Нейтронный влагомер сыпучих материалов

Нейтронный влагомер сыпучих материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (u)991271

{61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 1004.81 (21) 3270546/18-25

Р М К з

6 01 И 23/12 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.039. .8(088.8) Опублйковаио 230183. Бюллетень Мо 3

Дата опубликования описания 230183

A A Першин, A К. Стройковский, Л.

A.Т. Глушкова, Г.Г. Безыменко и В. (72) Авторы изобретения 7 A

Л

Карагандинское особое .проектно-к нструкторское бюро- .

Научно-производственного объединенйтт--. Чефметавтоматика" (71) Заявитель (54) НЕЙТРОННЫЙ ВЛАГОМЕР СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к радио-изотопному приборостроению-, в частности к нейтронным влагомерам сыпу чих материалов, применяемым, например, в черной металлургии.

Йзвестен нейтронный влагомер для измерения влажности почв и грунтов, принцип действия которого основан на эффекте замедления быстрых нейтронов в процессе упругого рассеяния на ядрах водорода, содержащегося во влаге материала, и регистрации потока медленных нейтронов. Влагомер содер« жит источник бйстрых нейтронов, детектор медленных нейтронов и контрольно-. калибровочное. устройство (11.

Однако такой влагомер определяет объемную влажность без коррекции по плотности. При -колебании плотности материала увеличивается погрешность измерения, так как при постоянной влажности и переменной плотности в измеряемом объеме ма- териала увеличивается количество атомов водорода и изменяется скорость счета на выходе детектора, кто приводит к изменению показаний. прибора. Проверка работоспособности влагомера осуществляется в одной точке контрольно-калибровочного уэла, в которой имитируется одно значение объемной влажности, что не позволяет проводить точную градуиров. ку влагомера. Перемещение зонда в контрольно-калибровочное устройство проводится вручную, что снижает безопасность обслуживания °

Наиболее близким к изобретению является нейтронный влагомер, кото рый содержит корпус, измерительный преобразователь, эталонный блОк и программно-вычислительное устройство, причем измерительный преобразователь содержит источник быстрых нейтронов, две группы детекторов, размещенные на каретке, снабженный роликами, связанными с направляющими шинами, и реверсивным двигателем, выходы обеих групп детекторов соединены с входами

20 программно-вычислительного устройства, двигатель каретки связан с первым выходом программно-вычислительного устройства, а эталонный, блок содержит эамедлитель иэ водородсодержаще25 го материала с полостью.

Влагомер работает в двух режимах: в режиме измерения и режиме эталонирования. В режиме измерения по команде с программно-вычислительного устройства каретка с источником иэлуче991271 ния и детекторами посредством реверсивного двигателя устанавливается на транспортере с измеряемым материалом. При этом источник излучения размещается над транспортером, а детекторы — под ним. Поток замедленных нейтронов регистрируется двумя группами детекторов. Импульсные сигналы, пропорциональные объемной влажности и насыпной плотности, с выходов двух, детекторов поступают на входы про- 10 граммно-вычислительного устройства„ в котором вычисляется по определенному алгоритму значение весовой влажности. Через определенный период време.ни по команде с программно-вычислитель|5 ного устройства влагомер переключа ется в режим эталонирования. При этом каретка при помощи первого реверсивного двигателя перемещается в положение сравнения с эталонными ;щ блоками. По командам с вычислительного устройства второй и третий двигатели последовательно устанавливают между источником изотопов и детекторами излучения пластины, имитирующие различные значения влажности, которые закреплены в эталонных блоках.

В эталонные блоки вручную устанавливаются две пластины из набора в зависимости от диапазона измерения влажности (2 j.

Недостатками влагомера являются: а) сложность конструкции механизма эталонирования, связанная с наличием нескольких возвратно-поступатель.ных перемещений в разных направлениях как каретки с источником нейт-. ронов, так и эталонных блоков, для. перемещений применяются три двигателя; б) ограничение области применения влагомера измерением влажности материала только транспортируемого конвейером; в) выполнение эталонных блоков в виде набора пластин, имитирующих определенное содержание влаги для опре деленного материала, имеющего определенную насыпную плотность; при изменении плотности материала необходима смена набора пластин, аттестованных при другой плотности материала, причем с помощью набора плас-. тин можно воспроизводить только дискретные значения влажности материала;

r) отсутствие общего защитного корпуса, закрывающего измерительный преобразователь и эталонные блоки, что ухудшает работу нлагомера н особо тяжелых условиях производства черной металлургии (повышенная запыленность, влажность и т.п ° ).

Келью изобретения является упрощение конструкции и расширение области использования нлагомера.

Поставленная цель достигается тем, что в нейтронный нлагомер сыпучих материалов, содержащий корпус, измерительный преобразователь, эталонный блок и программно-вычислительное устройство, причем измерительный преобразователь содержит источник быстрых нейтронов, дне группы детекторов, размещенные на каретке, снабженной роликами, связанными с направляющими шинами, и реверсивным двигателем, выходы обеих групп детекторов соединены с входами программно-вычислительного устройства, двигатель каретки связан с первым выходом программно-вычислительного устройства, а эталонный блок содержит замедлитель из водородсодержащего материала с полостью, дополнительно введены электромагнит и концевой выключатель, которые вместе с измерительным преобразователем, эталонным блоком и двигателем каретки размещены н одном корпусе, при этом эталонный блок имеет форму прямоугольного параллелепипеда, внутри заполняющего его замедлителя выполнены дна паза, в каждом из которых размещены кадмиеный и борсодержащий фильтры, н полости замедлителя эталонного блока размещен подвижный шток с программно-задающими упорами, один конец которого связан с концевым выключателем и электромагнитом, управляющая обмотка которого соединена с вторым выходом программно-вычислительного устройства.

На фиг. 1 показана структурная схема влагомера; на фиг. 2 — измерительный преобразователь влагомера, конструктивно совмещенный с эталонным блоком; на фиг. 3 — то же., план; на фиг. 4 — разрез A-A. на фиг. 2; на фиг. 5 — зависимость интенсивности выходных сигналов с детекторов подкадмиевых и надкадмиевых нейтронов от влажности и плотности.

Влагомер содержит измерительный преобразователь 1, эталонный блок 2 и программно-вычислительное устройство 3. В измерительный преобразователь

1 (фиг. 1 и 2) нходит каретка 4 и блок 5 автоматики. В каретке 4 закреплены источник б быстрых нейтронов, группа детекторон 8 надкадмиевых нейтронов, усилители-дискриминаторы 9 и 10. Блок 5 автоматики (фиг. 2) содержит реверсивный днигатель 11, элек. тромагнит 12„ подвижный шток 13 с программно-задающими упорами 14 - 17, концевой выключатель 18. Эталонный блок 2 конструктивно совмещен с измерительным преобразователем 1 (фиг.2) и представляет собой прямоугольный параллелепипед, заполненный водородсодержащим материалом, например капролоном. В эталонном блоке 4 имеются пазы 19 и 20 (фиг. 4), в которые нво991271 дятся кадмиевый 21 и боросодержаций

22 экраны, предназначенные для корректировки поля подкадмиевых и надкадмиевых нейтронов при первичной градуировке.

Эталонный блок .предназначен для воспроизведения нейтронного поля, соответствующего нейтронному полю, обра. зуемому в измеряемом материале. Причем распределение нейтронного поля вдоль полости эталонного блока зависит от наличия и расположения кадмиевых и боросодержащих экранов в пазах эталонного блока и места расположения в эталонном блоке каретки с источником быстрых нейтронов. f5

На фиг. 5 показана зависимость интенсивности сигналов на выходе детекторов 8 надкадмиевых нейтронов (канал плотности) J и интенсивности сигналов на.выходе группы детекторов 20

7 подкадмиевых нейтронов (канал влажности) З х от влажности (W) и плотности () ) измеряемого материала. (ж <1(i9)

Г 25

1р =1,р (Ф,P).

Кривая 23 показывает зависимость интенсивности сигналов на выходе детекторов 7 подкадмиевых нейтро, нов (I ) от влажности материала (

Iх, „О - значение интенсивности выходных сигналов.на выходе детекторов 7 подкадмиевых нейтронов при максимальной влажности и минимальной плотности материала; .!, — значение интенсивности выходных сигналов на выходе детекторов 7 подкадмиевых нейтронов при минимальной влажности материала и минимальной его плотности;

:т - интенсивность сигналов на . Уах вйходе детекторов 8 надкадмиевых нейтронов при максимальной влажности и минимальной плотности материа ла; 1р — интенсивность сигналов на выходе детекторов 8 надкадмиевых нейтронов при минимальных значениях 60 влажности и плотности материала.

Зависимость, показанную на фиг.5 определяют при первичной аттестации эталонного блока, когда находят место расположения кадмиевых 21 и боро- 65 содержащих 22 экранов, при котором в эталонном блоке воспроизводится нейтронное поле, соответствующее нейтронному полю, образуюцемуся в измеряемом материале,-при определенном значении насыпной плотности (например, минимальной, материала (фиг.5, кривые 24 и 26).

Затем, перемещая каретку в эталонном блоке, находят четыре точки (на кривых 24 и 26 точки а,Ь,с, д) фиксируемые с помоцью упоров, в которых нейтронное поле соответствует следующим значениям:

1. В точке Q выходной сигнал (скорость счета) детекторов 7 подкадмиевых нейтронов в эталонном блоке соответствует выходному сигналу этих детекторов в режиме "Измерение" при максимальном значении влажности и минимальной плотности материала, т.е. когда поле подкадмиевых нейтронов в области детекторов 7, находящихся в эталонном блоке, соответствует полю подкадмиевых нейтронов, образовавшемуся в области детекторов, находящихся в материале, имеющем максимальную и минимальную плотность измеряемого диапазона. Найденная точка О, соответствующая значению

Ъищо,фиксируется с помощью упора 14.

2. В точке выходной сигнал .детекторов 7 подкадмиевых нейтронов в эталонном блоке соответствует выходному сигналу этих детекторов в режиме "Измерение" при минимальном значении влажности и минимальной плотности материала. Точка Ь, соответствующая значенИо З г, фиксируется c,ïîìîöüþ упора 15.

3. В точке С выходной сигнал детекторов 8 надкадмиевых нейтронов в эталонном блоке соответствует выходному сигналу этих детекторов в режиме "Измерение" при минимальной плотности материала и максимальной его влажности. Точка С, соответствующая значе"è"è Эр,„о„, фиксируется с помощью упора 16.

4. В точке Д выходной сигнал детекторов 8 надкадмиевых нейтронов в эталонном блоке соответствует выходному сигналу этих детекторов в режиме "Измерение" при минимальной плотности материала и при минимальной его влажности. Точка И, соответствующая значению Зр,, фиксируется с помощью упора 17.

Таким образом, в эталонном блоке возможно воспроизведение и регулирование нейтронного поля (потока нейтронов), соответствующего нейтронно" му полю, образующемуся в измеряемом материале- с определенными параметрами (во всем диапазоне изменения влажности и плотности). Причем воспроизведение потоков надкадмиевых

991271 и подкадмиевых нейтронов для канала влажности и канала плотности осуществляется плавно (не дискретно), неодновременно, и независимо друг от друга в различных точках эталонного блока. 5

При изменении вида измеряемого материала (т.е. изменении диапазона колебаний плотности и влажности материала) производится переаттестация эталонного блока путем перемещения кадмиевых 21 и боросодержащих

22 экранов и новой, установкой программно-задающих упоров 14 - 17 на

:подвижном штоке 13.

В режиме "Эталонирование" команда с программно-вычислительного устройства 3 поступает в блок 5 автоматики на реверсивный двигатель 11, который перемещает каретку 4 с установленными в ней детекторами 7 и 8 и источником б нейтронов из рабочего положения (например, иэ бункера с материалом или с конвейера) в эталонный . блок. Харетка 4 устанавливается в точку и эталонного блока, при этом каретка фиксируется в данном положении упором 14, а подвижный шток включает концевой выключатель 18, который подает сигнал в программно-вычислительное устройство 3. Импульсные 3р сигналы.3ey z с выхода группы подкадмиевых детекторов 7 через усилитель-дискриминатор 9 поступают на вход программно-вычислительного устройства 3, в котором осуществляется 35 набор, усреднение;и запоминание в цифровом коде сигнФ аЭм „,о„. Ло окончании запоминания управляющий сигнал с выхода программно-вычислительного устройства 3 поступает на вход gp управляющей обмотки электромагнита

12, который поворачивает подвижный шток 13 с программно-задающими упорами 14 - 17 относительно своей оси. При этом двигатель 11 переносит каретку 4 в точку Ь эталонного блока, в которой каретка фиксируется с помощью упора 15 ° Подвижный шток включает концевой выключатель 18, который подает сигнал в программно-вычисли- . тельное устройство 3. Импульсные сигналы(3erq ) с выхода группы подкадмиевых детекторов 7 через усилительдискриминатор 9 поступают на вход программно-вычислительного устройства 3, в котором осуществляется набор, усреднение и запоминание в цифровом коде сигнала Эа. . Далее аналогичным образом каретка 4 последовательно устанавливается в точки и О эталонного блока, в которых интенсивности сигналов с группы детекторов 8 надкадмиевых нейтронов соответствуют значениюЭу „ при максимальной влажности материала (точка С ) и значению Зр при мини- 65 мальной влажности (точка®соответственно. При этом сигналы с выхода второй группы детекторов надкадмиевых нейтронов 8 через усилитель 10 поступают во второй вход программновычислительного устройства 3, где информация Зр„, „ и Зр .последовательно набирается, усредняется и запоминается в цифровом коде. На этом режим "Эталонирование" заканчивается.

Таким образом в программно-вычислительном устройстве 3 запоминаются коэффициенты Зр= < " if )

По команде с программно-вычислительного устройства 3 влагомер переключается в режим "Измерение", двигатель 11 устанавливает каретку 4 с детекторами 7 и 8 и источником б быстрых нейтронов в рабочее положение (например, в бункер или над конвейером с измеряемым материалом).

При этом материал облучается быстрыми нейтронами, которые замедляются на ядрах атомов водорода, входящего в состав влаги. Поток .замедленных, нейтронов регистрируются двумя группами детекторов подкадмиевых и надкадмиевых нейтронов.

Сигналы Эци и Эу с выходов первой ,7 и второй 8 групп детекторов через усилители 9 и 10 поступают на вход программно-вычислительного устройства, где происходит обработка полученной информации и определяется значение весовой влажности ® в соответствии с формулой

W =где J „ J - текущие значения сигналов с выхода измерительного преобразователя в режиме "Измерение":

3 -3 3 -значения сигналов, фдЩ ф Р1 о ц . запомненные в программно-вычислительном устройстве в режиме

"Эталонирование".

Далее по командам с программновычислительного устройства 3 или по внешним командам происходит периодическое автоматическое эталонирование влагомера, которое позволяет уменьшить погрешность измерения влагомера, вызванную изменением чувствительности и стабильности детекторов замедленных нейтронов, изменением интенсивности источника быст-. рых нейтронов и прочим.

При применении влагомера для измерения влажности сыпучих материалов, например в аглодоменном производстве, ожидаемый экономический эффект возникает вследствие непре9 991271 10 рывности контроля влажности, исклю-. чения ручной градуировки, изменения условий градуировки приборов и снижения трудовых и сырьевых затрат на эти процессы, а также за счет унификации, что в конечном счете, при использовании данного влагомера в автоматизированных системах управления технологическими процессами агло доменного процесса приводит к экономии сырья (шихтовых материалов) и повышению качества выпускаемой продукции °

Ю

Формула изобретения

Нейтронный влагомер сыпучих материапов, содержащий -корпус, измерительный преобразователь, эталонный блок и программно-вычислительное устройство, причем измерительный преобразователь содержит источник быстрых нейтронов, две группы детекторов,.размещенные на каретке, снабженной роликами, связанными с направляющими шинами, и реверсивным двигателем, выходы обеих групп детекторов соединены с входами программновычислительного устройства, двигатель каретки связан с первым выходом программно-вычислительного устройства, а эталонный блок содержит замедлитель из водородсодержащего ма-. териала с полостью, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения области использования в него дополнительно введены электромагнит и кон цевой выключатель, которые вместе с измерительным преобразователем,, о .эталонным блоком и двигателем каретки размещены в одном корпусе, при этом эталонный блок имеет -форму прямоугольного параллелепипеда, внутри заполняющего его замедлителя выполt5 нены два паза, в каждом из которых размещены кадмиевый и боросодержавц и фильтры, в полости замедлителя эталонного блока размещен подвижной шток с программно-задающими упорами, 2О один конец которого,связан с концевым выключателем и электромагнитом,. управляющая обмотка которрго соеди. нена с вторым выходом программновычислительного устройства.

25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 165927, кл. G 01 и 23/12, 1964 2. Патент ФРГ Р 1598950, 3() КЛ ° С 01 Й 23/12 ° 1974 (ttpOTOTHft).

991271

Составитель

Редактор И. Николайчук Техред Т. Иаточка Корректор Г. Решетник

Заказ 120/59 Тирам S71 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Укгород, ул. Проектная, 4