Седиментометр для анализа гра-нулированных материалов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Соает 4:них Сециалкстичеемих Республик(61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 20.07.78 (21) 2651086/18-25с присоединением заявки Но -(51)М. Кл Э 6 01 й 15/04 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) СЕДИМЕН 7 ОМЕТР ДЛЯ АНАЛИЗА ГРАНУЛИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ30 Изобретение относится к седиментометрическому анализу гранулированных материалов, предназначено для из-. мерения скоростей ламинарного гравитационного осаждения каждой гранулы последовательно в двух жидкостях, разли:ающихся по плотности и помеценных беэ взаимного перемешивания в один измерительный сосуд, и может быть использовано в отраслях промышленности, производящих, перерабатывающих или применяющих гранулированные материалы, преимущественно в порошковой металлургии, горно" обогатительной и химической промыш ленности.Известно устройство для измерения гранулометрического состава сыпучих тел, основанное на непрерывном измерении изменения веса частиц при нх 20 седиментации в жидкой фазе, содержащее сосуд с жидкой Фазой, в которой осуществляют процесс седиментации частиц, и весонзмерительное устройство Г П. 25 Известенседиментометр, основанный на изменении гидростатического давления определенного столба суспенэии при выводе частиц твердой Фазы иэ этого столба путем отстаивания 2 1.Однако известные устройства не обеспечивают достаточной точности измерения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотометрический седиментометр, содержащий измерительный сосуд, Фогоэлектрическне датчики параметров процесса осаждения частиц дисперсной Фазы в иэмерительно-регистрирующее устройство. Измерительный сосуд выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда, хотя бы,две противоположные стенки которого прозрачны для светового излучения.Датчик представляет собой Фотоканалы, состоящие иэ расположенных на горизонтальной оси .источников светового излучения Формирователей луча и Фотоэлектрических приемников излучения. В рабочем положении измерительный сосуд размещен на оптической оси фотоканалов между источниками и приемниками излучения. Измерительное устройство представляет собой аналоговый электроизмерительный при" бор, например гальванометр или самопишущий потенциометр, подключенныйк Фотоприемнику. Измеряемой величиной является интенсивность светового луча, прошедшего через сосуд с сусиенэией. Изменение этой интенсивности обусловлено изменением концентрации дисперсной Фазы суспенвии на пути луча. Дисперсный состав суспендированной Фазы определяют по зависимости интенсивности прошедшего светового луча от времени отстаивания суспензии 3 1.Недостатком известного седиментометра применительно к анализу гранулированных материалов является недостоверность определения их дисперсного состава,Известно, что ламинарное гравитационное осаждение сферической частицы диаметром д(см), изготовленной из материала с плотностью р(г см -), в смачивающей ее жидкости с вязкостью (г см сек) и плотностью р (г сьФ) щ описывается уравнени.мчти -%0-Р ) 16 где Ч - скорость осаждения частицы, Ясм.сек"гравитационное ускорение,см сек-.Из этого сравнения ясно, что дляопределения диаметра частицы по ско- ррости ее осаждения необходимо заранее знать плотность материала, иэкоторого она изготовлена, и наоборот,Это приводит к необходимости предварительного измерения одной из этихпричин, как правило, плотности каким-либо независимым методом, Такв практике седиментометрическогоанализа порошков предварительно измеряют плотность пикнометрическимметодом. Установлено, что использование этого методического приемапри медиментометрическом анализегранулированных материалов приводитк большим погрешностям их дисперсного состава, поскольку плотности 4отдельных гранул существенно различны, а однозначная взаимосвязь междудиаметром гранул и ее плотностьюотсутствует. Эти погрешности настолько велики, что имеют результатанализа достоверности.Известно, что во многих отрасляхсовременной технологии, использующихпроцессы взаимодействия гранулнрованных материалов с потоками жидкостейили газоч, актуальной является задача обеспечения достоверности седимеитометрического анализа гранулированных материалов и определения, наряду с их дисперсным составом, Функций распределения г)канул по полярности. Это необходимо, например,в горнообогатительной промыаленности для повиаения степени извлечения требуемых компонентов нз минеральных смесей Флотационным, гра вйтацйонным или промывочным способами, а химической промышленности для повышения эффективности технологических процессов в аппаратах псевдоожиженного слоя с использованием гранулированных материалов в качестве реагентов или катализаторов, и снижении их выноса или.выпадения иэ зоны реакции в порошковой металлургии, при разработке и осуществлении процессов изготовления гранулированных материалов с заданной высокойстепенью пористости и так далее.Из изложенного ясно, что решение этих задач традиционными средствами седиментометрического анализа, основанными на осаждении гранул в одной жидкости, невозможно.Цель изобретения - создание конструкции седиментометра для анализа гранулированных материалов, обеспечивающего при его использовании достоверное определение их дисперсного состава и Функций распределения гранул по плотности.Указанная цель достигается тем, что в состав известного седнментометра, содержащего измерительный сосуд, Фотоэлектрический датчик параметров процесса осаждения частиц дисперсной Фазы н измерительно-регистрирующее устройство, дополнительно введены электронный блок Формирования и распределения сигналов датчика по выполняемой ими Функции включения и выключения измерительного устройства, электроуправляемое загрузочно-доэирующее устройство дискретного действия, электронныйблок управления загрузочным устройством и электронный блок синхронизации работы загрузочного и измерительного устрсйств, при этом блок Формирования включен между датчиком и измерительным устройством, блок синхронизации - между блоком формиро" вания, измерительным 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 иэ них был не выше уровня нижнего края другого, датчик выполнен в виде Функционирующих совместно четырехидентичных фотоэлектрических каналов, каждый иэ 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-регистрнрую8 О 513 О 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 регулируемой частоты следования, выход - с оконечным цифровым регистрирующим устройством, входы внешнего управления включением и выключением - с блоком Формирования, а вход управ.ления возвратом в исходное состояние - с блоком синхронизации.Кроме того, хотя бы верхнее.иэвыходных отверстий внускных патруб ков измерительного сосуда размещено между упомянутыми парами Фотокаиалов, образующими измерительные базы.На чертеже представлена блоксхема предлагаемого седиментометра. 2Седиментометр состоит из измерительного сосуда 1, датчика 2 параметров процесса осаждения гранул 2, электронного блока 3 Формирования и распрецеления сигналов датчика 2, измерительно-регистрирующего устрой.ства 4, электронного блока 5 синхронизации, электронного блока 6 управления загрузочно-дозирующим устройством и собственно загруэочнодозирующего устройства 7 дискретного действия.Блок 3 формирования включен между датчиком 2 и входами внешнего управления включением ("пуск") и выключением ("стоп") измерительно-регистри рующего устройства 4. Блок 5 синхронизации включен между блоком 3 корми рования, входом внешнего управления возвратом в исходное состояние"сброс" измерительного устройства 4 О 4 и блоком 6 управления. Блок 6 упра" вления включен между блоком 5.синхронизации и загрузочно-дозирующим устройством 7.Измерительный сосуд 1, две противоположные боковые ставки которой прозрачны для светового излучения, выполнен с возможностью помещения в него двух различных по плотности жидкостей беэ 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 выде уровня нижнего края другого (9).Датчик 2 состоит из четырех идентичных фотоэлектрических каналов 10 - 13, каждый из которых содержит идентично источник 14 светового излу- Я чения, формирователь 15 светового луча и фотоэлектрической приемник 16 излучения. Оптические оси всех фотоканалов горизонтальны, фотоканалы разнесены вдоль направления оседа -д ния гранул в сосуде 1, расположеныпопарно на равных расстояниях одинот другого в пределах участковсосуда, занимаемых каждой жидкостью,и образуют две измерительных базыравной протяженности, Лучи Фотокана 5. лов 10 и 12 Фиксируют верхние уровниа лучи Фотоканалов 11 и 13нижниеуровни обеих измерительных баэ. Фотоэлектрические приемники всех Фотоканалов подключены к входным цепямС блока 3 Формирования.Блок 3 Формирования и распределения сигналов датчика 2 выполнен так,что сигналы, генерируемые верхнимиФотоканалами 10 и 12 обеих измерительных баз, подаются им на вход управ-.ления "пуск" измерительно-регистрирующего устройства 4, а сигналы,генерируемые нижними фотоканалами11 и 13 - на вход управления "стоп"О всего этого устройства.Иэмерительно-регистрирующее устройство 4 выполнено в виде цифровогоэлектроизмерительного прибора и свнешней регистрацией результатовпредставляет собой, например, электронно-счетный частотомер 17, кизмерительному входу которого подключен генератор 18 электрическихимпульсов регулируемой чистоты следования, к выходным цепям оконечное цифровое регистрирующее устройство 19, а к входам внешнего управц с и , псб, сблок 3 формирования и блок 5 синхронизации 5.Блок 5 синхронизациипредставляет собой электронное логическоеустройство, выполняющее Функции контроля прохождения гранулой уровнейвсех Фотоканалов, измерения н регистрации обоих промежутков времени ипостугления следующей гранулы в рабочий объем измерительного сосуда 1.Блок 6 управления представляетсобой электронное устройство, генерирующее и подающее управляющий электрический импульс на исполнительныймеханизм.7 загрузочного устройствав зависимости от электрического состояния блока 5 синхронизации.Загрузочно-дозирующее устройство7 представляет собой электромеханическое приспособление, предназначенное для поштучного ввода гранул всосуд 1 по команде блока 6 управления,Седиментометр работает следующимобразом.В начальный момент времени в измерительном сосуде 1 оседающих гранул нет, блоки 3, 5, 17 и 19 находятся в исходном состоянии, счетнаялинейка частотомера 17, на вход которой поступают импульсы постояннойчастоты с генератора 18, заблокирована, Цикл работы начинается с поступления уBрачляющего импульса сблока б на исполнительный механизмзагрузочного устройства 7, котороевводит одну гранулу в рабочий объемизмерительного сосуда 1. Оседая вверхней жидкости, эта гранула.пересекает уровень, зафиксированныйсветовым лучом Фотоканала 10,частично затеняя его, Степень затенения луча преобразуется Фотоэлектрическим приемником 16 вэлектрический импульс, поступающий на вход блока 3. Блок 3 форми Орует этот импульс и подает его навход управления запуском "пуск" )частотомера 17, при этом счетная линейка последнего разблокируется иначинает набор количества импульсов, поступающих с генератора 18.Продолжая оседание в верхней жидкости, гранулы пересекают луч Фотоканала 11, что вызывает появлениена его Фотоэлектрическом приемнике 31импульса, поступающего на вход блока 3. Блок 3 формйрует этот импульсаналогично предыдущему, но подаетего на вход управления "стоп" частотомера 17, прекращая набор импульсов на счетной линейке. При этомавтоматически срабатывает оконечныйрегистратор 19, фиксирующий в цифровой Форме показание счетной линейки частотомера. По завершении регистрации устройство 19 генерируетимпульс, подаваемый на вход управления "сброс" частотомера 17, приэтом показание счетной линейки стирается, и она готова к следующемуизмерению. Тем временем граиула, про.должая оседание, пересекает границураздела верхней .и нижней жидкостейи поступает на вторую измерительнуюбазу, образованную Фотоканалами 12и 13. Процесс измерения и регистрации времени оседания гранулы междууровнями Фотоканалов 12 и 13 происходит аналогично описанному.В течение всего цикла, состоящего из двух последовательных измерений промежутков времени, на блок 5синхронизации поступают импульсы сблока 3 и регистратора 19 в строгоопределенной последовательности,а именно: дважды по два импульсаот блока 3, "опровождаемые единичнымй импульсами от регистратора 19.Поступление на блок 5 всех шестиимпульсов в указанной последовательности характеризует нормальную работу датчика 2, блока 3 формирования и измерительного устройства 4,означает, что обмеряемая гранулапересекла лучи всех фотоканалов,зарегистрирована ими и покинула зонуизмерений сосуда 1, результаты изме- Ярений заФиксированы регистратором19 и прибор готов к следующему циклуработы, Только в этом случае блок 5синхронизации генерирует и подаетимпульс на блок б управления, кото рый, в свою очередь, обеспечиваетсрабатывание 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.Б известном седиментометре степень затенения светового луча суспендированными частицами используетсядля определения их концентрации напути луча, и является измеряемойвеличиной при выполнении анализа.В предлагаемом седиментометре степень затенения светового луча обмеряемой гранулой сама по себе несущеотвенна, и является отражением факта,прохождения гранулой уровня жидкости,зафиксированного этим лучем. Измеряемой величиной является промежуток времени, за который гранулапроходит расстояние между двумя лучами, Фиксирующими верхний и нижнийуровни измерительной базы,Измерительный сосуд изготовлен ввиде прямоугольной толстостеннойметаллической рамы, сквозной проемкоторой герметизирован с обеих сторон прикрепленными к ней пластинамииз оптического стекла. Сечение прямоугольного измерительного канала12 Х 12 мм, при высоте 1 бО мм. В боковых стенах рамы предусмотрены вертикальиые каналы 4 мм,открывающиесяв рабочий объем сосуда и служащиедля помещения в него двух различныхуо плотности дисперсионных жидкостей беэ их взаимного перемешивания.,Выходные отверстия этих каналов разнесены по высоте сосуда так, что верхний край одного из них находитсяна уровне нижнего края другого.Источниками света фотоканаловслужат лампочки накаливания, электропитание которых осуществляетсяот отдельного высокостабильного источника напряжения, допускающего независимую регулировку яркости свечения каждой лампы. Формирователямисветовых лучей являются безлинэовыещелевые коллиматоры, обеспечивающиеих сечение на оси измерительного сосуда 0,12 х 3 мм. В качестве Фотоприемников использованы Фотоэлектрические умножители ФЗУ. Протяженности обеих измерительных баз равны30 мм. Измерительно-регистрирующееустройство состоит иэ декадногопересчетного прибора ПП 9-2 м, генератора низкочастотных колебаний,ГЗи цкФропечатающей машиныБЗм. Загрзочно-дозирующее устройство выполнено в виде двух плотноприлегающих концентрических дисков, один из которых - селекторзакреплен неподвижно, а второйтранспортер - производится в шаговоеперемещение электромагнитным толкателем, По окружности транспортера высверлены сквозные отверстия-гнезда для гранул с шагом, равняю его единичному перемещению. В,селекторе, расположенном под транспортером, предусмотрено сквозное отверстие размещенное так, что при каждом шаговом перемещении транспортера, с ним совмещается по вертикали очередное гнездо. В гнезде транспортера поштучно укладываются гранулы, подлежащие обмеру. При работе седиментометра отверстие селектора располагается на вертикальной оси измерительного сосуда, и при каждом очередном совмещении с ним гнезда тран спортера в сосуд поступает очередная гранула.Формула изобретения 1. Седиментометр для анализа гра- Щ нулированных материалов, содержащий измерительный сосуд, фотоэлектрические датчики, включающие источники светового излучения, формирователи лучей, фотоэлектрические приемники излучения, и измерительно-ре.гистрирующее устройство, о т л и - ч а ю щ н й с я тем, что, с целью повышения точности анализа путем измерения плотности гранул, в него введены электронный блок формирования и распределения сигналов фотоэлектрических датчиков, подключенный к измерительно-регистрирующему устройству, загрузочно-дозирующее устройство дискретного действия, блокуправления загрузочно.-дозирующегоустройства и блок синхронизации измерительно-регистрирующего и загрузочно-дозирующего устройств, приэтом вход блока формирования подключен к выходам фотоэлектрических датчиков, а третий его выход через блоксинхронизации, блок управления подключен к загрузочному устройству,второй выход блока синхронизации соединен с измерительно-регистрирующимустройством, измерительный вход которого соединен с генератором электрических импульсов постоянной частоты следования, а выход - с оконечным цифровым регистрирующим устройством,2. Седиментометр по и. 1, о тл и ч а ю щ.и й с я тем, что измерительный сосуд снабжен. двумя впускными патрубками, выходные отверстиякоторых разнесены по высоте сосудатак, что верхний край одного из нихбыл не выше уровня нижнего края другого, а фотоэлектрические датчикиустановлены попарно на равном расстоянии между собой по высоте сосуда.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент ФРГ 9 1169164,кл. 4213/04, 1964.2. Коновалов В.А., Бобриков В.М.Цветные металлы, 1965 у 9 Зу с 22 24.Э. Патент Японии М 8595,кл, 108 СО, 1967, (прототип ).анкинКо ек ое 4/5ят 4 каз 0869 64 Тираж 918 ПодписиВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Мосина, жРаушская нас. д.Филиал ППП Патент, г. Унгород, ул. Проектна