Способ измерения содержания металлического компонента во влажных мелкодисперсных материалах

(22) Заявлено 05,07.77(21) 250с присоединением заявки РЙ(23) Приоритет 39/1 1)М б 01 М 25/18 уАэрсР ллетень в йвлам изобретенн юткрмткЯ о 05.12,79. Б кования описа УДК 536,2(088 8) Опубликова Я 10.2,7 оп 72) Авторы изобретен В. Г, Дейч, Е, С. й и А, В, Шипулин С, С нинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Револю и ордена Трудового КраснЬго Знамени горный институтим. Г. В. Плеханова(71) Заявител 54) СПСС ЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВО ВЛАЖНЫХ МЕЛ Изобретение относитмерительной техники ипользовано в обогатитности для измерения солических включений в ккеках металлосЬдержащковой металлургии и дрнародного хозяйства.Известны способы ижания, состава, качестего теплопроводности илимой тецлопроводности ся к области изможет бьггь исельной промьпплен держания метал- оннентратах и их руд, в порошугих отраслях та ерения содерматериала по измерение саВ этом споэталонную среентом теплопрщественным неэталонной среддию вышеперечислне пригодной дпосредственновиях. Кроме тиспытуемых срные погрешйос е обе необходимо иметь ду с известным коэффици оводности, что являетса достатком, так как наличие ы в любом случае реализаенных способов делает ля поточных измерений не- в производственных услоого, при наличии влаги вдах возникают значительти, так как теплопроводЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КОМПАНЕНТЫИСПЕРС НИХ МАТЕРИАЛАХ ность являетса одновременно фуйкцией и содержания, и влажности,Ближайшим техническим решением является способ определения. коэффициен теплопроводйости, а, следовательно, и %содержания металлическойкомпаненты в однородной неметаллической среде, с помощью плоского теплового зонда постоянной мощности. В основу способа положены закономерности развития одно-Фмерного температурного поля в полуограниченном теле при нагревании его постоянным тепловым потоком. При этом производится запись избыточной температуры нагревателя в функции от корня квадратного текущего времени, Одновременно с этим производится запись избыточной температуры материала в точке, состоящей от нагревателя на определенном расстоянии также в функпии от корня квадратного текущего времениПосле чего через определенный отрезок времени;соответствуюЖий выходу в регулярный режим нагвева, производят расчетном путем опре3деление коэффициента теплопроводности.В завершении по имеющемуся коэффициенту теплопроводности судят о качественныхпараметрах среды 21.Однако; известный способ обладаетнедостатками.Во-первых, коэффициент теплопроводности зависит не только от состава вещества, но и от его влажности и температуры. Поэтому меняющаяся влажностьи температура материала приводят к значительным погрешностям при измерейииконтролируемого параметра,Во-вторых, в известном способе необходимо производить измерение температуры в двух точках, одна из которыхрасположена в плоскости нагрева, а вторая - внутри измеряемого материала,отстоящая от плоскости нагрева на строго заданном расстоянии, что значительноусложняет способ, делая его неприемлемым для технолОгических измерений.В-третьих, этот способ требует значительных расчетных операций, что за 5трудняет его автоматизацию.В-четвертшх, выходная величина является фуйкцией корня квадратного от времени измерения, что также является существенным недостатком способа,Цель предлагаемого изобретения - сни 30жение погрешности измерений и упрощениепроцесса измерения.Для этого пробу влажного материаласжимают до постоянной плотности, кото-,рую определяют по заполняемости всегообъема пор материала влагой, измеряютего начальную температуру, затем в плоскости сжатия осуществляют нагрев материала и производят измерение его текущей температуры, а затем через фикси 40рованный отрезок времени определяют величину контролируемого параметра посоотношению: ЖВг; а, (1) 5 Т (т)-Т -- С 1 о а. 50 текущие температура ма териала и время;начальная температура материала;мощность плоскго нагре вателя;толщина слоя материала;площадь плоского нагревателя. 4Предлагаемый способ позволяет исклю- чить влияние переменной 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 возможность использовать его в устройствах, пригодных для поточных измерений. Последнее свойство получена 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. Отсутствие операции измерения 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 времени.На фиг. 1 приведен график измерения избыточной температуры материала в плоскости нагрева; на фиг. 2 дана блоксхема устройства, реализующего предлагаемый способ.Испытуемый материал помещается в кювету с адиабатически изолированным дном (фиг. 1). В этом случае будет выполняться следующее условие. Огношение прирашения температуры к приращению толщины слоя пробы на уровне дна иоветы равняется нули, т,е. Х=к = ОЭХ При этом необходимо, чтобы толщина слоя пробы й была много меньше диаметра кюветы Д, т.о, Рд -На материал, который имеет начальную температуру Т, ставится датчик с теплоизолированной от окружающей сре-. ды верхней плоскостью. Дном датчика яв ляется плоский нагреватель, питаемый от источника постоянной мощности, т.е, % =Сопв 1 . Затем проба сдавливается датчиком до такой плотности, при которой все поры заполняются водоК Причем сила давления должна быть постоянной и достаточной для выполнения вышеупомянутого условия во всем диапазоне влажностей контролируемого,материала., При этом величина ее определяется на пробе минимальной влажности по моменту начала отжатия влаги иэ пробы, В случаеУчитывая тот факт, что теплоемкосж 50 твердого материала (металличесхих порошков) значительно меньше теплоемкости воды, а объемная влажность пробы все время постоянна; из выражения 2 можно получить выражение для коэффици ента теплопроводностн (выражение 1), независимо от теплоемкости контролируе-. мой среды. Следовательно, А- есть функция только процентного содержании 5 7022 больших влажностей излишек воды выливается через зазор между стенками кюветы и корпусом датчика (фиг. 2). Таким образом, в любом случае после уплотнения объемная влажность пробы будет постоянной.После уплотнения подключается источник постоянной мощности к плоскому нагревателю и измеряется избыточная температура материала. в плоскости сдавливания. На графике изменения избыточной температуры материала во времени Т =(С прослеживаются два участка: ирре-игулярный режим - участок крйвой АБ;15 регулярный режим - участок кривой БС.В регулярном режиме кривая Т = У(С)1 асимитотически приближается к прямой К с угловым хоэффициентомЧ/См+С которая пересекает ось координат в точ 20 ке где 3. - коэффициент теплопроводностипробы материала;. С - теплоемкость пробы материала;- полная теплоемкость нагревателя,р- йС30Выполнив условие С С, можно полу- чить выражение для отрезка ц решением многоугольника ОА МК. При этом время измерения С 1(точка К) выбирают таким образом, чтобы в регулярном режиме з 5 нагрева (точка М) выполнялось условие: В этом случае можно получить выражение для отрезка:А=МК - ММ, -КК, т.е металлической компаненты в пробе. Выражение (1) может быть легко реализованос помощью известных в счетно-решающейтехнике элементов.Устройство, реализующее данный способ, состоит из кюветы 1, в которую помещена проба контролируемого материала.На пробу установлен датчик 2, состоящийиз корпуса 3, плосхого нагреютеля (зонда) 4 и термочувствительного элемента 5.Термочувствительный элемент 5 включенна вход блока 6 измерения текущей температуры, а также через. нормально закрытый контакт переключающего устройства 7, на вход блока 8 измерения начальной температуры материала, Нагревательный элемент 4 через нормально открытыйконтакт устройства 7 подсоединен к выходной цепи источника 9 постоянной мощ. ности,Выход блока 8 скоммутирован с первыминвертируюшим входом сумматора 10,неинвертнрующий вход которого связанс выходом блока 6; В тоже время выход блока 6 заведен на вход дифференцярующего блока 11, выход которогоскоммутирован с первым входом множительного устройства 12. Второй входустройства 12 задействован на выход блока 13 текущего времени, вход которогочерез нормально открытый контакт устройства 7 заведен на клемму пуск.Выход устройства 12 смзан со вторым инвертирующим входом сумматора10, выход которого связан со входомблока 14 делении. Выход блока 14 заведен на первый вход блока 15 регистрации, второй вход которого подключен ковторому. выходу блока 13 врсмени.Устройство работает следующим образом.В кювету 1 засыпается влажная контролируемая среда, затем сверху устанавливается датчик 2, с помощью которогопроба уплОтняется с постоянным усилием до момента заполнения всех пор влагой. Йэлишняя влага при этом выдавливается наружу по зазору между стенкамикюветы 1 и корпусом 3 датчика 2, Послеэтого с помощью термочувствительногоэлемента 5 производится измерение на.чальной температуры материала и запоминание этого значения блоком 8. Крометого, сигнал о температуре материалапроходит от элемента 5 к блоку 6. Затемпереключающее устройство 7 переводитсяв другое состояние, в результате чегокоманда пусх проходит в блок 1 3 време.ни конкретно для каждого материала выбирается экспериментально,Использование предлагаемого способа позволит вести технологические процессы на предприятиях по производству металлических порошковых материалов в более оптимальных режимах за счет получения экспрессной и более достоверной информации о содержании вьптускаемой продукции. При этом повышается качество продукции. Формула изобретения Способ измерения содержания металлической компоненты во влажных мелко- дисперсных материалах, основанный на нестационарном методе определения теплопроводности в регулярном режиме с помощью плоского теплового зонда постоянноймощности, отличающийсяФтем, что, с целью снижения погрешности измерений и упрощения процесса, пробу влажного материала сжимают до постоянной плотности, которую определяют по заполняемости всего объема пор материала влагой, измеряют его начальную температуру, затем в плоскости сжатия осуществляют нагрев материалаи производят измерение его текущей температуры, а затем через фиксированный отрезок времени определяют величину контролируемого параметра по соотношению: текущие температура магде Т, и С - тервала и время, соответственно;То - начальная температура,материала;Ж - мощность плоского нагревателя;- толщина слоя материала;Я - площадь плоского нагревателя.Источники информацки,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 542945, кл. б 01 Н 25/18, 1977.2. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. Подред. А. В, Лыкова, М., Энергия", 1973,с. 4-6. 7 702284ни, выдающий сигнал пропорциональныйтекущему времечки в множительное устройство 12. Одновременно с этим с помощью нормально открытого контактасустройства 7 к плоскому нагревателю 4подается питание от источника 9 постоянной мощности и с помощью нормальнозакрытого контакта устройства 7 отключается вход блока 8 от элемента 5.Температура нагревательного элемента 4, 10а, следовательно, и температура граничного с ним слоя материала изменяетсяво времени. Сигнал, пропорциональныйтекущей температуре, вырабатывается вблоке 6, одновременно подаваясь на диффереицирующий блок 11 и на неинвертируюший вход суммирующего блока 10. Свыхода блока 11 снймается сигнал, пропорциональный производной от текущейтемпературы Т 1, и поступает в множигельное устройство 12, где умножаетсяна сигнал, пропорциональныйтекущему :времени. Сигнал с устройства 12 подается на инвертирующий вход блока 10,25на второй инвертирующий вход которогопоступает сигнал, пропорциональный заполненному значению начальной температурыматеривла с блока 8. В блоке 10 производится вычитание сигнала с устройствазо12 и сигнала с блока 8 из сигнала сблока 6. Выходной сигнал с блока 10подается на блок 14 деления. В блоке14 происходит деление постоянной вели-чины, равной произведению мощности ис,точника нагрева и толщины слоя материа 35ла в кювете, деленных на площадь нагревательного элемента, на выражение, реа лизуе 1 ое блоком 10. Результирующийсигнал с блока 14 подается на блок 15 4 Орегистрации. Однако, регистрация выходной величины в блок 15 осуществляетсячерез строго постоянный. отрезок времени ьГ с момента включения нагрева, который задается с помощью реле времени, 45помещенного в блоке 13 времени. Сигнал,.разрешающий регистрацию в блок 15,поступает на его второй вход со второговыхода блока 13.Таким образом, в блоке 15 через"от Орезок времени дЧ:, соответствующийвыходу на регулярный режим нагрева (вовсем измеряемом диапазоне контролируемого параметра), происходит фиксацииискомого параметра, отображаемого левой 55702284 107 Э аказ 7580/41 ЦНИИПИ дписное иЯЛ 5(й ЯГФиг, / П фПатентф, г. Ужгород, уа, Проектна