Нейтронный влагомер сыпучих материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N23/12 

ния и детекторами посредством ревер сивного двигателя устанавливается на транспортере с измеряемым матери алом. При этом источник излучения размещается над транспортером, а де текторы - под ним. Поток замедленны нейтронов регистрируется двумя груп пами детекторов. Импульсные сигналы пропорциональные объемной влажности и насыпной плотности, с выходов дву детекторов поступают на входы программно-вычислительного устройства, в котором вычисляется по определенному алгоритму значение весовой вла ности.Через определенный период вре .ни по команде спрограммно-вычислите ного устройства влагомер переключается в режим эталонирования. При этом каретка при помощи первого реверсивного двигателя перемещается в положение сравнения с эталонными блоками. По командам с вычислительного устройства второй и третий дви гатели последовательно устанавливаю между источником изотопов и детекто рами излучения пластины, имитирующи различные значения влажности, которые закреплены в эталонных блоках. В эталонные блоки вручную устанавли ваются две пластины из набора в зави симости от диапазона измерения влажности Г2 . Недостатками влагомера являются: а)сложность конструкции механизм эталонирования, связанная с наличием нескольких возвратно-поступатель.ных перемещений в разных направлениях как каретки с источником нейтт ронов, так и эталонных блоков, для. перемещений применяются три двигателя . б)ограничение области применения влагомера измерением влажности материала только транспортируемого конвейером;в)выполнение эталонных блоков в виде набора пластин, имитирующих определенное содержание влаги для опре деленного материала, имеющего определенную на ыпную плотность; при изменении плотности материала необходима смена набора пластин, аттестованных при другой плотности материала, причем с помощью набора пластин можно воспроизводить только дискретные значения влс1жности материала;г)отсутствие общего защитного корпуса, закрывакяцего измерительный преобразователь и эталонные блоки, что ухудшает работу влагомера в особо тяжелых условиях производства черной металлургии (повышенная запыленность, влажность и т.п.). Целью изобретения является упрощение конструкции и расширение облас ти использования влагомера. Поставленная цель достигается тем, что в нейтронный влагомер сыпучих материалов, содержащий корпус, измерительный преобразователь, эталонный блок и программно-вычислительное устройство, причем измерительный преобразователь содержит источник быстрых нейтронов, две группы детекторов, размещенные на каретке, снабженной роликами, связанными с направляющими шинами, и реверсивным двигателем, выходы обеих групп детекторов соединены с входами программно-вычислительного устройства, двигатель каретки связан с первым выходом программно-вычислительного устройства, а эталонный блок содержит замедлитель из водородсодержащего материала с полостью, дополнительно введены электромагнит и концевой выключатель, которые вместе с измерительным преобразователем, . эталонным блоком и двигателем каретки размещены в одном корпусе, при этом эталонный блок имеет форму прймоугольного параллелепипеда, внутри заполняющего его замедлителя выполнены два паза, в каждом из которых размещены кадмиевый и борсодержащий фильтры, в полости замедлителя эталонного блока размещен подвижный шток с программно-задающими упорами, один конец которого связан с концевым выключателем и электромагнитом, управляющая обмотка которого соединена с вторым выходом программно-вычислительйого устройства. На фиг. 1 показана структурная схема влагомера; на фиг. 2 - измерительный преобразователь влагомера, конструктивно совмещенный с эталонным блоком; на фиг. 3 - то же., план; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 5 - зависимость интенсивности выходных сигналов с детекторов подкадмиевых и надкадмиевых нейтронов от влажности и плотности. Влагомер содержит измерительный преобразователь 1, эталонный блок 2 и программно-вычислительное устройство 3. В измерительный преобразователь 1 (фиг. 1 и 2) входит каретка 4 и блок 5 автоматики. В каретке 4 закреплены источник 6 быстрых нейтронов, группа детекторов 8 надкадмиевых нейтронов, усилители-дискриминаторы 9 и 10. Блок 5 автоматики (фиг. 2) содержит реверсивный двигатель 11, электрома.гнит 12, подвижный шток 13 с программно-задающими упорами 14 - 17, концевой выключатель 18. Эталонный блок 2 конструктивно совмещен с измерительным преобразователем 1 (фиг.2) и представляет собой прямоугольный параллелепипед, заполненный водородсодержащим материалом, например капролоном. В эталонном блоке 4 имеются пазы 19 и 20 (фиг. 4J, в которые вводятся кадмиевый 21 и боросодержащий 22 экраны, предназначенные для корректировки поля подкадмиевых и надкадмиевых нейтронов при первичной градуировке. Эталонный блок предназначен для воспроизведения нейтронного поля, со ответствующего нейтронному полю/ обр зуемому в измеряемом материале. Причем распределение нейтронного поля вдоль полости эталонного блока зависит от наличия и расположения кадмиевых и боросодержащих экранов в пазах эта лонного блока и места расположения в эталонном блоке каретки с источником быстрых нейтронов,, На фиг. 5 показана зависимость ин тенсивности сигналов на выходе детек торов 8 надкадмиевых нейтронов (канал плотности) Dp и интенсивности сигналов на.выходе группы детекторов 7 подкадмиевых нейтронов (канал влаж ности) Э) от влажности (W) и плотнос ти ( р) измеряемого материала. 3 --fiC y,p); .w,p)., Кривая 23 показывает зависимость интенсивности сигналов на выходе детекторов 7 подкадмиевых нейтроГнов (Jy) от влажности материала (W) при eFo максимальной плотности ( кривая 24 - зависимость интенсивнос ти сигналов на выходе детекторов 7 подкадмиевых нейтронов (1) от влажности материала (Ч) при его минимал ной плотности (,) , кривая 25 зависимость интенсивности сигналов на выходе детекторов 8 надкадмиевых нейтронов (IP) от влажности материала при его максимальной плотности (ртах кривая 26 - зависимость интенсивности сигналов на выходе детекторов 8 надкадмиевых нейтронов (1«) от влажности, материала при его минимальной плотности ) прич-ем значение интенсивности выходных сигналов на выходе детекторов 7 подкадмиевых нейтронов при максималь ной влажности и минимальной плотности материала; 1 - значение интенсивности выходных сигналов на выходе детекторов 7 подкадмиевых нейтронов при минимальной влажности материала и минимальной его плотности; Pwax интенсивность сигналов на выходе детекторов 8 надкадмиевых нейтронов при максимальной влажности и минимальной плотности материа ла; 1рр - интенсивность сигналов на выходе детекторов 8 надкадмиевых нейтронов при минимальных значениях влажности и плотности материала. Зависимость, показанную на фиг.5 определяют при первичной аттестации эталонного.блока, когда находят место расположения кадмиевых 21 и боросодержащих 22 экранов, при котором в эталонном блоке воспроизводится нейтронное поле, соответствующее нейтронному полю, образующемуся в измеряемом материале,-при определенном значении насыпноП плотности {например минимальной, материала (фиг.5, кривые 24 и 26). Затем, перемещая каретку в эталонном блоке, находят четыре точки (на кривых 24 и 26 точки а,Ь,с, d) фиксируемые с помощью упоров, в которых нейтронное поле соответствует следующим значениям: 1.В точке а выходной сигнал (скорость счета) детекторов 7 подкадмиевых нейтронов в эталонном блоке соответствует выходному сигналу этих детекторов в режиме Измерение при максимальном значении влажности и минимальной плотности материала, т.е. когда поле подкадмиевых нейтронов в области детекторов 7, находящихся ., в эталонном блоке, соответствует полю подкадмиевых нейтронов, образовавшемуся в области детекторов, находящихся в материале, имекяцем максимальную и минимальную плотность измеряемого диапазона. Найденная точка С) , соответствующаязначению f фиксируется с помощью упора 14. 2.В точке Ь выходной сигнал .детекторов 7 подкадмиевых нейтронов в эталонном блоке соответствует выходному сигналу этих детекторов в режиме Измерение при минимальном значении влажности и минимальной плотности материала. Точка Ь, соответствующая значени1о t)«,o , фиксируется с,помощью упора 15. 3.В точке С выходной сигнал детекторов 8 надкадмиевых нейтронов в эталонном блоке соответствует выходному сигналу этих детекторов в режиме Измерение при минимальной плотности материала и максимальной его влажности. Точка С, соответствующая значению Фиксируется с помощью упора IG. 4.В точке d выходной сигнал детекторов 8 надкадмиевых нейтронов в эталонном блоке соответствует выходному сигналу этих детекторов в режиме Измерение при минимальной плотности материала и при минимашьной его влажности. Точка d, соответствующая значению Зр , фиксируется с помощью упора 17. Таким образом, в эталонном блоке возможно воспроизведение и регулирование нейтронного поля (потока нейтронов) , соответствующего нейтронно му полю, образующемуся в измеряемом материале-с определенными параметрами (во всем диапазоне изменения влажности и плотности). Причем воспроизведение потоков надкадмиевых

и подкадмиевых нейтронов для канала влажности и канала плотности осуществляется плавно (не дискретно), неодновременно, и независимо друг от друга в различных точках эталонного блока.

При изменении вида измеряемого материала (т.е. изменении диапазона колебаний пйотности и влажности материала) производится переаттестация эталонного блока путем перемещения кадмиевых 21 и боросодержащих .22 экранов и новой.установкой программно-задающих упоров 14 - 17 на подвижном штоке 13.

В режиме Эталонирование команда с программно-вычислительного устройства 3 поступает в блок 5 автоматики на реверсивный двигатель 11, который перемещает каретку 4 с установленными в неП детекторами 7 и 8 и источником б нейтронов из рабочего положения (например, из бункера с материалом или с конвейера в эталонный блок. Саретка 4 устанавливается в точку а эталонного блока, при этом каретка фиксируется в данном положении упором 14, а подвижный шток включает концевой выключатель 18, которы подает сигнал в программно-вычислительное устройство 3. Импульсные сигналы (х с выхода группы подкадмиевых детекторов 7 череэ усилитель-дискриктнатор 9 поступают на вход программно-вычислительного устройства 3, в котором осуществляется набор, усреднение и запоминание в цифровом коде сигнс па3«/п1ох г По окончании запоминания управляющий сигнал с выхода программно-вычислительного устройства 3 поступает на вход управляющей обмотки электромагнита 12, который поворачивает подвижный шток 13 с программно-задающими упорами 14 - 17 относительно своей оси. При этом двигатель 11 переносит ка ретку 4 в точку Ъ эталонного блока в которой каретка фиксируется с помощью упора 15. Подвижный шток включает концевой выключатель 18, которы подает сигнал в программно-вычислительное устройство 3. Импульсные сигналь: ) с выхода группы подкадмиевых детекторов 7 через усилительдискриминатор 9 поступают на вход программно-вычислительного устройства 3, в котором осуществляется набор, усреднение и запоминание в цифровом коде сигнала Dwo. Далее аналогичным образом каретка 4 последовательно устанавливается в точйи с и с1 эталонного блока, в которых интенсивности сигналов с группы детекторов 8 надкадмиевых нейтронов соответствуют значенип р при максимальной влажности материала (точка С) и значению Эр, при минимальной влажности ( точка соответственно. При этом сигналы с выхода второй группы детекторов надкадмиевых нейтронов 8 через усилитель 10 поступают во второй вход прогр ммновычислительного устройства 3, где информация J{iyr,ay и Эр последовательно набирается, усредняется и запоминается в цифровом коде. На этом режим Эталонирование заканчивается. Таким образом в программно-вычислительном устройстве 3 запоминаются коэффициенты p-f-j. команде с npOTpaNSiHO-вычислительного устройства 3 влагомер переключается и режим Измерение, двигатель 11 устанавливает каретку 4 с детекторами 7 и 8 и источником б быстрых нейтронов в рабочее положение (например, в бункер или над конвейером с измеряемым материалом). При этом материал облучается быстрыми нейтронами, которые замедляются на ядрах атомов водорода, входящего в состав влаги. Поток замедленных, нейтронов регистрируются двумя группами детекторов подкадмиевых и надкадмиевых нейтронов.

Сигналы Dyjc viUf с выходов первой .7 и второй 8 групп детекторов через усилители 9 и 10 Поступают на вход программно-вычислительного устройства, где происходит обработка-полученной информации и определяется значение весовой влажности в соответствии с формулой

. (:зроУЗр()

-vvVYXJoT o (3 уъюх РО)

fтекущие значения сиггде

Vf налов с выхода измери - тельного преобразователя .в режиме Измерение :

5 «о. Зр 1, -значения сигналов, «Vnro; fmcftHfo,-Vo запомненные в программно-вычислительномустройствев режиме Эталонирование. Дгшее по командшл с программновычислительного устройства 3 или по внешним командам происходит периодическое автоматическое эталонирование влагомера, которое позволяет уменьшить погрешность измерения влагомера, вызванную изменением чувствительности и стабильности детекторов замедленных нейтронов, изменением интенсивности источника быстрых нейтронов и прочим.

При применении влагомера для измерения влажности сыпучих материалов, например в аглодоменном производстве, ожидаеьий экономический эффект возникает вследствие непрерывности контроля влажности, исклют чения ручной градуировки, изменения условий г{)адуировки приборов и снижения трудовых и сырьевых затрат на эти процессы, а также за счет унификации, что в конечном счете, при использовании данного влагомера в автоматизированных системах управления технологическими процессами аглодоменного процесса приводит к экономии сырья (шихтовых материалов) и повышению качества выпускаемой продукции.

Формула изобретения

Нейтронный влагомер сыпучих материалов, содержащий корпус, измерительный преобразователь, эталонный блок и программно-вычислительное устройство причем измерительный преобразователь содержит источник быстрых нейтронов, две группы детекторов, размещенные на каретке, снабженной роликами, связанными с направлякядими шинами, и реверсивным двигателем, выходы обеих групп детекторов соединены с вводами программновычислительного устройства, двигатель каретки связан с первым выходом

программно-вычислительного устройства, а эталонный блок содержит замедлитель из водородсодержащего маг териала с полостью, о т л и .ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения области использования.в него Дополнительно введены электромагнит и концевой выключатель, которые вместе с измерительным преобразователем,

0 эталонным блоком и двигателем каретки размещены в одном корпусе, при этом эталонный блок имеет форму прямоугольного параллелепипеда, внутри заполняющего его замедлителя выпол5нены два паза, в каждом из которых размещены кадмиевый и боросодеряащ й фильтры, в полости за1 длителя эталонного блока размещен подвижной шток с программно-задающими упорами, один конец которого связан с концевым выключателем и электромагнитом, управляющая обмотка крторрго соединена с вторым выходом программновычислительнбго устройства.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 165927, кл. G 01 N 23/12, 1964;

2.Патент ФРГ 1598950,

0 кл. G 01 N 23/12, 1974 (прототип).

Фин