Способ измерения зольности и влажности угля и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК B03B13/00 G01N27/22 

Изобретение относится к технике измерения параметров качества продуктов углеобогащения и может быть использовано для контроля зольности и влажности, например концентрата отсадочной машины, непосредственно в транспортном потоке. Известен диэлькометрический спос и устройство контроля параметров качества, в частности влажности угля, основанный на использовании резонансных свойств измерительных кон туров, в состав которых входят конденсаторные датчики, заполненные исследуемым материалом. При этом емкость датчиков имеет функциональную связь с контролируемым параметром качества материала рJ. Чувствительность диэлькометрического метода измерения влажности на порядок выше, чем зольности, а реали зация проще. Связано это, с тем, что чувствительность метода определяется величиной диэлектрической проницаемости, которая для воды равна 81 ед., т.е. на порядок больше, чем средняя величина ее (7,5) для эолообразующих элементов угля. Однако известный способ контроля относится к дискретным, не позволяет производить измерение параметров качества непосредственно в транспорт-; ном Потоке. Низкая точность измерений вызвана зависимостью результатов контроля от многих мешающих факторов, влияние которых особенно трудно учесть при осуществлении контроля качества угля в потоке. В первую очередь это такие мешающие факторы, как величина активной проводимости контролируемого материала, его плотность укладки, химсостав и др., например, зольность материала при контроле влажности и, наоборот, .влажность - при контроле зольности. Известен также способ измерения зольности и влажно,сти угля, включающий облучение угля переменным полем 3 высокой частоты, измерение на двух фиксированных частотах емкостей измерительных контуров дифференциального датчика, сравнение измеренных емкостей, а устройство при этом содержит дифференциальный емкостной датчик и два частотных канала измер ния, включающих генератор высокой частоты, измерительный контур, детектор, один масштабный усилитель, схему сравнения и регистрирующий прибор 2. Сущность известного способа заключается в следукяцем. Контролируемый материал - уголь данной марки с заданной для данного технологического потока величиной зольности и произвольной величиной влажности - вводят в датчик. На материал воздействуют переменным поле высокой частоты, производят уравновешивание системы измерительных контуров, первой - на фиксированной частоте f, , второй -на fп , при заполнении дифференциального датчика углем заданной для данного технолог ческого потока зольности. Уравновешивание осуществляется вручную путем изменения величины по строечных реактивньпс элементов изме рительного контура таким образрм, чтобы импеданс Каждого измерительно го контура при подключении модулиру щих элементов и их отключения по мо дулю оставался неизменным, но меняя при этом фазу (знак). При таком уравновешивании контур модуляция напряжения на них отсутст вует, т.е. вьтолняются условия гг3 ;5;м- 4 ,)Л тг Л (;„ч-(; ..(«,)-14 «14й11Cl-C4 C,,j где R1, R2 - активное сопротивлен материала на двух фи сированных частотах-, L1, L2 - опорные индуктивност измерительных контур ио ,(jU(j - фиксированные частот Cl, с2 - подстроечные емкости контуров; сз. с эталонные емкости, См1, См2 модулирующие емкости; емкость датчика, заполненного углем с заданной для данного технологического потока величиной зольности и произвольной величиной влажности на каждой из фиксированных частот. В датчик вводят контролируемый материал с текущими значениями параметров качес} ва (зольности и влажности) и опять воздействуют на него полем высокой частоты. При этом получают текущие значения емкостей дифференциального датчика. При отличии этих параметров качества угля (зольности, влажности или того и другого вместе) по отношению к заданным величинам или их отклонении от заданных в процессе движения угольного потока равенство (l) нарушается и будет иметь место модуляция выходного напряжения измерительных контуров. В дальнейшем измеряют глубину модуляции (разность амптштудных значений напряжения на каждом из измерительных контуров при подключенном и отключенном модулирующем элементе С, или Смп) полученный сигнал по каждому из частотных каналов детектируют, усиливают и сравнивают между собой путем вычитания. По усредненному значению полученного таким образом разностного сигнала судят только о зольности угля. Известный способ контроля зольное ти позволяет- исключить влияние мешающего фактора - влажности, так как долевое влияние этого фактора на глубину модуляции напряжения на контурах на каждой из фиксированных частот одинаково, а следовательно, на величине разностного сигнала влияние этого фактора не скажется. Это вытекает из того, что диэлектрическая проницаемость воды не зависит от частоты вплоть до 10 мГц. Однако известный способ и устройство имеют низкую точность контроля зольности угля и не позволяют одновременно и непрерывно осуществлять наряду с зольностью контроль влажное-, ти одного и того же потока угля. 5 Низкая точность контроля в извес ном устройстве обусловлена влиянием активной проводимости контролируемого материала, которое, как подтве дили экспериментальные исследования не исключается известным методом контроля и влиянием межэлементного эффекта материала, которое в извест ном устройстве также не учитьшается Первое связано с тем, что для по лучения разностного сигнала в известном устройстве используют глубину модуляции напряжения на каждом из измерительных контуров, величина которой зависит не только от величины полезного сигнала (емкостей датчика GX и Cxft), но и от величины активных потерь R1 и R2, которые из;меняются в значительных пределах и нелинейно зависят от влажности материала, частоть питающего напряжения и концентрации химических элементов в анализируемом продукте угле обогащения. Следовательно, сравнение сигналов, характеризующих глубину модуляции по каждому из частотных каналов, всякий раз будет осуществляться на различных уровнях, что свидетельствует о наличии влияния активной проводимости на разностный сигнал. Это же следует из полученног выражения для сигнала, характеризующего глубину модуляции на каждом из измерительных контуров (выражение записано только для первого контура)

ИЗ которого очевидно, что при таком способе отбора полезной информации величина активного сопротивления R1 (потерь) при вычитании не исключается (R - сопротивление, через которое получает питание измерительный контур) .

Кроме того, простое вычитание двух сигналов на выходе измерительных контуров, даже для случая однозначной связи последних с наступившими изменениями диэлектрических свойств контролируемого угля за счет изменения зольности и влажности.

где С,, Сч; , С

а о. датчика

с сухим углем, минимальной зольности и сухим углем максимальной зольности и технологической водой соответственно; текущие значения емкостей датчика, заполненного контролируемьм углем с текущими значениями параметров качества на каждой из двух фиксированных частот. Кроме того, в устройстве каждый из частотных каналов измерения дополнительно снабжен блоком непрерывного уравновешивания, узлом сравнения, четырьмя- масштабными усилителями, логическим блоком, интегрирующим элементом, при зтом в каждом частотном канале выход блока непрерьшного уравновешивания соединен с узлом сравнения, выход которого связан со вторым масштабным усилителем,соединенным с лЬгическим блоком, выход последисключает возможность учета влияния второго мешающего фактора - межэлектроДного эффекта в анализируемом продукте углеобогащения, представляющим собой гетерогенную смесь угля технологической воды, применяемой в данном угольном потоке в качестве оборотной, и породы. Связано это с тем, что упомянутые сигналы до их сравнения не корректируются в соответствии с показателями, характеризующими данный технологический поток угля как гетерогенной смеси. Цель изобретения - повышение точности измерения зольности и влажности угля. Поставленная цель достигается тем, что емкости измерительных контуров дифференциального датчика измеряют с углем максимальной и минимальной зольности и технологической водой и зольность углей определяют по соотношению Су.Си,с е.Хгяр1-еп Cv, Сз Л.. Vx влажность по соотнощению )(. Пл )(f. .Ь;Д-епД.еп е.ЧгпЛ-г;Д.е.: ОП«П

него соединен через третий масштабный усилитель со схемой сравнения второго частотного канала, третий масштабный усилитель второго частотного канала соединен со схемой сравнения первого частотного канала, выход схемы сравнения каждого частотного канала соединен с последовательно подкоточенными интегрирующим элементом, пятым масштабным усилителем и регистрирующим прибором, а вход блока непрерывного уравновешивания с первым масштабньм усилителем.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего способ.

Устройство состоит из питающих высокочастотных генераторов 1 и 2, имеющих фиксированную частоту ии и OUrj, измерительных контуров 3 и 4, которые составлены из индуктивноетей L1 и L2, уравновепшвающих емкостей С1 и С2, измерительных ячеек Сх и Cj(, дифференциального емкостного преобразователя 5 и активных сопротивлений (потерь материала) R1 и R2 соответственно, резисторов R, через которые подается напряжение питания от генераторов 1 и 2 на измерительные контуры 3 и 4, коммутирующих устройств 6 и 7 с модулирующим реактивными элементами С, , детекторов 8 и°9, масштабных усилителей 10-17, блоков непрерывного уравновешивания 18 и 19 с эталонными емкостями СЗ и С4, логарифмирукж;их блоков 20 и 21, схем сравнения 22 и 23, интегрирующих устройств 24 и 25,масштабных усилителей 26 и 27, регистрирующих приборов 28 н 29 и узлов суммирования 30 и 31.

Устройство работает следующим образом.

Перед установкой дифференциального емкостного преобразователя (датчика) в поток контролируемого угля, в датчик поочередно вводят сухой уголь данной марки, минимальной для данного потока зольности, сухой уголь той же марки максимальной зольАности, технологическую воду и, воздействуя на каждую из компонентов полем высокой частоты, производят разовые измерения соответствующих емкостей датчика на фиксированных частотах и о. По полз енным данным, вручную устанавливают соответствующие коэффициенты усиления масщтабных усилителей 12-17. При этом интенсивность усиления усилителей будет различной и определяется из выражений

-К а .

К..«

En

S

,

6

9 t

-п

en

ЬП 7Г-f

ч.

1

Г 1

V 6Ч

в 7 в

де - коэффициенты усиления

соответствующих масштабных усилителей, а

1

Ч

e,.en.enpl..en,,6,

Ч V) 1 Ч

где В - постоянный коэффициент пропорциональности .

Затем в датчик вводят контролируемый материал данной марки с заданной величиной зольности, koтopyю необходимо поддерживать постоянной в-ходе ведения технологического процесса, и произвольной, но известной величиной влажности. Воздействуя на материал полем высокой частоты, производят исходное уравновешивание системы контуров с помощы подстроечных реактивных элементов С1 и С2, так так как это бьшо описано. Фиксируют значения емкости С и Сх. датчика и данные об их величинах вводят в соответствующие узлы 30 и 31 суммирования. Это позволяет получить на выходе узлов суммирования текущие значения емкостей С/ и Схп датчика, входящих в формулы (З) и (А) и не зависящих от величин активных потерь. При этом С ±ДСх и Сх2.

сК- ДСх,

После этого в датчик вводят контролируемый уголь с текущими значениями параметров качества и регистрируют показания приборов 28 и 29.

Использование изобретения позволяет вести одновременно одним и тем же устройством контроль как зольности, так и влажности одного и того же

технологического потока контролируемого угля. При этом точность контроля повыщается не только за счет исключения влияния на результат контроля активньк потерь материала и таких мешающих факторов, как зольность при контроле влажности и наоборот, но также за счет учета влияния межзлементного эффекта контролируемого 9 материала и одновременности контроля влажности и зольности одного и того же потока материала. Последний фактор важен, нa pимep для осуществления коррекции показаний влажности по зольности, так как различие времен контроля каждого из этих параметров, что имеет место в существующих сегодня системах контроля, свидетельствует об анализе различных потоков материала, а это чревато более существенным влиянием температуры окружающей среды, матер ла и других факторов на результат коррекции, а следовательно, и контроля. Формула изобретения I. Способ измерения зольности и влажности угля, включающий облучение угля переменным полем высокой частоты, измерение на двух фиксированных частотах емкостей измеритель ных контуров дифференциального датчика, сравнение измеренных емкостей отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения зольности и влажности угля, емкости измерительных контуров дифференциального датчика измеряют с углем максимальной и минимальной зольнос и технологической водой, и зольност угля определяют по соотношению где А - зольность измеряемого угп W - влажность измеряемого угл Cj , С , С и , Сп5, Ца 10 кости датчика с сухим углем минимальной зольности, сухим углем максимальной зольности и технологической воды соответственно , Х Хо текущие значения емкости датчика, при введении в него контролируемого угля с текущими параметрами качества, на каждой из двух фиксированнь1Х частот. 2. Устройс1зо измерения зольности и влажности угля, содержащее диф-. еренциальный емкостной датчик и два частотных канала измерения , вклюающий генератор высокой частоты, измерительный контур, детектор, один масштабный усилитель, схему сравнения и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что каждый из частотных каналов измерения дополнительно снабжен блоком непрерывного уравновешивания, узлом сравнения, четырьмя масштабными усилителями, логическим блоком, интегрирующим элементом, при этом в каждом частотном канале выход блока непрерывного уравновешивания соединен с узлом сравнения, выход которого связан со вторым масштабным усилителем, соединенным с логическим блоком, выход последнего соединен через третий масштабный усилитель со схемой сравнения второго частотного канала, третий масштабный усилитель второго частотного канала соединен со схемой сравнения первого частотного канала, выход схемы сравнения каждого частотного канала соединен с последовательно подключенными интегрирующим элементом, пятым масштаб ньв4 усилителем и регистрирукядим прибором, а вход блока непрерьюного уравновешивания с первым масштабные усилителем. Источники информации , принятые во внимание при экспертизе 1. Берлинер М.А. Измерение влажности. М., Энергия, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР №436274, кл. В 03 В 13/00, G 01 N 27/22, 1971 (прототип).