Анализатор гранулометрического состава

СОЮЗ СОВЕТСКИХСР,НМЮЮесиижРЕСПУБЛИК 3(Я) С 01 Б 15 02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Уральский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструк торского института "Цветметавтоматика"(56) 1. Авторское свидетельство СССР741108, кл. С 01 И 15/04, 1978.2. Авторское свидетельство СССР928200, кл. С 01 И 15/02, 1980.3. Авторское свидетельство СССР по заявке3419791, кл. С 01 И 15/04, 1982 (прототип).(54) (57) АНАЛИЗАТОР ГРАНУЛОИЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА, содержащий седиментаци. онный цилиндр с воронкой для ввода пробы, измерительную трубку с преобразователем уровня, сообщающуюся с седиментационным цилиндром, корректи. рующую трубку с преобразователем уровня, сообщающуюся с седиментационным цилиндром в части, расположенной вьппе торца носика воронки, и автогенераторный измеритель уровня с частотным выходом, два входа которого соединены с выходами двух основных ключей, входы которых соединены с преобразователями уровня .измерительной и корректирующей трубок, при этом выход автогенераторного измерителя уровня с частотным выходом соеюдинен с входом счетчика, а корректирующий вхОд - с первым выходом схемы автоматической коррекции измерительного тракта, о т л и ч а ю щ и й с я 801120218 А тем, что, с целью повьппеция точностиизмерения, оц дополнительно снабжендвумя отсчетцыми трубками с преобразователями уровня, сообщенными с седиментационным цилиндром в части,расположенной выше уровня ввода изме.рительной и ниже уровня ввода корректирующей трубок, ц первым и вторымкоммутаторами, причем выходы преобразователей уровня отсчетцых трубоксоединены с входами двух дополнительных ключей, автогецераторный измеритель уровня с частотным входом выпол. нен с двумя дополнительными входами,соединенными с выходами двух дополни.тельных ключей, первый выход счетчика подключен к входу первого коммутатора, выход которого соединен свходом схемы автоматической коррекцииизмерительного тракта, второй .выходсчетчика подключен к входу второгокоммутатора, выход которого соединенс входом дополнительно введенной схемы разделения информации, выход схемы разделения информации соединен свходом дополнительно введенного ариф.метико-логического устройства, выходсоторого соединен с входом дополнительно введенного таймера, выход которого соединен с первым управляющимвходом схемы разделения информации,а выходы дополнительно введенцогосинхронизатора соединены с управляющими входами коммутаторов и основных.и дополнительных ключей, а также свторым управляющим входом схемы разделения информации, при этом входсинхронизатора подключен к второмувыходу схемы автоматической коррекцииизмерительного тракта.20218 2 51 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1 11Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для определения гранулометрического состава материалов и может быть использовано в металлургической, горной и других отраслях промышленности.Известно устройство для гранулометрического анализа дисперсных продуктов, содержащее седиментационный цилиндр и сообщающуюся с ним измерительную трубку, электронный уровнемер и схему обработки сигналов 1,Недостатком устройства является невысокая точность измерения из-за отсутствия в нем средств для уменьшения влияния дестабилизирующих факторов.Известно устройство для контроля фракционных составов и удельной поверхности сыпучих строительных материалов, содержащее седиментационный цилиндр с источником света и фотопри емником,затвор для удаления отработанной пробы и жидкости, блок регистрации, блок управления, блок водоснабжения и пробоотборник.Принцип действия указанного устройства основан на определении ослаб ления светового потока, вызванного седиментирующими частицами в цилиндре 2 .К недостаткам данного устройства следует отнести погрешность измерения, связанную с неравновесными процессами в начальной стадии седимента ции. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является анализатор для анализа гранулометрического состава, содержащий седиментационный цилиндр с воронкой для ввода пробы, измерительную трубку с преобразователем уровня, сообщающуюся с седиментационным цилиндром, корректи рующую трубку с преобразователем уровня, сообщающуюся с седиментационным цилиндром в части, расположенной выше торца носика воронки, и ав" тогенераторный измеритель уровня с частотным выходом, два входа которого соединены с выходами двух основных ключей, входы которых соединеныс преобразователями уровня измерительной и корректирующей трубок, при этом выход автогенераторного измерителя уровня с частотным выходом соединен с входом счетчика, а корректирующий вход - с первым выходом схемы автоматической коррекции измерительного тракта.Принцип действия известного устройства основан на регистрации уровня в измерительной трубке, определяемого воздействием на жидкость седиментирующих частиц, и преобразовании данных, поступающих с преобразователей уровня с помощью автогенераторного измерителя уровня с частотным выходом и счетчика в сигнал в двоич" .ном коде с дальнейшей его индикацией. Коррекция работы устройства осуществляется с помощью корректирующей трубки, сообщающейся с седиментационным цилиндром выше выходного отверстия воронки для ввода пробы, т.е в области с чистой дисперснойсредой 3 .Известное устройствохарактеризуется недостаточно высокой точностью измерения, обусловленной следующими процессами.При введении пробы в осадительный цилиндр происходит вытеснение жидкос ти пробой. Движение увлекаемых жидкостью твердых частиц первоначально носит турбулентный характер. Кроме того, введение пробы выводит жидкость в осадительном цилиндре из состоянияпокоя, вызывая ее колебания. Времяпереходного процесса от момента ввода пробы до момента, когда под действием сил тяжести и сопротивленияжидкости, компенсирующих друг друга,начнется движение твердых частиц установившейся (стоксовской) скоростью,определяемой только размером частиц,является переменным и зависит от многих факторов, что приводит к неоднозначности расчета моментов временисъема информации об уровне жидкости.Цель изобретения - повышение точности измерения гранулометрическогосостава,Поставленная цель достигаетсятем, что в анализатор гранулометрического состава, содержащий седиментационный цилиндр с воронкой для вво.да пробы, измерительную трубку с преобразователем уровня, сообщающуюся сседиментационным цилиндром, корректирующую трубку с преобразователемуровня, сообщающуюся с седиментацион.ным цилиндром в части, расположеннойвыше торца. носика воронки, и автогенераторный измерительный уровень счастотным выходом, два входа которога соединены с выходами двух основных3 11ключей, входы которых соединены спреобразователями уровня измеритель-ной и корректирующей трубок, приэтом выход автогенераторного измерителя уровня с частотным выходомсоединен с входом счетчика, а коррек.тирующий вход - с первым выходомсхемы автоматической коррекции измерительного тракта, дополнительно введены две отсчетные трубки с преобразователями уровня, сообщенные с седиментационным цилиндром в части,расположенной выше уровня ввода изме.рительной и ниже уровня ввода коррек.тирующей трубок, и первый и вторымкоммутаторами, причем выходы преобразователей уровня отсчетных трубоксоединены с входами двух дополнительных ключей, автогенераторный измеритель уровня с частотным входом выполнен с двумя дополнительными входами, соединенными с выходами двухдополнительных ключей, первый выходсчетчика подключен к входу первогокоммутатора, выход которого соединенс входом схемы автоматической коррекции измерительного тракта, второйвыход счетчика подключен к входу второго коммутатора, выход которого сое.динен с входом дополнительно введенной схемы разделения информации,выход схемы разделения информациисоединен с входом дополнительно введенного арифметико-логического устройства, выход которого соединен свходом дополнительно введенного таймера, выход которого соединен с первым управляющим входом схемы разделения информации, и выходы дополнительно введенного синхронизатора соединены с управляющими входами коммутаторов и основных и дополнительныхключей, а также с вторым управляющимвходом схемы разделения информации,при этом вход синхронизатора подключен к второмувыходу схемы автоматической коррекции измерительного тракта,На чертеже показан анализаторгранулометрического состава.Анализатор содержит седиментацион.ный цилиндр 1 с воронкой 2 для введе.ния пробы. С осадительным цилиндром1 сообщаются измерительная 3, кор ректирующая 4 и отсчетные 5 трубки,которые расположены ниже уровня корректирующей трубки 4 и выше измерительной трубки 3. Измерительная труб 1ка 3 соединена с измерительным пре 20218 4 5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 обраэователем 6 уровня, корректирующая трубка 4 - с корректирующим преобразователем 7 уровня, а отсчетные трубки 5 - с отсчетными преобразователями 8 уровня. Каждый преобразователь уровня через соответствующий хлюч 9 соединен с автогенераторным измерителем 10 уровня с частотным выходом, который подключен к входу счетчика 11. Выходы счетчика 11 под. ключены через коммутаторы 12 и 13 соответственно к схеме 14 автоматической коррекции измерительного тракта и к входу схемы 15 разделения информации, Выход схемы 15 разделения информации соединен с входом арифметико-логического устройства 16, подключенного выходом к входу таймера 17, Синхронизатор 18 по входу связан со схемой 14 коррекции измерительного тракта, а выходы синхронизатора 18 соединены с управляющими входами клю. чей 9, коммутаторов 2 и 13 и схемы 15 разделения информации. Таймер 17 соединен о выходу с управляющим входом схемы 15 разделения информации.Устройство работает следующим образом.После введения пробы в седиментационный цилиндр 1 через воронку 2 движение твердых частиц носит нестационарный характер, частицы увлекаются на некоторую высоту вверх током вытесняемой пробой жидкости и участвуют в колебательном движении, вызванном импульсным воздействием пробы на жидкость как систему с распределенными параметрами. Под действием давления, оказываемого твердыми частицами на жидкость в седиментационном цилиндре, уровень жидкости в сообщающихся с ним измерительной 3 и отсчетных 5 трубках повышается, Одновременно в этих трубках происходит затухающее колебательное движение, вызванное колебательным процессом в седиментационном цилиндре.Постоянная составляющая уровня жидкостив корректирующей трубке 4 остается неизменной, поскольку эта трубка сообщается с седиментационным цилинд ром выше уровня выходного отверстия воронки 2 и твердых частиц в столбе жидкости в области корректирующей трубки 4 нет.По мере оседания наиболее мелких 3частиц происходит осветление суспенэии над отсчетными трубками 5. После, 1120218 бтого как полностью исчезнут твердые частицы над некоторой отсчетной трубкой 5, уровень жидкости. в ней сравняется с уровнем жидкости в корректирующей трубке 4. Скорость выравнивания уровней жидкости в отсчет ных 5 и корректирующей 4 трубках есть скорость оседания наиболее мелких частиц, присутствующих в пробе. Поскольку последние наиболее легко увлекаются нестациоцарными потоками, образующимися в осадительном цилинд" ре 1 после введения в него пробы, то переход этих наиболее мелких частиц к движению с постоянной скоростью оз начает, что другие, более крупные частицы, также приобретают к этому моменту установившиеся стоксовские значения скоростей оседания. Таким образом, зафиксировав стационарный характер движения фронта пробы с помощью некоторой трубки 5, отсчет вы" соты осаждения частиц следует производить от указанной отсчетной трубки 5 еПосле введения пробы анализатор начинает работать в отсчетном режиме, а в дальнейшем переходит к измеритель ному режиму, отличающемуся от первого алгоритмом обработки информации. Коррекция измерительного тракта, обеспечивающая компенсацию дестабилизирующих факторов, производится в обоих режимах.В отсчетном режиме измерительный 6, корректирующий 7 и отсчетные 8 преобразователи через ключи 9 поочередно включаются и колебательный кон. тур автогенераторного измерителя 10 уровня, который генерирует пачки колебаний (радиоимпульсы), длительностью которых управляет схема 14 коррекции измерительного тракта. Число колебаний в пачке является однозначной функцией уровня жидкости в соответствующей трубке 3,4 или 5 и регистрируется в виде двоичного кода в счетчике 11.При подаче команды на коммутатор 13 это число поступает на сигнальные входы схемы 15 разделения информации, которая тактируется синхронизатором 18 одновременно с ключами 9. В ре" зультате за цикл опроса преобразователей 6-8 в арифметико-логическом устройстве оказывается информация, необходимая для определения скорости движения фронта пробы. Сравнивая уровень жидкости в отсчетных трубках 15 20 25 30 35 40 45 50 55 5, расположенных ниже корректирующейтрубки 4, определяют скорость прохождения фронта пробы и в момент, когдаэта скорость становится постоянной,фиксируют номер соответствующей этому событию отсчетной трубки 5. Расстояние каждой из отсчетных трубокдо измерительной трубки 3 хранитсяв памяти арифметико-логического .устройства 16 и используется для вычисления моментов выборки информации для. анализа заданных классов крупности,после чего соответствующие командыподаются на таймер 17. После вычисления расстояния движения частиц сустановившимися скоростями анализатор переключается в измерительныйрежим,Коммутация отсчетных преобразователей 8 прекращается, а работа устройства происходит в два такта.Для первого из них измерительныйпреобразователь б уровня через ключ9 включается в колебательный контуравтргенераторного измерителя 10 уровня. Сформированный радноимпульс преобразуется счетчиком 11 в двоичныйкод, который поступает через коммутатор 13 на схему 15 разделения информации. По командам таймера 17 информация о текущих значениях уровняжидкости в измерительной трубке 3 записывается в арифметико-логическоеустройство 16. Моменты подачи командзаписи таймером 17 являются функциями двух переменных: диаметра анализируемого класса крупности и вычисленного в отсчетном режиме расстояниядвижения частиц Н с установившимисяскоростями. Через время, необходимоедля оседания всех частиц заданногодиапазона размеров, арифметико-логическое устройство 16 вычисляет содержание частиц во всех заданных классах крупности и передает их на регистрацию,Для второго такта работы анализатора (корректирующего) в контур автогенераторного измерителя 10 черезключ 9 включается корректирующий пре.образователь 7 уровня. Записанное всчетчик 11 число колебаний в корректирующем радиоимпульсе через коммутатор 12 подается на схему 14 коррек.ции измерительного тракта. Это число л сравнивается с записанным всхему 14 коррекции числом 1 з 1 . Вслучае нарушения равенства Н = Мвыполнение которого обеспечивается7 11 при калибровке анализатора, схема 14 коррекции вырабатывает сигнал управления длительностью включения автогенераторного измерителя 10.Длительность радиоимпульса изменяется до тех пор, пока не будет обеспечено равенство Ц = И , В результате достигается коррекция погрешностей как от нестабильности частоты самого автогенераторного измерителя 10, так и от изменения уровня жидкос ти в седиментационном цилиндре 1.Определенное в корректирующем так. те значения длительности пачки колебаний запоминается и используется в очередном измерительном такте работы анализатора.Длительность цикла работы анализатора в общем случае является переменной, причем синхронизатор 18 управляется схемой 14 коррекции, что обеспечивает необходимую зависимость 20218 8между временем включения ключей 9,коммутаторов 12 и 13 и длительностьюрадиоимпульса. Предложенное построение анализато.ра гранулометрического состава обеспечивает повышение точности измерения путем коррекции моментов временирегистрации уровня жидкости в изме рительной трубке с учетом фактической высоты оседания частиц с установившимися стоксовскимискоростями,Непрерывная регистрация скорости движения мелкодисперсного фронта пробы спомощью введенных отсчетных трубокфиксирует установление стационарногохарактера движения твердых частиц иведет отсчет высоты оседания частицот соответствующей этому условию бли.жайшей отсчетной трубки, что приводит к снижению разброса результатованализа гранулометрического состава.