СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ОСАЖДЕНИЯ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 2024 года по МПК G01N15/04 

Настоящее изобретение предназначено для измерения скорости осаждения взвешенных твердых частиц в водной среде.

Известен ряд устройств для измерения параметров сред, в том числе скорости осаждения частиц, оптическими анализаторами на основе турбидиметрического или нефелометрического метода измерения. Турбидиметрический измеритель состоит из направленных друг на друга излучателя и фотоприемника, фотоприемник фиксирует проходящее через измеряемую среду ослабленное излучение от излучателя. У нефелометрического измерителя оси излучателя и фотоприемника повернуты, как правило, под углом 90°, и фотоприемник фиксирует рассеиваемое дисперсными частицами измеряемой среды излучение.

Недостатком оптических методов является тот факт, что в течение длительного времени использования возможно увеличение погрешности и возникновение необнаруженного метрологического отказа. Это может быть вызвано, например, изменением чувствительности датчика, пропускной способностью оптического канала, изменением характеристик усилительного тракта. Кроме того, весомыми недостатками оптических методов являются громоздкость, сложность, высокие требования к физико-физическим свойствам измеряемой среды.

Предлагаемое изобретение основано на способе контроля твердых взвешенных частиц в водной среде с использованием ультразвукового луча для вычисления скорости осаждения взвешенных частиц. Способ измерения заключается в измерении разности амплитуд излучаемого сигнала ультразвуковой частоты от излучателя до приемника. В качестве чувствительных элементов применяются пьезоэлектрические датчики. На полученный результат, в отличие от оптических измерений, не влияют химические и физические свойства, поэтому с одинаковой точностью можно измерять агрессивные, абразивные и вязкие жидкости.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности измерений и обеспечение контроля за осаждением твердых взвешенных частиц в водной среде с одинаковой погрешностью, вносимой пьезоэлектрическими датчиками, и не зависимой от условий запыленности, тумана, интенсивной внешней засветки, низких температур, сильной вибрации.

На фиг. 1 изображен общий вид комплекса измерения скорости осаждения взвешенных частиц. Изделие состоит из пробоотборного цилиндра поз. 1, пережимного клапана поз. 2, клапана подачи воды поз. 3, клапана контроля воздуха поз. 4, клапана эжектора поз. 5, переключающего клапана воздуха поз. 6, эжектора поз. 7, фильтр-регулятора поз. 8, блока управления и детектирования со встроенным источником питания постоянного тока поз. 11, ультразвуковых датчиков поз. 9 и 10, реле контроля уровня поз. 14 с электродами поз. 12 и 13, автоматического выключателя поз. 15. Все элементы собраны и закреплены на монтажной панели поз. 16 в шкафу из нержавеющей стали поз. 17.

На фиг. 2 изображена принципиальная схема комплекса измерения скорости осаждения взвешенных частиц. Перед началом измерения сжатый воздух, проходя через фильтр-регулятор с реле давления сжатого воздуха поз. 8, поступает в пробоотборный цилиндр поз. 1 и выходит через рукав забора пробы обратно. Это прочищает рукав и гарантирует, что каждая новая проба является представительной. В пробоотборном цилиндре эжектор поз. 7 создает вакуум, и проба поднимается из точки отбора до тех пор, пока не коснется электродов поз. 12, 13 реле уровня поз. 14. Набранный объем блокируется в цилиндре с помощью пережимого клапана поз. 2.

Генератор в составе блока управления и детектирования поз. 11 осуществляет амплитудную модуляцию незатухающей гармонической ультразвуковой синусоидальной волны сигналом с заданной частотой, ультразвуковой датчик поз. 9, выступающий в роли излучателя, осуществляет распространение амплитудно-модулированного сигнала. Второй ультразвуковой датчик поз. 10, расположенный напротив, принимает волну, прошедшую через измеряемую среду в колбе. Твердые частицы в пробе препятствует прохождению ультразвукового луча. Во время осаждения граница наличия частиц смещается вниз до прохождения через ультразвуковой луч. Сигнал с датчика поступает на детектор блока управления и детектирования поз. 11, который анализирует изменение амплитуды и фиксирует время процесса осаждения, за которое достигается заданное значение концентрации взвешенных частиц. Вычисляется скорость осаждения. После измерения проба выгружается и происходит промывка пробоотборного цилиндра. Цикл повторяется с назначенным интервалом времени.

Блок управления и детектирования поз. 11 управляет пневматической системой, включающей клапан промывочной воды поз. 3, клапан контроля воздуха поз. 4, клапан эжектора поз. 5, переключающий клапан воздуха поз. 6. Пневматическая система осуществляет цикл работы устройства по заданному алгоритму, формируя управляющие воздействия на электромагнитные катушки клапанов поз. 3 – 6, включающий продувку рукава пробоотборного цилиндра, набор пробы, опорожнение пробоотборного цилиндра, его промывку и продувку после измерения. Цепи управления и сигнализации питаются от внутреннего источника питания постоянного тока 24В на борту блока управления и детектирования. Питание блока управления и детектирования осуществляется от сети переменного тока с напряжением 230В. Блок управления и детектирования формирует значение времени осаждения и может передавать его через аналоговый выход в виде токового сигнала 4-20 мА или через интерфейсный выход RS-485 по протоколу Modbus RTU.

Комплекс измерения скорости осаждения взвешенных частиц успешно внедрен и функционирует на ряде обогатительных фабрик. Применяется в технологических процессах очистки шламовых вод в радиальных сгустителях на обогатительных фабриках с замкнутым водным циклом, где предъявляются высокие требования к качеству оборотной воды и эффективности разделения в сгустителе, от которого зависит снижение потерь воды на фабрике и эффективность технологического процесса обогащения в целом.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения мутности пульп. Устройство для измерения скорости осаждения взвешенных твердых частиц в водной среде состоит из шкафа из нержавеющей стали, внутри которого на монтажной панели собраны и закреплены: пробоотборный цилиндр, соединенный с помощью пережимного клапана с рукавом забора пробы; реле контроля уровня пробы в пробоотборном цилиндре с двумя электродами; фильтр-регулятор с реле давления сжатого воздуха для подачи сжатого воздуха в пробоотборный цилиндр; эжектор для создания вакуума в пробоотборном цилиндре; блок управления и детектирования со встроенным блоком питания постоянного тока 24В; два ультразвуковых датчика, расположенных с двух сторон пробоотборного цилиндра и выполненных с возможностью излучать и принимать сигнал, прошедший через измеряемую среду; пневматическая система, включающая клапан промывочной воды, клапан контроля воздуха, клапан эжектора и переключающий клапан воздуха; а также автоматический выключатель. Техническим результатом является повышение точности измерений и обеспечение контроля за осаждением твердых взвешенных частиц в водной среде с одинаковой погрешностью, вносимой пьезоэлектрическими датчиками, и не зависимой от условий запыленности, тумана, интенсивной внешней засветки, низких температур, сильной вибрации. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для измерения скорости осаждения взвешенных твердых частиц в водной среде, состоящее из шкафа из нержавеющей стали, внутри которого на монтажной панели собраны и закреплены: пробоотборный цилиндр, соединенный с помощью пережимного клапана с рукавом забора пробы; реле контроля уровня пробы в пробоотборном цилиндре с двумя электродами; фильтр-регулятор с реле давления сжатого воздуха для подачи сжатого воздуха в пробоотборный цилиндр; эжектор для создания вакуума в пробоотборном цилиндре; блок управления и детектирования со встроенным блоком питания постоянного тока 24В; два ультразвуковых датчика, расположенных с двух сторон пробоотборного цилиндра и выполненных с возможностью излучать и принимать сигнал, прошедший через измеряемую среду; пневматическая система, включающая клапан промывочной воды, клапан контроля воздуха, клапан эжектора и переключающий клапан воздуха; а также автоматический выключатель. 2. Способ для измерения скорости осаждения взвешенных твердых частиц в водной среде с использованием устройства по п. 1, включающий следующие стадии:

подачу сжатого воздуха в пробоотборный цилиндр и рукав забора пробы для их прочистки;

отключение клапана переключения воздуха по меньшей мере через десять секунд, что заставляет поток воздуха повернуть обратно и создает вакуум в пробоотборном цилиндре;

забор пробы из точки отбора в пробоотборный цилиндр через рукав, благодаря созданному вакууму, до тех пор, пока измеряемая среда не коснется электродов реле уровня;

закрытие пережимного клапана на рукаве забора пробы при достижении максимальной высоты;

запуск таймера осаждения и фиксация границы осаждения с помощью двух ультразвуковых датчиков, сигналы с которых поступают на блок управления и детектирования, который в свою очередь анализирует изменение значения концентрации взвешенных частиц в измеряемой пробе;

выгрузка пробы после измерения, открытие электромагнитного клапана подачи воды и промывка пробоотборного цилиндра, удаление воды самотеком через рукав забора пробы;

повторение цикла с назначенным интервалом времени.