Патент на изобретение №2244906

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2244906 (13) C2
(51) МПК 7
G01G11/04, G01N23/12
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 27.01.2011 – прекратил действие

(21), (22) Заявка: 2002103508/28, 10.08.2000

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

10.08.2000

(30) Конвенционный приоритет:

10.08.1999 (пп.1-7) CN 99111339.X

(43) Дата публикации заявки: 20.10.2003

(45) Опубликовано: 20.01.2005

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
US 4539649 A, 03.09.1985. CN 1068651 А, 03.02.1993. SU 994061 A1, 07.02.1983. SU 1061092 А, 15.12.1983. SU 116710 A1, 01.02.1958. US 3541332 А, 17.11.1970. CN 1078046 A, 03.11.1993. US 3489901 А, 13.01.1970.

(85) Дата перевода заявки PCT на национальную фазу:

11.03.2002

(86) Заявка PCT:

CN 00/00229 (10.08.2000)

(87) Публикация PCT:

WO 01/11324 (15.02.2001)

Адрес для переписки:

105023, Москва, ул. Б.Семеновская, д.49, оф.404, Центр”ИННОТЭК”, пат.пов. Т.А.Вахниной

(72) Автор(ы):

ДИ Шенкай (CN)

(73) Патентообладатель(и):

ДИ Шенкай (CN)

(54) МЕТОД ВЫСОКОТОЧНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ВЕСА МАТЕРИАЛОВ И ЯДЕРНЫЕ ВЕСЫ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Данная группа изобретений (метод измерений и устройство – ядерные весы) относится к области высокоточных измерений веса материалов ядерным излучением. Метод измерений состоит из следующих стадий: на закрытой опорной раме весов устанавливают несколько источников -излучения, под рамой – соответствующие -лучевые детекторы, размещают транспортер между ними; измеряют выходное напряжение U0 и Ui -лучевого детектора при наличии и отсутствии материалов и вводят U0 и Ui в устройство обработки данных, которое связано с -лучевым детектором; при помощи измерителя скорости измеряют скорость Vi транспортной ленты, находящейся на транспортере, и вводят Vi в устройство обработки данных (PLC), которое связано с измерителем скорости; посредством устройства обработки данных вычисляют суммарный вес W транспортируемых материалов за определенный промежуток времени по формуле:

При этом отличия данных ядерных весов заключаются в том, что величину коэффициента К для формулы вычисления F=K·Ln(Ui/U0) можно калибровать динамично в зависимости от изменения нагрузки материалов, разного положения материалов, находящихся на ленте транспортера, разной формы скопления материалов, а также по рассеивающему фактору. Технический результат – повышение точности измерения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Область применения

Это изобретение касается метода измерения веса материалов, особенно метода высокоточного измерения веса материалов ядерным излучением, и ядерных весов с высокой точностью, разработанных при помощи этого метода.

Технический уровень

Разработанные ядерные весы основаны на принципе поглощения -лучей материалами.

Принцип существующих ядерных весов приведен на фиг.1, где 1 – источник -излучения; 2 – -лучевой детектор; 3 – -лучевая зона; 4 устройство измерения скорости; 5 – устройство обработки данных; 6 опорная рама весов и внешний защитный корпус; 7 – лента и материал. Источник -излучения находится на опорной раме весов, -лучевой детектор находится под опорной рамой весов, транспортная лента и материал, находящийся на ней, проходит через раму. Источник -излучения стабильно испускает -лучи, их интенсивность является константной при наличии материалов, -лучевой детектор принимает -лучи, которые тоже являются константными при отсутствии материалов на ленте, тогда -лучевой детектор выводит напряжение Uo; при наличии материалов часть лучей, получаемых от источника излучения, поглощена материалами, а остальная часть проходит через материалы и принимается детектором, тогда -лучевой детектор выводит напряжение Ui. По закону поглощения -лучей материалами мы знаем, что между Uo, Ui и материалами существует следующее соотношение:

где p – коэффициент поглощения -лучей материалами;

р – плотность материалов;

d – толщина материалов.

Переводим члены и умножаем показатель формулы (1) на S/S, получаем:

W=cds

где S – площадь, занимаемая материалами на ленте.

Мы берем логарифм от двух сторон (2) и предполагаем, что W/S=F, где W – вес материалов, К=-1/ыы, и получаем следующую формулу:

где F – материальная нагрузка;

К – калиброванный (проверяющий) коэффициент материалов.

Мы можем получить скорость транспортной ленты при помощи измерителя скорости, тогда поток материалов на транспортной ленте Р, и получаем формулу

P=FV

В некоторый промежуток времени суммарный вес материалов, транспортируемых на ленте, равен Wh, и получаем следующую формулу:

Для существующих ядерных весов при применении формулы (3) К рассматривается как константа, а на самом деле К константе, К изменяется при изменении нагрузки на ленте. Главная причина изменений К заключается в том, что когда для существующих весов принимают закон поглощения -лучей материалами, делают два приближения, а именно:

1) допускают, что рассеивающий фактор равняется 1. Это значит, что они пренебрегают влиянием рассеивающего фактора -лучей, а фактически, чем больше плотность и толщина материалов, тем больше влияние рассеивающего фактора;

2) закон поглощения -лучей материалами требует, чтобы -лучи были параллельными, а фактически существующие весы применяют точечный источник, и поэтому лучи от источника излучения являются веерными лучами (см. фиг.2), когда материалы находятся на месте А, поглощаются -лучи, расположенные на плоскости a-b, когда материалы находятся на месте В, поглощаются лучи, расположенные на плоскости c-d. Очевидно, что c-d>a-b.

Отсюда следует, что изменение нагрузки материалов, формы их скопления, разного места расположения, а также влияние рассеивающего фактора и т.д. – все это является главными причинами, которые препятствуют повышению точности существующих ядерных весов.

Теперь ядерные весы, выпускаемые заводами или компаниями во всех странах, принимают метод общего веса материалов и при помощи этого метода определяют коэффициент К. В качестве примера можно привести китайский патент ZL95106808.3 (номер сообщения CN1039160C).

Когда определяют коэффициент К при помощи этого метода, ядерные весы только регистрируют вес материалов и не регистрируют изменения нагрузки материалов. Поэтому между коэффициентом К и величиной материальной нагрузки не существует никакого соотношения и это не совпадает с действительным положением.

Отсюда видно, что существующие ядерные весы не могут в реальном времени уточнять коэффициент К в зависимости от изменения нагрузки, из-за чего получается большая погрешность измерения и снижается точность.

Сущность содержание изобретения

Цель этого изобретения состоит в том, чтобы решить вышеизложенные проблемы и предложить метод с высокой точностью измерения, исключающий и уменьшающий влияние от изменения материальной нагрузки, формы скопления материалов, разного расположения и рассеивающего фактора, а также способный внести динамические поправки. Поэтому разработанные ядерные весы обладают высокой точностью.

Для изложенной цели это изобретение принимает следующий технический вариант. Метод с высокой точностью для измерения веса материалов реализуется следующим образом:

1) установить несколько источников -излучения и соответствующих -лучевых детекторов, а транспортер расположить между ними;

2) измерить напряжения Uo и Ui, выходящие из -лучевого детектора при наличии и отсутствии материалов, и ввести их в устройство обработки данных, которое связано с -лучевым детектором;

3) при помощи измерителя скорости определить скорость Vi транспортной ленты, находящейся на транспортере, и ввести ее в устройство обработки данных (PLC), которое связано с измерителем скорости;

4) устройство обработки данных вычисляет суммарный вес W транспортируемых материалов за определенный промежуток времени по формуле

Коэффициент К в зависимости от изменения материальной нагрузки и рассеивания -лучей поправляется в реальном времени.

По изменению нагрузки материалов можно определить калиброванный коэффициент материалов К при помощи метода калибрования предметных материалов. Это делается следующим образом:

1) при помощи стандартных весов определяют вес материалов и получают WаB, транспортер транспортирует стабильную нагрузку до ядерных весов для измерения;

2) устройство обработки данных собирает выходящее напряжение Ui от -лучевого детектора, скорость транспортерной ленты Vi от измерителя скорости, реальное время транспортировки ti и вычисляет следующие величины,

где В обозначает стандартную величину, а буквы AVG обозначают среднее число. Создаем систему координату, где fb – ордината, LnUi/Uo – абцисса, по значениям F и (LnUi/Uo)aAVG. Таким образом можно определить точку “а” и получаем Ka, то есть градиент оа;

3) для разного веса материалов WbB, WcB, WdB при помощи изложенного одинакового метода можно определить точки b, с, d,… и получаем Кb, Кc Кd, а также функциональное отношение fb=f(LnUi/Uo) (см. фиг.3). Мы используем линейное отношение многих частей линии и можем заменить формулу FB=f(LnUi/Uo) формулой F=bj+kjLn(Ui/Uo), где j – число частей линии. Тогда осуществляется следующий шаг:

– соединяем точки о и а; а и b; b и с; с и d… и получаем части линии оа, ab, bc, cd…

– используем координатные величины точек o, а, b, с, d,… и получаем bj, и kj каждой части линии.

Либо заменяем функцию fb=f(LnUi/U0) многочленом. Используем метод наименьшего квадрата и можем получить следующий многочлен: F=а0+a1(LnUi/U0)+а2(LnUi/Uo)2 +ak(LnUi/U0)k, где к=0,1,2,3,… к.

При использовании изобретенного метода разработанные ядерные весы включают в себя:

1-N источник -излучения, где N=2-10;

-лучевой детектор и соответствующий ему источник -излучения, могут преобразовывать интенсивность принимаемых -лучей в параметр напряжения; между -лучевом детектором и источником -излучения можно установить транспортер; измеритель скорости, который предназначен для измерения скорости транспортера; микрокомпьютер или устройство обработки данных (PLC), которые связаны с детектором и измерителем скорости.

По вышеизложенным данным можно вычислить точный вес материалов. Применительно к различным материалам можно выбрать различные источники -излучения, 137Cs, 60Co, 241Am их число зависит от ширины транспортера, лучше брать 2-7.

Источник -излучения и -лучевой детектор зафиксированы на удобном месте, которое находится в замкнутой опорной раме весов.

Когда мы используем линейное отношение многих частей линии, то есть функцию fb=f(LnUi/U0), ядерные весы работают по графику программного процесса, определяемому положениями ломаных линий по фиг.4.

Преимущества изобретенного метода следующие:

Этот метод снижает и ликвидирует влияние от изменения материальной нагрузки, формы скопления материалов, разных положений и рассеивающего фактора, поэтому намного повысилась точность измерения. Ядерные весы, разработанные по изобретенному методу, имеют высокую точность измерения, пригодны для широкого предела потоков материалов и широких областей, обладают хорошей стабильностью, низкой себестоимостью, высокой безопасностью.

Короткое описание чертежей

Фиг.1 – схема существующих ядерных весов.

Фиг.2 – схема поглощения -лучей в зависимости от разного расположения материалов.

Фиг.3 – кривая отношения между fb и функцией Ln(Ui/U0).

Фиг.4 – график программного процесса, определяемого положением ломаных линий.

Фиг.5 – кривая отношения между fb и функцией Ln(Ui/U0), полученная в реальном примере.

Фиг.6 – график программного процесса, определяемого положением ломаных линий для реального примера.

Фиг.7а – схема реального примера изобретенных ядерных весов (линейный источник излучения).

Фиг.7b – схема реального примера изобретенных ядерных весов (много источников -излучения).

Фиг.8 – схема замкнутой опорной рамы весов.

Фиг.9 – вид сбоку Фиг.8.

Фиг.10 – вид фиг.8 – изометрическая проекция.

Оптимальный вариант реализации

Даем дальнейшее объяснение об изобретении по чертежам:

Ядерные весы калибруют по методу нагрузок и получают калиброванный коэффициент К материалов.

Допустим, что из устройства обработки данных при калибровании предметных материалов получаем U0=5B, Ui=4,5B, vi=1 м/с время транспортировки ti=180 с.

При помощи стандартных весов определяем вес материалов WаB=1800 кг, по формулам:

вычисляем FBa и Ln(Ui/U0); коэффициент К, длину ленты L=Viti.

Пусть FB – ордината, Ln(Ui/U0)aAVG – абсцисса, создаем координатную систему. По F и Ln(Ui/U0)aAVG определяем точку “а”, затем по порядку изменяем нагрузки и по такому же методу определяем точки b, с, d, их данные приведены в таблице 1.

Таблица 1

Число калибрования 1 2 3 4
Точка координаты А В С D
Длина ленты L=Vi· ti 180 м 150 м 130 м 110 м
Ui 4,5В 3,5В 3B
среднее значение Ln(Ui/U0)Aavg -0,10536 -0,22314 -0,35667 -0,51082
Вес материалов wb, взвешенный при помощи стандартных весов 1800 кг 3150 кг 4303 кг 5172 кг
Нагрузка материалов fb=wb/l 10 кг/м* 21 кг/м 33,1 кг/м 47 кг/м
Калиброванный коэффициент материалов К 94,96 94,11 92,8 92,00

1) Метод ломаной линии

Соединяем части линии оа, ab, bc, cd, знаем, что две точки определяют одну линию и по этому способу получаем отрезки и градиенты каждой части линии, которые приведены в таблице 2.

Таблица 2
Части линии оа ab bc cd
Отрезки b1=(y1x2-y2x1)/(x2-x1) 0 0,1691 0,7790 0,9533
Градиенты k1=(y2-y1)/(x2-x1) 94,96 93,37 90,63 90,14

Вычислительная формула ядерных весов с высокой точностью следующая:

F=bj+kjLn(Ui/U0), где bj и kj обозначают отрезок и градиент каждой части линии.

Ядерные весы работают по графику программного процесса, определяемого положением ломаных линии по фиг.6.

2) Метод многочлена

Многочлен F=а0+a1(LnUi/U0)+a2(LnUi/U0)2+… +ak(LnUi/U0)k (k=0,1,2,… k)

Допустим, что координатные точки о, а, b, с, а, принимаем квадратное уравнение, три члена и метод наименьшего квадрата и получаем а0, a1, a2, где

а0=0,019324

a1=95,3145

a2=-6,62383

Отсюда получаем:

F=а0+a1(LnUi/U0)+a2(LnUi/U0)2=0,019324+95,3145· (LnUi/U0)+(-6,62383)· (LnUi/U0)2

Ядерные весы работают по этой формуле.

Сравниваем результаты вычисления по формуле F=a0+a1(LnUi/U0)+a2(LnUi/U0)2 с результатами вычисления по формуле F=Kln(Ui/U0) для существующих ядерных весов, получаем следующее:

a) при помощи многочлена вычисляем нагрузки F в соответствующих точках а, b, с, d, суммарный вес материалов Wh и погрешность. Полученные данные приведены в правой части таблицы 3;

b) при использовании формулы для вновь разработанных ядерных весов определяем нагрузки Fв а, b, с, d, суммарный вес материалов Wh и погрешностью . Полученные данные в левой части таблицы 3.

Таблица 3
Точки измерения Среднее значение Ln(Ui/U0) avg Существующие ядерные весы Изобретенные ядерные весы
F кг/м Wh (кг) wb (кг) % F кг/м Wh (кг) wb (кг) %
а 0,10536 9,999 1799,8 1800 -0,007 9,9824 1796,8 1800 -0,23
b 0,22314 21,185 3177,8 3150 +0,88 20,954 3143,1 3150 -0,21
с 0,35667 33,862 4402,1 4303 +2,3 33,166 4311,5 4303 +0,16
d 0,51082 48,021 5335,6 5172 +3,1 46,977 5167,5 5172 -0,08

Очевидно, что точность изобретенных весов гораздо выше точности существующих ядерных весов.

На фиг.7 продемонстрирован реальный вариант ядерных весов. Их три точечных источника -излучения расположены в одной линии.

Применительно к различным измеряемым материалам можно выбрать один из трех типов источников -излучения 137Cs (Цезий-137), 60Со (Кобальт-60) и 241Am (Америций-241).

На фиг.8. показана схема закрытой опорной рамы весов, где 8 – основная опора, 9 – плита, 10 – задняя плита,11 – конечный ящик, 12 – основная плита.

Закрытая опорная рама весов хорошо защищается от -лучей и обеспечивает безопасную и надежную работу ядерных весов с высокой точностью.

Для изобретенных ядерных весов можно применить устройство обработки данных или контрольное устройство типа PLC.

Сравнение изобретенных ядерных весов с существующими ядерными весами приводится в таблице 4.

Таблица 4
Название весов Существующие ядерные весы Изобретенные ядерные весы
1. Тело весов Один источник -излучения, веерные -лучи, из-за чего точность весов зависит от влияния формы скопления, изменения нагрузки, различного положения материалов Много источников излучения, -лучи приблизительно параллельные, поэтому можно снижать и ликвидировать влияние от изменения нагрузки, формы скопления и разных положений материалов.
2. Вычислительная формула F=Kln(Ui/U0) F=bj+kjLn(Ui/U0)
3. Коэффициент К=константе К=f(F), переменный параметр
4. Предел потока материалов В определенном пределе потока материалов в данный момент, при калибровании коэффициента К. В (0-100%) максимальном пределе потока материалов
5. Точность 1-3% 0,5%
6. Безопасность Опорная рама весов является открытой, источник -излучения находится снаружи, низкая безопасность Опорная рама является закрытой, источник -излучения находится внутри корпуса, высокая безопасность

Формула изобретения

1. Метод высокоточного измерения веса материалов, включающий в себя следующие стадии:

(1) устанавливают несколько источников -излучения и соответствующие -лучевые детекторы, размещают транспортер между ними;

(2) измеряют выходное напряжение U0 и Ui -лучевого детектора при наличии и отсутствии материалов и вводят U0 и Ui в устройство обработки данных, которое связано с -лучевым детектором;

(3) при помощи измерителя скорости измеряют скорость Vi транспортной ленты, находящейся на транспортере, и вводят Vi в устройство обработки данных (PLC), которое связано с измерителем скорости;

(4) посредством устройства обработки данных вычисляют суммарный вес W транспортируемых материалов за определенный промежуток времени по формуле

при этом в зависимости от изменения нагрузки и рассеивания -лучей можно изменять калиброванный коэффициент К, а по изменению нагрузки материалов можно определить калиброванный коэффициент материалов К при помощи метода калибрования предметных материалов.

2. Метод по п.1, отличающийся тем, что калиброванный коэффициент определяют предметными материалами при изменяющейся нагрузке материалов в соответствии со следующими стадиями:

(1) при помощи стандартных весов взвешивают вес материалов и получают WaB, при этом транспортер транспортирует постоянную нагрузку до ядерных весов для измерения;

(2) устройство обработки данных собирает выходное напряжение Ui от -лучевого детектора, скорость транспортной ленты Vi от измерителя скорости и время транспортировки ti в реальном времени, затем вычисляют следующие величины:

где В обозначает стандартную величину, а буквы AVG обозначают среднее число, создают систему координат по значениям F и (LnUi/U0)aAVG, где FB – ордината, LnUi/U0 – абсцисса, определяют точку “а” и получают Ка, то есть, градиент оа;

(3) для разного веса материалов WbB, WcB, WdB при помощи изложенного метода определяют точки b, с, d,… и получают Кb, Кс, Кd и функциональное отношение FB=f(LnUi/U0).

3. Метод по п.2, отличающийся тем, что используют линейное отношение многих частей линии и представляют выражение FB=f(LnUi/U0) в виде формулы F=bj+kjLn(Ui/U0), где j – число частей линии, причем это осуществляют путем соединения точек о и а, а и b, b и с, с и d;… получения частей линии оа, ab, bc, cd…, и определения bj и kj каждой части линии с использованием координатных величин точек о, а, b, с, d,…

4. Метод по п.2, отличающийся тем, что функцию FB=f(LnUi/U0), используя метод наименьшего квадрата, выражают в виде следующего многочлена:

F=a0+a1(LnUi/U0)+a2(LnUi/U0)2+…+ak(LnUi/U0)k,

где К=0,1,2,3,…к.

5. Ядерные весы для высокоточного измерения веса материалов включают в себя 1-N источников -излучения, где N=2-10, при этом -лучевой детектор и соответствующий источник -излучения выполнены с возможностью преобразования интенсивности принимаемых -лучей в параметр напряжения, между -лучевым детектором и источником -излучения размещен транспортер, причем весы включают в себя измеритель скорости транспортера, микрокомпьютер или устройство обработки данных (PLC), которые связаны с детектором и измерителем скорости, причем весы выполнены с обеспечением вычисления по изложенным данным точного веса материалов, а указанный источник -излучения и -лучевой детектор установлены в месте, которое находится в закрытой опорной раме весов.

6. Ядерные весы по п.5, отличающиеся тем, что источник -излучения выбирают по измеряемому материалу из 137Сs(Цезий-137), или 60Со (Кобальт-60) или 241Am (Америций-241).

РИСУНКИ


MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 11.08.2006

Извещение опубликовано: 27.10.2007 БИ: 30/2007


Categories: BD_2244000-2244999