устройство для измерения плотности сыпучих веществ

Формула изобретения

Устройство для измерения плотности, содержащее источник постоянного расхода газа, пневматическую емкость, генератор акустических колебаний в виде диафрагмы и формирователь плоской акустической волны, соединенные с пневматической емкостью, причем формирователь плоской акустической волны расположен открытым концом к поверхности контролируемого вещества, устройство перемещения, соединенное с измерителем перемещения, с помощью которого осуществляется перемещение пневматической емкости относительно поверхности вещества, блок управления, струйный турбулентный усилитель, выход которого подключен к блоку управления устройством перемещения, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено измерительной емкостью, в которую помещается контролируемое вещество, измерителем массы, вычислительным блоком, при этом измерительная емкость соединена с измерителем массы, выход которого подключен к первому входу вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходом измерителя перемещения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения плотности сыпучих материалов и тел произвольной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности, например в химической, пищевой, фармацевтической и др.

Известно устройство для измерения плотности (Пестов Н.Е. Физико-химические свойства зернистых и порошкообразных химических продуктов. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1947. - С.152), содержащее блоки измерения массы и объема вещества, в котором осуществляют взвешивание пробы вещества, после чего определяют его объем и по их отношению судят о насыпной плотности вещества.

Недостатком такого устройства для измерения плотности является невозможность определения плотности частиц сыпучего материала, а также отсутствие единства процесса измерения.

Известно устройство для измерения плотности, реализующее способ (Патент РФ №2162596, кл. G 01 N 9/00, 9/26, 27.01.2001, Открытия. Изобретения №3), заключающийся в том, что контролируемое вещество помещают в измерительную емкость, подают в нее газ с расходом, пропорциональным массе вещества, измеряют скорость изменения давления в ней. По скорости изменения давления судят о величине плотности. Такое устройство для измерения плотности содержит измерительную емкость, герметично закрываемую крышкой, внутрь которой помещено контролируемое вещество. Контролируемое вещество воздействует на мембрану, отделяющую измерительную емкость от камеры, в которой размещено сопло, соединенное с атмосферой.

Недостаток такого устройства состоит в контактности метода и сложности конструкции.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является устройство для измерения плотности жидкости (Патент РФ №2124714, кл. G 01 N 9/24, 29/02, 10.01.99, Открытия. Изобретения №1), содержащее источник постоянного расхода газа, пневматическую емкость, генератор акустических колебаний в виде диафрагмы и формирователь плоской акустической волны, соединенные с пневматической емкостью, причем формирователь плоской акустической волны расположен открытым концом к поверхности контролируемого вещества, устройство перемещения, соединенное с измерителем перемещения, с помощью которого осуществляется перемещение пневматической емкости относительно поверхности вещества, блок управления, струйный турбулентный усилитель, выход которого подключен к блоку управления устройством перемещения. Определение плотности с помощью такого устройства заключается в определении фазового смещения узла стоячей акустической волны при взаимодействии струйно-акустического сигнала с контролируемой поверхностью.

Недостатком устройства, принятого за прототип, является невозможность измерения плотности сыпучих веществ.

Технической задачей изобретения является расширение области применения.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что устройство дополнительно снабжено измерительной емкостью, в которую помещается контролируемое вещество, измерителем массы, вычислительным блоком, при этом измерительная емкость соединена с измерителем массы, выход которого подключен к первому входу вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходом измерителя перемещения.

На чертеже представлена схема устройства для измерения плотности.

Устройство для измерения плотности включает в себя источник постоянного расхода воздуха 9, генератор акустических колебаний 6 в виде диафрагмы и формирователь 7 плоской акустической волны, соединенные с пневматической емкостью 5. Внутри формирователя 7 размещены питающий 8 и приемный 1 капилляры струйного турбулентного усилителя, выход которого подключен к блоку управления 2 устройством перемещения 3. Устройство перемещения 3 соединено с измерителем перемещения 4. Измерительная емкость 10 соединена с измерителем массы 11, выход которого подключен к первому входу вычислительного блока 12. Второй вход вычислительного блока 12 соединен с выходом измерителя перемещения 4.

Устройство для измерения плотности работает следующим образом.

Сжатый воздух с постоянным расходом с выхода источника постоянного расхода 9 подается в питающую емкость 5. Из емкости 5 газ через диафрагму поступает в полость формирователя 7 плоской акустической волны, который расположен открытым концом к поверхности контролируемого вещества, помещенного в измерительную емкость 10. С выхода измерителя массы 11, информация о массе контролируемого вещества поступает на первый вход вычислительного блока 12. На вход питающего капилляра 8 подают давление питания Р_пит, при этом на выходе капилляра 1 формируется выходной сигнал Р_вых=1. При звуковом давлении, отличном от нуля, режим течения газа в струе изменяется и становится турбулентным, что приводит к уменьшению выходного давления Р_вых. Давление Р_вых принимает максимальное значение при нулевом звуковом давлении, так как режим течения становится ламинарным. С помощью устройства перемещения 3 осуществляется перемещение пневматической емкости 5 относительно поверхности вещества, помещенного в измерительную емкость 10 от базисного значения, соответствующего половине длины волны излучаемого акустического сигнала до расстояния, при котором в пространстве между генератором акустических колебаний 6 и контролируемой поверхностью возникает стоячая волна. Момент достижения экстремума в распределении стоячей волны фиксируется струйным турбулентным усилителем, сигнал с его выхода поступает на вход блока управления 2, управляющее воздействие с которого посредством устройства перемещения 3 возвращает систему в исходное положение. Информация о смещении измерительного устройства от базисного значения с выхода измерителя перемещения 4 поступает на второй вход вычислительного блока 12. В дальнейшем процесс происходит аналогично изложенному выше.

Таким образом, о плотности сыпучего вещества судят по отношению массы к объему частиц вещества. Объем частиц сыпучего вещества определяется расстоянием от генератора акустических колебаний 6 до поверхности вещества, при котором в приемном канале 1 появляется избыточное давление.

Предлагаемое устройство для измерения плотности позволяет проводить неразрушающий контроль сыпучих, пористых, волокнистых материалов и сред, характеризующихся пожаро- и взрывоопасностью, за счет использования пневмоакустических эффектов, сопровождающихся образованием стоячей волны в пространстве между генератором акустических колебаний и контролируемым веществом, путем измерения смещения ее экстремума при изменении фазы комплексного коэффициента отражения.