Способ измерения влажности сыпучих материалов

(ГОСПАТЕНТ СССР)ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СЫПУЧИ(57) Исполке, в систния нейтномеровуменьшенобразномпо специамеренийтервалов Вследствие случайного характера взаимодействия ионизирующего излучения свеществом интенсивностьсодержит случайные погрешности Л 1, которые влияют напогрешность измерения влажности Яь Дляуменьшения погрешности измерения влажности вычисляют среднее значение Ю порезультатам и измерений уу 1, И/2.". ЧЧ.оп по формуле- ф Пйл = иЮ 1,где Яп - среднее значение влажнои - число измерений;В/ - текущее значение влажности,Результат может быть получен лишьсле выполнения измерений, что определ сти; ныне козффициенты ментальным путем. па- яет(56) Белых А.Б, и др, Измерение влажности сыпучих материалов нейтронным методом / Сб.: Радиоизотопные методы автоматического контроля: Тр, Всесоюзного семинара по применению радиоактивных изотопов в измерительной технике, Фрунзе: Изд-во АН КиргССР, 1962, с.30-42,Стройковский А,К. и др. Влагомер для доменного кокса. Черная металлургия, - Бюллетень Черметинформация, (790), 1978,. М 2, с,52,53.Панкратов Л,В, Алгоритм сглаживания результатов измерений, - Измерительная технИка, 1987, Ь 9, с,8-10,: Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения свойств и состава сыпучих веществрадиоизотопными методами, и может бытьиспользовано в системе метрологическогообеспечения измерительных приборов, например нейтронных влагомеров и влагоплотномеров,Известен способ измерения влажностисыпучих веществ, который заключается воблучении вещества быстрыми нейтронами,измерении потока замедленных нейтройови определении влажности по формулеИ/ = а + Ь,де а, Ь - градуировочпределяемые эксперик 1783395 А 1 ОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ Х МАТЕРИАЛОВьзовэние: в измерительной техйиемах метрологического обеспечеронных влагомеров и влагоплотСущность изобретения: дляия времейи реакции при скачко- изменении измеряемой величины льйому алгОритму в процессе изосуществляют оптимизацию ин; усреднения, 2 ил.,2 табл;и жестко фиксирует быстродействие влагомера или влагоплотномера,Кроме того, для обработки результатов измерения необходимо иметь большой объем памяти (и ячеек памяти), что усложняет конструкцию и снижает помехоустойчивость устройства для обработки информации влагомеров.Известен способ измерения влажности сыпучих веществ нейтронными влагомера: ми, который заключается в облучейии вещества быстрыми нейтройами, измерении интенсивностей потоков тепловых 11 и надтепловых 2 нейтронов и определении текущего значения влажности Я по формуле(г 1 о) 1 ( ), где Щ - текущее значение влажности;Ь, 21 - текущее значение интенсивностей;ао-а 2,"Ьо-Ь 2- градуировочные коэффициенты.При усредненйи значений влажности в йэвестном способе измерения влажности используют алгорйтм, по которому среднее% значение влажности определяют в соответствии с формулойВ/щ = Ип) Яп 1 - 1+ ЯУп 1, (2) где Вlщ 1, Юп 1 - последовательные значения среднего значения влажности; Щ - текущее значение влажности, П 1 - ЧИСЛО ИЗМЕРЕНИЙ. Прйчем после каждого цикла измерения текущей влажности величина п 1 увеличива. ется на единицу, но не превышает значения П макс щ = П 1-1 + "1 ймакс.Величина пмакс выбирается экспериментальным путем и зависит как от допустимого значения случайной составляющей погрешности измерения влажности так и от дисперсии потоков нейтронов, зарегистрированных детекторами,С увеличением пмакс случайная составляющая погрешности измерения влажностиуменьшается,Однако способ измерения имеет боль шое время реакции при скачкообразном изменении влажности материала, поскольку при определении среднего значения по формуле (2)текущее значения Ю 1 имеет ве 1 совой коэффициент в , а среднее значениеи ти - 1Вlп 1 - весовой коэффициент/П 1,тельные значериала; ГдЕ Яп 1 - , Юа 1 - ПОСЛ ЕдОВания средней влажности матеп 1 - число измерений,причем в каждом последующрений п 1 увеличивается на 1, ндО Пмакс: /П 1 - П 1-1 пмаксгде пмакс 2 - коэффициент,экспериментальным путем,Для каждого цикла изделяют значение предельнВЕЛИЧИНЫ ПОГРЕШНОСТИ УО 1 мрительно полученной экспепутем зависимости Ямакс отчения влажности Яп 1, затеразность между текущим-и сниями влажности ЬЮ 1 и пронение условий 30 35 40 м цикле измео не более чем пределяемый мерений опрео допустимой акс по предвариментальным среднего знам определяют редним значеверяют выполЛМ 11ЬЮмаксЬЯ 1-11ЬЮмак родолжают сти, при выт проверку выполняетсяднение влажя осуществлвия сли условие не змерениеи уср олнении услов ыполнения услЬЮ 1+ ЛЮ ЛЮ 1 макс 5 при невыполнен циклы измерениа при выполнени которого продолжаютусреднения влажности, иксируют скачкообразПри больших значениях и скачкообразное изменение 9/1 мало влияет на среднее значение, и только после нескольких циклов ИЗМЕРЕНИЯ (1=Пмакс) СРЕДНЕЕ ЗНаЧЕНИЕ Иlп 1 приближается к действительному значению влажности,Этот. недостаток приводит к тому, что снижается точность измерения влажности при скачкообразном изменении измеряе- мой величины;Целью изобретения является повышение точности. измерения эа счет исключения влияния случайных колебаний измеряемой величины и оптимизации интервала усред- . нения.Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения влажности сыпучих материалов, включающем облучение их потоком быстрых нейтронов, измерение ин-. тенсивностей потоков тепловых и надтепловых нейтронов, по "значениям которь 1 х в каждом цикле измерения 1 находят текущее значение влажности Я 1 и определяют среднее значение Юп 1, например, по формуле1783395 5 6ное изменение измеряемой величины ина-увеличивается на единицу,"но неболее чемчийают новый цикл усреднений, в котором до имакс,"в качестве ЧЧп принимают текущее значе- .; - и = и+ 1 имакс.ние Ю, а величину и; принимают равной 1; . После каждого циклаизмерения опреЗаявляемый способ отличается тем, что 5 деляют разность мекду средним ЧЧщ и текудля каждого цикла измерений определяют - щим Ю значениями влажности по формузначение предельно допустимой погрешно- ламсти ЛЮмакс, определяют разность междутекущим и средним значениями влажности ЛЧЧ = ЧЧп - ЧЧьи осуществляют последовательную провер ЛЧЧь 1= ЧЧП 1 - ЧЧь 1, . (5)ку условий (3), (4), при выполнении условия(4) фиксируют наличие скачкообразного иэ- Од р о ьз ясь пол ченнойменения измеряемой величины и начинают анее экспе иментОдновременно, польз ясь пол ченнойновый цикл усреднений.Заявляемый способ измерения влажномастью, определяютдля Иlп величин максти позволяет повысить точность измере- симального значения допускаемой ния при скачкообразном изменении погрешности пРибора в данном цйклеизмеряемой величины за счет оптимизацииЧЧмаксвремени реакции посредством выполнения . Роверяют выполнение условия (3), Есизмерений в случае медленного изменения 20 ли это условие не выполйяется, тб усредне. измеряемой величины с большой пастоян- ние влажности пРодолжают по формуле р), ной времени (время реакции равно т иЕсли.условие(3) выполняется,т,е.два послегде 7-. времяцикла измерения), выявлениядовательных текущих значения влажности моментов скачкообразного измерения иэ-. 1,и ЧЧь 1 превышаютустановленный пре; меряемой величины и резкого снижения 25 д макс, то пРоверяют выполнениеел Л ЧЧ , тпри этом постоянной времени (время реыции равно времени цикла) и, при следуюЕсли Условие(4) не выполняется, тоусщем стабильном протекании процесса Реднение значения влажности по формуле увеличения постоянной времени вновь да (2) прадолхают. При выполнении условия(4)максимальной величины. 30 в качестве ЧЧп, принимается значение ЧЧь. Нафиг.1,2 покаэанызависимостипока- . далее усРеднение значения влажности по заний влагомера ЧЧ ат числа циклов ивме- формулам (2) пРодолжают с и = 1, ренияпри скачкообразном измененйи Таким образом. сущность изобретения влажности с 0,8 до 12,1% (фиг.1) и с 8,4 до заключается в том,что вычисление среднегов 7,1(фиг.2),. 35 значения ЧЧп производят по формуле (2),На графиках позицией 1 показаны теку- . "Ричем значение определяют в зэвисимощие значения влажности ЧЧь измеряемые сти от разности двух последовательных тевлагомером беэ усреднения информации; кущих значений ЧЧ и. ЧЧь 1 и среднего позицией 2 - усредненные значения влаж- значения ЧЧп, ЧЧпности ЧЧ, определенные по известному 40 Если каждое из двух последовательных способу измерения: позицией 3 - усреднен- значений разности ЛИ и ЛЧЧпревышаные значения влажности па заявляемому ет заданный предел ЛчЧмакс, а сумма способу измерения, На фиг,1,2 11 - , врея этих двух разностей с учетом знака ЛЧЧ реакции при выполнении заявляемого спо-Л ЧЧ + ЛЧЧпревышает заданнь 1 й саба измерения; т 2 - известного способа 45 предел ЛВ/макс, то это с большой вероятизмерения, ностью означает, что "произошло скачкоабЗаявляемыйспособизмерения влажно- разное изменение измеряемой величины, .сти реализуется следующим образом. При этом значению и; присваивается едиСыпучее вещество, например домен- ничное значение (и = 1) и усреднение проный кокс. в весовой воронке облучают по должается с начального условия (2). током быстрых нейтронов, Иамеряют Так как для случайного процесса веро- интенсивности тепловыхи и надтепловыхятность того, что два последовательннх энаъ нейтронов в течение времени т. соответ- чения ЛЧЧ; и ЛЧЧь 1 выйдут за заданныйствующега одному циклу измерения , Опре- предел с одинаковым знаком, мала, тоанаделяют текущее значение влажности ЧЧ по 55 лиз двух последовательных значений по- формуле (1), грешностей Л, Л(с учетом их знака)Определяют среднее значение влажно- позволяет с большой вероятностью опредести, например, по формуле (2). Причем по- лять скачок измеряемой величины и в то жесле каждого цикла измерения величина и17833957твремя не реагировать нэ однократный вы- равную 0,05, э вероятность совпадения тэход погрешности зэ заданные пределы. ких событий в двух последовательных цикВеличина коэффициентавыбирается лэх будет рэвнэ 0,05 = 0,0025, т,е, менееэкспериментальным путем таким образом, чем 3 случал из тысячи, и может быть причтобы изменение величины и происходило 5 необходимости дополнительно снижена нэпри изменении влажности и не происходит следующей стадии проверки(4) путем выбопри случайных колебаниях влажности зэ рэ коэффициента Е 2, Наличие двух нерасчет статистики. венств в условии (3) вместо одного, болееПоскольку разброс показаний влэгоме- сильного, предотвращает ложные срэбэтыраза чэ счет статистики находится в пределах 10 вэния системы под воздействием случайныхот + ЛЮмакс до - ЛЮмакс,то к не должен выбросов и импульсных помех,быть менее 2, тэк кэк ЛЮ = 2 ЛЮаксЧто же кэсэется проверки посредствомПоскольку процесс взаимодействия неравенства(4), то онэ необходимэ для искнейтронов с веществом носит случайный лючения срабатывания системы, когда ИПхарактер, то случайная составляющая по колеблется в рэзйые стороны вокруг постогрешности измерения влэжности возраста- янного или медленно меняющегося среднеет с увеличением влэжности. го знэчения Юп.Поэтому Ьеличинэ Л %макс должна быть П р и м е р. Реализация способа осущепеременной величиной в зависимости бт ствляетсяспомощьювлэгоплотномерэ нейсреднего значения Йlа, 20 тронного стэционэрного ВПНС,Например, для влэгоплотйомерэ экспе- содержащего нейтронный датчик и специа- .римейтэльным путем найдена зэвисимость лизированное вычислительное устройствоДЛЯ ЛЯмакс.. ,(уСтрсйСтВО ОбрабстКИ). ИЗМЕРЕНИЕ ПрОВОдится в весовой воронке, в которую зэгруЛЯмакс=.А+ ВЯп, (6) 25 жэется доменный кокс с рэзличнойвлажностью(0,8 и зэтем 12 ), С помощьюгде А,Й - эмпирические коэффициенты, ко- датчика кокс облучэют быстрыми нейтронаторые находят экспериментальным путем ми и измеряют интенсивности потоков тепследующим образом,ловых и нэдтепловых нейтронов 11 И 2, ВПри рэзличныхзнэчениях влэдности в 30 устройстве обработки вычисляют влажностьдиэпэзоне От В/мин ДО %макс Определяют О/ пО формуле(1), ВычисляютсреДнеезнэпогрешность Л Плакс, Строят зависимость чение влэжности по формуле (2), Определяпоформуле(6) и-определяют эмпирические ют энэчение разности ЛВ/ и ЛЯ.1 покоэффицйенты по формулам формулам (5). Находят значение ЛЯМакс и35 определяют, выходят ли обе рэзности зэА = ЛИмакс, этот предел. Если двэ последовательныхЫ/Чдаксг - ЛЭ/макс знэчения разности выходят например, зэщ ру0,6%, то находят суммарное значение двухп 2 п 1рэзностей по формуле (4) и определяют, выГдв Л Лмакс, ЛЙмакс 2- МЭКСИМЭЛЪНОЕ ЗНЭЧЕ ХОДИТЛИ СуммвдэуХ РЭЗНОСТЕЙ ЛМ 1 ЗЭ ПрвдЕЛепогрешности при минимальном знэче-ЛФиакс = 1,2%, К =нии средней влажности Яа и максимальном, ЕслиЬ И выходит зэ предели л 12то величине и присваивается единичноем тить что спешность и и- значение (и = 1), Дэлее процесс измерениязначений средней влажности Ю,СЛВДУет зэметить, ОУспешность при" 45 лэ и в р Вмейения дэйного способа зависитот степе. выбрана равной 15. результаты измеренияскачкообразного изменения среднего знэ- Анэлогичным образом проведено измечения измеряемой велйчины, и именно с рение влажности по известному способу,целью повьшения этой достоверности и 50 результэты измерения приведены впредотврэщения ложнвгх срабатываний истабл, .Результаты приведены также нэ фиг 1отражение в условии (3) Считэя нэпр- где покэзэны зависимости текущего знэчечто случайная величина Ю подчиненэ НОР . Влажности Я (1), среднего значениямальйому закойу рэспределения д 55 щ влажности по известному способу изясь, кэк это принято в метрологии (см,нэпр.ГОСТ 11,001-73). величиной доверительного мерения (2) и среднего знэчения влажности9/и по заявляемому способу (3) от числаинтервала, рэвнрй 2 о; получают величинувероятности случайного появления отклю- циклов измерений.чения ЛЮ, превышэющего знэчение 2 о,Как видно из приведенных результатов (табл.1,2 и фиг.1,2), заявляемый способ измерения влажности имеет меньшее время реакции при скачкообразном изменении измеряемой величины по сравнению с извест ными способами.На фиг,2 йоказэна зависимость показаний радиоизотопного влагоплотномера при изменении влажности с 8,4 до 7 17 О.Измерение проводится по ленте кон вейера,Таким образом, заявляемый способ посравнению с известным позволяет умейь. шить время реакции при скачкообразном изменении измеряемой величины,за счет 15 чего повышается точность измерительных систем, измеряемых физические величины в динамическом технологическом процессе, например влажности, плотности сынучих веществ в бункере или на ленте 20 конвейера. Формула изобретенияСпособ измерения влажности сыпучих материалов, включающий облучение их по током быстрых нейтронов, измерение ин.тенсивностей потоков тепловых и надтепловых нейтронов, по значениям которых в каждомцикле измерения находят текущее значение влажности Ю и определя ют среднее значение влажности Юп по формулеВп= Еп)Ю. 1 + Л)/игде Яп - 1, Ищ - последовательные значе 35 ния средней влажности материала; и - число измерений,причем в каждом последующем цикле измеренийи= и+ 1 спмзкс,где и,=2 - коэффициент, определяемый экспериментальным путем, о тл"и"ч а ющ и й с я тем; что, с целью повцйения точности измерения за счет исключения влияния случайных колебаний измеряемой величины и оптимизации интервала усреД- нения, для каждого цикла измеренийопределяют значение предельно допустимой величины погрешности ЛЯм по предварительно полученной экспериментаЛьйым путем зависимости ЛЮмак от среднего зНЭ- чения влажности Юп, определяют раэность Ь Ю между текущим и средним знэчениями влажности с учетом разности ЬЩ 1 и проверяют выполнение. условий.;:,16 ОЛЯмакс.Гй 1 Л ИЛ Юмакспри выполнении условий осуществляютпроверку выполнения уСловия. "1 Л 1 И + ЬЯ.1 с ЛЮмакс,где 12 - коэффициент, устанавливаемый экспериментально, при выполнении последнего условия фиксируют скачкообразно изменение измеряемой величины иначинают новый интервал усреднений, в котором в качестве Юп принимаюттекущее значение Ю, а и принимают равным 1,1783395 Таблица Результаты измерения влажности по заявляемому способуНомер Среднеезначе" Значения интенсивностей потока теп"ловых и надтепло",ТекущеезначеРазность". 1,Число циклаизмере"ния 3. измеренийи ние влажние вых нейтроновимп/с ности,1783395 ТаблицагРезультаты.Измерения влаежности по .Известному спосоЬуе Среднее значение влажности Т,ее ае в а в в е еВае в е и 1Текущеезначениевлажности3 Номерциклаизмерения Число из мере"ний иее в 1,00 г,ОО3,.00 4,00.Е с.о цчялоЬ иьнерен оставитель А, Стройковскийехред М,Моргентал Корректор Е, Пап Редак ельская роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 4510 Тираж ВНИИПИ Государственного ко 113035, Мотета по из ва, Ж, Р Подписноеретениям и открытиям при ГКНТ СССшская наб., 4/5