CN101984351A - 铁精粉磁性铁品位测定方法及其测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁精粉磁性铁品位测定方法及其测定装置，欲解决现有方法工序繁琐、需要多种特定试剂、成本高等问题。本发明基于自感式电感传感器工作原理，采用被测铁精粉样品作为螺线管型电感线圈的铁芯，将铁粉样品置于线圈之中，测量线圈电感时施加低频三角波信号，由于信号为低频，线圈可等效为电感和电阻串联电路，三角波通过电感时波形变为方波，三角波通过电阻时波形仍为三角波，当铁品位发生变化时，方波信号是与铁品位相关的信号，而线圈电阻产生的三角波信号不变，最终可得出被测铁精粉磁性铁的品位值。本发明可用于铁品位的实时测试，能简化测量过程。

Description

铁精粉磁性铁品位测定方法及其测定装置

技术领域

本发明涉及一种铁精粉磁性铁品位快速测定方法及其测定装置，所述方法及装置用于铁精粉生产、加工、销售、管理及应用过程中铁品位的实时快速测试。(叙述的是测定方法及装置)

背景技术

作为铁矿生产企业的主流产品以及冶金行业的重要原材料，铁精粉的质量好坏直接关系到钢铁的生产成本以及产品质量，其铁品位(含铁量)高低直接影响冶炼过程和冶炼的技术经济指标。铁矿企业在铁精粉加工、生产以及销售环节中，同样需要实时监测铁精粉磁性铁品位，并据此判断铁精粉质量高低、确定销售价格。因此，作为衡量铁精粉质量高低的重要指标，铁精粉磁性铁品位的分析检测十分重要。

随着当今铁矿及钢铁生产企业的大型化、现代化，其生产过程越来越高速化、连续化、自动化，铁精粉磁性铁品位的分析检测除了要满足准确性外，还要求具备快速性及实时性。因此，全面致力于铁精粉磁性铁品位分析检测的自动化，实现产品质量指标在生产、加工、销售、回收及管理过程中的快速化及自动化控制分析已经成为铁矿及钢铁生产企业、科研单位及相关领域研究中的热点和难点。

目前，化学分析法是国内普遍采用的用于测定铁精粉磁性铁品位的测试方法，典型的分为以下几种：

1、氧化还原法。传统的方法是重铬酸钾容量法。常用的有氯化氩锡-氯化汞-重铬酸钾容量法和三氯化钛-重铬酸钾容量法，这两种方法被定为国家标准方法。前种方法中由于氯化汞有毒，对环境污染较大，废液排放成为严重问题。后种方法中，三氯化钛价格昂贵且不稳定造成试验成本高以及试验条件苛刻。

2、滴定法。主要包括络合滴定法和电位滴定法。滴定法的关键在于如何准确判定滴定终点，因此对试验人员的专业水平要求较高。

综上所述，化学分析法测量准确、测试精度高，但具有如下不足之处：

1、工序繁琐，需要采用特定的多种试剂按要求进行测试，测试速度慢、化验周期长；

2、需要专门的实验人员在专用的实验室进行测量，测试成本相对较高。

随着近些年来分析检测技术以及计算机等技术的发展，一些快速、实时的检测技术陆续涌现。其中最具代表性的是放射性测量方法，主要包括“χ射线荧光分析方法”和“γ射线透射法”。铁精矿χ射线荧光分析方面，国内外主要采用的是能量色散χ荧光分析法，但由于χ射线穿透力不强，导致只检测到铁精矿的表面信息，于是有人开始采用穿透力较强的γ射线，提出低能γ射线透射法测量铁含量。虽然采用放射性测量方法能比传统化学方法较快速地进行铁品位的检测以及其它成分的品位分析，但放射性测量技术存在基体效应，导致测量误差较大，而放射线经过透射和反射，容易对作业场所及周围环境产生辐射影响，因此限制了其适用空间。

发明内容

针对传统化学分析方法和现行快速检测方法的不足，本发明要提供的是一种可用于现场实时测定的铁精粉磁性铁品位快速测定方法及其装置。

所提供的测定方法的具体步骤如下：采用被测铁精粉样品作为螺线管型电感线圈的铁芯，将铁粉样品置于线圈之中，根据电磁场理论，线圈的电感量正比于线圈内介质的磁导率，故铁精粉磁性铁品位大小与电感的大小具有一一对应的正比关系，测量线圈电感时对线圈施加频率较低的三角波电流信号，由于线圈的等效电路中有电感、电阻和电容，其中电容量很小其影响可忽略不计，当所施加信号的频率较低时，线圈可等效为电感和电阻的串联电路，把三角波分解为傅立叶级函数，按各种不同频率的正弦波分量进行分频计算与合成，则三角波信号通过电感时的波形为方波，三角波通过电阻时的波形仍为三角波，这样当铁品位发生变化时，只有方波电压信号是与铁品位信号相关的信号，且铁品位越高，电压越大，而线圈电阻产生的三角波电压信号不变，最终可得出被测铁精粉磁性铁的品位值。

根据上述所提出测定方法，本发明提出了基于自感式电感传感器的铁精粉磁性铁品位测定方法及其测定装置。测定装置由三角波电流源发生电路、铁精粉磁性铁品位传感器的主体结构、铁精粉磁性铁品位传感器测试电路和单片机测控模块四部分组成。铁精粉磁性铁品位传感器的主体结构采用圆柱型螺旋管式电感传感器，在三角波电流源发生电路的作用下，铁精粉磁性铁品位传感器的主体结构输出电压信号，经铁精粉磁性铁品位传感器测试电路处理后输入到单片机测控模块，由单片机控制完成数据的显示、保存及打印。铁精粉磁性铁品位传感器的主体结构由螺旋管型电感线圈、线圈内壳、线圈外壳、屏蔽外壳、第一引线、第二引线、壳体绝缘材料组成；电感线圈置于线圈外壳和线圈内壳之间，屏蔽外壳和壳体绝缘材料连成一体，中间形成测试腔。测量时测试腔内置被测铁精粉样品构成铁芯，样品磁性铁含量不同，电感线圈的铁芯的导磁率相应不同。根据电磁场理论，线圈的电感量正比于线圈管内被测介质的磁导率，因此铁精粉磁性铁品位火小可通过电感大小反映出来，线圈电感值通过引线接入三角波电流源激励电路，由此获得传感器输出响应电压信号。铁精粉磁性铁品位传感器的三角波电流源发生电路由三角波电压发生电路、电压电流变换电路和功率放大电路构成。测量时由电感线圈通过三角波电流源供电，通过采集测试线圈两端的自感电动势间接测量铁精粉磁性铁品位。

铁精粉磁性铁品位传感器测试电路是由功率放大电路、整流电路和滤波电路组成。该模块的主要功能是将采样模块传输过来的电压信号进行信号调理，然后输入单片机测控模块。

单片机测控模块主要针对铁精粉磁性铁品位传感器测试电路处理后的直流电压信号进行显示、保存及打印等。

本发明提出的铁精粉磁性铁品位测定方法以及测定装置可用于工作现场环境中的实时快速测试，具有简化测量或检定过程、成本低、节省人力物力、易操作等优点。基于该方法及技术研制的实用化测试仪器适用于铁矿企业、钢铁企业中铁精粉生产、加工以及销售过程中铁精粉磁性铁品位的实时快速检测。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细地说明。

图1是本发明铁精粉磁性铁品位测定方法的原理示意图

图2是本发明铁精粉磁性铁品位测定方法的铁精粉磁性铁品位测定装置主体结构的主视图

图3是本发明铁精粉磁性铁品位测定方法的铁精粉磁性铁品位测定装置主体结构的俯视图

图4是本发明铁精粉磁性铁品位测定方法的三角波电压发生电路的原理示意图

图5是本发明铁精粉磁性铁品位测定方法的电压电流变换电路的原理示意图

具体实施方式

铁精粉磁性铁品位测定方法依托铁精粉磁性铁品位传感技术及单片机测控技术完成，相应系统如图1所示。本发明包括三角波信号发生装置1、铁精粉磁性铁品位传感器的主体结构2、铁精粉磁性铁品位传感器测试电路3及单片机测控模块4。

由图2和图3可知，铁精粉磁性铁品位传感器的主体结构由螺旋管型电感线圈12、线圈内壳7、线圈外壳6、屏蔽外壳10、第一引线8、第二引线9、壳体绝缘材料5组成。螺旋管型电感线圈12置于线圈内壳7和线圈外壳6之中，线圈外壳6外部采用屏蔽外壳10包裹。屏蔽外壳10和壳体绝缘材料5连成一体，中间形成测试腔11。壳体绝缘材料5的一端连接有观察窗14，观察窗14上开有四个溢水孔13。测量时采用被测铁精粉样品作为螺线管型电感线圈的铁芯，将铁粉样品置于测试腔11之中，线圈电感量为：

$L=\frac{N^2{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\μ}}_{0}A}{l}---\left(I\right)$

式中，N为线圈的匝数，μ₀为真空导磁系数，μ_r为线圈管内被测铁精粉介质导磁系数，A为线圈横截面积，l为线圈长度。

根据公式(I)，当线圈的匝数、横截面积、长度确定之后，当被测铁精粉样品的铁品位不同时，其导磁系数将随之变化，线圈电感量也就随之相应变化，且存在线性关系。据此可根据线圈电感量的变化测量铁品位。

根据电磁感应定律：

$\mathrm{\ϵ}=L\frac{\mathrm{di}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---\left(\mathrm{II}\right)$

式中，ε为电感线圈的自感电动势，L为线圈的电感量，i(t)为电流，t为时间。

由公式(II)可知，当给电感线圈施加三角波电流源时，则在半个周期内，自感电动势与电感量成正比。因此可通过线圈自感电动势的变化测量铁品位。

铁精粉磁性铁品位传感器的信号发生装置原理示意图如图4、图5所示。三角波电流信号发生装置包括三角波电压发生电路、电压电流变换电路及功率放大电路三部分。采用三角波电流源作用于传感器电感线圈，实现测试信号的电感/电压(L/V)变换；携带被测样品含铁量信息的电压信号经过传感器采集测试电路的放大、整流、滤波处理后，联立单片机测控模块完成铁精粉样品的快速自动检测。

Claims (4)

1.一种铁精粉磁性铁品位测定方法，其特征在于：采用被测铁精粉样品作为螺线管型电感线圈的铁芯，将铁粉样品置于线圈之中，根据电磁场理论，线圈的电感量正比于线圈内介质的磁导率，故铁精粉磁性铁品位大小与电感的大小具有一一对应的正比关系，测量线圈电感时对线圈施加频率较低的三角波电流信号，由于线圈的等效电路中有电感、电阻和电容，其中电容量很小其影响可忽略不计，当所施加信号的频率较低时，线圈可等效为电感和电阻的串联电路，把三角波分解为傅立叶级函数，按各种不同频率的正弦波分量进行分频计算与合成，则三角波信号通过电感时的波形为方波，三角波通过电阻时的波形仍为三角波，这样当铁品位发生变化时，只有方波电压信号是与铁品位信号相关的信号，且铁品位越高，电压越大，而线圈电阻产生的三角波电压信号不变，最终可得出被测铁精粉磁性铁的品位值。

2.一种铁精粉磁性铁品位测定方法的测定装置，测定装置由三角波电流源发生电路(1)、铁精粉磁性铁品位传感器的主体结构(2)、铁精粉磁性铁品位传感器测试电路(3)和单片机测控模块(4)四部分组成，其特征在于：所述铁精粉磁性铁品位传感器的主体结构由螺旋管型电感线圈(12)、线圈内壳(7)、线圈外壳(6)、屏蔽外壳(10)、第一引线(8)、第二引线(9)、壳体绝缘材料(5)组成；螺旋管型电感线圈(12)置于线圈内壳(7)和线圈外壳(6)之中，线圈外壳(6)外部采用屏蔽外壳(10)包裹；屏蔽外壳(10)和壳体绝缘材料(5)连成一体，中间形成测试腔(11)；壳体绝缘材料(5)的一端连接有观察窗(14)，观察窗(14)上开有四个溢水孔(13)。

3.根据权利要求2所述的测定装置，其特征在于：所述三角波电流源发生电路(1)由三角波电压发生电路、电压电流变换电路和功率放大电路构成。

4.根据权利要求2所述的测定装置，其特征在于：所述铁精粉磁性铁品位传感器测试电路(3)由功率放大电路、整流电路和滤波电路组成。

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