动，信号采集和分析系统采集传感器6的时域信号，经信号分析系统得出该时刻悬臂梁3的一阶固有频率f1，根据其中：H为悬臂梁3有效长度，E为材料的弹性模量，I0为梁的截面惯性矩，ρ为材料的密度，A0为悬臂梁3的截面积，得出该时刻悬臂梁3的有效长度；(3)储料罐中物料的深度及即悬臂梁的埋深为L-H，如图3所示，通过显示器实时的显示。如图3所示，可以看出当埋深增加时，固有频率对埋深的变化越来越敏感。悬臂梁3的这种特性对本装置的有效工作非常有利，当储料罐快要爆仓时，悬臂梁3埋深最大，埋深的微小变化可以起固有频率的显著增加。这时通过测悬臂梁3固有频率反推悬臂梁3埋深时，可以检测到埋深的微小变化，从而提高测量的精度，本测试方法甚至可以达到0.1mm量级。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬臂梁式料位测量装置，其特征在于：包括位于储料罐上的底板和顶板，底板和顶板通过支架连接，在底板上固定安装有具有弹性的悬臂梁，悬臂梁的自由端安装有传感器，传感器与信号采集和分析系统连接，所述顶板上安装有低频电机，低频电机带动球头转臂做圆周运动，球头转臂在转动时打击悬臂梁自由端使其振动。

【技术特征摘要】
1.一种悬臂梁式料位测量装置，其特征在于：包括位于储料罐上的底板和顶板，
底板和顶板通过支架连接，在底板上固定安装有具有弹性的悬臂梁，悬臂梁的自由端安
装有传感器，传感器与信号采集和分析系统连接，所述顶板上安装有低频电机，低频电
机带动球头转臂做圆周运动，球头转臂在转动时打击悬臂梁自由端使其振动。
2.根据权利要求1所述的悬臂梁式料位测量装置，其特征在于：所述储料罐外设
有显示储料罐物料高度的显示屏，显示屏与信号采集和分析系统连接。
3.一种如权利要求1或2所述的悬臂梁式料位测量装置的测量方法，其特征在于，
包括以下步骤：
(1)储料罐在装入物料之前测量悬臂梁的长度L和悬臂梁最末端相对储料罐底部
的距离N；
(2)启动低频电机，带动球头转臂转动，打击悬臂梁使其振动，信号采集和分析
系统采集传感器输入的时域信号，经信号采集和分析系统得出该时刻悬臂梁的一阶固有<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨绘峰，沈超明，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32