Нейтронный влагомер сыпучих материалов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскикСоциалистическизРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Г(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 100481 (21) 3270546/18-25 Р 1 М Кз 6 01 й 23/12 с присоединением заявки Ио(23) Приоритет -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.8(088.8) Опублйковаио 2301.83. Бюллетень М 3 Дата опубликования описания 230183 А.А. Першин, А.К. Стройковский, Л.А.Т. Глушкова, Г.Г. Безыменко и В. 72) Авторыизобретени А (.,31 у И,1,андинское особое .проектно-к нструкторское бюро-.о-производственного объединенйтт."Черметавтоматика Кар Нау 1 Заявител 4) НЕЙТРОННЫЙ ВЛАГОМЕР СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛО 2 о чам сыпу при тро на вла Изобретение относится к ради изотопному приборостроению, в стности к нейтронным влагомера чих материалов, применяемым, на мер, в черной металлургии.Йзвестен нейтронный влагомер для измерения влажности почв и грунтов, принцип действия которого основан на эффекте замедления быстрых ней нов в процессе упругого рассеяния ядрах водорода, содержащегося во ге материала, и регистрации потока медленных нейтронов, Влагомер содер жит источник бйстрых нейтронов, детектор медленных нейтронов и контрольно-калибровочное. устройство11,Однако такой влагомер определяет объемную влажность без коррекции по плотности. При .колебании плотности материала увеличивается погрешность измерения, так как при постоянной влажности и переменной плотности в измеряемом объеме ма- териала увеличивается количество атомов водорода и изменяется скорость счета на выходе детектора, что приводит к изменению показаний. прибора. Проверка работоспособности влагомера осуществляется в одной точке контрольно-калибровочного уэла, в которой имитируется одно значение объемной влажности, что не позволяет проводить точную градуиров ку влагомера. Перемещение зонда в контрольно-калибровочное устройство проводится вручную, что снижает безопасность обслуживанияНаиболее близким к изобретениюявляется нейтронный влагомер, коточ рый содержит корпус, измерительный преобразователь, эталонный блОк и программно-вычислительное устройство, причем измерительный преобразователь содержит источник быстрых нейтронов, 15 две группы детекторов, размещенныена каретке, снабженный роликами, связанными с направляющими шинами, и реверсивным двигателем, выходы обеих групп детекторов соединены с входами 20 программно-вычислительного устройства, двигатель каретки связан с первым выходом программно-вычислительного устройства, а эталонный, блок содержит эамедлитель иэ водородсодержаще го материала с полостью.Влагомер работает в двух режимах:в режиме измерения и режиме эталонирования. В режиме измерения по команде с программно-вычислительного устройства каретка с источником иэлуче 991271ния и детекторами посредством реверсивного двигателя устанавливается на транспортере с измеряемым материалом. При этом источник излучения размещается над транспортером, а детекторы - под ним. Поток замедленных нейтронов регистрируется двумя группами детекторов. Импульсные сигналы, пропорциональные объемной влажности и насыпной плотности, с выходов двух, детекторов поступают на входы про граммно-вычислительного устройства в котором вычисляется по определенному алгоритму значение весовой влажности. Через определенный период време..ни по команде с программно-вычислитель 5ного устройства влагомер переключается в режим эталонирования.При этом каретка при помощи первого реверсивного двигателя перемещается в положение сравнения с эталонными ;щ блоками. По командам с вычислительного устройства второй и третий двигатели последовательно устанавливаютмежду источником изотопов и детекторами излучения пластины, имитирующие различные значения влажности, которые закреплены в эталонных блоках. В эталонные блоки вручную устанавливаются две пластины из набора в зависимости от диапазона измерения влажности 2 .Недостатками влагомера являются:а) сложность конструкции механизмаэталонирования, связанная с наличием нескольких возвратно-поступатель.ных перемещений в разных направлениях как каретки с источником нейт-.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 определенного материала, имеющего определенную насыпную плотность; при изменении плотности материала необходима смена набора пластин, аттестованных при другой плотности материала, причем с помощью набора плас-. тин можно воспроизводить только дискретные значения влажности материала;г) отсутствие общего защитного корпуса, закрывающего измерительный преобразователь и эталонные блоки, что ухудшает работу нлагомера н особо тяжелых условиях производства черной металлургии (повышенная запыленность, влажность и т,п.). Целью изобретения является упрощение конструкции и расширение области использования нлагомера,Поставленная цель достигается тем,что в нейтронный нлагомер сыпучих материалов, содержащий корпус, измерительный преобразователь, эталонныйблок и программно-вычислительное устройство, причем измерительный преобразователь содержит источник быстрых нейтронов, дне группы детекторов,размещенные на каретке, снабженнойроликами, связанными с направляющимишинами, и реверсивным двигателем, выходы обеих групп детекторов соединеныс входами программно-вычислительногоустройства, двигатель каретки связан с первым выходом программно-вычислительного устройства, а эталонныйблок содержит замедлитель из водородсодержащего материала с полостью, дополнительно введены электромагнити концевой выключатель, которые вместе с измерительным преобразователем,эталонным блоком и двигателем каретки размещены н одном корпусе, приэтом эталонный блок имеет форму прямоугольного параллелепипеда, внутризаполняющего его замедлителя выполнены дна паза, в каждом из которыхразмещены кадмиеный и борсодержащий фильтры, н полости замедлителяэталонного блока размещен подвижныйшток с программно-задающими упорами,один конец которого связан с концевымвыключателем и электромагнитом, управляющая обмотка которого соединенас вторым выходом программно-вычислительного устройства.На фиг. 1 показана структурнаясхема влагомера; на фиг, 2 - измерительный преобразователь влагомера,конструктивно совмещенный с эталоннымблоком; на фиг. 3 - то же., план; нафиг. 4 - разрез А-А на фиг, 2; нафиг, 5 - зависимость интенсивностивыходных сигналов с детекторов подкадмиевых и надкадмиевых нейтронов отвлажности и плотности,Влагомер содержит измерительный преобразователь 1, эталонный блок 2 и программно-вычислительное устройство 3, В измерительный преобразователь 1 (фиг, 1 и 2) нходит каретка 4 и блок 5 автоматики. В каретке 4 закреплены источник б быстрых нейтронов, группа детекторов 8 надкадмиевых нейтронов, усилители-дискриминаторы 9 и 10. Блок 5 автоматики (фиг. 2) содержит реверсивный днигатель 11, элек тромагнит 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 водород- содержащим материалом, например капролоном. В эталонном блоке 4 имеются пазы 19 и 20 (фиг. 4), в которые нводятся кадмиевый 21 и боросодержащий 22 экраны, предназначенные для корректировки поля подкадмиевых и надкадмиевых нейтронов при первичной градуировке.Эталонный блок предназначен для воспроизведения нейтронного поля, соответствующего нейтронному полю, обра зуемому в измеряемом материале. Причем распределение нейтронного поля вдоль полости эталонного блока зависит от наличия и расположения кадмиевых и боросодержащих экранов в пазах эталонного блока и места расположения в эталонном блоке каретки с источником быстрых нейтронов. 15На фиг. 5 показана зависимость интенсивности сигналов на выходе детекторов 8 надкадмиевых нейтронов (канал плотности) 3 и интенсивности сигналов на.выходе группы детекторов 20подкадмиевых нейтронов (канал влажности) Зм от влажности (Я) и плотности ) измеряемого материала.(в 11 р)251 р 1 (Ф ).Кривая 23 показывает зависимость интенсивности сигналов на выходе детекторов 7 подкадмиевых нейтро, новот влажности материала (У) 30 при его максимальной плотности (Я ), кривая 24 - зависимость интенсивности сигналов на выходе детекторов 7 подкадмиевых нейтронов (,х,) от влажности материала (Ч) при его минималь ной плотности (р ) , кривая 25 зависимость интенсивности сигналов на выходе детекторов 8 надкадмиевых нейтронов (р ) от влажности материала при его максимальной плотности 40 (до ), кривая 26 - зависимость ин- тенсивности сигналов на выходе детекторов 8 надкадмиевых нейтронов ( ) от влажностиматериала при его минимальной плотности (9 п ), причем ,у,о- значение интенсивности выходных сигналов. на выходе детекторов 7 подкадмиевых нейтронов при максимальной влажности и минимальной плотности материала; . - значениеинтенсивности выходных сигналов на выходе детекторов 7 подкадмиевых нейтронов при минимальной влажности материала и минимальной его плотности; т - интенсивность сигналов на , 9 махвйходе детекторов 8 надкадмиевых нейтронов при максимальной влажности и минимальной плотности материала; р, - интенсивность сигналов на выходе детекторов 8 надкадмиевых нейтронов при минимальных значениях 60 влажности и плотности материала.Зависимость, показанную на фиг.5 определяют при первичной аттестации эталонного блока, когда находят место расположения кадмиевых 21 и боро содержащих 22 экранов, при которомв эталонном блоке воспроизводитсянейтронное поле, соответствующеенейтронному полю, образующемуся визмеряемом материале,.при определенном значении насыпной плотности ( напримерминимальной, материала (фиг.5,кривые 24 и 26).Затем, перемещая каретку в эта"лонном блоке, находят четыре точки(на кривых 24 и 26 точки а,Ь,с, д)фиксируемые с помощью упоров, в которых нейтронное поле соответствуетследующим значениям:1. В точке с выходной сигнал(скорость счета) детекторов 7 подкадмиевых нейтронов в эталонном блоке соответствует выходному сигналуэтих детекторов в режиме "Измерениемпри максимальном значении влажностии 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, имеющеммаксимальную и минимальную плотностьизмеряемого диапазона. Найденнаяточка О, соответствующая значениюЪио,фиксируется с помощью упора 14,2. В точке . выходной сигнал .детекторов 7 подкадмиевых нейтроновв эталонном блоке соответствует выходному сигналу этих детекторов врежиме "Измерение" при минимальномзначении влажности и минимальнойплотности материала. Точка Ь, соответствующая значениЪЗв , фиксируется с,помощью упора 15,3. В точке С выходной сигнал детекторов 8 надкадмиевых нейтроновв эталонном блоке соответствует выходному сигналу этих детекторов врежиме "Измерение" при минимальнойплотности материала и максимальнойего влажности. Точка С, соответствующая значению Эр,о, фиксируетсяс помощью упора 16.4. В точке с выходной сигнал детекторов 8 надкадмиевых нейтронов вэталонном блоке соответствует выходному сигналу этих детекторов в режиме "Измерение" при минимальной плотности материала и при минимальнойего влажности. Точка д, соответствующая значению Зр фиксируется спомощью упора 17. Таким образом, в эталонном блоке возможно воспроизведение и регулиро" вание 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 надкадмиевых3 3 з 1 -зфЬШ 3 абИ 1 о "р лагомера для иэсыпучих материаодоменном произ- экономический ледствие непреПри применениимерения влажностилов, например в агводстве, ожидаемыйэФфект возникает в и подкадмиевых нейтронов для канала влажности и канала плотности осуществляется плавно (не дискретно), неодновременно, и независимо друг от друга в различных точках эталонного блока. 5При изменении вида измеряемого материала (т.е. изменении диапазона колебаний пМотности и влажности материала) производится переаттестация эталонного блока путем переме щения 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 ней детекторами 7 и 8 и источ ником б нейтронов из рабочего положения (например, иэ бункера с материалом или с конвейера) в эталонный . блок. аретка 4 устанавливается в точку О эталонного блока, при этом 25 каретка фиксируется в данном положении упором 14, а подвижный шток включает концевой выключатель 18, который подает сигнал в программно-вычислительное устройство 3. Импульсные 30 сигналы Зющс с выхода группы подкадмиевых детекторов 7 через усилитель-дискриминатор 9 поступают на вход программно-вычислительного устройства 3, в котором осуществляется 35 набор, усреднение:и запоминание в цифровом коде сигнФаЭм,о. Ло окончании запоминания управляющий сигнал с выхода программно-вычислительного устройства 3 поступает на вход 40 управляющей обмотки электромагнита 12, которыйповорачивает подвижный шток 13 с программно-задающими упорами 14 - 17 относительно своей оси. При этом двигатель 11 переносит 45 каретку 4 в точку Ь эталонного блока, в которой каретка Фиксируется с помощью упора 15Подвижный шток включает концевой выключатель 18, который подает сигнал в программно-вычисли- . тельное устройство 3. Импульсные сигналы Оно ) с выхода группы подкадмиевых детекторов 7 через усилитель- дискриминатор 9 поступают на вход программно-вычислительного устройства 3, в котором осуществляется набор, усреднение и запоминание в цифровом коде сигнала Эа. Далее аналогичным образом каретка 4 последовательно устанавливается в точкии о эталонного блока, в которых 60 интенсивности сигналов с группы детекторов 8 надкадмиевых нейтронов соответствуют значениюЭупри максимальной влажности материала (точка С ) и значению Зр, при мини мальной влажности ( точкасоответственно. При этом сигналы с выхода второй группы детекторов надкадмиевых нейтронов 8 через усилитель 10 поступают во второй вход программно- вычислительного устройства 3, где информация Эро и Эр, .последователь. но набирается, усредняется и запоминается в цифровом коде. На этом режим "Эталонирование" заканчивается. Таким образом в программно-вычислительном устройстве 3 запоминаются коэффициенты Зр=(,4/,).По команде с программно-вычислительного устройства 3 влагомер переключается в 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 Эци и Эу 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 4 Г в соответствии с формулой гдед - текущие значения сигналов с выхода измерительного преобразователя в режиме "Измерение":начения сигналов,апомненные в программно-вычислительномустройствев режиме"Эталонирование".Далее по командам с программно- вычислительного 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 быст-. рых нейтронов и прочим.равности контроля влажности, исклю-. чения ручной градуировки, изменения условий градуировки 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 агло доменного процесса приводит к экономии сырья (шихтовых материалов) и повышению качества выпускаемой продукцииформула изобретенияНейтронный влагомер сыпучих материапов, 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 направ. ляющими 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 ма-.териала с полостью, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью уп- .рощения конструкции и расширения области использования в него дополнительно введены электромагнит и кон цевой выключатель, которые вместес измерительным преобразователем10 эталонным блоком и двигателем каретки размещены в одном корпусе, приэтом эталонный блок имеет форму прямоугольного параллелепипеда, внутризаполняющего его замедлителя выпол 5 нены два паза, в каждом из которыхразмещены кадмиевый и боросодержавцйфильтры, в полости замедлителя эталонного блока размещен подвижнойшток с программно-задающими упорами,2 О один конец которого,связан с концевым выключателем и электромагнитом,.управляющая обмотка которрго соеди. нена с вторым выходом программновычислительного устройства.25 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 165927, кл. С 01 й 23/12, 1964;2. Патент ФРГ Р 1598950,кл. С 01 й 23/12, 1974 (прототип).991271 лещ,СоставительРедактор И, Николайчук Техред Т. Маточка Корректор Г. Решетник Зака лиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная,20/59 Тирак 871 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушс