Седиментометр для анализа гра-нулированных материалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТВИЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 20.07.78 (21) 2651086/18-25 с присоединением заявки HP— (23) Приоритет—

Опубликовано 1502.81. Б оллетень М 6

Дата опубликования описания 17. 02. 81 (51)М. Кл Э

G 0l и 15/04

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открыти и (53) УДК 539 °

215 (088 8) 1 .

Ф у 1 /))

В . Н . Уэморск ий, В . А . Зайцев Ь, М . ОЯ®нн и И, В . Постников у (72) Авторы изобретения (7.1) Заявитель (54) СЕДИМЕН7ОМЕТР ДЛЯ АНАЛИЗА ГРАНУЛИРОВАННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к седиментометрическому анализу гранулированных материалов, предназначено для измерения скоростей ламинарного гравитационного осаждения каждой гранулы последовательно в двух жидкостях, разли =ающихся по плотности и помеценных беэ взаимного перемешивания в один измерительный сосуд, и может быть использовано в отраслях промышленности, производящих, перерабатывающих или применяющих гранулированные материалы, преимущественно. в порошковой металлургии, горнообогатительной и химической промыш- 15 ленности.

Известно устройство для измерения гранулометрического состава сыпучих тел, основанное на непрерывном измерении изменения веса частиц при их 20 седиментации в жидкой фазе, содержащее сосуд с жидкой фазой, в которой осуществляют процесс седиментации частиц, и весонзмерительное устройствоГ Ц. 25

Известен седиментометр, основанный на изменении гидростатического давления определенного столба суспенэии при выводе частиц твердой фазы иэ этого столба путем отстаивания (2 1.

Однако известные устройства не обеспечивают достаточной точности измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотометрический седиментометр, содержащий измерительный сосуд, фогоэлектрические датчики параметров процесса осаждения частиц дисперсной фазы в иэмерительно-регистрирующее устройство. Измерительный сосуд выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда, хотя бы,две противоположные стенки которого прозрачны для светового излучения.

Датчик представляет собой фотоканалы, состоящие иэ расположенных на горизонтальной оси .источников светового излучения формирователей луча и фотоэлектрических приемников излучения. В рабочем положении измерительный сосуд размещен на оптической оси фотоканалов между источниками и приемниками излучения. Измерительное устройство представляет собой аналоговый электроизмерительный при" бор, например гальванометр или самопишущий потенциометр, подключенный

8Q5130 к фотоприемнику. Измеряемой величи- . ной является интенсивность светового луча, прошедшего через сосуд с суспенэией. Изменение этой интенсивности обусловлено изменением концентрации дисперсной Фазы суспенвии на пути луча. Дисперсный состав суспендированной фазы определяют по зависимости интенсивности прошедшего светового луча от времени отстаивания суспензии (3 ).

Недостатком известного седиментометра применительно к анализу гранулированных материалов является недостоверность определения их дисперсного состава.

Известно, что ламинарное гравита- 3Я ционное осаждение сферической частицы диаметром д(см), изготовленной из материала с плотностью р(г см >),, в смачивающей ее жидкости с вязкостью

g(r см-сек-1) и плотностью р (r сьФ), .Е описывается уравнени .м

v=d э % EP-fî>

feral где Ч вЂ” скорость осаждения частицы, Я см-сек" гравитационное ускорение, см сек

Из этого сравнения ясно, что для определения диаметра частицы по ско- Зр рости ее осаждения необходимо зара-. нее знать плотность материала, иэ которого она изготовлена, и наоборот.

Это приводит к необходимости предварительного измерения одной из этих ..причин, как правило, плотности каким-либо независимым методом, Так в практике седиментометрического анализа порошков предварительно измеряют плотность пикнометрическим методом. Установлено, что исполь- 4© зование этого методического приема при медиментометрическом анализе гранулированных материалов приводит к большим погрешностям их дисперсного состава, поскольку плотности 4$ отдельных гранул существенно различны, а однозначная взаимосвязь между диаметром гранул и ее плотностью отсутствует. Эти погрешности настолько велики, что имеют результат анализа достоверности.

Известно, что во многих отраслях современной технологии, использующих процессы взаимодействия гранулнрованных материалов с потоками жидкостей или газоч, актуальной является задача обеспечения достоверности седимеитометрического анализа гранулированных материалов и определения, наряду с их дисперсным составом, функций распределения г)канул по поляр- 60 ности. Это необходимо, например, в горнообогатительной промыаленности для повиаения степени извлече-! ния требуемых компонентов нз минеральных смесей Флотационным, гра- в5 вйтацйонным или промывочным способами, а химической промышленности для повышения эффективности технологических процессов в аппаратах псевдоожиженного слоя с использованием гранулированных материалов в качестве реагентов или катализаторов, и снижении их выноса или выпадения иэ зоны реакции в порошковой металлургии, при разработке и осуществлении процессов изготовления гранулированных материалов с заданной высокой степенью пористости и так далее.

Из изложенного ясно, что решение этих задач традиционными средствами седиментометрического анализа, основанными на осаждении гранул в одной жидкости, невозможно.

Цель изобретения — создание конструкции седиментометра для анализа гранулированных материалов, обеспечивающего при его использовании дос товерное определение их дисперсного состава и Функций распределения гранул по плотности.

Указанная цель достигается тем, что в состав известного седнментометра, содержащего измерительный сосуд» Фотоэлектрический датчик параметров процесса осаждения частиц дисперсной Фазы н измерительно-регистрирующее устройство, дополнительно введены электронный блок формирования и распределения сигналов датчика по выполняемой ими Функции включения и выключения измерительного устройства, электроуправляемое загрузочно-доэирующее устройство дискретного действия, электронный блок управления загрузочным устройством и электронный блок синхронизации работы загрузочного и измерительного устрсйств, при этом блок формирования включен между датчиком и измерительным устройством, блок синхронизации — между блоком формирования, измерительным устройством и блоком управления, который, в свою очередь, соединен с загрузочным устройством, измерительный сосуд снабжен двумя впускными патрубками, отверстия которых расположенные в рабочем объеме сосуда, разнесены по его высоте так, чтобы верхний край одного иэ них был не выше уровня нижнего края другого, датчик выполнен в виде функционирующих совместно четырех идентичных фотоэлектрических каналов, каждый иэ которых содержит источник светового излучения, формирователь луча и фотоэлектрический приемник излучения,. разнесенных вдоль направления оседания гранул в сосуде и расположенных попарно на равных расстояниях один от другого в пределах участков сосуда, занимаемых каждой

Из двух помещаемых в него жидкостей и образующих две равных измерительных базы, измерительно-регистрирую8О513О щее устройство выполнено. в виде циФ" рового электронного прибора с внешним управлением и регистрацией результатов измерений и представляют собой, например, электронно-счетный частотомер, измерительный вход которого соединен с генератором электрических импульсов регулируемой частоты следования, выход - с оконечным цифровым регистрирующим устройством, входы внешнего управления включением и выключением— с блоком Формирования, а вход управ.ления возвратом в исходное состояние - c блоком синхронизации.

Кроме того, хотя бы верхнее.иэвыходных отверстий внускных патруб ков измерительного сосуда размещено между упомянутыми парами Фотокаиа.лов, образующими измерительные базы.

На чертеже представлена блоксхема предлагаемого седиментометра. 2

Седиментометр состоит из измерительного сосуда 1, датчика 2 параметров процесса осаждения гранул 2, электронного блока 3 Формирования и распрецеления сигналов датчика 2, измерительно-регистрирующего устрой.ства 4, электронного блока 5 синхронизации, электронного блока 6 управления загрузочно-дозирующим устройством и собственно загруэочнодозирующего устройства 7 дискретного действия.

Блок 3 формирования включен между датчиком 2 и входами внешнего управления включением ("пуск") и выключением ("стоп") измерительно-регистри- З рующего устройства 4. Блок 5 синхронизации включен между блоком 3 Форми рования, входом внешнего управления возвратом в исходное состояние

"сброс" измерительного устройства 4О

4 и блоком 6 управления. Блок 6 управления включен между блоком 5.синхронизации и загрузочно-дозирующим устройством 7.

Измерительный сосуд 1, две èðîтивоположные боковые ставки которой прозрачны для светового излучения, выполнен с возможностью помещения в него двух различных по плотности жидкостей беэ их взаимного перемешивания, для чего, например, он снаб- жен двумя впускными патрубками 8 и

9, выходные отверстия которых разнесены по высоте сосуда так, чтобы верхний край одного из них (8) находился не выие уровня нижнего края другого (9).

Датчик 2 состоит из четырех идентичных фотоэлектрических каналов

10 — 13, каждый из которых содержит идентично источник 14 светового излу- фО чения, формирователь 15 светового луча и фотоэлектрической приемник

16 излучения. Оптические оси всех фотоканалов горизонтальны, фотоканалы разнесены вдоль направления Оседа -д ния гранул в сосуде 1, расположены попарно на равных расстояниях один от другого в пределах участков сосуда, занимаемых каждой жидкостью, и образуют две измерительных базы равной протяженности. Лучи Фотокана5. лов 10 и 12 Фиксируют верхние уровни

Р а лучи фотоканалов 11 и 13 » нижние уровни обеих измерительных баэ. Фотоэлектрические приемники всех Фотоканалов подключены к входным цепям блока 3 Формирования.

Блок 3 Формирования и распределения сигналов датчика 2 выполнен так, что сигналы, генерируемые верхними

Фотоканалами 10 и 12 обеих измеритель ных баз, подаются им на вход управ-. ления "пуск" измерительно-регистрирующего устройства 4, а сигналы, генерируемые нижними Фотоканалами

11 и 13 — на вход управления "стоп"

О всего этого устройства.

Иэмерительно-регистрирующее устройство 4 выполнено в виде цифрового электроизмерительного прибора и с внешней регистрацией результатов представляет собой, например, электронно-счетный частотомер 17, к измерительному входу которого подключен генератор 18 электрических импульсов регулируемой чистоты следования, к выходным цепям оконечное цифровое регистрирующее устройство 19, а к входам внешнего управления "пуск", "стоп" и "сброс" блок 3 формирования и блок 5 синхронизации 5.

Блок 5 синхронизации представляет собой электронное логическое устройство, выполняющее Функции контроля прохождения гранулой уровней всех фотоканалов, измерения н регистрации обоих промежутков времени и поступления следующей гранулы в рабочий объем измерительного сосуда 1.

Блок 6 управления представляет собой электронное устройство, генерирующее и .подающее управляющий электрический импульс на исполнительный механизм.7 загрузочного устройства в зависимости от электрического состояния блока 5 синхронизации.

Загрузочно-дозирующее устройство

7 представляет собой электромеханическое приспособление, предназначенное для поштучного ввода гранул в сосуд 1 по команде блока 6 управления.

Седиментометр работает следующим образом.

В начальный момент времени в измерительном сосуде 1 оседающих гранул нет, блоки 3, 5, 17 и 19 находятся в исходном состояиии, счетная линейка частотомера 17, на вход которой поступают импульсы постоянной частоты с генератора 18, заблокирована. Цикл работы начинается с поступления уцрачляющего импульса с

В 05130 блока 6 на исполнительный механизм загрузочного устройства 7, которое вводит одну гранулу в рабочий объем измерительного сосуда 1. Оседая в верхней жидкости, эта гранула.пересекает уровень, зафиксированный световым лучом фотоканала 10, частично затеняя его. Степень затенения луча преобразуется фотоэлектрическим приемником 16 в электрический импульс, поступающий на вход блока 3. Блок 3 формирует этот импульс и подает его на вход управления запуском (" пуск" ) частотомера 17, при этом счетная линейка последнего разблокируется и начинает набор количества импуль- f5 сов, поступающих с генератора 18.

Продолжая оседание в верхней жидкости, гранулы пересекают луч фотоканала 11, что вызывает появление на его фотоэлектрическом приемнике 20 импульса, поступающе о на вход блока 3. Блок 3 формйрует этот импульс аналогично предыдущему, но подает его на вход управления "стоп" частотомера 17, прекращая набор импульсов на счетной линейке. При этом автоматически срабатывает оконечный регистратор 19, фиксирующий в цифровой форме показание счетной линейки частотомера. По завершении регистрации устройство 19 генерирует импульс, подаваемый на вход управления "сброс" частотомера 17, при этом показание счетной линейки стирается, и она готова к следующему измерению. Тем временем граиула, про= должая оседание, пересекает границу раздела верхней .и нижней жидкостей и поступает на вторую измерительную базу, образованную фотоканалами 12 и 13. Процесс измерения и регистра- 40 ции времени оседания гранулы между уровнями фотоканалов 12 и 13 происходит аналогично описанному.

В течение всего цикла, состоящего из двух последовательных измере- 4 ний промежутков времени, на блок 5 синхронизации поступают импульсы с блока 3 и регистратора 19 в строго определенной последовательности, а именно: дважды по два импульса от блока 3, "onpoâoæäàeìûå единичнымй импульсами от регистратора 19.

Поступление на блок 5 всех шести импульсов в указанной последовательности характеризует нормальную работу датчика 2, блока 3 формирования и измерительного устройства 4, означает, что обмеряемая гранула пересекла лучи всех фотоканалов, зарегистрирована ими и покинула зону измерений сосуда 1, результаты изме- 4О рений заФиксированы регистратором

19 и прибор готов к следующему циклу работы. Только в этом случае блок 5 синхронизации генерирует и подает импульс на блок б управления, который, в свою очередь, обеспечивает срабатывание загрузочного устройства 7 и послупление в сосуд 1 следующей гранулы.

Описанный цикл работы седиментометра будет продолжаться до тех пор, пока в бункере загрузочного устройства 7 не останется ни одной грану— лы.

B известном седиментометре степень затенения светового луча суспендированными частицами используется для определения их концентрации на пути луча, и является измеряемой величиной при выполнении анализа.

Б предлагаемом седиментометре степень затенения светового луча обмеряемой гранулой сама по себе несущеотt венна, и является отражением факта,, прохождения гранулой уровня жидкости, зафиксированного этим лучем. Измеряемой величиной является промежуток времени, за который гранула проходит расстояние между двумя лучами, фиксирующими верхний и нижний уровни измерительной базы.

Измерительный сосуд изготовлен в виде прямоугольной толстостенной металлической рамы, сквозной проем которой герметизирован с обеих сторон прикрепленными к ней пластинами из оптического стекла. Сечение прямоугольного измерительного канала

12Х12 мм, при высоте 160 мм. В боковых стенах рамы предусмотрены вертикальиые каналы 4 мм,открывающиеся в рабочий объем сосуда и служащие для помещения в него двух различных уо плотности дисперсионных жидкостей беэ их взаимного перемешивания., Быходные отверстия этих каналов разнесены по высоте сосуда так, что верхний край одного из них находится на уровне нижнего края другого.

Источниками света фотоканалов служат лампочки накаливания, электропитание которых осуществляется от отдельного высокост@бильного источника напряжения, допускающего независимую регулировку яркости свечения каждой лампы. Формирователями световых лучей являются безлинэовые щелевые коллиматоры, обеспечивающие их сечение на оси измерительного сосуда 0,12 х 3 мм. B качестве фотоприемников использованы фотоэлектрические умножители ФЗУ-13. Протяженности обеих измерительных баз равны

30 мм. Измерительно-регистрирующее устройство состоит иэ декадного пересчетного прибора ПП9-2 м, генератора низкочастотных колебаний.

ГЗ-33 и цкфропечатающей машины

БЗ-15м. Загрзочно-дозирующее устройство выполнено в виде двух плотно прилегающих концентрических дисков, один из которых — селектор закреплен неподвижно, а второй транспортер — производится в шаговое 805130

10 перемещение электромагнитным толкателем. По окружности транспортера высверлены сквозные отверстия-гнезда для гранул с шагом, равилем его единичному перемещению. B,ñåëåêòîðå, расположенном под транспортером, предусмотрено сквозное отверстие размещенное так, что при каждом шаговом перемещении транспортера, с ним совмещается по вертикали очередное гнездо. В гнезде транспортера поштучно укладываются гранулы, подлежащие обмеру. При работе седиментометра отверстие селектора располагается на вертикальной оси измерительного сосуда, и при каждом очередном совмещении с ним гнезда тран- !5 спортера в сосуд поступает очередная гранула.

Формула изобретения

1 ° Седиментометр для анализа гранулированных материалов, содержащий измерительный сосуд, фотоэлектрические датчики, включающие источники светового излучения, формирователи лучей, фотоэлектрические приемники излучения, и измерительно-ре.гистрирующее устройство, о т л и— ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения точности анализа путем измерения плотности гранул, в него введены электронный блок формирования и распределения сигналов фотоэлектрических датчиков, подключенный к измерительно-регистрирующему устройству, загрузочно-дозирующее устройство дискретного действия, блок управления загрузочно.-дозирующего устройства и блок синхронизации измерительно-регистрирующего и загрузочно-дозирующего устройств, при этом вход блока формирования подключен к выходам фотоэлектрических датчиков, а третий его выход через блок синхронизации, блок управления подключен к загрузочному устройству, второй выход блока синхронизации соединен с измерительно-регистрирующим устройством, измерительный вход которого соединен с генератором электрических импульсов постоянной частоты следования, а выход — с оконечным цифровым регистрирующим устройством.

2. Седиментометр по и. 1, о т . л и ч а ю щ.и и с я тем, что измерительный сосуд снабжен. двумя впускными патрубками, выходные отверстия которых разнесены по высоте сосуда так, что верхний край одного из них был не выше уровня нижнего края другого, а фотоэлектрические датчики установлены попарно на равном расстоянии между собой по высоте сосуда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ Ю 1169164, кл. 42 I 13/04, 1964.

2. Коновалов В.А., Бобриков В.М.

Цветные металлы, 1965, 9 3, с. 22-24.

3. Патент Японии в 8595, кл. 108 СО, 1967, (прототип ).

805130

Составитель В. Вощанкин

Редакто М: Кенемеш Тек е Н.Макаром Корректор Г. Решетняк

Заказ 0869 64 Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москна, lK-35 Раушская нас. д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4