Способ измерения содержания металлического компонента во влажных мелкодисперсных материалах Советский патент 1979 года по МПК G01N25/18 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КОМПАНЕНТЫ ВО ВЛАЖНЫХ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Изобретение относится к области из мерительной техники и может быть использовано в обогатительной промышленности для иалерёния содержания металлических включений в концентратах и кеках металлосЬдержащих руд, в норошковой металлургии и других отраслях народного хозяйства. Известны способы измерения содержания, состава, качества материала по его теплопроводности или измерение самой тецлопроводности l. В этом способе необходимо иметь эталонную: среду с известным коэффициентом теплопроводности, что является су щественным недостатком, так каж наличи эталонной среды в тпобом случае реализа цию вышеперечисленных способов делает не пригодной для поточных измерений не посредственно в производственных условиях. Кроме того, при наличии влаги в испытуемых средах возникают значительные погрешности, так как теплопроводность является одновременно функцией н содержагая/и влажности. Ближайшим техническим решением является способ определения, коэффициента теплопроводности, а, следовательно, и содержания металлической компанентьт в однородной нй еталлической среде, с помощью плоского теплового зонда постоянной мощности. В основу способа положены закономерности развития одномерного температурного поля в полуограниченном теле при нагревании его постоянным тепловым потоком. При этом про изводится запись избыточной температуры нагревателя в функции от корня квадратного текущего времеаи. Сйновременно с этим производится запись избыточной температуры материала в точке, состоящей от нагревателя на определенном расстоянии, также в функции от корня квадратного текущего времени. .После чего чфез определенный отрезок BpeMeHHvcooTBeTCTByK)Шй выходу в регулярный режим нагрева, производят расчетным путем опр&деление коэффициента теплопроводности. В завершении па имеющйу1уся коэффициен ту тейлопроводности судят о качественны параметрах среды 2. Однако, известный способ обладает недостатками. Во-первых, коэффициент теплопроводности зависит не только от состава вещества, но и от его влажности и темпе ратуры. Поэтому меняющаяся влажность и температура материала приводят кша чительным погрешностям при измёре1нии контролируемого параметра. Во-вторых, в известном способе необходимо производить измерение температуры в двух точках, одна из которых расйоложена в плоскости нагрева, а вторая - внутри измеряемого материала, отстоящая от плоскости нагрева на стро го заданном расстояний, что значительно усложняет способ, делая его неприемлемым для технологических измерений. В-третьих, этот способ требует значительных расчетных операций, что затрудняет его. автоматизацию. В-четвертйгх, выходная величина явля ется футсцией корня квадратного от времени измерения, что также явпяегся существенным недостатком способа. Цель предлагаемого изобретения - сн жение погрешности измерений и упрощен процесса измерения. Для этого пробу влажного материала сжимают до постоянной плотности , которую определяют по заполняемости всего объема пор материала влагой, иа еряют его начальную температуру, затем в пло кости сжатия рсуществл5пот нагрев мате риала и производят измерение его текущей температуры, а затем через фиксированный отрезок времени определйк т ве личину контролируемого параметра по соотношению: где Т. и ir -текущие температура ма териала и вра(я; -начагльная температура материала; V - мощность плоского наГре вателя; -толщина слоя материала -плшцадь плоского нагревателя. Предлагаемый способ позволяет исключить влишше перемегшой влажности и начальной температуры контролируемой среды. Это достигается уплотнением пробы влажного материала до такой степени, - чтобы все поры заполнились влагой. Кроме того, .предлагаемый способ проще, чем известные до сего времени способы. Это дает возмОжнсють использовать его в устройствах, пригодных для поточных иамерений. Последнее свойство получено за счет того, что согласно предлагаемому спо:собу не требуется наличия эталонной среды с напередзаданным коэффициентом теплопроводности, а также измерение текущей температуры материала осуществляется только в плоскости нагрева. Отсут- ствие операции изьлерения температуры внутри материала в точке удаленной от плоскости нагрева на строго определенном расстоянии, значительно упрощает предлагаемый способ, и кроме того, снижает погрешность измерений. В предлагаемом способе процесс измерения производится в реальном масштабе времши. На фиг. 1 приведен график измерения избыточной температуры материала в плоскости нагрева; на фиг, 2 дана блоксхема устройства, реализующего предлагаемый способ. Испытуемый материал помш1ается в кювету с адиабатически изолированным дном (фиг. 1). В этом случае будет выполняться следующее условие. Отношение приращения температуры к приращению толщины слоя пробы на уровне дна кювеX R 0 ты равняется нулю, т.е. При этом необходимо, чтобы толщина слоя пробы R была много меньше диаметра кюветы d , т.о. R«(3 -V На материал, который имеет начальную г&лпературу Т,,ставится датчик с теплоизолированной от окружающей сре. ды верхней плоскостью. Дном датчика яв ляется плоский нагреватель, питаемый от источника постоянной мощности, т.е. W Const. SaTQvl проба сдавливается датчиком до такой плотности, при которой все поры заполшпотся водой. Прич«. сила давления должна быть постоянной и достаточной для вьшолнения вьппеупомянутого условия во вс диапазоне влажностей контролируемого ;материал а., При этом величина ее определяется на пробе мишшальной влажности по моменту начала отжатия .влаги из пробы. В случае 570 больших влажностей излишек воды выливается через зазор между стенками кюветы и корпусом датчика (фиг. 2). Таким образом, в любом случае после уплотнения объет щая влажность пробы будет постоянной. После уплотнения подключается источник постоянной модности к плоскому нагревателю и измеряется избыточная т&лпература материала в плоскости сдавливания. На графике изменения избыточной температуры материала во времени Т f (tJ проележивакэтся два участка: иррегулярный режим - участок кривой АБ; регулярный режим - участок кривой БС. В регуп5фном режиме кривая Т f(t) асимитотически приближается к прямой NH с угловым коэффициентом .. которая пересекает ось координат в точкео ApCitn коэффициент теплопроводности где Л пробью материала; С «А-Теплоемкость пробы материала; С - полная теплоемкость нагревателя . tfВьшолнив условие С«С, можно .П(пу чить вьфажение для отрезка цц решение многоугольника ОА МК. При этом время измерения f.,.. (точка К) выбирают таким образом, обы в регулярном режиме нагрева (точка М) вьтолнялось условие: В этом случае, можно получить вьфажение для отрезка: - ММ -КК, т.е. (-г Хр -(ЧггА Учитьдаая тот факт, что теплоолкоста твердого материала (металлических порршков) значительно меньше теплоемкоети воды, а объемная влажность пробы все вр&ля постоянна, из выражения 2 можно получить вьфажение для коэффици.ента теш1О1фЬводности (вьфажение 1), независимо от теплоемкости контролируёмой среды. Следовательно, Л- есть функция только процентного содержания 46 металлической крмпаненты в пробе. Выражение (1) может быть легко реализовано с помощью известных в счетно-решающей технике элементов. Устройство, реализующее данный способ, состоит из кюветы 1, в которую помещена проба контролируемого материала. На пробу установлен датчик 2, состоящий из Kopiryca 3, плоского нагревателя (зонг да) 4 и термочувствительного элемента 5. Термочувствительный элемент 5 включен на вход блока 6 измерения текущей т&лпературы, а также через, нормально закрытый контак переключающего устройства 7, на вход блока 8 измерения начальной температуры материала. Нагревательный элемент 4 через нормально открытый контакт устройства 7 подсоединен к выходной цепи источника 9 псютояшюй мощности.. Выход блока 8 скоммутирован С первым инвертирукядим входом сумматора 10, неинвёртируюший вход которого связан с выходом блока 6. В тоже время выход блока б заведен на вход дифференцирукяцего блока 11, выход которого скоммутирован с первым входом мноткительного устройства 12. Второй вход устройства 12 задействован на выход бло« 13 текущего вртени, вход которого ерез нормально открытый контакт устройства 7 заведен на пуск, Выход устройства 12 связан со втоР инвертирующим входом о-мматора О. выход которого связан со входом блока 14 деления. Выход блока 14 заведен на вход блока 15 регистрапии, второй вход которого подключен ко второму .выходу блока 13 времени. Устройство работает следующим офазом. в кювету 1 засыпается влажная контролируемая среиа, заг&л сверху устанавливается датчик 2, с помощью которого проба уплотняется спостоянным усилием до момента заполнения всех пор влагой. Излишн51Я влага при этом выдавливается наружу по зазору между стенками кюветы 1 и корпусом 3 датчика 2. После этого с помощью термочувствительного элемента 5 производится измерение начальной температуры материала и запоминание этого значения блоком 8. Кроме того, сигнал о температуре материала . проходит от элемента 5 к блоку 6. Затем переключающее устройство 7 п(3|)оводитг:я в другое состояние, в результате чего команда пуск проходит в блок 13 времоНИ, выдающий сигнал пропорциональный текущему времеци в множительное устр61йЬтво 12. Одновременно с этим с помощью нормально открытого контакта устройства 7 к плоскому нагревателю 4 подается питание от источника 9 постоянной мощности и с помощью нормально закрытого контакта устройства 7 отключается вход блока 8 от элемента 5. Температура нагревательного элемента 4 а, следовательно, и температура граничного с ним слоя материала изменяется во времени. Сигнал, пропорциональный текущей температуре, вырабатывается в блоке 6, одновременно подаваясь на дифференцйрующий блок И и на нейнве тнруйШий вход суммирукяцёго блока 10. С выхода блока 11 снз1мается сигнал, пропорциональный производной от текущей .температуры Т-( , и поступает в множи; гельное ycTpoifcTBO 12, где умножается на сигнал, пропорциональныйтекущему времени. Сигнал с устройства 12 подается на инвертирукяций вход блока 10, на второй инвертирующий вход которого поступает сигнал, пропорциональный запо ненному значению начальной температуры материала с блока 8. В блоке 1О производится вычитание сигнала с устройстба 12 и сигнала с блока 8 из сигнала с блока 6. Выходной сигнал с блока 10 подается на блок 14 деления. В блоке 14 происходит деление постоянной величины, равной проигзйейёшйЬ мощности ис.точника нагрева и толщины слоя материа ла в кювете, деленных на площадь нагревательного элемента, на вьфажение, реализуемое блоком 10. Результирующий сиглал с блока 14 подается на блок 15 регистрации. Однако, регистрация вьпсодной величины в блок 15 осуществляется через строго постоянный отрезок BjieMeни лТ с момента включения нагрева, который задается с помощью реле времени помаценного в блоке 13 времени. Сигнал разрсацающий регистрашпо в блок 15, поступает на его второй вход со второго выхода блока 1. Таким офазом, в блоке 15 череа отрезок времени ЛТ , соответствующий выходу на регулярный режим нагрева (во всём измеряемом диапазоне контролируovioro параметра), происходит фиксация искомого параметра, отофажаемого лево . частью выражения (1). Вьщержка времени конкретно для каждого материала выбирается экспериментально. Использование предлагаемого способа позволит вести технологические процессы на предприятиях по производству метал- . лкческих порошковых материалов в более оптимальных режимах за счет получения экспрессной и более достоверной информации о содержании вьшускаемой продукции. При этом повышается качество продукции. Формула изобретения Способ измерения содержания металлической компоненты во влажных мелкодисперсных материалах, основанный на нестационарном методе определения теплопроводности в регулярном режиме с помоп1ью плоского теплового зонда постоянной мощности, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности и упрощения процесса, пробу влажного матёрй(ала сжимают до постоянной плотности, которую определяют по заполняемости всего объема пор материала, влагой, измеряют его начальную температуру, затем в плоскости сжатия осуществляют нагрев материалая производят измерение его текущей температуры, а затем через фиксированный отрезок времени определяют величину контролируемого параметра по соотношению: текущие температура магде Т, и Т - тернала н время, соответственно;TO - начальная температура . материала; f - мощность плоского нагревателя;р. - толщина слоя материала; S - площадь плоского нагревателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 542945, кл. G О1 N 25/18, 1977. 2. Методы определения тетюопроводности и температуропроводности. Под ред. А. В. Лыкова, М., Энергия, 1973, с. 4-6.

Х-О //////////////////