Способ измерения содержания металлического компонента во влажных мелкодисперсных материалах

 

О П С А-Й И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ (ii)702284

Союз Советскмн

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 05.07.77(21) 2503439/18-25 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет (5t)M. Кл.

G 01 М 25/16

Веулврстннннмй камнтет

СССР ню йвнам нзобрвтвний и юткрытнй (53) УДК 536.;? (088.8y

ОпУбликовано 05.12.79. Бюллетень М 45

Дата опубликования описания т О. j 2 79 (72) Авторы изобретения

С. С. Галушкин, В. Г. Дейч, Е. С. Кричевский и A. В. Шипулин

Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт ! им. Г. В. Плеханова (71) Заявитель

I (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КОМПАНЕНТЦ

ВО ВЛАЖНЫХ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Изобретение относится к области из мерительной техники и может бьггь использовано в обогатительной промьппленности для измерения содержания метал- лических включений в коннентратах и кеках металлосодержаших руд, в порош5 ковой металлургии и других отраслях народного хозяйства.

Известны способы измерения содержания, состава, качества материала по его теплопроводности или измерение самой тецлопроводности (1 ).

В этом способе необходимо иметь эталонную среду с известным коэффициентом теплопроводности, что является существенным недостатком, так как наличие эталонной среды в любом случае реализацию вышеперечисленных способов делает не пригодной для поточных измерений непосредственно в производственных условиях. Кроме того, при наличии влаги в испытуемых средах возникают значительные погрешности, так как теплопроводность является одновременно фуйкцией и содержания, и влажности.

Ближайшим техническим решением является способ определения коэффициента теплопроводйости, а, следовательно, и содержания металлической компаненты в однородной неметаллической среде, с помощью плоского теплового зонда постоянной мощности. В основу способа положены закономерности развития одноФ мерного температурного поля в полуограниченном теле при нагревании его постоян.HbIM тепловым lloToKQM. При этом производится зались избыточной температуры нагреватеття в функции от корня квадратного текущего времени. Одновременно с этим производится запись избыточной температуры материала в точке, состоящей от нагревателя на определенном расстоянии> также в функпии от корня квадратного текущего времени..После чего через определенный отрезок времени1соответствуюЖий выходу в регулярный режим надуева, производят расчетным путем опре702284

45 где Т„и

3 деление коэффициента теплопроводности.

В завершении по имеюшемуся коэффициенту теплопроводности судят о качественных параметрах среды (21.

Однако; известный способ обладает недостатками.

Во-первых, коэффициент теплопроводности зависит не только от состава вещества, но и от его влажности и температуры. Поэтому меняюшаяся влажность и температура материала приводят к значительным погрешностям при измерейии контролируемого параметра.

Во-вторых, в известном способе необходимо производить измерение температуры в двух точках, одна из которых расположена в плоскости нагрева, а вторая - внутри измеряемого материала, отстоящая от плоскости нагрева на строго заданном расстоянии, что значительно усложняет способ, делая его неприемлемым для технолОгических измерений.

В-третьих, этот способ требует значительных расчетных операций, что за25 трудняет его автоматизацию.

В-четвертшх, выходная величина является функцией корня квадратного от времени измерения, что также является существенным недостатком способа.

Цель предлагаемого изобретения — сни30 жение погрешности измерений и упрощение процесса измерения.

Для этого пробу влажного материала сжимают до постоянной плотности, кото-, рую определяют по заполняемости всего объема пор материала влагой, измеряют его начальную температуру, затем в miocкости сжатия осуществляют нагрев материала и производят измерение его текущей температуры, а затем через фикси40 рованный отрезок времени определяют величину контролируемого параметра по соотношению:. 50 текущие температура ма териала и время; начальная температур а материала; мощность плоского наГре 55 вателя; толщина слоя материала; плошадь плоского нагревателя. 4

Предлагаемый способ позволяет исклю- чить влияние переменной влажности и начальной темп ературы контролируемой среды. Это достигается уплотнением пробы влажного материала до такой степени, " чтобы все поры заполнились влагой. Êpoме того,.предлагаемый способ проще, чем известные до сего времени способы. Это дает возможность использовать его в устройствах, пригодных для поточных измерений. Последнее свойство получена за счет того, что согласно предлагаемому спо собу не требуется наличия эталонной среды с напередзаданным коэффициентом теплопроводности, а также измерение текущей температуры материала осуществляется только в плоскости нагрева. Отсутствие операции измерения температуры внутри материала в точке удаленной от плоскости нагрева на строго определенном расстоянии, значительно упрощает предлагаемый способ, и кроме того, снижает погрешность измерений. В предлагаемом способе процесс измерения проижодится в реальном масштабе времени.На фиг. 1 приведен график измерения избыточной температуры материала в плоскости нагрева; на фиг. 2 дана блоксхема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Испытуемый материал помещается в кювету с адиабатически изолированным дном (фиг. 1) . В этом случае будет выполняться следующее условие. Отношение прирашения температуры к приращению толщины слоя пробы на уровне дна иоветы равняется нули, т.е. Х=к = Q

ЭХ

При этом необходимо, чтобы толшина слоя пробы R была много меньше диаметра кюветы Д, т.о. R((3 -.

На материал, который имеет начальную температуру Т„, ставится датчик с теплоизолированной от окружающей сре-. ды верхней плоскостью. Дном датчика яв ляется плоский нагреватель, питаемый от . Источника постоянной мошности, т.е.

W =CoIrst . Затем проба сдавливается датчиком до такой плотности IIpH KoTopoA все поры заполняются водоК Причем сила давления должна быть постоянной и достаточной для выполнения вышеупомянутого условия во всем диапазоне влажностей контролируемого материала., При этом величина ее определяется на пробе минимальной влажности IIo моменту начала отжатия влаги иэ пробы. В случае

Т+

АР (.4+ Е.1

1 и ат с +с а.с

40. %I%

=T (Г

3 4 ИЪМ

Учитывая тот факт, что теплоемкосж твердого материала (металличесхих порошков) значительно меньше теплоемкости воды, а объемная влажность пробы все время постоянна; из выражения 2 можно получить выражение для коэффици- 55 ента теплопроводностн (выражение 1), независимо от теплоемкости контролируе-. мой среды. Следовательно. А- есть функция только процентного содержании. 5 7022 больших влажностей излишек воды выливается через зазор между стенками кюветы и корпусом датчика (фиг. 2). Таким образом, в любом случае после уплотне ния объемная влажность пробы будет постоянной й.

После уплотнения подключается источник постоянной мощности к плоскому нагревателю и измеряется избыточная температура материала. в плоскости сдавливания. На графике изменения избыточной температуры материала во времени Т

4 () прослеживаются два участка: ирре-фф гулярный режим - участок крйвой АБ;

15 регулярный режим — участок кривой БС.

В регулярном режиме кривая Т = f(t)

1 асимитотически приближается к прямой ф с угловым хоэффициентом

ЧЧ см+ с которая пересекает ось координат в точ20 ке где 3. — коэффициент теплопроводности пробы материала;

С,, - теплоемкость пробы материала; — полная теплоемкость нагревателя, р - и ..

С

Выполнив условие C((С, можно полу- чить выражение для отрезка qg решением многоугольника СА МК.. При этом время измерения С „(точка К) выбирают таким образом, чтобы в регулярном режиме нагрева (точка М) выполнялось условие:

В этом случае, можно получить выражение для отрезка:

А=МК вЂ” ММ, -КК, т.е., металлической компаненты в пробе. Выражение (1) может быть легко реализовано с помощью известных в счетно-решающей технике элементов.

Устройство, реализующее данный способ, состоит из -кюветы 1, в которую помешена проба контролируемого материала.

На пробу установлен датчик 2, состоящий из корпуса 3, плосхого нагреютеля (зонда) 4 и термочувствительного элемента 5.

Термочувствительный элемент 5 включен на вход блока 6 измерения текущей температуры, а также через. HopMMfbRo закрытый контакт. переключаххцего устройства 7, на вход блока 8 измерения начальной температуры материала. Нагревательный элемент 4 через нормально открытый контакт устройства 7 подсоединен к выходной цепи источника 9 постоянной мощ. ности.

Выход блока 8 скоммутирован с первым инвертируюшим входом сумматора 10, неинвертнруихций вход которого связан с выходом блока 6; В тоже время выход блока 6 заведен на вход дифференцяруюшего блока 11, выход которого скоммутирован с первым входом множительного устройства 12. Второй вход устройства 12 задействован на выход блока 13 текущего времени, вход которого через нормально открытый контакт устройства 7 заведен на клемму пуск .

Выход устройства 12 смзан со вторым инвертирующим входом сумматора

10, выход которого связан со входом блока 14 делении. Выход блока 14 заведен на первый вход блока 15 регистрации, второй вход которого подключен ко второму. выходу блока 13 врсмени.

Устройство работает следующим образом.

В кювету 1 засыпается влажная контролируемая среда, затем сверху устанавливается датчик 2, с помощью которого проба уплотняется с постоянным усилием до момента заполнения всех пор вла-. гой. Йэлишняя влага при этом выдавливается наружу по зазору между стенками кюветы 1 и корпусом 3 датчика 2. После этого с помощью термочувствительного элемента 5 производится измерение на.чальной температуры материала и запоминание этого значения блоком 8. Кроме того, сигнал о температуре материала проходит от элемента 5 к блоку 6. Затем переключающее устройство 7 переводится в другое состояние, в результате чего команда пусх проходит в блок 1 3 времени конкретно для каждого материала выбирается экспериментально.

Использование предлагаемого способа позволит вести технологические процессы на предприятиях по производству металлических IIopoIIIKoBblx материалов в более оптимальных режимах за счет получения экспрессной и более достоверной информации о содержании выпускаемой продукции.

При этом повышается качество продукции.

Формула изобретения

Способ измерения содержания металлической компаненты Во влажных мелкодисперсных материалах, основанный на нестационарном методе определения теплопроводности в регулярном режиме с Iloмощью плоского теплового зонда постоянноймощности, отличающийся

Ф тем, что, с целью снижения погрешности измерений и упрощения процесса, пробу влажного материала сжимают до постоянной плотности, которую определяют по 3sполняемости всего объема пор материала влагой, измеряют его начальную температуру, затем в плоскости сжатия осуществляют нагрев материала и производят измерение его текущей температуры, а затем через фиксированный отрезок времени определяют величину контролируемого параметра по соотношению: ат

9(т,(т ò„- q l текущие температура магде Т, и С - териала и время, соответственно;

Т вЂ” начальная температура материала;

@ — мощность плоского нагревателя; — толщина слоя материала;

Я вЂ” площадь плоского нагревателя.

Источники информацки, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 542945, кл. G 01 Н 25/18, 1977.

2. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. Под ред. А. В. Лыкова, М., Энергия, 1973, с. 4-6.

7 702284 ни, выдающий сигнал пропорциональный текущему времечки в множительное устройство 12. Одновременно с этим с помощью нормально открытого контакта с устройства 7 к плоскому нагревателю 4 подается питание от источника 9 постоянной мощности и с помощью нормально закрытого контакта устройства 7 отключается вхад блока 8 от элемента 5.

Температура нагревательного элемента 4, 1О а, следовательно, и температура граничного с ним слоя материала изменяется во времени. Сигнал, пропорциональный текущей температуре, вырабатывается в блоке 6, одновременно подаваясь на диффереицирующий блок 11 и на неинвертирующий вход суммирующего блока 10. С выхода блока 11 снймается сигнал, пропорциональный производной от текущей температуры Т, и поступает в множигельное устройство 12, где умножается на сигнал, пропорциональный текущему : времени. Сигнал с устройства 12 подается на инвертирующий вход блока 10, 25 на второй инвертирующий вход которого поступает сигнал, пропорциональный заполненному значению начальной температуры материала с блока 8. В блоке 10 производится вычитание сигнала с устройства зо

12 и сигнала с блока 8 из сигнала с блока 6. Выходной сигнал с блока 10 подается на блок 14 деления. В блоке

14 происходит деление постоянной вели- чины, равной произведению мощности ис,точника нагрева и толщины слоя материа35 ла в кювете, деленных на площадь нагревательного элемента, на выражение, реа лизуе11ое блоком 10. Результирующий сигнал с блока 14 подается на блок 15 4о регистрации. Однако, регистрация выходной величины в блок 15 осуществляется через строго постоянный. отрезок времени а Г с момента включения нагрева, который задартся с помощЬю реле времени, 45 помещенного в блоке 13 времени. Сигнал,. разрещающий регистрашпо в блок 15, поступает на его второй вход со второго выхода блока 13.

Таким образом, в блоке 15 через от- 5о резок времени ьЧ:, соответствующий выходу на регулярный режим нагрева (во всем измеряемом диапазоне контролируемого параметра), происходит фиксации искомого параметра, отображаемого левой55 ,частью выражения (1). Выдержка време702284

ЬТю

àr

NH

М(и)

3Т

Фиг. 1

Фиг. z

ЦНИИПИ Заказ 7580/41 Тираж 107 Э Подписное Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4