УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПУЛЬПЫ И РАСТВОРОВ Российский патент 2003 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к устройствам измерения размеров частиц потока материалов в области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано в горнометаллургической, абразивной, строительной и других отраслях промышленности.

Известны различные способы для определения гранулометрического состава материала в потоке: общепринятый ситовой анализ, ультразвуковой, фотометрический. С использованием ультразвукового способа выполнены гранулометры типа ПСМ-100 - ПСМ-400 /Л1/.

Недостаток этих устройств: необходима деаэрация пульпы, достаточная сложность устройства.

На обогатительных фабриках нашел применение также способ определения содержания контрольного класса крупности в пульпе, основанный на дискретных замерах частиц твердой фазы пульпы микрометрическим щупом, реализованный в гранулометрах типа Микрон 4Б /Л2/.

В этом способе используется дискретный метод замера абсолютного размера частицы, зажатой между измерительной штангой и пятой. Положение измерительной штанги в момент замера частицы передается через коромысло на шток перемещения плунжера преобразователя, и последний перемещает подвижный плунжер трансформаторно-индуктивного преобразователя, который выдает электрический сигнал, пропорциональный размеру замеряемой в данный момент частицы. Измерительный сигнал с преобразователя поступает на специальное устройство обработки сигнала, которое выдает значение величины контрольного класса крупности пульпы.

Недостаток - влияние температуры потока материала через датчик и температуры окружающей среды на фактически измеренное значение размера частицы из-за удлинения при разогреве деталей устройства, участвующих в измерении, неодинаковое влияние температурных изменений при различных помолах частиц (разбросе минимальных и максимальных размеров частиц).

Измеряемая среда - пульпа протекает через канал измерительного датчика и может изменяться по температуре в значительных пределах от +10^o до +30^oС на обогатительных фабриках и до +80^oС на глиноземных производствах. Изменяется и температура окружающей среды от ночи ко дню на 10-15^oС. Температурная погрешность датчика при этих условиях составляет 0,5 мкм/^oС.

При измерении контрольного класса - 0,074 мм в пределах 30-80% измеряемые фактические величины крупных частиц находятся в пределах 700-250 мкм.

Таким образом, погрешность измерения колеблется от ±5 до ± 30 мкм, т.е. до 15% при измерении класса - 0,074 мм при 80% содержания этого класса в пульпе.

При измерении класса - 0,045 мм на уровне 90-95% размеры измеряемых частиц составляют 100 мкм и погрешность измерений в этих условиях превышает 30%, что делает невозможным использование этого устройства для целей измерения грансостава в этом диапазоне. Стабилизировать температуру всего измерительного датчика для исключения погрешности от изменений температуры невозможно, так как протекаемая пульпа не позволяет сделать этого. Более близким (прототипом) предлагаемому изобретению является устройство по /Л2/.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и точности измерения частиц потока пульпы в условиях изменения температур потока пульпы и температуры окружающего воздуха, а также увеличение диапазона измерений контрольного класса до 95% класса - 0,045 мм.

Эта цель достигается изменением конструктивных элементов и их материалов, благодаря чему находится точка температурного баланса, в которой все линейные удлинения элементов и, следовательно, погрешностей измерения сводятся к регулированию длин и коэффициентов линейного расширения всего двух стержней, а именно: измерительного штока и штока преобразователя.

Заявленное устройство включает чувствительный элемент, выполненный в виде микрометрического щупа, из измерительного штока и подпятника, электропривод с кулачковым механизмом, индуктивный датчик преобразователя величины перемещения в напряжение. При этом соединительный рычаг штока измерительного и штока преобразователя выполнен смещающимся вдоль их осей, причем величину l₁ измерительного штока для установки соединительного рычага выбирают из условия:
l₁α₁ = a₀+l₂α₂,
где

l_i - длины деталей, входящих в систему измерений размера частицы,
α_i - коэффициенты линейного расширения материалов деталей, входящих в систему измерения размера частицы.

Кроме того, материалы измерительного штока и штока преобразователя выбирают из соответствия условию:
α₁>α₂.
Предлагаемое устройство приведено на фиг.1:
1 - измерительный шток,
2 - шток к измерительному датчику,
3 - корпус,
4 - плунжер измерительного датчика,
5 - рычаг (коромысло),
6 - пята (подпятник),
7 - кулачок,
8 - двигатель,
9 - пульпа,
10 - частица пульпы,
l_i - длина детали.

В статике устройство работает следующим образом: поток материала 9 проходит через корпус устройства 3 и при этом фиксируется одна из частиц 10, зажатая между измерительным штоком 1 и пятой 6. Измерительный шток 6 жестко через соединительный рычаг 5 связан с штоком преобразователя 2. Плунжер 4 преобразователя фиксирует размер зажатой частицы и в виде напряжения преобразователя передает в устройство обработки измерительного сигнала.

Для обеспечения регулируемости l₁ и l₂ соединительный рычаг (коромысло) выполнен смещаемым вдоль этих параллельных штоков, скрепляя их жестко на выбранной длине.

Температурное удлинение элементов датчика, как показано на фиг.2, влияет на перемещение плунжера (4), изменяя выходной сигнал, причем удлинение штока 1 увеличивает выходной сигнал, а удлинение штока преобразователя 2 уменьшает этот сигнал. Уменьшает выходной сигнал также линейное удлинение короба 3, линейно уменьшается выходной сигнал от температуры индуктивного датчика, линейно изменяется сигнал от изменения твердосплавной пяты 6 измерительного щупа и др. В целом уравнение изменений длин механических элементов измерительного устройства, приведенное к точке плунжера индуктивного преобразователя, имеет вид:

где t-t₀ - прирост температуры по отношению к начальному (при котором выходной сигнал преобразователя установлен равным 0);
l₁, l_i - длины механических элементов измерительного устройства;
α₁, α_i - коэффициенты линейного удлинения материалов соответствующих элементов,
l₁ - длина измерительного штока,
l₂ - длина штока к измерительному датчику,
l₃ - длина по вертикали корпуса (короба) камеры измерения,
l₄ - длина плунжера измерительного датчика,
l₅ - длина по вертикали соединительного рычага, принимаем l₅=0, так как рычаг в обоих ветвях,
l₆ - длина по вертикали твердосплавной пяты, т.е. элементы i=3 до i=6, есть: корпус, плунжер измерительного датчика, пята и

Сократив уравнение на (t-t₀) и выделив элемент l₂α₂, получаем уравнение:
l₁α₁ = a_o+l₂α₂.
Из уравнения видно, что уравнение реализуемо при α₁>α₂ при дополнительной компенсации a₀, исходя из конструктивных требований к устройству α₁>1,3α₂.
Результаты практической реализации данной конструкции характеризуются графиками (фиг.2).

Кривая 1 характеризует величину изменения погрешности выходного сигнала при скачкообразном изменении температуры контролируемого раствора (пульпы) при одинаковых материалах (сталь 3) штанги и штока перемещения плунжера катушки преобразователя при их закреплении по конструкции, используемой в "Микрон 4Б" /Л2/.

В силу быстрого нагрева желоба при скачкообразном увеличении температуры раствора, датчик-преобразователь при фактическом значении размера частицы, равном 0 мкм, показывает значение - 18 мкм уже через 10 мин. Шток разогревается медленнее и в силу наличия массивного направляющего корпуса, в котором этот измерительный шток перемещается, медленно компенсирует часть погрешности. Идет прогрев других механических элементов, в том числе и штока. Система очень инерционна и медленно подходит к установившемуся значению, при этом остаточная погрешность в установившемся режиме составляет 10-12 мкм. Резкое уменьшение температуры раствора (пульпы) в момент τ=130 мин (фиг.2) приводит к обратной картине - резкому изменению погрешности от температурного удлинения желоба и последующей обратной компенсации. При фактическом изменении на 10-20%, хотя бы раз в час, погрешность измерения становится неконтролируемой из-за инерционности переходных режимов, ее фактическое вычисление и компенсация по расчетным данным сложны и нереальны.

Кривая 2 характеризует изменения погрешности при реализации конструктивных изменений и выборе разных материалов штока измерительного и штока преобразователя α₁>α₂, например, латунь-сталь, причем соединительная штанга установлена на l₁>l₁₀:
l₁ - фактически установленное значение длины штока измерительного,
l₁₀ - значение длины штока измерительного, обеспечивающего минимальную (нулевую) погрешность от влияния температуры.

Кривая 3 характеризует изменение погрешности при l₁=l₁₀.

При реализации предлагаемой конструкции устройства был исключен корпус направляющей, что резко снизило инерционность переходных процессов изменения погрешности, что явствует также из графиков (фиг.2).

Предложенное изобретение является новым, так как конструкция устройства является неизвестной из предыдущего уровня техники, реализует учет влияния температуры окружающей среды и потока материала для определенных областей использования, расширяет диапазон автоматического контроля грансостава, реализуя изобретательский уровень.

Предложенное изобретение является применимым, так как удовлетворяет специфическим условиям измерения грансостава при производстве глинозема, железной руды.

Литература
1. Ультразвуковой гранулометр ПСМ-400 фирмы "Аутометрикс", США, 1998 г.

2. Гранулометр "Микрон 4Б" фирмы СКФ ВНИКИ "Цветметавтоматика" СССР, 1985 г.

Использование: изобретение относится к устройствам измерения размеров частиц потока материала, к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано в горнохимической, абразивной, строительной и других отраслях промышленности. Сущность: устройство включает чувствительный элемент, выполненный в виде микрометрического щупа из измерительного штока и подпятника, электропривод с кулачковым механизмом, индуктивный датчик преобразователя величины перемещения в напряжение. Соединительный рычаг штока измерительного и штока преобразователя выполнен смещающимся вдоль их осей, причем величину длины штока измерительного для установки соединительного рычага выбирают из определенного условия. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения частиц потока пульпы в условиях изменения температур потока пульпы и температуры окружающего воздуха. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для автоматического контроля гранулометрического состава пульпы и раствора, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде микрометрического щупа, из измерительного штока и подпятника, электропривод с кулачковым механизмом, индуктивный датчик преобразователя величины перемещения в напряжение, отличающийся тем, что соединительный рычаг штока измерительного и штока преобразователя выполнен смещающимся вдоль их осей, причем величину l₁ измерительного штока для установки соединительного рычага выбирают из условия
l₁α₁ = a₀+l₂α₂,
где

l_i - длины деталей, входящих в систему измерений размера частицы,
α_i - коэффициенты линейного расширения материалов деталей, входящих в систему измерения размера частицы. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что материалы измерительного штока и штока преобразователя выбирают из соответствия условию α₁>α₂.и