Способ измерения влажности сыпучих материалов

Способ измерения влажности сыпучих материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в измерительной технике , в системах метрологического обеспечения нейтронных влагомеров и влагоплотномеров. Сущность изобретения: для уменьшения времени реакции при скачкообразном изменении измеряемой величины по специальному алгоритму в процессе измерений осуществляют оптимизацию интервалов усреднения. 2 ил.. 2 табл. V Ј

(! 9) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 Н 23/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4890990/25 (22) 17.12,90 (46) 23.12,92, Бюл. ¹ 47 (71) Особое проектно-конструкторское бюро

Н аучно-производстве н ного объединения

"Черметавтоматика" . (72) А.К.Стройковский, В.П.Домбровский, В,Д.Савелов и Л.T.Ãëóøêoâà (56) Белых А.Б. и др, Измерение влажности сыпучих материалов нейтронным методом /

Сб.: Радиоизотопные методы автоматического контроля: Тр. Всесоюзного семинара по применению радиоактивных изотопов в измерительной технике, Фрунзе: Изд-во АН

КиргССР, 1962, с.30-42, .. Стройковский А,К. и др. Влагомер для доменного кокса. Черная металлургия.—

Бюллетень Черметинформация, (790), 1978,.

N 2, с,52.53.

Панкратов Л,В, Алгоритм сглаживания результатов измерений. — Измерительная технИка, 1987, N9,,с,8-10, l

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения свойств и состава сыпучих веществ радиоизотопными методами, и может быть использовано в системе метрологического обеспечения измерительных приборов, например нейтронных влатомеров и влаго()лотномеров, Известен способ измерения влажности сыпучих веществ, который заключается в облучении вещества быстрыми нейтронами, измерении потока замедленных нейтройов ! и определении влажности по формуле

W= al+ b, где а. Ь вЂ” градуировочные коэффициенты, пределяемые эксперимс нтальным путем. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Использование: в измерительной техйике, в системах метрологического обеспечения нейтронных влагомеров и влагоплотномеров. Сущность изобретения: для уменьшения времейи реакции при скачко-образном изменении измеряемой величины по специальйому алгоритму в процессе измерений осуществляют оптимизацию ин;:: тервалов усреднения, 2 ил., 2 табл; .

Вследствие случайного характера взаимодействия ионизирующего излучения с веществом интенсивность I содержит случайные погрешности h, Il, которые влияют на погрешность измерения влажности Wl. Для уменьшения погрешности измерения влажности вычисляют среднее значение Wr no результатам и измерений W1, W2.";. Wl,..., W> по формуле п

Wn = и, ), Wi.

l=1 где Wn — среднее значение влажности;

n — число измерений;

Wl — текущее значение влажности.

Результат может быть получен лишь после выполнения измерений, что определяет

1783395 и жестко фиксирует быстродействие влагомера или влагоплотномера.

Кроме того, для обработки результатов измерения необходимо иметь большой объем памяти (n ячеек памяти), что усложняет конструкцию и снижает помехоустойчивость устройства для обработки информации влагомеров.

Известен способ измерения влажности сыпучих веществ нейтронными влагомера: ми, который заключается в облучейии вещества быстрыми нейтройами, измерении интенсивностей потоков тепловых 11 и над тепловых 1г нейтронов и определении текущего значения влажности Wl по формуле

Wl ( где Wl — текущее значение влажнооти;

t1l, lzl — текущее значение интенсивностей; ао-а2, Ьо-bz — градуировочные коэффициенты .

При усредненйи значений влажности в йэвестном способе измерения влажности используют алгорйтм, по которому среднее

% значение влажности определяют в соответствии с формулой" (2) W>l = ((n 1-1) Wal — 1+ Wlj/nl, где W„l 1, W„l — последовательные значения среднего значения влажности;

٠— текущее значение влажности, nl — число измерений.

Прйчем после каждого цикла измерения текущей влажности величина nl увеличива. ется на единицу, но не превышает значения

Пмакс: щ = П! 1+ 1 <ймакс.

Величина . пмакс выбирается экспериментальным путем и зависит как от допустимого значения случайной составляющей погрешности измерения влажности так и от дисперсии потоков нейтронов, зарегистрированных детекторами, С увеличением пма с случайная составляющая погрешности измерения влажности уменьшается.

Однако способ измерения имеет боль шое время реакции при скачкообразном изменении влажности материала, поскольку при определении среднего значения по формуле (2) текущее значения Wl имеет весовой коэффициент вЂ, а среднее значение

1 и

n — 1

Wïi — весовой коэффициент

ГдЕ Wnl — 1, Wal — ПОСЛЕдОВатЕЛЬНЫЕ ЗНаЧЕния средней влажности материала; п — число измерений, причем в каждом последующем цикле измерений ni увеличивается на 1, но не более чем до пмакс:

35 nl-1.,П макс. где nMaxc>2 — коэффициент, определяемый экспериментальным путем, Для каждого цикла измерений определяют значение предельно допустимой

4О величины погрешности УМмакс по предварительно полученной экспериментальным путем зависимости М/ммакс от среднего значения влажности W

I A Wi1 Л Юмакс, lA Wl-1I / 1%-1макс. (3) Если условие не выполняется, продолжают измерение и усреднение влажности, при выполнении условия осуществляют проверку выполнения условия

1ЛWI+ ЛЮ-11 k AWlMSKc s (4 при невыполнении которого продолжают циклы измерения и усреднения влажности. а при выполнении фиксируют скачкообразПри больших значениях и скачкообразное изменение Wl мало влияет на среднее значение, и только после нескольких циклов измерения (1=пмакс) среднее значение И/п приближается к действительному значению влажности.

Этот. недостаток приводит к тому, что снижается точность измерения влажности при скачкообразном изменении измеряе1О мой величины, Целью изобретения является повышение точности. измерения эа счет исключения влияния случайных колебаний измеряемой величины и оптимизации интервала усред- . нения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения влажности сыпучих материалов, включающем облучение их потоком быстрых нейтронов, измерение ин20 тенсивностей потоков тепловых и надтепловых нейтронов, по "значениям которых в каждом цикле измерения i находят текущее значение влажности Wi и определяют среднее значение Wni. например, по формуле

WÄl = ((nl-1)W„l 1 + W1)/пь

1783395

5 ное изменение измеряемой величины и Ha-.. - увеличивается на единицу,"но не более чем . чийают новый цикл усреднений, в котором до пм кс, в качестве И/iч принимают текущее значе- -; М = пи + 1a«, определяют разность между текущим и средним значениями влажности ЛWi = W„ - W, и осуществляют последовательную провер- 10 д Wl = Wll), Wi ° (5) ку условий (3), (4), при выполнении условия (4) фиксиРУют наличие скачкообРазного из- Од р о ьз ясь пол ченной менениЯ измерЯемой величины и начинают aHee э спе и„„ен.

Одновременно, польз ясь пол ченной новый цикл усреднений.

Заявляемый способ измерения влажно- 15 мастью, определяютдля Wn величин максти позволяет повысить точность измере- симального значения допускаемой ния при скачкообразном изменении погРешности пРибоРа в данном цйкле измеряемой величины за счет оптимизации .

Юмаис. времени реакции посредством выполнения роверяют выполнение условия (3). Есизмерений в случае медленного изменения 20 ли это Условие не вь1полнЯетсЯ то УСРедне измеряемой величины с большой постоян- ve важности продолжают по формуле(2), ной времени (время реакции равно и Если усло ие(3) выполняется, т,е. два послегде т-. время цикла измерения), выявления, Довательных текущих значениЯ влажности моментов скачкообразного измеРения иэ- и н р ы ают установленный пре; меряемой величины и резкого снижения 25 IMaKc то пРовеРЯют выполнение елЛW т при этом постоянной времени (время реыции равно времени цикла) и, при следую- ... Если условие (4) не выполняется, то усщем стабильном протекании процес а Реднение значениЯ влажностИ по фоРмУле увеличения постоянной времени вновь до (2) прадолх<ают. При выполнении условия (4) максимальной величины.

30 в качестве И4 принимается значение W, . На фиг.1,2 показаны зависимости пока- далее усреднение значения влажности по заний влагомера И/, от числа циклов ивме- фо " ()" рения при скачкообразном измененйи Таким образом. сущность изобрете"ия влажности с 0,8 до 12,1/, (фиг.1) и с 8,4 до . заключаетсЯ в том, что вычисление сРеДнегов

7 1(ф, г 2) . 35 значения Й/и производят по формуле (2), На графиках позицией 1 показаны теку- . причем значение определяют в зависимощие значения влажности И/, измеряемые сти от Разности двух последовательйых тевлагомером беэ усреднения информации; кУщих значений И/ и И/н и сРеднего позицией 2 — усредненные значения влаж- значен "я W„ ° W„! — 1 ности Й4, определенные по известному 40. Если каждое из двух последовательных способу измерения; позицией 3 — усреднен- значений Разности ЛИ/ и ЛИ/н превышаные значения влажности по заявляемому ет заданный пРедел ЛИ/)мак, а сумма способу измерения, На фиг.1,2 t1 —, время этих двУх разностей с учетом знака AW реакции при выполнении заявляемого спо- Wi + AWi-< превышает заданный собр измерения; tz — известного способа 45 предел k Ë Ììàêñ, то это с большой вероятизмерения, ностью означает, что "произошло скачкообЗаявляемыйспособизмерения влажно- Разное изменение измеряемой величины. .сти реализуется следующим образом. При этом значению и; присваивается едиСыпучее вещество, например домен- ничное значение (п = 1) и усреднение проный кокс. в весовой воронке облучают по- 50 должается с начального условия (2). током быстрых нейтронов, Измеряют Так как для случайного процесса вероинтенсивности тепловых ц и надтепловых: ятность того, что два последовательннх зна-! л нейтронов в течение времени t. соответ- чения ЛИ/; и ЛИ/и выйдут за заданный ствующего одному циклу измерения (, Опре- пРедел с одинаковым знаком, мала, то анаделяют текущее значение влажности И/ по 55 лиз двух последовательных значений поформуле (1). грешностей Л!, Л.i- (с учетом их знака)

Определяют среднее значение влажно- позволяет с большой вероятностью опредести, например, по формуле (2). Причем по- лять скачок измеряемой величины и в то же сле каждого цикла измерения велйчина ni

7 время не реагировать на однократный вы- равную 0,05, а вероятность совпадения таход пог д погрешности за заданные пределы. ких событий в двух последовательных цикй

Величина коэффициента kвыбирается лах будет равна 0,,05. = 0.0025, т,е, менее экспериментальным путем таким образом, чем 3 случая из тысячи, и может быть при чтобы изменение величины Ill происходило 5 необходимости дополнительно снижена на при изменении влажности и не происходит следующей стадии проверки(4) путем выбопри случайных.колебаниях влажности за ра коэффициента k>2, Наличие двух неравенств в условии (3) вместо одного, более

Поскольку разброс показаний влагоме- сильного, предотвращает ложные срабатыраза ч за счет статистики находится в пределах 10 вания системы под воздействием случайных от + Л!/Ч!макс до - ЛЭ/!макс,то не должен выбросов и импульсных помех, быть менее 2, так как ЛЧЧ = 2 ЛЧЧмакс. Что же касается проверки посредством

Поскольку процесс взаимодействия неравенства (4), то она необходима для искнейтронов с веществом носит случайный лючения срабатывания системы, когда ЧЧ! характер, то случайная составляющая по- 15 колеблется в разйые стороны вокруг постогрешности измерения влажности возраста- янного или медленно меняющегося среднеет с увеличением влажности. го значения ЧЧ„!.

Поэтому величина ЛWl»«должна быть Пример. Реализация способа осущепеременной величиной в зависимости от ствляетсяспомощьювлагоплотномера нейсреднего значения Wln. 20 тронного стационарного ВПНС-7208, Например, для влагоплотйомера экспе- содержащего нейтронный датчик и специаримейтальным путем найдена зависимость лизированное вычислительное устройство для ЛМ/!макс . . (устройство обработки). Измерение проводится в весовой воронке, в которую загруЛЧЧ!макс=.А+ В Wnl (6) 25 >каетсЯ доменный кокс с Различной влажностью(0,8% и затем 12%). С помощью где А,8 — эмпирические коэффициенты, ко- датчика кокс облучают быстрыми нейтронаторые находят экспериментальным путем ми и измеряют интенсивности потоков тепследующим образом. " ловых и надтепловых нейтронов i> и !г, В

Г!ри различных значениях влажности в 30 устройстве обработки вычисляют влажность диапазоне от ЧЧм н до ЧЧмакс определяют Wl по формуле (1). Вычисляют среднее знапогрешность ЛФ/!макс, Строят зависимость чение влажности по формуле (2), Определяпо формуле (6) и-определяют эмпирические ют значение разности ЛЧЧ! и Лй(ь! по коэффицйенты по формулам формулам (5). Находят значение ЛЧЧ!ма«и

35 определяют, выходят ли обе разности за

А=AWмакс, . этот предел. Если два последовательных

Л!/Чмаксг — ЛЧЧмакс ЗНаЧЕНИя раЗНОСтИ ВЫХОдят НаПрИМЕр, За

ЧЧ вЂ” W 0,6%, то находят суммарное значение двух п2 .п1 разностей по формуле (4) и определяют, выд1/Ч" ЫЧ " - максимальное значе- 40 ходитлисуммадвухразностей !ЛЧЧ! за предел

ГДЕ макс, максг

ЛЧЧ = 1 2 ние погрешнбсти при минимальном значе- !с W!макс = I нии средней влажности Wnl и максимальном, Если Ь W! выходит за предел 1,2%, знае и рд ЧЧг то величине и! присваивается единичное значение (и! = 1). Далее процесс измерения значении средней влажности

45 влажности повторяется. Величина пмакс т заметить, что спешность примейения дайного способа зависит от степе ы ни достовеРности ВЫЯвлеН " М ", ;, приведены в табл 1

Аналогичным образом проведено измерение влажности по известному способу, целью повь!ШениЯ этой достовеРности и 50 Результаты измерения приведены в предотвращения ложнвгх срабатываний истабл.2.

Результаты приведены также на фиг 1 где показаны зависимости текущего значе. Считая, например, что случаиная величина д о ния влажности ЧЧ (1), среднего значения йная величина Wl по чинена норма"ьномУ закойУ РаспРеделениЯ и 3 дава- 55 W. м, „жш по ю, м,„,, жжат, из ясь, как это принято в метрологии (см,напр. верительного мерения (2) и среднего значения влажности

ГОСТ 11,001-73). величиной доверительного интервала, равной 2 о, получают величину Wnl по заявляемому способу (3) от числа вероятности случайного появления отклю- циклов измерений. чения ЛЧЧь превышающего значение 2 о;

1783395

Как видно из приведенных результатов (табл.1,2 и фиг.1,2), заявляемый способ измерения влажности имеет меньшее время реакции при скачкообразном изменении из- . меряемой величины по сравнению с извест- 5 ными способами.

На фиг.2 йоказэна зависимость показаний радиоизотопного влагоплотномера при изменении влажности с 8,4 до 7 17;.

Измерение проводится по ленте кон- 10 вейера.

Таким образом, заявляемый способ по сравнению с известным позволяет умейьшить время реакции при скачкообразном изменении измеряемой величины, за счет 15 чего повышается точность измерительных систем, измеряемых физические величины в динамическом технологическом процессе, например влажности, плотности сынучих веществ в бункере или на ленте 20 конвейера.

Формула изобретения

Способ измерения влажности сыпучих материалов, включающий облучение их по- 25 током быстрых нейтронов, измерение ин.тенсивностей потоков тепловых и надтепловых нейтронов, по значениям котоpb1x в каждом t цикле измерения находят текущее значение влажности W» и определя- 30 ют среднее значение влажности W»» по формуле

W l= t(n»-1)Ящ 1 + W»)/и» где Мlп» вЂ” 1, W/ » — последовательные значе35 ния средней влажности материала;

nl — число измерений, причем в каждом последующем цикле измерений

»»» = и»-1 + 1<пмакс, где пмак =2 — коэффициент, определяемый экспериментальным путем, о т л"и"ч а юшийся тем; что, с целью повышения точности измерения за счет исключения влияния случайных колебаний измеряемой величины и оптимизации интервала усреДнения, для каждого цикла измерений определяют значение предельно допустимой величины погрешности ЛW»ма«по предварительно полученной экспериментаэьйь»м путем зависимости A W»Ma«от среднего зНэчения влажности 1М >», определяют раэность

Ь Wl между текущим и средним знэчекиями влажности с учетом разности ЛЩ» и проверяют выполнение. условий

::,ILAW» I Л1Ммакс. и 1 Л Wl-1 Л Wl-1MBKG при выполнении условий осуществляют проверку выполнения условия " I A 1/Ч» + 4W»-1 t > " A1Ммакс где k 2 — коэффициент, устанавливаемь»й экспериментально, при выполнении последнего условия фиксируют скачкообразно изменение измеряемой величины и начина- . ют новый интервал усреднений, в котором в качестве Юп» принимают текущее значение

9/»,а ll» принимают равным 1.

1783395

Таблица!

Результаты измерения влажности по заявляемому способу

Номер

Текущее Среднее значе- значе8начения интенсивностей потока теп" ловых и надтепло-, Разность

6!1, Число цикла измере" ния i измерений

n„ ние влажние вых нейтронов>имп/с ности, M}}1 1Х влажности !

>} >F

0,97

0,00

0,18

0,05

О 79

0,76

0,82

-0,17

0,78

0,79

0,81

0,79

0,79

-0,02

"0,10

U>09

0,05

0,09

-0,21

0,78

0,80

0,78

0 22

0,78

0,03

-0,06

0,78

0,80

0,79

0,79

0,79

0,81

0,81

0,97 о,6о

0,71

0,99

0,65

0,81

0,91

0,71 о>74

0,69

1,01

0,56

0,75

0,84

1,09

0,67

0,72

o,76

1,14

0,850,68

1,03

0,60 о,64

11,85

11,91

12;56 !2,35 .

11,96

11, 46

11 72

11,62

13,36

12,69

12 31

12, 07

12,25

12,14

11,89

12,01

12,68

12, 70

12,21

11,67

11,87

11,26

11,82

12,23

0,80 о,82

0,80

0 79

1,53

11,91

12,23

12,27

12, 1 .9

12, 05

11,99

11,94

12 ° 12

12,18

12,1 9

12,18

12,19

12,18

12,16

12,15

12,19

12,22

12, 22

12,19

12,16

12,!О

12,08 !

2,09

1>00

2,00

3,00

4,оо

5,00

6,00

7,00

S,ОО

3,00

10,00 11, О

12,00

13,00

14,00

15, 00.

15,00

15,00

15>00

15,00

15,00

15>О0

15, 00

15,00

15,00

15,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00 б,oo

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

l2,0О

13,00

14,00

15,00

15,00

15,00

15,00

15,00

15,00 !

5>ОО

15, 00

15, 00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

l3,00

14,00

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

20,00

21, ОО

22,0

23,00

24,00

25,00

26,00

27 00

28,00

29,00

30,00

31,00

32,00

33,00

34,00

35,0

36,оо

37,00

38,00

39,00

40,00

41,00

42,00

43,00

44,00

45,00

46,00

47,00

48,00

-0,29

0,13

0>07

0,03

-0,33

-0,04

0,12

-0,21

0,21

0>15

-10>32

-9,68

-0,33

"0,08

0,24

0 5) 0,27

0,32

-1,25

0 rl

"0,12

0,12

"0,06

0,04

0,27

0,14

-0,49

"0,48

0,01

О, ггl

0>30

О;85 о,26

- 0,14

299,0

289>0

283,0 . 2)2>0

271,0

304,0

290,0

291,0

286 О . 27)>0

297, О

288, О

296, О

293,0

296,0

290,0

289,0

280,0

2)8,0

295>0

290,0

294,0

287,0

976,0

969 P

1004,0

)75,0

957>Р

)67,0

>У51, О

)51, О

9988, О

1000,0

966,0

974,О

356,0

957.О

966,0 J43, о

1014,0

1008,0

952,0

951,0 J60, 0

941, О

965 5о

960,0

180,0

188,0

179>0

174,0

173,0

190,0

176,0

185,0

180,0

177,0

177,0

18 „1, О

187>0

181,0

1 73,0

186,0

175,0

176,0

184,0

189,0

171,0

192,0

185,0

240,0 238,О

230,0

230,0

244,0

232:, О

234,0

221,0

234,0

227,0

235,0

224,о 234, о

235>0

223,0 240,0

237,0

233, О

233,0

237, С

236,0

226,0

1783395

Таблица2

Результаты.йзмерения влажности по известному спосоЬу

»» -

Число

«»» »

«» ° »

«»

Текущее значение влажности

W„,9

Среднее значение влажности Ип>

Номер цикла измерения

1 измерений п(1,00

2,00 3,.00

4,00

5>00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

14,00

15,00

15,00

15,00

15,00

15, 00

15,00

15,00

15,00

15,00

15,00

25,00 ,26, ОО 27,00

15,00

15,00

15>00

28 00

15,00

15,00

29,00

30,0О

31,00

15, 00

15,.00

32,00

33, 00

34,00

15>00

15,00

15,00

35,00

36,00

37;00

15,00

15,00

15 00

15, 00

38,00

39,00

40>00

41, 00

15,00

15,00

15, 00

42, 00

15, 00

43 00

15,00

44,00

45., 00

15,00

15 00 l5,ОО

15, 00

46, 00

47,00

48,00

15,00

0,97

0,60

0,71

0,99

0,65

0,81

0,91

О 71

0,74

0,69

1,01

0,56

0,76, 0,84

1,09

0,67

0,72

0,76

1,14

0,85

0,68

1,03

0,60

0,64

11,85

11, 91

12,56

12>35 1 1,96

11,46

11>72

f 3.> 62

13,36

12,69

12.31

12,07

12,25

12,14

11,89 12,01

12, 68 .12, 70

12,21

11,67

11,87

11,26

11,82

12,23

1,00

2,00

3,00

4,00

5, 00.

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00 12, 00

13,00

14> 00 !

5>00

16,00

17,00

18,00

19,00

20,00

21,00

22,00

23,00

24,00,0,97

0,79 . 0,76

0,82

0,78

0,7Э

О., 8 1

О, 79

0,79

0,78

0,80 . 0,78

0,78

0,78

0,80

0,79

О -79

0,79

0 81

0,81

0,80

0,S2

0>80

0,79

1,53

2,22

2, 91

3,54

4,10

4,59

5,07

5, 5.0

6,03

6,47 б>86

7,21

7,54

7,85

8,12

8,38

8,67

8,94

9,15

9 32

Э,49

9,61

9,76

Э>92

1783395

1I " 3 4

pug / числО qua 4c8 мз,i ерВн Р L

1 р t М St

gcig.8 <ае о uvre лоЬ изнаре ио 4.

Составитель А. Стройковский

Техред М,Моргентал Корректор E. Папп

Редактор Г, Бельская

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4510 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5