CN109341805A - 一种新型的重锤料位计探头及其测量方法 - Google Patents

Abstract

一种新型的重锤料位计探头及其测量方法，涉及重锤料位计技术领域，包括探头箱体、上限器、安装板、电机减速一体机、钢带盘、计数盘、电机上限位器、电机下限位器、失重检测开关、脉冲传感开关、测锤，所述安装板的一侧垂直浮动布置有电机减速一体机、另一侧固定有钢带盘、计数盘，探头箱体底部安装有上限器；电机减速一体机的输出轴垂直地穿过安装板且与钢带盘的正中心转动连接，钢带倾斜地绕过位于钢带盘下方的计数盘后竖直地穿过上限器延伸到探头箱体外部与测锤连接；电机减速一体机的头部左侧设有电机上限位器、右侧下部设有电机下限位器；本申请提供一种新型的重锤料位计探头及其测量方法，其机械部件少，结构紧凑，料面检测灵敏度高。

Description

一种新型的重锤料位计探头及其测量方法

技术领域

本发明涉及重锤料位计技术领域，具体涉及一种新型的重锤料位计探头及其测量方法。

背景技术

重锤料位计是一种机电一体化的物位测量仪表，主要用于筒库料位测量。重锤料位计探头是重锤料位计的一个重要部件，探头内的钢带仓内安装有钢带卷轮装置(钢带盘)和旋转计数装置(计数盘)，钢带卷轮(钢带盘)上的钢带穿过安装在探头箱体底部的上限器与测锤连接，使用时料位计探头安装在库顶，其原理是以电机驱动测锤下降到物料表面，测锤触及料面后立即上升回到待测位置，在此过程中旋转计数装置(计数盘)配合脉冲传感器发出与重锤位移相对应的脉冲信号(反馈给控制器处理)，完成一次测量。重锤料位计以其出色的环境适应性，可以在各种恶劣环境下工作，例如浓粉尘和蒸汽环境，並且对被测物料有广泛的兼容性，从液体到固体从极细粉沫到块状物料，因此被广泛用于水泥、建材、煤炭、钢铁、能源、化工、粮食等行业。

如图1所示为现有的一种技术较先进的(德国)重锤料位计探头，在钢带仓内除了钢带卷轮(钢带盘)外，为检测测锤到达料面的信号(失重信号)设置了滑动杆、转轴和滑轮，在背面还要有弹簧和力臂等附加平衡装置才能工作，突出缺点是机械结构较复杂，导致可靠性降低和维护量大，此外该设计在钢带仓内设置有3个转轴：钢带卷轮(盘)和滑轮转轴，滑动杆转轴，由于转轴所处空间是与库内联通的，会接触库内粉尘蒸汽等污染物质，极易导致转轴阻塞而发生故障。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本申请提供一种新型的重锤料位计探头，机械部件少，结构紧凑，料面检测灵敏度高，有效减少维护量，提高工作可靠性；同时提供了一种基于该探头的测量方法，可进一步降低故障率。

为了实现上述技术效果，本发明的具体技术方案如下：

一种新型的重锤料位计探头，包括探头箱体、上限器、上限位置传感器，所述探头箱体的底端设有所述上限器，还包括安装板、电机减速一体机、钢带盘、计数盘、脉冲传感开关、电机上限位器、电机下限位器、失重检测开关、测锤，所述探头箱体内竖直设置有所述安装板，所述安装板将探头箱体内部空间分成密闭的电机仓和钢带仓，所述电机仓内垂直浮动布置有所述电机减速一体机，所述钢带仓内安装有可转动的所述钢带盘、计数盘，所述计数盘位于钢带盘的下方；所述电机减速一体机的输出轴垂直地穿过所述安装板且与所述钢带盘的正中心转动连接，所述钢带盘上缠绕有钢带，所述钢带倾斜地绕过计数盘后竖直地穿过所述上限器并延伸到探头箱体外部；所述钢带的末端通过钢带夹头连接有链条，所述链条的底端固定有所述测锤；所述电机减速一体机的顶部左侧设有所述电机上限位器、右侧下部设有所述电机下限位器，所述电机减速一体机以输出轴为支撑能在所述电机上限位器和电机下限位器限定的空间左右摆动并能与所述电机上限位器、电机下限位器接触。

进一步地，所述电机减速一体机的重心与在所述钢带盘、计数盘之间处于倾斜状态的钢带的顶点分别位于所述钢带盘的正中心的两侧。其中所述顶点即为测锤重力作用点。

进一步地，绕过所述计数盘后处于竖直状态的钢带的垂线与所述钢带盘正中心垂线重合或两垂线之间的距离≤30mm。

进一步地，在所述钢带盘、计数盘之间处于倾斜状态的钢带与竖直方向形成一夹角α，对应钢带盘上所绕的钢带处于空载到满载的状态，夹角α呈16°～ 38°的相应变化，对应钢带盘上所绕的钢带处于空载到满载的状态，夹角α的变化引起的测锤重力作用在计数盘上的分力的变化导致的钢带作用在钢带盘上的力矩变化，而由于此时钢带盘上所绕钢带卷直径Φ也相应变化，而力臂L0＝Φ/2 的变化使得该力矩的变化得到自动补偿，这样的设计使得测锤重力作用在钢带盘上的力矩波动变小，提高了失重检测的可靠性。

进一步地，还包括一控制器，所述上限位置传感器、失重检测开关、脉冲传感开关与所述控制器信息连接。

进一步地，所述电机上限位器、电机下限位器、上限位置传感器、失重检测开关、脉冲传感开关均安装于所述安装板上；所述的电机上限位器位于电机减速一体机的摆动方向的左侧的顶部；所述的电机下限位器位于电机减速一体机的右侧中下部；所述的失重检测开关位于电机下限位器的上方；所述的脉冲传感开关位于失重检测开关的上方。

另外，本发明还提供了一种新型的重锤料位计探头的测量方法，在现有的上限位置下方增加一个待测位置，其测量步骤如下：

a、测量开始，电机减速一体机驱动钢带盘旋转；

b、测锤牵引钢带快速下降至物料表面，测锤重力作用在钢带上的拉力瞬间减小至0；

c、钢带拉力与电机减速一体机重力作用在电机减速一体机的输出轴上的力矩平衡被打破，电机减速一体机立即摆动至右侧并触发失重检测开关；电机减速一体机接触电机下限位器后停止继续向右摆动；

d、电机减速一体机在控制器控制下驱动测锤上升至上限器抬起并触发上限位置传感器，上限位置传感器向控制器发出信号，电机减速一体机制动并驱动测锤返回待测位置，测量结束。

在上述测量方法中，测锤在上升和下降的过程中钢带驱动计数盘旋转并通过脉冲传感开关发出与钢带位移对应的脉冲信号并反馈给控制器，测量过程由控制器控制。

依据上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、独特的布局：所述安装板将探头箱体内部空间分成密闭的电机仓和钢带仓，所述电机仓内垂直浮动布置有所述电机减速一体机，所述钢带仓内安装有可转动的所述钢带盘、计数盘，由此所述钢带盘和电机减速一体机既完成原有功能，又实现了失重检测的功能，简化了机械结构，提高了失重检测的灵敏度和可靠性，且无需增加任何附加装置；

2、电机减速一体机垂直浮动布置，由输出轴支撑，可在电机上限位器、电机下限位器限定的范围内左右摆动，并在电机减速一体机的右侧下方布置失重检测开关，由摆动位置检测测锤是否接触料面，充分利用电机减速一体机自身长度放大摆动距离，进一步提高了失重检测的灵敏度且无需增加任何附加装置；

3、简单的机械结构：钢带仓内仅有2个机械部件：钢带盘、计数盘、而现有设计(见图1)，钢带仓内设置有：钢带卷轮，往返滑轮，滑动杆，转轴，还要加上用于平衡测锤重力的弹簧和力臂机构(在背面)才能有效工作，可见现有设计的机械结构更复杂；

4、本申请的钢带仓内仅有2个转动轴(钢带盘转轴和计数盘转轴)，而现有设计(见图1)在钢带仓内设置有3个转轴：钢带盘和滑轮转轴，活动臂转轴，由于转轴所处空间是与库内联通的，会接触库内粉尘蒸汽等污染物质，极易导致转轴阻塞而发生故障，减少一个转轴可降低机械故障的概率；

5、独特的测量方法：待测位置与上限位置分离，其中上限位置由重锤料位计的上限器、上限位置传感器决定，只要一台重锤料位计的上限器、上限位置传感器设计好了，其上限位置就被固定，此为现有技术，在此不详述；在上限位置的下方设置一个待测位置，测量结束前测锤上升至上限位置时，电机减速一体机驱动测锤返回待测位置同时释放上限器至松弛状态，避免了上限器内弹簧长期处于压缩状态导致金属疲劳而发生机械故障，其他同类产品均无此设计。

附图说明

下面通过具体实施方式结合附图对本作进一步详细说明。

图1为现有技术的结构示意图；

图2为本发明的一结构示意图；

图3为本发明的另一结构示意图；

图4为本发明的另一结构示意图；

图5为图4中的局部结构示意图；

图6为本发明中电机减速一体机处于平衡状态时示意图；

图7为本发明中电机减速一体机平衡状态被打破接触电机下限位器时示意图；

其中，1、探头箱体；2、上限器；3、上限位置传感器；4、安装板；5、电机减速一体机；6、钢带盘；7、计数盘；8、电机上限位器；9、电机下限位器； 10、失重检测开关；11、测锤；12、钢带；121、竖直状态的钢带；122、倾斜状态的钢带；13、钢带夹头；14、链条；15、脉冲传感开关。

具体实施方式

为使本实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实施方式中的附图，对本实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上端”、“下端”、“顶端”、“左右”、“上下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图2所示，一种新型的重锤料位计探头，包括探头箱体1、上限器2、上限位置传感器3、安装板4、电机减速一体机5、钢带盘6、计数盘7、电机上限位器8、电机下限位器9、失重检测开关10、测锤11，所述探头箱体1的底端设有所述上限器2，所述上限位置传感器3穿过所述安装板4设置在所述上限器 2抬起后可触发的位置。如图3所示，所述探头箱体1内竖直设置有所述安装板 4，所述安装板4将探头箱体1内部空间分成密闭的电机仓和钢带仓，所述电机仓内垂直浮动布置有所述电机减速一体机5，所述钢带仓内安装有可转动的所述钢带盘6、计数盘7，所述计数盘7位于钢带盘6的下方；所述电机减速一体机 5的输出轴垂直地穿过所述安装板4，且其与所述钢带盘6的正中心转动连接。如图4、图5所示，所述钢带盘6上缠绕有钢带12，所述钢带12以一夹角d倾斜地绕过位于所述钢带盘6下方的计数盘7后竖直地穿过所述上限器2并延伸到探头箱体1外部，所述钢带12的末端通过钢带夹头13连接有链条14，所述链条14的底端固定有所述测锤11，且所述测锤-钢带的垂线与所述钢带盘中心垂线重合或二垂线之间的距离≤30mm，其中16°≤α≤38°，钢带盘上所绕的钢带处于空载到满载的状态，引用夹角α的变化，而夹角α的变化引起的测锤重力作用在计数盘上的分力的变化导致的钢带作用在钢带盘上的力矩变化，而由于此时钢带盘上所绕钢带卷直径Φ也相应变化，而力臂L0＝Φ/2的变化使得力矩的变化得到自动补偿，这样的设计使得测锤重力作用在钢带盘上的力矩波动变小，提高了失重检测的可靠性。所述电机减速一体机5的头部左侧设有所述电机上限位器8、右侧下部设有所述电机下限位器9，所述电机上限位器8、电机下限位器9能与所述电机减速一体机5接触。所述失重检测开关10具体安装于所述电机下限位器9附近的安装板4上。

所述电机减速一体机5的重心与处于倾斜状态的钢带122的顶点分别位于所述钢带盘6的正中心垂线的两侧。其中所述顶点即为测锤重力作用点。

本发明还包括一脉冲传感开关15，所述脉冲传感开关15固定于所述安装板 4上，其具体的位置为穿过所述安装板设置在所述计数盘7的后方。

本发明还包括一控制器(图中未示)，所述上限位置传感器3、脉冲传感开关15、失重检测开关10与所述控制器信息连接。

实施例二

一种新型的重锤料位计探头的测量方法，其步骤如下：

a、测量开始，电机减速一体机5驱动钢带盘6旋转；

b、测锤11牵引钢带12快速下降至物料表面，测锤11重力作用在钢带12 上的拉力瞬间减小至0；

c、如图6、图7所示，钢带12的拉力与电机减速一体机5重力作用在电机减速一体机5的输出轴上的力矩平衡被打破，电机减速一体机5立即摆动至右侧接触电机下限位器9并触发失重检测开关10；其中F₀表示因测锤重力而产生的拉力，L₀表示F₀对输出轴的有效距离，T₀表示F₀对输出轴的力矩，F_m表示电机减速一体机产生的重力，L_m表示电机减速一体机重力对输出轴的有效距离，T_m表示电机减速一体机重力对输出轴的力矩；电机减速一体机5处于平衡状态时， T_m＜T₀，电机减速一体机5与电机上限位器8接触，当测锤接触料面时，F₀＝0， T₀＝0，从而T_m＞T₀，并触发失重检测开关10，同时失重检测开关向控制器发出信号；电机减速一体机直至碰触电机下限位器9才停止向右摆动；

d、电机减速一体机5在控制器控制下驱动测锤11上升至上限器2抬起并触发上限位置传感器3，上限位置传感器3向控制器发出信号，电机减速一体机 5制动并驱动测锤11返回待测位置，测量结束。其中上限位置由重锤料位计的上限器2、上限位置传感器3决定，只要一台重锤料位计的上限器2、上限位置传感器3设计好了，其上限位置就被固定，测量结束测锤就停止在上限位置，此为现有技术，在此不详述。

在上述测量过程中，测锤11在上升和下降的过程中钢带12驱动计数盘7 旋转并通过脉冲传感开关15发出与钢带位移对应的脉冲信号并反馈给控制器，控制器接收所述脉冲信号并计算出实际距离发送给人机界面显示，同时输出 4-20mA仪表信号和其他信号供工业控制系统使用。

以上应用了具体个例对本进行阐述，只是用于帮助理解本，并不用以限制本。对于本所属技术领域的技术人员，依据本的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (7)

1.一种新型的重锤料位计探头，包括探头箱体、上限器、上限位置传感器，所述探头箱体的底端设有所述上限器，其特征在于，还包括安装板、电机减速一体机、钢带盘、计数盘、脉冲传感开关、电机上限位器、电机下限位器、失重检测开关、测锤，所述探头箱体内竖直设置有所述安装板，所述安装板将探头箱体内部空间分成密闭的电机仓和钢带仓，所述电机仓内垂直浮动布置有所述电机减速一体机，所述钢带仓内安装有可转动的所述钢带盘、计数盘，所述计数盘位于钢带盘的下方；所述电机减速一体机的输出轴垂直地穿过所述安装板且与所述钢带盘的正中心转动连接，所述钢带盘上缠绕有钢带，所述钢带倾斜地绕过计数盘后竖直地穿过所述上限器并延伸到探头箱体外部；所述钢带的末端通过钢带夹头连接有链条，所述链条的底端固定有所述测锤；所述电机减速一体机的顶部左侧设有所述电机上限位器、右侧下部设有所述电机下限位器，所述电机减速一体机以输出轴为支撑能在所述电机上限位器和电机下限位器限定的空间左右摆动并能与所述电机上限位器、电机下限位器接触。

2.如权利要求1所述的一种新型的重锤料位计探头，其特征在于，所述电机减速一体机的重心与在所述钢带盘、计数盘之间处于倾斜状态的钢带的顶点分别位于所述钢带盘的正中心的两侧。

3.如权利要求2所述的一种新型的重锤料位计探头，其特征在于，绕过所述计数盘后处于竖直状态的钢带的垂线与所述钢带盘正中心垂线重合或两垂线之间的距离≤30mm。

4.如权利要求3所述的一种新型的重锤料位计探头，其特征还在于，在所述钢带盘、计数盘之间处于倾斜状态的钢带与竖直方向形成一夹角α，对应钢带盘上所绕的钢带处于空载到满载的状态，夹角α呈160～38°的相应变化。

5.如权利要求1所述的一种新型的重锤料位计探头，其特征还在于，还包括一控制器，所述上限位置传感器、失重检测开关、脉冲传感开关与所述控制器信息连接。

6.如权利要求1所述的一种新型的重锤料位计探头，其特征还在于，

所述电机上限位器、电机下限位器、上限位置传感器、脉冲传感开关、失重检测开关均安装于所述安装板上；

所述的电机上限位器位于电机减速一体机的摆动方向的左侧的顶部；

所述的电机下限位器位于电机减速一体机的右侧中下部；

所述的失重检测开关位于电机下限位器的上方；

所述的脉冲传感开关位于失重检测开关的上方。

7.一种基于权利要求1至6中任一项所述的一种新型的重锤料位计探头的测量方法，其特征在于，在现有的上限位置下方增加一个待测位置，其测量步骤如下：

a、测量开始，电机减速一体机驱动钢带盘旋转；

b、测锤牵引钢带快速下降至物料表面，测锤重力作用在钢带上的拉力瞬间减小至0；

c、钢带拉力与电机减速一体机重力作用在电机减速一体机的输出轴上的力矩平衡被打破，电机减速一体机立即摆动至右侧并触发失重检测开关；电机减速一体机接触电机下限位器后停止继续向右摆动；

d、电机减速一体机在控制器控制下驱动测锤上升至上限器抬起并触发上限位置传感器，上限位置传感器向控制器发出信号，电机减速一体机制动并驱动测锤返回待测位置，测量结束。