Седиментометр для анализа гра-НулиРОВАННыХ МАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01N15/04 

Изобретение относится к седимент метрическому анализу гранулированных материалов, предназначено для и мерения скоростей ламинарного гравитационного осаждения каждой грану лы последовательно в двух жидкостях различающихся по плотности и помещенных без взаимного перемешивания в один измерительный сосуд, и может быть использовано в отраслях промыш ленности, производящих, перерабатывающих или применяющих гранулированные материалы, преимущественнов порошковой металлургии, горнообогатительной и химической промышленности. Известно устройство для измерени гранулометрического состава сыпучих тел, основанное на непрерывном изме рении изменения веса частиц при их седиментации в жидкой фазе, содержащее сосуд с жидкой фазой, в которой осуществляют процесс седиментации частиц, и весоизмерительное уст ройствоС. Известен седиментометр, основанный на изменении гидростатического давления определенного столба суспензии при выводе частиц твердой фазы из этого столба путем отстаивания 2 . Однако известные устройства не обеспечивают достаточной точности измерения. . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотометрический седиментометр, содержащий измерительный сосуд, фотоэлектрические датчики параметров процесса осаждения частиц дисперсной фазы в измерительно-регистрирующее устройство. Измерительный сосуд выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда, хотя бы две противоположные стенки которого прозрачны для светового излучения. Датчик представляет собой фотоканалы, состоящие из расположенных на горизонтальной оси .источников светового излучения формирователей луча и фотоэлектрических приемников излучения, В рабочем положении измерительный сосуд размещен на оптической оси фотоканалов межд5 источниками и приемниками излучения. Измерительное устройство представляет собой аналоговый электроизмерительный при- бор, например гальванометр или самопишущий потенциометр, подключенный

к фотоприемнику. Измеряемой величиной является интенсивность светового луча, прошедшего через сосуд с суспензией. Изменение этой интенсивности обусловлено изменением концентрации дисперсной фазы суспензии на пути луча. Дисперсный состав суспендированной фазы определяют по зависимости интенсивности прошедшего светового луча от времени отстаивания суспензии з .

Недостатком известного седиментометра применительно к анализу гранулированных материалов является недостоверность определения их дисперсного состава.

Известно, что ламинарное гравитационное осаждение сферической частицы диаметро й{см), изготовленной из материала с плотностью р (г «см )., в смачивающей ее жидкости с вязкостью f (г. см-сек-) и плотностью рд (г-см),, описывается уравнением

,2 СР-ро) - а

где V - скорость осаждения частицы,

см-сёк } д - гравитационное ускорение,

см- сек .

Из этого сравнения ясно, что для определения диаметра частицы по скорости ее осаждения необходимо заранее знать плотность материала, из которого она изготовлена, и наоборот Это приводит к необходимости предварительного измерения одной из этих .причин, как правило, плотности каким-либо независимым методом. Так в практике седиментсинетрического ансшиза порошков предварительно измеряют плотность пикнометрическюл методом. Установлено, что использование этого методического приема при медиментометрическом ангшизе гранулированных материалов приводит к большим погрешностям их дисперсного состава, поскольку плотности отдельных гранул существенно различны, а однозначная взаимосвязь между диаметром гранул и ее плотностью отсутствует. Эти погрешности настолько велики, что .ол&ют результат анализа достоверности.

Известно, что во многих отраслях современной технологии, использукицих процессы взаимодействия гранулированных материалов с потоками жидкостей или газоч, актус1льной является задача обеспечения достоверности седимемтометрического анализа гранулированных материалов и определения, наряду с их дисперсньли составом, функций распределения гранул по поляркости. Это необходимо, например, в горнообогатительной промьлиленности для повьвиения степени извлече|Ник требуе «лх компонентов из минеральных смесей флотационным, гравитацйонным или промывочным способами, а химической промышленности для повышений эффективности технологических npt iteccoB в аппаратах псевдоожиженного слоя с использованием гранулированных материалов в качестве реагентов или катализаторов, и снижения их выноса или выпадения из зоны реакции в порошковой металлургии, при разработке и осуществлении процессов изготовления гранулированных материалов с заданной высокой степенью пористости и так далее.

Из изложенного ясно, что решение этих задач традиционными сЕ)едствами седиментсжетрического анализа, основанными на осаждении гранул в одной жидкости, невозможно.

Цель изобретения - создание конструкции седиментометра для анализа гранулированных материалов, обеспечивакяцего при его использовании дос товарное определение их дисперсного состава и функций распределения гранул по плотности.

Указанная цель достигается тем, что в состав известного седиментометра, содержавшего измерительньй сосуд, фотоэлектрический датчик параметров процесса осаждения частиц дисперсной фазы и измерительно-регистрирукяцее устройство, дополнительно введены электронный блок формирования и распределения сигналов датчика по выполняемой ими функции включения и выключения измерительного устройства, электроуправляемое загрузочно-дозирующее устройство дискретного действия, электронный . блок управления загрузочным устройствоы к электронный блок синхронизации работы загрузочного и измерительного устройств, при этом блок фор мирогания включен между датчиком и И314ерительньм устройством, блок синхронизации - между блоком формирования, измерительнььм устройством и блоком управления, который в свою очередь, соединен с загрузочным устройством, измерительный сосуд снабжен двумя впускными патрубками, отверстия которых расположенные в рабочем объеме сосуда, разнесены по его высоте так, чтобы верхний край одного из них был не выше уровня нижнего края другого, датчик выполнен в виде функционирующих совместно четырех идентичных фотоэлектрических каналов каждый из которых содержит источник светового излучения, формирователь луча и фотоэлектрический приемник излучения,, разнесенных вдоль направления оседания гранул в сосуде и расположенных попарно на равных расстояниях один от другого в пределах участков сосуда, занимаемых каждой из двух помещаемых в него жидкостей и образующих-.две равных измерительных базы, измерительно-регистрирую щее устройство выполнено, в виде циф рового электронного прибора с внешним управлением и регистрацией результатов измерений и представляют собой, например, электронно-счетный частотомер, измерительный вход которого соединен с генератором электрических импульсов регулир емой частоты следования, выход - с оконечным цифровым регистрнрукзщим устройством, входы внешнего уиравлег ия включением и выключением- с блоком формирования, а вход управ .ления возвратомв исходное состояние - с блоком синхронизации. Кроме того, хотя бы верхнее.извыходных отверстий впускных патрубков измерительного сосуда размещено между упомянутыми парами фотокана лов,. образующими измерительные бзэы На чертеже представлена блоксхема предлагаемого , седш1ентометра Седиментометр состоит из измерит льного сосуда 1, датчика 2 параметров процесса осаждения гранул 2, ., электронного блока 3 формирования и распределения сигналов датчика 2, измерительно-регистрирующего устрой ства 4, электронного блока 5 синхро низации, электронного блока 6 управления загрузочно-дозируюдим устройством и собственно загрузочнодозирующего устройства 7 дискретного действия. Блок 3 формирования включен между датчиком 2 и входами внешнего управления включением ) и выключением (стоп) измерительно-рюристри ругащего устройства 4. Блок 5 синхронизации включен между блоком 3 форми рования, входом внешнего управления возвратом в исходное состояние сброс измерительного устройства 4 и блоком б управления. Блок б упра вления вклк)чен между блоком 5- сии-, хронизации и загрузочно-дозирующим устройством 7. Измерительный сосуд 1, две противоположные боковые ставки которой прозрачны для светового излучения, выполнен с возможностью помещения Б него двух различных по плотности жидкостей без их взаимного перемешивания, для чего, например, он снаб жен двумя впускными патрубками 8 и 9, выходные отверстия которых разнесены по высоте сосуда так, чтобы верхний край одного из них (8) находился не выше уровня нижнего края другого (9). Датчик 2 состоит из четырех идентичных фотоэлектрических каналов 10 - 13, каждый из которых содержит идентично Источник 14 светового излу чения, формирователь- 15 светового луча и фотоэлектрической приемник 16 излучения. Оптические оси всех фотоканалов горизонтальны, фотоканалы разнесены вдоль направления йседа ния гранул в сосуде 1, расположены попарно на равных расстояниях один от другого в пределах участков сосуда, занимаемых каждой жидкостью, и образуют две измерительных базы равной протяженности. Лучи фотоканалов 10 и 12 фиксируют верхние уровни а лучи фотоканалов 11 и 13 - нижние уровни обеих измерительных баз. Фотоэлектригеские при.емники всех фотоканалов под1ОШ)чены к входным цепям блока- 3 фoIИvIиpoвaния. Блок 3 формирования и распределения сигналов датчика 2 выполнен так, что сигналы, генерируемые верхними фотоканалами 10 и 12 обеих измерительных баз, подаются им на вход управления пуск измерительно-регистрирующего устройства 4, а сигналы, генерируемые нижними фотоканалами 11 и 13 - на вход управления стоп всего этого устройства. Измерительно-регистрирующее устройство 4 выполнено в виде цифрового электроизмерительного прибора и с внешней регистрацией результатов представляет собой, например, электронно-счетный частотомер 17, к измерительному входу которого подключен генератор 18 электрических импульсов регулируемой чистоты следования, к выходным цепям оконечное цифровое регистрируннцее устройство 19, а к входам внешнего управления пуск, стоп и сброс блок 3 формирования и блок 5 синхронизации 5. Блок 5 синхронизации представляет собой электронное логическое устройство, выполняющее функции контроля прохождения гранулой уровней всех фотоканалов, измерения и регистрации обоих промежутков времени и поступления следующей гранулы в рабочий объем измерительного сосуда 1. Блок б управления представляет собой электронное устройство, генерирующее и-подающее управляющий электрический импульс на исполнительный механизм 7 загрузочного устройства в зависимости от электрического состояния блока 5 синхронизации. Загрузочно-дозирующее устройство 7 представляет собой электромеханическое приспособление, предназначенное для поштучного ввода гранул в сосуд 1 по команде блока 6 управлеия. Седиментометр работает следующим бразом. В начальный момент времени в изерительном сосуде 1 оседающих граул нет, блоки 3, 5, 17 и 19 нахоятся в исходном состоянии, счетная инейка частотомера 17, на вход коорой поступают импульсы постоянной астоты с генератора 18, заблокироана. Цикл работы начинается с посупления управляющего импульса с блока б на исполнительный механизм загрузочного устройства 7, которое вводит одну гранулу в рабочий объем измерительного сосуда 1. Оседая в верхней жидкости, эта гранула, пересекает уровень, зафиксированный световым лучом фотокангша 10, частично затеняя его. Степень затенения луча преобразуется фотоэлектрическим приемником 16 в электрический импульс, поступающий на вход блока 3. Блок 3 формирует этот импульс и подает его на вход управления запуском (пуск) частотомера 17 , при этом счетная линейка последнего разблокируется и начинает набор количества импульсов, поступгиощих с генератора 18. Продолжая оседание в верхней жидкости, гранулы пересекают луч фотоканала 11, что вызывает появление на его фотоэлектрическом приемнике импульса, поступающе1о на вход блока 3. Блок 3 формирует этот импульс аналогично предыдущему, но подает его на вход управления стоп часто томера 17, прекращая набор импульсов на счетной линейке. При этом автоматически срабатывает оконечный регистратор 19, фиксирующий в цифро вой форме показание счетной линейки частотомера. По завершении регистрации устройство 19 генерирует импульс, подаваелйлй на вход управле ния сброс частотомера 17, при этом показание счетной линейки стирается, и она готова к следуннцему измерению. Тем временем гранула, np должая оседание, пересекает границу раздела верхней .и нижней жидкостей и поступает на вторую измерительную базу, образованную фотоканалами 12 и 13. Процесс измерения и регистрации времени оседания гранулы между уровнями фотоканалов 12 и 13 происходит аналогично описанному. В течение всего цикла, состоящего из двух последовательных измереНИИ промежутков времени, на блок 5 синхронизации поступгиот импульсы с блока 3 и регистратора 19 в строго определенной последовательности, л именно: дважды по два импульса от блока 3, сопровождаемое единичными импульсаи и от регистратора 19 Поступление на блок 5 всех шести импульсов Б указанной последовател ности характеризует нормальную рабо ту датчика 2, блока 3 формирования и измерительного устройства 4, означает, что обмеряемая гранула пересекла лучи всех фотокангшов, зарегистрирована ими и покинула зо измерений сосуда 1-, результаты изме рений зафиксированы регистратором 19 и прибор готов к следующему цик работы. Только D этом с;лучае блок синхронизации генерирует и подает импульс на блок 6 управления, кото рый, в свою очередь, обеспечивает срабатывание загрузочного устройства 7 и послупление в сосуд 1 следующей гранулы. Описанный цикл работы седиментометра будет продолжаться до тех пор, пока в бункере загрузочного устройства 7 не останется ни одной грану- лы. В известном седиментометре степень затенения светового луча суспендированными частицами используется для определения их концентрации на пути луча, и является измеряемой величиной при выполнении анализа. В предлагаемом седиментометре степень затенения светового луча обмеряемой гранулой сама по себе несущественна, и является отражением факта прохождения гранулой уровня жидкости, зафиксированного этим лучем. Измеряемой величиной является промежуток времени, за который гранула проходит расстояние между двумя лучами, фиксирующими верхний и нижний уровни измерительной базы. Измерительный сосуд изготовлен в виде прямоугольной толстостенной металлической рамы, сквозной проем которой герметизирован с обеих сторон прикрепленными к ней пластинами из оптического стекла. Сечение прямоугольного измерительного канала 12X12 мм, при высоте 160 мм. В боковых стенах рамы предусмотрены вертикальиые каналы 4 мм,открывающиеся S рабочий объем сосуда и служащие для помещения в него двух различных о плотности дисперсионных жидкостей без их«взаимного перемешивания, Вьаходные отверстия этих каналов разнесены по высоте сосуда так, что верхний край одного из них находится на уровне нижнего края другого. Источниками света фотоканалов служат лампочки накаливания, электропитание которых осуществляется от отдельного высокостабильного источника напряжения, допускающего независимую регулировку яркости свечения каждой лампы. Формирователями световых лучей являются безлинзовые щелевые коллиматоры, обеспечивающие их сечение на оси измерительного сосуда 0,12 X 3 NM. В качестве фотоприемников использованы фотоэлектрические умножители ФЭУ-13. Протяженности обеих измерительных баз равны 30 мм. Измерительно-регистрирующее устройство состоит из декадного пересчетного прибора ПП9-2 м, генератора низкочастотных колебаний. ГЗ-33 и цифропечатающей машины Б3-15м. Загрзочно-дозирующее устройство выполнено в виде двух плотно прилегающих концентрических дисков , один из которых - селектор закреплен неподвижно, а второй транспортер - производится в Шаговое

перемещение электромагнитным Толкателем, По окружности транспортера высверлены сквозные отверстия-гнезда для гранул с шагом, равным его единичному перемещению. В.селекторе расположенном под транспортером, предусмотрено сквозное отверстие , размещенное так, что при каждом шаговом перемещении транспортера, о ним совмещается по вертикгшй очередное гнездо. В гнезде транспортера поштучно укладываются гранулы, подлежащие обмеру. При работе седиментометра отверстие селектора располагается на вертикальной оси измерительного сосуда, и при каикдом очереднсш совмещении с ним гнезда транспортера в сосуд поступает очередная гранула.

Формула изобретения

1. Седиментометр ддя ангшиза гранулированных материалов, содержащий измерительный сосуд, фотоэлектрические датчики, включакицие источники светового излучения, формирователи лучей, фотоэлектрические приемники излучения, и измерительно-регистрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью повьшюния точности анализа путем измерения плотности гранул, в него ; введены электронный блок формирования и распределения сигналов фотоэлектрических датчиков, подключенный к измерительно-регистрирукидему устройству, загрузочно-дозируквдее уатройство дискретного действия, блок управления загрузочно-дозирующего устройства и блок синхронизации измерительно-регистрирующего и загру3очно-дозирующего устройств, при зтсм вход блока формирования подключен к выходам фотоэлектрических датчиков, а третий его выход через блок синхронизации, блок управления подкдючен к загрузочнс у устройству, второй выход блока синхронизации соединен с измерительно-регистрирующим устройством, измерительный вход которого соединен с генератором электрических импульсов постоянной частоты следования, а выход - с оконечиьм цифровьм регистрирукнцим устройCTBCW.

2. Седиментометр по п. 1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что измерительный сосуд снабжек двумя впускньвхи патрубками, выходные отверстия KOTOfftK разнесены по высоте сосуда так, что верхний край одного из них был не вьвие уровня нижнего края другого, а фотоэлектрические датчики установлены попарно на равном расстоянии между собой по высоте сосуда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент ФРГ 1169164, кл. 42 1 13/04, 1964.

2.Коновалов В.Д., Вобриков В.М. Цветные металлы, 1965, 3, с. 22-24.

3.Патент Японии 8595, кл. 108 СО, 1967, (прототип).