專利名稱:一種非接觸式檢測料倉料位的電磁波開關(guān)及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種檢測料位領(lǐng)域,具體是一種非接觸式檢測料倉料位的電磁波開關(guān)及其檢測方法,尤其是用于以非金屬材料或金屬外殼,非金屬內(nèi)襯作倉壁的料倉和容器中,料位檢測方法與裝置。
背景技術(shù):
在工業(yè)生產(chǎn)中,許多料倉廣泛應(yīng)用于存儲原材料,生產(chǎn)中間體和成品,及其生產(chǎn)過程的倉體或容器。對料倉內(nèi)的儲料狀況,即料位,一般都需要測量,其中一種方式為連續(xù)性測量,另一種為上、下限限位測量。料位連續(xù)性測量是對料倉內(nèi)的物料料位值進行連續(xù)性測量。
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料倉料位測量的另一種方式稱為上、下限限位測量,是指在料倉上設(shè)置上、下二個限位點,通過測量料位有沒有到達該測量點,從而能將物料能控制在兩個限位點中間,這種檢測限位點所設(shè)的判斷物料是否到達的傳感器稱為料位開關(guān)。其當(dāng)上限料位開關(guān)檢測到有物料時,說明倉內(nèi)料位很高,其發(fā)出開關(guān)信號給系統(tǒng)控制器,系統(tǒng)控制器可通過組織加快排料和減少進料的方法,使倉內(nèi)料位下降。當(dāng)下限料位開關(guān)檢測到物料沒有到達時,也相應(yīng)地發(fā)出開關(guān)信號到系統(tǒng)控制器,系統(tǒng)控制器可通過組織增加進料和減少排料,使倉內(nèi)料位上升。由此,上、下限料位開關(guān)的檢測可起對極限料位進行報警的作用。在現(xiàn)有的料位開關(guān)檢測技術(shù)中,通常使用的是接觸式料位開關(guān),其主要有音叉料位開關(guān),阻旋料位開關(guān),電容式料位開關(guān),射頻導(dǎo)納料位開關(guān)。這些接觸式料位開關(guān)的共同點是必須在限位檢測點開孔安裝,其檢測感應(yīng)元件必須和被測物料接觸,由此會帶來使用壽命短,維護困難等一系列問題,特別是在高溫和有腐蝕等特殊場合下,其使用受到很大的限制。目前實際應(yīng)用的非接觸式料位開關(guān)是Y射線法,但是由于其產(chǎn)生射線對人體有害的輻射,所以一直處于國家標(biāo)準(zhǔn)限制性使用。而中國專利CN102322920A所公開的技術(shù)方案中,利用超聲波作為非接觸式的料位開關(guān),其能解決一些料倉料位檢測。但由于超聲波是機械波,其波速隨溫度變化而變化,所以在高溫及溫度變化較大的工況下,物料檢測就存在問題。而且對倉壁有內(nèi)襯,外壁和內(nèi)襯有間隙的場合也不宜使用。使用中,同時存在需要不斷加粘合劑的維護工作。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷,本發(fā)明是提供一種非接觸式檢測料倉料位的電磁波開關(guān)及其檢測方法,其能夠便捷地判斷料倉內(nèi)的物料是否達到料倉設(shè)定點。本發(fā)明的技術(shù)方法為一種非接觸式檢測料倉料位的電磁波開關(guān),所述開關(guān)包括定向電磁波發(fā)射單元I和磁波接收單元2,所述磁波發(fā)射單元I和定向電磁波接收單元2位于料倉所需測量高度的同一水平高度,所述電磁波發(fā)射器I和電磁波接收器2分別安裝于料倉外部的兩側(cè)的料倉壁3上,定向電磁波發(fā)射單元I和定向電磁波接收單元2之間構(gòu)建一電磁波通道4。所述料倉壁3為金屬外殼或金屬外殼非金屬內(nèi)襯。所述定向電磁波發(fā)射單元I和定向電磁波接收單元2使用的電磁波頻率O.1-5GHZ。所述定向電磁波發(fā)射單元I包括電磁波發(fā)射電路1-1、與電磁波發(fā)射電路1-1連接的天線1-2、電源接口 1-3和調(diào)試串口 1-4。所述定向電磁波接收單元2包括電磁波接收電路2-1、分別與電磁波接收電路2-1連接的天線2-2和中央處理器2-3,以及與中央處理器2-3連接的電源接口 2-4、調(diào)試串口2-5和繼電器2-6。本發(fā)明還提供一種非接觸式檢測料倉料位的方法,在所述方法中將磁波發(fā)射單元I和定向電磁波接收單元2位于料倉所需測量高度的同一水平高度,所述電磁波發(fā)射器I和·電磁波接收器2分別安裝于料倉外部的兩側(cè)的料倉壁3上,當(dāng)料位沒有到達所需測量高度的料位時,接收器能夠收到來自發(fā)射器的一個較強的電磁波信號;當(dāng)料位達到料倉設(shè)定的位置時,電磁波接收器收到一個較弱的電磁波信號或無法收到電磁波信號。所述定向電磁波發(fā)射單元I和定向電磁波接收單元2使用的電磁波頻率O.1-5GHZ。在料倉所需測量點的相對兩側(cè),分別安裝一個電磁波定向發(fā)射裝置和電磁波定向接收裝置,形成了一個電磁波通道。電磁波的頻率,根據(jù)倉壁的材料與厚度及料倉的直徑大小確定,可在O. I 5GHZ內(nèi)選擇。工作時,調(diào)整好發(fā)射器功率大小。當(dāng)料位沒有到達設(shè)定點的料位時,接收器能夠收到來自發(fā)射器的一個較強電磁波信號;當(dāng)料位達到料倉設(shè)定的位置時,來自發(fā)射器的電磁波必須穿過倉壁,且必須穿過物料的介質(zhì),此時,電磁波接收器收到的信號必然減弱,甚至無法收到。由此,可根據(jù)電磁波接收器收到信號的強弱對比,分別發(fā)出是否達到料位的開關(guān)電信號。需要強調(diào)的是本發(fā)明中使用的是小于5GHZ的電磁波,是充分利用了低頻電磁波在非電介質(zhì)中的低損耗性,確保檢測的電磁波穿透非金屬,并能運用低功率方式實現(xiàn)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的技術(shù)方案和中國專利CN102322920A所公開的超聲波技術(shù)方案相比,其不受介質(zhì)溫度的影響,與倉壁的厚度關(guān)系不大,不需要使用粘合劑等附加售后保障工作。
圖I :定向電磁波發(fā)射單元結(jié)構(gòu)圖。圖2 :定向電磁波接收單元結(jié)構(gòu)圖。圖3 :料位沒到達測量點電磁波通道圖。圖4 :料位到達測量點電磁波通道圖。圖5:料位沒到達測量點電磁波穿過界面圖。圖6 :料位沒到達測量點電磁波穿過界面圖。圖7 :金屬外殼,非金屬內(nèi)襯倉測量圖。圖8:實施案例圖。圖9 :電磁波穿過介質(zhì)能量損耗與頻律關(guān)系曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明如圖I至圖8,一種非接觸式檢測料倉料位的電磁波開關(guān),所述開關(guān)包括定向電磁波發(fā)射單元I和磁波接收單元2,所述磁波發(fā)射單元I和定向電磁波接收單元2位于料倉所需測量高度的同一水平高度,所述電磁波發(fā)射器I和電磁波接收器2分別安裝于料倉外部的兩側(cè)的料倉壁3上,定向電磁波發(fā)射單元I和定向電磁波接收單元2之間構(gòu)建一電磁波通道4。料倉壁3為金屬外殼或金屬外殼非金屬內(nèi)襯。定向電磁波發(fā)射單元I和定向電磁波接收單元2使用的電磁波頻率O. 1-5GHZ。定向電磁波發(fā)射單元I包括電磁波發(fā)射電路1-1、與電磁波發(fā)射電路1-1連接的天線1-2、電源接口 1-3和調(diào)試串口 1-4。·定向電磁波接收單元2包括電磁波接收電路2-1、分別與電磁波接收電路2-1連接的天線2-2和中央處理器2-3,以及與中央處理器2-3連接的電源接口 2-4、調(diào)試串口 2_5和繼電器2-6。本發(fā)明還提供一種非接觸式檢測料倉料位的方法,在所述方法中將磁波發(fā)射單元I和定向電磁波接收單元2位于料倉所需測量高度的同一水平高度,所述電磁波發(fā)射器I和電磁波接收器2分別安裝于料倉外部的兩側(cè)的料倉壁3上,當(dāng)料位沒有到達所需測量高度的料位時,接收器能夠收到來自發(fā)射器的一個較強的電磁波信號;當(dāng)料位達到料倉設(shè)定的位置時,電磁波接收器收到一個較弱的電磁波信號或無法收到電磁波信號。定向電磁波發(fā)射單元I和定向電磁波接收單元2使用的電磁波頻率O. 1-5GHZ。根據(jù)電磁波的傳播理論,電磁波具有波、粒兩重性,電磁波在真空中以電和磁互相激勵的方式,以光速C傳播,傳播沒有能量消耗。電磁波在介質(zhì)中傳播時,根據(jù)麥克斯韋方程組中,媒介與電特性有關(guān)的參數(shù)有電介常數(shù)ε,磁導(dǎo)率μ和電導(dǎo)率δ。其中,介電常數(shù)表示媒介質(zhì)的極電性能,它描述了介質(zhì)中束薄電荷在外加電場作用下的偏移性質(zhì),其一般用復(fù)數(shù)表示ε = ε ’ _j ε ”。而,介電常數(shù)和磁導(dǎo)率μ又隨電磁波的角頻率ω變化而變化,gpε = ε (ω),μ=μ (ω)根據(jù)平面電磁場理論,無界場與有媒質(zhì)中,電磁波的電場表達式為E(r) = E0 eJUV(a+Jfi)r
_ = w .....72c..............ι]式中a為電磁波的衰減常數(shù)因此看出,電磁波在介質(zhì)中的能量衰減a與電磁波的角頻率ω (頻率f)有關(guān)。在目前研究公布的電磁波穿過介質(zhì)能量損耗與頻率關(guān)系的仿真試驗中,得出如圖9所示的曲線。在9以上曲線中,隨著頻率的升高,混凝土墻、磚墻的傳輸損耗上升最快,混凝土墻在3G時開始變化加大,磚墻在5G變化加大,在我們目前作為料倉內(nèi)襯的非金屬材料中,大部分為陶瓷基材料、混凝土材料、墻磚材料,玻纖材料、塑性材料,這些材料介電常數(shù)都在5-10之間。由此,如果選擇小于5G的電磁波,其穿透介質(zhì)的能量更強,所需的功率更小,而選擇電磁波頻率> O. IGHZ的電磁率,因< O. IGHZ電磁波的窄波束定向較難實現(xiàn),電磁波< O. IGHZ不在常用的中華人民共和國無線頻率管理中,難找到民用頻道。所以,O. 1-5GHZ的低頻電磁波是本發(fā)明方案的選擇。為了實現(xiàn)這一技術(shù)方法,該具體實施方案如下該裝置包含定向電磁波發(fā)射單元1,定向電磁波接收單元2。在定向電磁波發(fā)射單元I中,有電磁波發(fā)射電路1-1,天線1-2,電源接口 1-3,調(diào)試串口 1-4。在定向電磁波接收單元2中,包括有,電磁波接收電路2-1,天線2-2,中央處理器2-3,電源接口 2-4,調(diào)試串口 2-5,繼電器2-6。定向電磁波發(fā)射單元I和定向電磁波接收單元2,安裝在料倉的兩外側(cè)C、F,在要求測定點的同一高度H?!すぷ鲿r,定向電磁波發(fā)射單元I穿過料倉的倉壁3-1,3-2,向?qū)γ娑ㄏ螂姶挪ń邮諉卧?發(fā)射定向電磁波,構(gòu)成電磁波的通道4,在料位沒有到達設(shè)定的測量高度時,接收器接收到的電磁波量為M,當(dāng)料位到達設(shè)定的高度時,電磁波的通道4中,除了 3-1、3-2二個倉壁外,還有物料介質(zhì)5.電磁波的傳播能量損耗是由傳播損耗和界面損耗二部分組成的。由于物料的介電常數(shù)大于空氣的介電常數(shù),所以,其在物料介質(zhì)中傳播的能量損耗,大于料位沒有達到設(shè)定點時在空氣中的損耗。所謂界面損耗是指電磁波在穿過不同物料的界面時,會發(fā)生部分折射、反射。,在物料沒有達到設(shè)定高度時,其電磁波通道內(nèi)穿過了 C、D、E、F四個界面(如圖3),而物料達到設(shè)定高度時,電磁波必須通過C、D、G、H、E、F六個界面。其界面損耗必然大于電磁波的通道沒有物料時的損耗。所以,當(dāng)物料達到設(shè)定高度時,電磁波接收到的電磁波的能量為N,遠(yuǎn)小于物料達到設(shè)定高度時,定向電磁波接收單元接收到的電磁波強度M,通過中央處理器,把接收到的電磁波電量向在料位沒有達到設(shè)定點的電磁波強度M,與料位到達設(shè)定點時電磁波強度N作比較,可在M和N中間設(shè)置一個閥值P,N〈P〈M,當(dāng)中央處理器2-5被電磁波電路告知,接收到的電磁波強度大于P時,要求繼電器發(fā)出一個O值對應(yīng)開關(guān)電信號。當(dāng)中央處理器2-5,收到電磁波電路傳遞來的電磁波強度小于P時,中央處理器2-5向繼電器2-6發(fā)出命令,繼電器2-6發(fā)出I值的對應(yīng)開關(guān)電信號。在大部分工況下,倉壁的結(jié)構(gòu)如圖4所不,其外殼是金屬材料6-1,內(nèi)襯為非金屬材料6-2,此時,我們的實施方案是在金屬外殼材料6-1的測量點高度,相對二側(cè)開置兩個孔X,Y,把安裝定向電磁波發(fā)射單元I和定向電磁波接收單元2的接收天線1-2和發(fā)射天線2-2安裝在孔中,在非金屬材料和料倉內(nèi)構(gòu)成一個電磁波通道,此后時的測量方法和上述的非金屬倉壁料倉的測量方法相同。本發(fā)明采用低頻電磁波穿過非金屬倉壁的原理,通過在測量點構(gòu)建低頻電磁波的傳輸通道,運用了低頻電磁波容易穿過非金屬材料的特點,根據(jù)物料進入電磁波通道,將減弱電磁波的傳輸能量的現(xiàn)象,實現(xiàn)了一種新的非接觸式的料倉料位開關(guān)。,該檢測不受物料溫度及物料其它特性的影響,測量元件不與物料接觸,避免了物料等對測量的影響,防止物料對檢測元件的腐蝕、磨損、沖擊等損害,確保了設(shè)備的長壽命運行。下面通過具體工況對本發(fā)明進行具體描述。本發(fā)明的料位開關(guān)在煉鐵廠的燒結(jié)礦倉的應(yīng)用。用于檢測對燒結(jié)礦倉的最高限料位報警。該料倉為長方斗形結(jié)構(gòu),上部最寬八米,倉高為十二米,倉外壁為IOmm厚的碳鋼,內(nèi)襯為壁厚為25_的混凝土材料,。料倉需在料位為十米處設(shè)置最高限報警,防止?jié)M倉溢出。具體實施方案是I.在料倉八米處的倉的外壁二側(cè)X,Y處開二個0 300的孔,二孔相對,在孔口焊接一個0 300的鐵管,并加C 300的法蘭7-1,7-2。
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2.電磁波發(fā)射器和接收器,分別連接固定在另一0 300法蘭7-3,7-4上,用螺栓將7-1和7-3連接,7-2和7-4連接好。3.考慮到混凝土的介電常數(shù)較大,厚度較厚,我們選用發(fā)射頻率為960MHZ的電磁波。發(fā)射器的最大功率為30dbm。4.工作時,定向電磁波發(fā)射單元I對面發(fā)射960MHZ的電磁波給定向電磁波接收單元2。構(gòu)成包含6-1、6-2 二個倉壁和倉內(nèi)的電磁波通道4。5.料位沒有達到10米時。通過調(diào)整定向電磁波發(fā)射單元I的發(fā)射功率,使定向電磁波接收單元2收到的功率為-60dbm。6.當(dāng)料位到達10米時,定向電磁波接收單元2沒收到定向電磁波發(fā)射單元I的發(fā)射的電磁波。7.在中央處理器設(shè)置閥值為-70dbm。8.此時,若接收到電路2-2收到的電磁波的功率大于_70dbm時,電路2_2將功率數(shù)據(jù)傳遞給中央處理器2-5,中央處理器2-5根據(jù)和閥值_70dbm的對比,會要求繼電器2_6發(fā)出O值的對應(yīng)開電信號。若接收電路2-2收到的電磁波能量小于_70dbm,中央處理器2_5將接到的功率數(shù)和閥值-70dbm比較,此時要求繼電器2-6發(fā)出I值的對應(yīng)開關(guān)電信號。上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述,并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進行限定,在不脫離本發(fā)明設(shè)計構(gòu)思前提下,本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進,均應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍,本發(fā)明請求保護的技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種非接觸式檢測料倉料位的電磁波開關(guān),其特征在于所述開關(guān)包括定向電磁波發(fā)射單元(I)和磁波接收單元(2 ),所述磁波發(fā)射單元(I)和定向電磁波接收單元(2 )位于料倉所需測量高度的同一水平高度,所述電磁波發(fā)射器(I)和電磁波接收器(2)分別安裝于料倉外部的兩側(cè)的料倉壁(3)上,定向電磁波發(fā)射單元(I)和定向電磁波接收單元(2)之間構(gòu) >建一電磁波通道(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式檢測料倉料位的電磁波開關(guān),其特征在于所述料倉壁(3)為金屬外殼或金屬外殼非金屬內(nèi)襯。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式檢測料倉料位的電磁波開關(guān),其特征在于所述定向電磁波發(fā)射單元(I)和定向電磁波接收單元(2)使用的電磁波頻率O. 1-5GHZ。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式檢測料倉料位的電磁波開關(guān),其特征在于所述定向電磁波發(fā)射單元(I)包括電磁波發(fā)射電路(1-1 )、與電磁波發(fā)射電路(1-1)連接的天線(1-2)、電源接口(1-3)和調(diào)試串口(1-4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式檢測料倉料位的電磁波開關(guān),其特征在于所述定向電磁波接收單元(2)包括電磁波接收電路(2-1 )、分別與電磁波接收電路(2-1)連接的天線(2-2)和中央處理器(2-3),以及與中央處理器(2-3)連接的電源接口(2-4)、調(diào)試串口(2-5)和繼電器(2-6)。
6.一種利用權(quán)利要求I至5任意之一所述的非接觸式檢測料倉料位的電磁波開關(guān)進行非接觸式檢測料倉料位的方法,其特征是在所述方法中將磁波發(fā)射單元(I)和定向電磁波接收單元(2)位于料倉所需測量高度的同一水平高度,所述電磁波發(fā)射器(I)和電磁波接收器(2)分別安裝于料倉外部的兩側(cè)的料倉壁(3)上,當(dāng)料位沒有到達所需測量高度的料位時,接收器能夠收到來自發(fā)射器的一個較強的電磁波信號;當(dāng)料位達到料倉設(shè)定的位置時,電磁波接收器收到一個較弱的電磁波信號或無法收到電磁波信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非接觸式檢測料倉料位的方法,其特征在于所述定向電磁波發(fā)射單元(I)和定向電磁波接收單元(2)使用的電磁波頻率O. 1-5GHZ。
全文摘要
一種非接觸式檢測料倉料位的電磁波開關(guān),其特征在于所述開關(guān)包括定向電磁波發(fā)射單元(1)和磁波接收單元(2),所述磁波發(fā)射單元(1)和定向電磁波接收單元(2)位于料倉所需測量高度的同一水平高度,所述電磁波發(fā)射器(1)和電磁波接收器(2)分別安裝于料倉外部的兩側(cè)的料倉壁(3)上,定向電磁波發(fā)射單元(1)和定向電磁波接收單元(2)之間構(gòu)建一電磁波通道(4)。本發(fā)明的技術(shù)方案和中國專利CN102322920A所公開的超聲波技術(shù)方案相比,其不受介質(zhì)溫度的影響,與倉壁的厚度關(guān)系不大,不需要使用粘合劑等附加售后保障工作。
文檔編號G01F23/284GK102788626SQ201210178249
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者邵小歐 申請人:邵小歐