СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ И НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА Российский патент 1994 года по МПК G01N21/85 

Изобретение относится к технике измерения относительной влажности и насыпной плотности фрезерного торфа в лабораторных и производственных условиях.

Известен способ определения относительной влажности фрезерного торфа - метод термостатной сушки проб [1] , а насыпной плотности - метод мерного цилиндра (пурки, мерного ящика), при котором определяется масса сыпучего вещества в объеме свободной засыпки [2] .

Прототипом заявляемого способа одновременного определения относительной влажности и насыпной плотности фрезерного торфа является способ определения влажности и плотности торфа комбинированным нейтронным методом с помощью влагомера-плотномера РВП-НГ [3] . Влажность торфа определяется по интенсивности потока тепловых нейтронов, а плотность - по интенсивности рассеянного гамма-излучения радиационного захвата нейтронов ядрами элементов, образующихся вокруг источника быстрых нейтронов при помещении его в исследуемую среду.

Способ осуществляется следующим образом.

Зонд-датчик с помощью набора штанг погружают в торф (штабель или валок) и измеряют интенсивность потока тепловых нейтронов I_н и рассеянного гамма-излучения I_γ . По тарировочным графикам зависимостей I_н= f(ω) и I_γ = f(γ) определяются соответствующие значения относительной влажности и насыпной плотности фрезерного торфа. Время одного измерения составляет 5-10 мин.

Недостатком прототипа являются большие габариты и масса всего комплекта (30 кг), необходимость иметь источник питания напряжением 220 В, наличие источника радиоактивного излучения. Для работы с прибором в полевых условиях требуется транспортное средство. Время на подготовку прибора к работе до 30 мин.

Целью изобретения является повышение производительности определения влажности и насыпной плотности фрезерного торфа, а также снижение стоимости этого процесса за счет удешевления используемого оборудования.

Сущность способа одновременного определения относительной влажности и насыпной плотности фрезерного торфа заключается в следующем. Источником инфракрасного излучения и прибором для регистрации отраженного от поверхности торфа этого излучения может служить двухканальный инфракрасный влагомер, в котором используется многоволновый инфракрасный водяной светофильтр. Водяной светофильтр применен с целью фильтрации полос поглощения воды из инфракрасного потока излучения. Оставшаяся "обедненная" часть спектра взаимодействует только с твердой пористой фазой торфа, которая прямо пропорциональна насыпной плотности фрезерного торфа. Для измерения влажности во влагомере осуществляется сравнение величин сигналов отраженного от поверхности фрезерного торфа инфракрасного излучения, прошедшего через водяной светофильтр и "нефильтрованного", и их отношение преобразуется в цифровое значение, выдаваемое на табло прибора и соответствующее относительной влажности торфа в процентах. Для измерения насыпной плотности во влагомере отключается канал, измеряющий величину "нефильтрованного" отраженного сигнала ИК-излучения и регистрируется, таким образом, только излучение, отраженное от твердой фазы торфа. Величина этого излучения зависит от концентрации сухого вещества торфа, которая и определяет насыпную плотность. Вид этой зависимости (чертеж) является градуировочным графиком. Градуировочный график строится предварительно для каждого вида торфа и различной степени разложения путем подсушивания фрезерного торфа от его начальной влажности (эксплуатационной), равной 75-82% до равновесной (16% ) и проведения при этом измерений насыпной плотности торфа стандартным методом с регистрацией отраженного ИК-излучения. При проведении измерений насыпной плотности фрезерного торфа в полевых условиях обычно известна его качественная характеристика (по данным паспортизации залежи), поэтому, выбрав соответствующий ей градуировочный график, измеряют величину отраженного излучения и по графику находят значение насыпной плотности. Для повышения достоверности результатов рекомендуется повторить измерения 3-5 раз и взять среднеарифметическое значение.

Отличием по отношению к прототипу в предлагаемом способе является облучение фрезерного торфа инфракрасным излучением и регистрация величины отраженного от поверхности торфа и прошедшего через водяной фильтр инфракрасного излучения. Инфракрасное излучение выбрано в связи с тем, что оно, будучи отраженным от поверхности материала, не зависит от цвета поверхности и определяется структурными свойствами материала, его влагосодержанием, размером пор, кривизной менисков в них, т. е. теми препятствиями, на которых происходит рассеивание (отражение). Кроме того, источники инфракрасного излучения являются широко распространенными (лампы накаливания, светодиоды) и не требуют источников питания с большой мощностью или напряжением.

Исследование решений показало, что применение инфракрасного излучения для одновременного определения влажности и насыпной плотности материалов не было обнаружено.

Положительный эффект достигается за счет резкого уменьшения габаритов и массы используемого оборудования (масса влагомера-плотномера 1 кг); не требуется передвижной электростанции и транспортных средств; прибор обслуживает один оператор без специальной подготовки; время подготовки прибора к работе составляет 3 мин.

Пример конкретного выполнения способа.

Включают питание инфракрасного влагомера-плотномера и устанавливают переключатель режимов измерения на измерение влажности. Затем прибор ставят на фрезерный торф (верховой, пушицево-сфагновый), который находится в лабораторной кювете, облучая таким образом его поверхность инфракрасным излучением. Через 1 мин на табло прибора устанавливается цифра 53, 4, что соответствует значению влажности торфа в процентах. Переключатель режимов переводят на измерение насыпной плотности (при этом регистрируется только отраженное ИК-излучение, прошедшее через водяной фильтр) и через 1 мин на табло устанавливается цифра 42,4. По градуировочному графику (чертеж ) находят на оси ординат это значение и проводят горизонтальную линию до пересечения с кривой 1, из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось абсцисс. Значение насыпной плотности фрезерного торфа составляет 285 кг/м³. На чертеже кривая 1 - торф верховой пушицево-сфагновый; кривая 2 - торф низинный, древесный. (56) 1. ГОСТ 11305-83. Торф. Методы определения влаги. М. , 1984, изд стандартов, с. 7.

2. ГОСТ 24701-81 "Торф. Метод определения плотности", М. , Изд-во стандартов, 1984, с. 7.

3. И. П. Туманов. "Определение влажности и плотности нейтронными методами при разработке торфяных месторождений", Диссертация, Калинин, 1976, с. 220.

Использование: область техники измерения относительной влажности и насыпной плотности фрезерного торфа. Сущность изобретения: торф облучают инфракрасным излучением, один из потоков пропускают через водяной фильтр и по нему судят о насыпной плотности, а по отношению потоков отраженного от торфа и прошедшего через водяной фильтр, судят о влажности торфа. 1 ил.

СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ И НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА, при осуществлении которого торф облучают и регистрируют отраженное излучение, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения стоимости, торф облучают ИК-излучением, отраженное излучение делят на два потока, один из которых направляют на водяной фильтр, регистрируют прошедший через водяной фильтр поток и судят по нему о насыпной плотности, а по отношению потоков-отраженного от торфа и прошедшего через водяной фильтр - судят о влажности торфа.