Нейтронный влагомер сыпучих материалов

(19) ОИ зс 50 С 01 Я 23/12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ( ЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 991271 кл. С 01 Ы 23/12, 1981(прототип),(54) (57) 1. НЕЙТРОННЬЯ ВЛАГОМЕР СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ по авт.св. У 99127 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона иэмеряемых влажностей при заданной точности измеренЯ, калибратор имеет сквозной канал и расположенные по обе стороны от него два съемных бло ка соответственно иэ водородсодержа щего материала и материала-поглотителя замедленных нейтронов, причем блоки выполнены с переменным сечением по длине сквоэного канала.1117502 отличаюменьшей мере выполнен в иэ водород- установлентрата. 2. Влагомер по п.1, щ и й с я тем, что по один иэ съемных блоков виде скобы и цилиндров содержащего материала,Изобретение относится к радиоизотопному приборостроению, в частности к нейтронным влагомерам сыпучих материалов, и может быть использовано, например, в черной металлургии для определения влажности кокса, аглошихты и железорудного конценПо основному авт.св. Р 99127110 известен нейтронный влагомер сыпучих маериалов,. содержащий корпус, измерительный преобразователь, калибратор (эталонный блок) и программно-вычислительное устройство, Причем измерительный преобразователь содержит источник быстрых нейтронов и две группы детекторов, одна из которых покрыта кадмиевым экраном, источник быстрых нейтронов, детекторы размещены на каретке, снабженной роликами, связанными с направляющими шинами, реверсивный двигатель, связанный с приводом каретки, блок фиксаторов положения каретки в калиб- раторе, содержащий подвижный шток с программно-задающими упорами, один конец которого связан с концевым выключателем и механизмом поворота (электромагнитом), и размещенный в полости калибратора, выполненного из З 0 водородсодержащего материала и имеющего два паза, в каждом из которых размещены кадмиевый и боросодержащий фильтры, измерительный преобразователь, калибратор, реверсивный двига- З 5 тель с приводом каретки, блок фиксации каретки в калибраторе размещены в одном корпусе, выходы обеих групп детекторов связаны с соответствующими входами программно-вычислительно го устройства, первый выход программно-вычислительного устройства связан с двигателем, а второй - с блоком фиксаторов каретки в калибраторе45 ных с возможностью вращения относительно своих осей, перпендикулярных направлению сквозного канала, а часть" боковой поверхности цилиндров покрыта поглотителем замедленных нейтронов . Влагомер работает в режимах "Измерение" и "Калибровка".В режиме "Измерение" каретка с источником быстрых нейтронов, двумя группами детекторов и предусилителями с помощью двигателя устанавливается в рабочее положение (например, в бункер или над конвейером с контролируемым материалом). При этом материал облучается быстрыми нейтронами, которые замедляются на ядрах атомов водорода, содержащихся во влаге, Поток замедленных нейтронов регистрируется двумя группами детекторов: подкадмиевых и надкадмйевых нейтронов.Сигналы с выходов первой и второй группы детекторов поступают на соответствующие, входы программно-вычислительного блока, где по соответствующему алгоритму происходит обработка полученной информации и определяется значение весовой влажности контролируемого материала. Через заданный промежуток времени программно-вычислительное устройство переводит влагомер в режим "Калибровка". При этом с программно- вычислительного устройства на реверсивный двигатель поступает соответствующая команда, двигатель перемещает каретку с установленными на ней детекторами и источником быстрых нейтронов из рабочего положения (например, из бункера с материалом или с конвейера) в калибратор. Каретка устанавливается в заданной точке калибратора, в которой моделируется поток замедленных нейтронов (подкадмиевых и надкадмиевых), соответствующих определенному значению влажности и плотности контролируемого материала, Каретка фиксируется в данном положении упором,установленным на подвижном штоке, послед 1117502, ,),=т еГЕ нейтронное йоле в калибЯ Ураторе должно совпадать с реальнымполем от материала.Таким образом, для повышения точ -ности калибровки, а следовательно,и повышения точности измерения влажности, необходимо в одной точкеэталонного блока создавать нейтронное поле, соответствующее нейтронному полю реального материала дляобеих групп детекторов. В известномвлагомере этого достигнуть оченьсложно, так как имеется возможностьперемещать кадмиевый и борсодержащийфильтры только вдоль каретки с детекторами, что эквивалентно перемещениютолько каретки, т.е. калибратор дляначальной настройки имеет толькоодну степень свободы. В результатев известном влаГомере примененораздельное эталонирование по каналам (в различных точках), что витоге приводит к погрешности измерения влажности.На практике необходимо измерять 30влажность сыпучих материалов вразличных диапазонах влажности(кокс 0-107, коксовая мелочь0-157, железорудный концентрат0-253) и плотности (кокс 0,4- 350,6 г/"м, железорудный концентрат2,0-2,9 г/см). При выполнении эталонного блока на весь диапазонизменения, например, плотности контролируемого материала необходимоувеличить длину калибратора (га"бариты измерительного преобразователя), что не всегда приемлемо,или увеличить градиент изменениянейтронного поля по длине эталонно"го блока, что в свою очередь увеличивает погрешность калибровкииэ-за неточности установки кареткив калибрационной точке.Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых влажностей при заданной точности измерений,Поставленная цель достигаетсятем, что в нейтронном влагомере сыпучих материалов калибратор имеетвнутри сквозной канал и расположенные по обе стороны от него два съемных блока соответственно иэводородсодержащего материала и материала-поглотителя замедленных нейтронов, причем блоки выполнены с переменным сечением по длине сквозного канала.Кроме того, по меньшей мере один из съемных блоков выполнен в виде скобы и цилиндров из водородсо" держащего материала, установленных с возможностью вращения относительно. своих осей, перпендикулярных направлению сквозного канала, а часть боковой поверхности цилиндров покрыта поглотителем замедленных нейтронов.На фиг. 1 изображен предлагаемый влагомер, общий вид; на фиг. 2 - структурная схема влагомера, на фиг. 3 - измерительный преобразователь, калибратор и корпус, продольный разрез, на фиг. 4 - разрез А-А на фиг.3; на фиг. 5 - разрез Б-Бна фиг. 4.Влагомер содержит (фиг.1) измерительный преобразователь 1, калибратор 2, корпус 3 и программно-вычислительное устройство 4. В измерительный преобразователь входит (фиг. 2 и 3) каретка 5, снабженная роликами 6, на которой установлены источник 7 быстрых нейтронов и две группы детекторов. Одна группа детекторов 8 и 9 регистрирует интенсивность суммарного прока надкадмиевых и подкадмиевых нейтронов 3, а другая группа детекторов 10 и 11, покрытая кадмиевым экраном - интенсивность потока надкадмиевых нейтронов р, Детекторы 8, 9 и 10, 11 подключены через усилители-дискриминаторы 12 и 13 к соответствующим входам программно-вычислительного устройства 4. С помощью реверсивного двигателя каретка 5 перемещается по направляющим шинам 14 и 15, закрепленным на рамке 16. На валу реверсивного двигателя 17 установлен блок 18. Блок 19 обратной передачи закреплен на рамке 16. Между блоками установлен трос 20, связан" ный с кареткой 5, На рамке 16 закреплен блок 21 Фиксации каретки в рабочем положении с датчиком 22 рабочего положения каретки, Рамка 16 жестко связана с фланцем 23, на котором установлены реверсивный двигатель 17 и элементы управления -7 11175028регулятор 24 мощности двигателя иключ 25. На рамке 16 закреплен блок26 фиксаторов каретки в калибраторе,содержащий подпружиненный шток 27с механическими упорами 28-31,механизм 32 поворота и концевой вы"ключатель 33. Фланец 23 с установленными элементами закрывается крьппкой34. Одна иэ направляющих шин 15 выполнена в виде полой трубки со шту Оцером 35, подключаемым к магистра"ли со сжатым воздухом. На крьппке 34установлен воздушный клапан 36.Корпус 3 влагомера содержит(фиг. 3 и 4) соединенные между собой обсадную трубу 37, фланец 38 икожух 39, причем кожух 39 соединенс фланцем 38 с помощью шарнирногосочленения 40 и 4 1, Внутри кожуха39 размещен калибратор 2, представляющий собой прямоугольный параллелепипед из водородсодержащего материала, например капролана, выполняющего роль биологической защиты.В калибраторе имеются пазы 42-45, в 25которых размещены поглотители замедленных нейтронов. Калибратор имеет два съемных блока 46 и 47, выполненных из водородсодержащего материала и поглотителей замедленныхнейтронов, например пластин 48-50(фиг.5) иэ капролана, карбида бораи кадмия. Съемные блоки 46 и 47расположены по обе стороны сквозногоканала 51 (фиг.4), сквозь который35проходит рамка 16 внутрь обсаднойтрубы 37Один из съемных блоков 46выполнен в виде скобы 52 и цилиндров53-58 (фиг.5); Часть боковой поверхности цилиндров покрыта поглотителем замедленных нейтронов, например кадмиевым экраном 59.Цилиндры имеют фиксаторы 60(фиг.4) и могут вращаться вокругсвоей оси в процессе настройки.Подвижный шток 27 блока 26 фиксаторов каретки эакре в калибраторе на рамке 16 с помощью стационарного механического упора 61и подпружиненпружиной 62 (фиг.З).Нейтронный влагомер работает следующим образом,45 Корпус 3 влагомера закрепляется на бункере с контролируемым материалом, причем обсадная труба 37 вводится непосредственно в бункер.В режиме "Измерение" каретка 5 (фиг,З) с установленньпии на ней детекторами 8-11 и источником 7 быстрых нейтронов с помощью дви" гателя 17 переводится в рабочее положение, где фиксируется фиксатором 21. При этом срабатывает датчик 22 рабочего положения каретки, сигнал с которого поступает на программно- вычислительное устройство 4, которое соответственно выключает реверсивный двигатель 17 привода каретки.Поток быстрых нейтронов от источника 7, замедляясь на ядрах водорода, содержащегося во влаге сыпучего материала, преобразуется в поток замедленных нейтронов (подкадмиевых . и надкадмиевых), которые регистрируются двумя группами детекторов 8, 9 и 10, 11. Значения интенсивности счета:по каналам 3, и 3 , несущие информацию о влажности и плотности контролируемого материала, через усилители-дискриминаторы 12 и 13 поступают на соответствующие входы программно-вычислительного устройства 4, где происходит их обработка по заданному алгоритму и вырабатывается выходной электрический сигнал Г(11) в такой форме, которая необходима для подачи в автоматическую систему управления технологическим процессом.В режиме "Калибровка" соответствующая команда, поступающая с программно-вычислительного устройства 4, включает реверсивный двигатель 17, который переводит каретку 5 с источником 7 быстрых нейтронов и детекторами 8-11 из рабочего положения в калибратор 2. Каретка 5 устанавливается в первую калибровочную точку, в которой она фиксируется блоком 26 фиксаторов каретки в калибраторе с помощью механического упора 28, установленного в определенном месте подвижного подпружиненного штока 27.Фиксация происходит следующим образом. При перемещении в калибраторе каретка 5 входит в зацепление с механическим упором 28, вызывая перемещение штока 27, связанного с концевьак выключателем ЗЗ. Последний при этом срабатывает, подавая контактами 33.1 на соответствующий вход программно-вычислительного устройства сигнал о достижении эв111/50 2 10можно систему уравнений (10) преобразовать:3 .-ао ац о О 1 А РсОгс (11)р оф 1 ф с+гсОпределяя значения 3и Л р длядвух значений влажности Л, ии плотностиси 1 с та 1,можно определить значение коэффициентов ао и Ь,:Ивин"имакс Эмин ВминЙфоавакс. амин(12) чигде 5 ц вакса1 Яю пав где 1 и и, - плотность сухого ивлажного веществ,а а и Ьо - коэффициенты, определяющие Фоновые40сигналы на выходахсоответственно каналов 3 и иа 1 и Ь - коэффициенты, определяющие чувствитель 45ность каналов кобъемной влажностиматериала;аи Ъ" коэффициенты, определяющие чувствительность каналов к на 50сыпной плотности материала.Так как в процессе измерения необходимо контролировать весовую влажность материала, определяя ее1 у(о данной точки калибровки. Одновременно сигнал с контактов 33.2 концевого выключателя поступает на ключ 25, который управляет регулятрром 24 мощности реверсивного двигателя 17. Последний продолжает перемещать шток 27 на пониженной мощности до стационарного механического упора 61, а затем стопорится им. Нейтронный поток в первой калибровочной точКе соответствует нейтронному потоку Для определенной точки диапазона влажности и плотности контролируемого материала, например Фмокс и 3 с,окс, В программно-вычислительном 15 устройстве осуществляется набор усреднение и запоминание интенсивностей сигналов с выхода группы деТекторов 8 и 9, регистрирующей суммарный поток подкадмиевых и О Надкадмиевых нейтронов 3 р и выхода группы детекторов 10 и 11 надкадмиевых нейтронов 3 , В общем случае значения интенсивностей сигналов являются Функциями влажности 25 и плотности контролируемого материала.Для небольших диапазонов измеРения влажности контролируемого материала, например, для доменного ЗО кокса (0-157), интенсивности можно представить в линейном виде: д о с 1 ьсгс(10) 3 - оФ Ъ 3 ввг 3 ,ф интенсивность сигнала канала 3 при минимальной влажности И, и минимальной плотностис,пп контролируемого материала, то же, при минимальной влажности И и максимальной плотности 7 с щак контролируемого материала.и .а вакс "а максиа вон щ мнн(13) интенсивность сигнала канала 3 при максимальной влажности 1 та и минимальной плотности 1 С контролируемого материала, то же, при максимальной влажности И,с, и максимальной плотности контролируемого материала,Аналогично3 6 вакс,-рмИнРмино" и ллокс"вин,Обозначая и подставляя в выражение (11),получаем сг а 2 ( ) ,Ь, - 3 оАналогично можно найти значение коэффициентов а 1, а, Ь 1 и Ьд.13 1115 О 2 14 тельный преобразователь 1, калибра- душного канала 36, что препяттор 2 в кожухе 39 поворачивается ствует попаданию пыли, влаги и т,д. на шарнирном сочленении 40 и 41, внутрь влагомера. освобождая доступ к обсадной тру- Технико-зкономическая эффективбе 37 которая заменяется без полно-ность от использования предлагаемоФго демонтажа влагомера. го влагомера сыпучих материалов наСжатый воздух, поступающий по предприятиях черной металлургии полой направляюшей 15 непосредствен- заключается в том, что повышается но к каретке 5, охлаждает последнюю точность определения влажности конпри высокой температуре контроли тролируемого материала за счет боруемого материала, например до - лее точной калибровки, оптимального Менного кокса сухого тушения. Од- расположения каретки в бункере и становременно в полости корпуса вла- билизации температуры детекторов. гомера создается избыточное давление, Одновременно упрощается процесс определяемое точкой срабатывания воз эксплуатации.