Нейтронный влагомер Советский патент 1991 года по МПК G01N23/12 

Иэобретение относится к радиоизотопному приборостроению, в частности к нейтронным влагомерам сыпучих материалов, применяемым, например, в черной металлургии.

Целью, изобретения является повышение точности измерения влажности.

На фиг.-l изображен нейтронный влагомер в аксонометрии; на $мг,2 - раз- иез А-А ча Лиг.I„

Нейтронный влагомер содержит датчик 1, контрольно-калибровочное устройство 2 и устройство 3 обработки и управления. Датчик 1 содержит корпус 4 с биологической защитой 5, внутри которой расположены подвижная каретка 6 с установленными на ней источником 7 быстрых и детекторами 8 медленных нейтронов, снабженная приводом 9 для перемещения из датчика 1 в контрольно-калибровочное уст3,1556328

ройство 2 и обратно, источник 10 гамма-излучения и детектор II рассеянных гамма-квантов. Источник 10 гамма-излучения помещен в коллиматор 12 выполненный в виде двух концентрически расположенных цилиндров из свинца, причем внутренний цилиндр снаб- / жен приводом 13 для вращения, котоустройства 3 обработки и управления включается привод 13 вращения внутреннего цилиндра 19 коллиматора 12 источника 10 гамма-излучения. Плоский пучок гамма-квантов от источника 10 гамма-излучения, формируемый щелевой прорезью 21 на боковой поверхности внутреннего цилиндра 19, при врарый, в свою очередь, снабжен датчиком ,0 щении последнего сканирует по поверх1А угла поворота цилиндра. Датчик 1 влагомера, механически связанный с контрольно-калибровочным устройством 2, располагается над конвейером 15 с контролируемым материалом 16.Элект- рическая связь между элементами датчика 1 и устройством 3 обработки и управления осуществляется посредством кабеля 17

Коллиматор 12 содержит внещияй 18 20 и внутренний 19 цилиндры (фиг, 2), Внешний цилиндр 18 имеет коллимационное отверстие 20 с углом раскрыва d в плоскости основания цилиндра. Внутренний цилиндр 19 имеет щелевые25 прорези 21, равномерно-размещенные по окружности цилиндра. Детектор 11 рассеянных гамма-квантов снабжен коллиматором 22, выполненным в виде щелевой прорези, и направлен под углом j3 к поверхности исследуемого материала.

Кроме того, на фиг,2 L - расстояние между источником и детектором гамма-излучения} ЬМИ(, hcp , h „Kt- соответственно минимальная, средняя я, максимальная толщины насыпного слоя материала на ленте конвейера|,Нср- среднее расстояние между источником гамма-излучений и поверхностью материала; г- угол поворота внутреннего цилиндра относительно внешнего0

Нейтронный влагомер работает следующим образом.

При включении влагомера в работу по команде от устройства 3 обработ- ки и управления включается привод 9, который перемещает подвижную каретку.

6с установленными на ней источником

7быстрых и детекторами 8 медленных нейтронов в контрольно-калибровочное устройство 2, При этом в устройстве

3 обработки и управления определяются необходимые градуировочные коэффициенты.

Затем каретка 6 посредством приво да 9 перемещается в рабочее положение над конвейером 15 с контролируемым материалом 16 При этом по команде от

ности контролируемого материала 16 в пределах угла d , определяемого углом раскрыва коллимационного отверстия 20 внешнего цилиндра 18 коллиматора 12.,

Так как максимум интенсивности счета обратно рассеянных гамма-квантов (при однократном рассеянии) наблюдается при пересечении направлений максимумов первичного гамма-излучения и чувствительности детектора 11 рассеянных гамма-квантов на поверхности контролируемого материала 16, угол раскрыва d коллимационного отверстия 20 определяется максимальной толщиной насыпного материала и из геометрических построений:

35

40

50

„55

с( 2 arctg

f- ctgp

нср4h2

Выражение для определения толщины насыпного слоя материала имеет вид

+

Н

tfip- tg (-у-- -ум„кс ). I + tg Э tg TJ- -7м,,ке

где ,Kc угол поворота щелевой прорези 21 внутреннего цилиндра 19 коллиматора 12 относительно коллимационного отверстия 20 внешнего ци- 4«j линдра 18, при котором регистрируется максимум обратно рассеянных гамма-квантов,. Величина угла поворота щелевой прорези 21 относительно коллимационного отверстия 20 определяется в устройстве 3 обработки и управления по сигналу от датчика 14 угла поворота цилиндра 19. При этом в.устройстве обработки и управления фиксируется угол , при котором интен-. сивйость счета обратно рассеянных гамма-квантов I максимальна.

Для однозначности результата необходимо, чтобы в любой момент времеустройства 3 обработки и управления включается привод 13 вращения внутреннего цилиндра 19 коллиматора 12 источника 10 гамма-излучения. Плоский пучок гамма-квантов от источника 10 гамма-излучения, формируемый щелевой прорезью 21 на боковой поверхности внутреннего цилиндра 19, при вращении последнего сканирует по поверхности контролируемого материала 16 в пределах угла d , определяемого углом раскрыва коллимационного отверстия 20 внешнего цилиндра 18 коллиматора 12.,

Так как максимум интенсивности счета обратно рассеянных гамма-квантов (при однократном рассеянии) наблюдается при пересечении направлений максимумов первичного гамма-излучения и чувствительности детектора 11 рассеянных гамма-квантов на поверхности контролируемого материала 16, угол раскрыва d коллимационного отверстия 20 определяется максимальной толщиной насыпного материала и из геометрических построений:

2 arctg

f- ctgp

нср4h2

35

Выражение для определения толщины насыпного слоя материала имеет вид

+

Н

tfip- tg (-у-- -ум„кс ). I + tg Э tg TJ- -7м,,ке

0

0

5

где ,Kc угол поворота щелевой прорези 21 внутреннего цилиндра 19 коллиматора 12 относительно коллимационного отверстия 20 внешнего ци- «j линдра 18, при котором регистрируется максимум обратно рассеянных гамма-квантов,. Величина угла поворота щелевой прорези 21 относительно коллимационного отверстия 20 определяется в устройстве 3 обработки и управления по сигналу от датчика 14 угла поворота цилиндра 19. При этом в.устройстве обработки и управления фиксируется угол , при котором интен-. сивйость счета обратно рассеянных гамма-квантов I максимальна.

Для однозначности результата необходимо, чтобы в любой момент времени при вращении внутреннего цилиндра с коллимационным отверстием 20 совмещалась только одна щелевая прорезь 21, Поэтому на количество деле- вых прорезей п накладывается ограничение

.2Ј п

о(

Таким образом, в процессе перемещения контролируемого материала лентой конвейера устройством 3 обработки и управления непрерывно фиксируются интенсивности счета замедленных нейтронов 1Н, обратно рассеянных гамма- квантов I и угол У поворота внутреннего цилиндра (положение щелевой прорези ) коллиматора 12,

Устройством 3 обработки и управления затем определяется положение максимума -у „„ и интенсивность счета

5 MW кс

в области максимума обратно рассеянных гамма-квантов. На основании гмо,кс определяется толщина насыпного слоя материала h, и затем по известным Т т ... и h определяется

J fA W RC

насыпная плотность контролируемого материала о , а по известным IH, h, о определяется влажность контролируемого материала

Для измерения влажности коксовой мелочи на ленте конвейера среднее расстояние датчик - контролируемый материал может быть Н

ср

15 см, средняя толщина насыпного слоя кокса hep 15 см. Диапазон изменения толщины насыпного слоя кокса dh можно принять равным 10 см, а расстояние между источником гамма-излучения и детектором гамма-квантов L в датчике 25 см. Отсюда угол /j составляет примерно 30 , а угол d - 88 °, ii

- Количество щелевых прорезей внутреннего цилиндра коллиматора источника гамма-излучения .

Угол поворота внутреннего цилиндра коллиматора источника гамма-излучения, при котором регистрируется максимум обратно рассеянных гамма- квантов, т. примерно составляет

Если в нейтронном влагомере установлен источник гамма-излучения на основе Am 41 с активностью 0 1,6-10s с-1 и энергией первичных гамма-квантов Е 60 кэВ, то пог- решность измерения влажности во всем диапазоне изменения толщины насыпного слоя кокса не превышает 0,5%.

Экспериментальные исследования нейтронного влагомера показали, что он обеспечивает требуемые нормы точ- . ностн измерения влажности сыпучих материалов непосредственно в потоке на ленте конвейера. Использование влагомера в системе стабилизация влажности шихты в агломерационном производстве позволит повысить производительность агломашин и качество готового агломерата

Формула изобретения

Нейтронный влагомер, содержащий датчик с источником и детекторами нейтронов, подвижной кареткой и биологической защитой, контрольно-калибровочное устройство и устройство

обработки и управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения влажности, он дополнительно содержит размещенные в датчике источник гаммаизлучения с коллиматором, привод вращения с датчиком угла поворота и детектор гамма-излучения с коллиматором, причем коллиматор источника гамма-излучения- выполнен в виде двух концентрически расположенных цилиндров, внешний цилиндр выполнен неподвижным и имеет коллимационное отверстие в виде прорези вдоль образующей цилиндра с углом раскрыва в плоскости основания цилиндра, равным

2 arctg -Ж.

ah

с р (Н ср - - у )

где dh LНСР

диапазон изменения толщины насыпного слоя материала} расстояние между источником и детектором гамма-излучения;

среднее расстояние между источником гамма-излучения и поверхностью материала, внутренний цилиндр выполнен с возможностью вращения вокруг своей оси от привода вращения и щелевыми прорезями, расположенными равномерно По окружности, причем их число п выбирается из условия

21Г ( -

п 4

а коллиматор детектора гамма-излучения также выполнен в виде щелевой

прорези и направлен под углом /} к поверхности исследуемого материала, определяемым из условия

р arctg .

1л

Изобретение, относится к радио- изотопному приборостроению, в частности к нейтронным влагомерам сыпучих материалов, применяемым, например, в черной металлургии. Цель изобретения - повышение точности измерения влажности. Нейтронный влагомер содержит датчик,контрольно-калибровочное устройство и устройство обработки и управления. Датчик содержит ; корпус с биологической зачитой, внутри которой расположена подвижная каретка с установленными на ней источником быстрых и детекторами медленных нейтронов. Кроме того, в датчик введены источник гамма-излучения и детектор рассеянного гамма-излучения. Источник гамма-излучения помещен в коллиматор, выполненный в виде двух концентрически расположенных цилиндров из свинца. Внешний цилиндр имеет в направлении нормали к поверхности материала коллимационное отверстие, выполненное в виде щели, внутренний цилиндр снабжен приводом для вращения и имеет на боковой поверхности равномерно расположенные целевые прорези, перпендикулярные направлению вращения цилиндра. Детектор рассеянных гамма-квантов связан с устройством обработки и управления и снабжен коллиматором в виде щели, параллельной щелевым прррезям внутреннего цилиндра коллиматора источника гамма.-из л учения, направлен- ным под углом к поверхности материала, 2 ил (Л CZ ел Сл О оо. N3 00

Л

/

Qtott

Составитель АвТибанов Редактор Т.Юрчикова Техред м.Ходанич Корректор М. Самбо река я

Заказ 2561

Тираж 410

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

VUlt

г

ИИ

а

ими

«

Подписное