FI58215C - Foerfarande foer bestaemning av den genomsnittliga partikelstorleken i en uppslamning samt analysator foer utfoerande av foerfarandet - Google Patents

Description

[772=71 r«i „„ KUuuuTusjuLKAisu roo-ις ^ΚΓλ -M ^utlAgoninosskrift50^1 5 (45) Patent ~r I ’·; 1::1, ^ V ^ (51) Kv.ik?/Inta.3 G 01 N 15/02 SUOMI—FINLAND (M) w*wewewiif 7Ö3571 (22) Htkemtapllvl — Ana&knlnpdif 22.11.78 (23) AlkupBlvt—GlHIghatadtg 22.11.78 (41) Tullut JulkMcil — Bltvlt offmtllg 23.05.80

Patmtti· Ja rekisterihallitus (44) MhtMlulp-κχ, ]. kuuLjulluhun pvm.-

Patant- och regitterttyrelMn Antdktn utltjd oeh utl.skrlfMn publtc*r»d 29.08.80 (32)(33)(31) Pyydetty «tuolkwi —Begird prlorltet (71) Outokumpu Oy, Outokumpu, FI; Töölönkatu U, 00100 Helsinki 10, Suomi-Finland(FI) (72) Seppo Juhani Uusitalo, Espoo, Georg Christian von Alithan, Espoo,

Tor Sven Andersson, Luoma, Väinö Armas Paukku, Espoo, Lasse Sakari Kähärä, Espoo, Erkki Sakari Kiuru, Espoo, Suomi-Finland(Fl) (7M Berggren Oy Ab (5^) Menetelmä keskimääräisen raekoon määräämiseksi lietteestä sekä analysaattori menetelmän suorittamista varten - Förfarande för bestamning av den genomsnittliga partikelstorleken i en uppslamning samt analy-sator för utförande av förfarandet

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään keskimääräisen raekoon määräämiseksi lietteestä, jossa lietteeseen lähetetään ainakin yksi ultraäänisädekimppu, jolla on tietty taajuus, ilmaistaan lietteen läpi tullut vaimentunut ultraäänisäteily ja muodostetaan sen intensiteettiä vastaava ensimmäinen signaali, sekä vastaavasti ilmaistaan lietteessä valittuun suuntaan sironnut ultraäänisäteily ja muodostetaan sironneen säteilyn intensiteettiä vastaava toinen signaali. Keksintö koskee myös menetelmän suorittamiseksi tarkoitettua analysaattoria.

Ultraääni vaimenee lietteessä viskositeettihäviöiden ja sironnan vaikutuksesta. Vaimeneminen riippuu lähinnä lietepartikkelien koosta ja tilavuusosuudesta sekä käytetystä taajuudesta. Pieni vaikutus on myös partikkelien ominaispainolla. Vaimenemisen lisäksi voidaan sironnan osuus suoraan mitata sijoittamalla vastaanotin lähetinan-turin säteilykeilan ulkopuolelle. Yhdistämällä sironta- ja vaimene-mistiedot voidaan lietetiheyden vaikutus teoriassa kokonaan eliminoida ja saada keskimääräinen raekoko, joka likimain tilavuusosuuk-silla painottaa eri kokoluokkia. Jos raekokojakautuman muoto likimain säilyy, voidaan tulos muuntaa edelleen seulan jäämäprosentiksi.

2 58215

Ultraäänen vaimenemista ja siihen liittyvää sirontaa on melko paljon tutkittu myös raekokomittauksen kannalta. Suoria sirontamittauk-sia ei juuri esiinny»mutta teoriaa on silti käsitelty melko laajasti kirjallisuudessa.

Suomalaisessa patenttihakemuksessa 3274/72 käytetään kahta ultra-äänitaajuutta, jotka valitaan selityksessä annettujen kriteerien mukaan niin,että saadaan määrätyksi sekä raekoko että lietteen kiin-toainepitoisuus. Joskin eräissä tapauksissa tällöin valitaan toinen taajuus niin, että vaimennuksen määräävänä mekanismina on sironta, niin tälle tunnetulle menetelmälle on ominaista, että siinä aina ilmaistaan ja käsitellään edelleen vain läpi tullut säteily-intensiteetti, eikä sironnutta ultraäänisäteilyä.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti on havaittu, että keskimääräinen raekoko voidaan määrätä entistä tarkemmin ja riippumatta lietteen kiintoainepitoisuuden melko laajasta vaihtelusta mittaamalla ja käyttämällä hyväksi myös valittuun suuntaan sironnut säteily. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisessa patenttivaatimuksessa 1, kun taas keksinnön mukaisen raekokoanalysaattorin pääasialliset tunnusmerkit selviävät patenttivaatimuksesta 4.

Ennen kuin keksinnön mukainen menetelmä ja sitä soveltava analysaattori selostetaan tarkemmin lienee paikallaan tarkastella lähemmin keksinnön pohjana olevaa teoriaa, ts. ultraäänen absorboitumista sekä sirontaa lietteessä.

Tasoaaltojen sironta ja vaimennus

Ultraäänen amplitudi vaimenee lietteessä kaavan

Aa = A0e (1) mukaisesti, missä x on äänen lietteenä kulkema matka. Vaimennus-kerroin a on kohtuullisilla lietetiheyksillä a = Pua , (2) missä P = lietteen kiintoainepitoisuus (tilavuusosuus) = ominaisvaimennus.

a

Intensiteetti on vastaavasti

Ia = I0e'2c,x (3) 3 58215

Vaimennuskerroin voidaan toisaalta kirjoittaa muotoon α = av + l/ia”1 + a”1) , (4) missä a = P 18Y <* + lii?6 ~_U-ϊίΖΥ-- 8,68 dB/cm 81(1 + γ) ^ + γ2/9 + 4γ (SG + 1/2J/ = viskoosihäviötermi (5) “s “ ! <?>4 a3 [gK + 3gs(1- γ (2SG+1) ^ j 8'68 = sirontahäviötermi (6) ad = P(w/v)1/3/4ua 8,68 dB/cm (7) = diffraktiohäviötermi w = 2 tr f γ = a /w/2vk f = taajuus/Hz 2 v = veden kinemaattinen viskositeetti/cm /s v = äänen nopeus/cm/s SG = partikkelien ominaispaino = a = partikkelien säde/cm

K-K

gK~ K1,K0 = Partikkelien ja veden kokoonpuristuvuudet _ _ SG-1 9s 2SG+1 *

Raekoon funktiona vaimennusta esittää kuvan 1 mukainen kaksihuip-puinen käyrä.

Sironnan muodossa säteestä poistuva intensiteetti matkayksikköä kohti on verrannollinen sirontahäviötermiin a ja säteen intensiteet- s ti.in. Sironnut intensiteetti jakautuu epätasaisesti eri sironta-kulmille. Se voidaan kirjoittaa muotoon I = 2ka I_e”2ax s s O , (8) 4 58215 missä k on geometriasta riippuva tekijä ja x äänen yhteensä kulkema matka ennen ja jälkeen sironnan. Lauseke pitäisi integroida sirottavan tilavuuden yli, koska eri paikoista tapahtuvalla sironnalla on eri pituiset matkat. Tässä vaiheessa sironnan on kuitenkin oletettu tapahtuvan mittauskammion keskeltä, missä lähettimen ja vastaanottimen keilat leikkaavat toisensa.

Läpituleva ja sironnut säteily ovat tällöin käytetyssä koejärjestelyssä kulkeneet saman matkan. Niiden intensiteettisuhde on Ϊ- = 2kas . (9) a

Toisaalta α = 2x ln T~ ' di missä Iq on pelkällä vedellä saatava intensiteetti. Jakamalla nämä puolittain saadaan testisuure 2 = k’ ^ = Ialn(Vla) (11) joka ei enää riipu lietetiheydestä, vaan vain raekoosta tietyllä taajuudella, geometrialla ym.

Tunnussuureen Z raekokoriippuvuus on kuvan 2 mukainen. Riippuvuus on hyvin voimakas riittävän pienellä taajuudella. Taajuus ei toisaalta saa olla tarpeettoman pieni, koska silloin sirontaintensi-teetti putoaa liiaksi ja mittaus tulee epätarkaksi. Sironta ja absorptio voidaan mitata myös eri taajuuksilla.

Raekokojakautuman vaikutus

Rakeilla on lietteessä tietty kokojakautuma. Vaimennusta ym. laskettaessa on eri raekokojen vastaavat suureet laskettava yhteen raekokojakautumalla painotettuna. Usein käytetään log-normaalijakautumaa, jonka tiheysfunktio on π f ln( (M - Mn) (il - Mn)/(Moo - M)M) Ί 2 f (M) = —J., - exp - --O----- ^ 1ησ L VTlna (12) 5 58215 missä σ = geometrian keskihajonta M = rakeiden läpimitta = 2a Mq = pienin raekoko M = suurin raekoko

OO

M = raekoon geometrinen keskiarvo.

Ominaisvaimennus raekokojakautumalla on siten Moo M - M

a = / f(M)aad In --^ , (13) M0 ja sironta saadaan vastaavalla tavalla. Vaimennuskäyrän yleispiirteet säilyvät, mutta käyrä loivenee ja minimin paikka vähän siirtyy. Raekokojakautuma (12) pitää melko hyvin yhtä mitattujen seula-analyysien kanssa sopivilla parametreillä.

Tunnussuure (11) on seulan jäämäprosentin funktiona suurella vaih-telualueella melko lineaarinen, kuten kuvasta 3 näkyy. Se ei ole kovin herkkä edes jakautuman muodolle? kaksihuippuinen jakautuma, M = 50 ym ja 100 ym, aiheutti alle 2 % virheen.

Tarkkuusarvio

Teoreettisesti on tutkittu eri tekijöiden vaihtelujen vaikutusta laitteen antamiin tuloksiin ja määrätty yhden ja kahden taajuuden tapauksen optimitaajuudet, joilla virheet muodostuvat pienimmiksi. Tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa.

6 58215

Seula-analyysin suht.virhe%

Suure Perusarvo Vaihtelu 1 taaj. 2 taaj.

Pp 4,6 0,2 1,4 1,4 T 15°C 3°C 1,2 1,2 f 2,4 MHz 5 % 2,3 fx 1,2 MHz 5 % 6,0 f2 1,8 MHz 5 % 10

Aal (Aa) 1 % 4,6 0,2

Aq1 (A0) 1 % 0,7 0,2

Aa2 1 % 1,5

As2 (As) 1 % 4,0 1,7 a 2,5 0,5 2,4 3,2

Rakeiden ominaispaino p ja lämpötila T vaikuttavat samalla tavalla eri tapauksissa. Taajuudelle kahden taajuuden menetelmä näyttää olevan herkempi, mutta taajuus on tarkasti toistettavissa oleva suure, 5 % kuvaa eri kiteiden resonanssitaajuuksien vaihtelua samalla nimel-listaajuudella. Kun kidettä vaihdetaan, on ilmeisesti uusi kalibrointi tarpeen.

Amplitudin mittausvirheelle kahden taajuuden menetelmä näyttää vä-. hemmän herkältä. Kun mitattavien amplitudien vaihteluväli on n.

10-kertainen (intensiteetissä tekijä 100), tulee amplitudin mittausvirhe ilmeisesti olemaan tarkkuutta rajoittavana tekijänä, mikä puoltaisi kahden taajuuden käyttöä. Jakautuman hajonnan σ suhteen ei ole kovin suurta eroa. Sen vaihtelut asettavat rajaksi saavutettavissa olevalle tarkkuudelle n. 3 % jäämäprosentissa.

Tasoaaltotarkastelu vastaa tapausta, että lähetin ja vastaanotin ovat kaukana sirottavasta alueesta (verrattuna anturien kokoon 15 mm ja aallonpituuteen n. 1 mm) ja että sirottava alue on pieni. Tämä ei käytännössä pidä paikkaansa, mutta ero on sisällytetty geometriseen tekijään k' kaavassa (11). Tekijä on määrätty koetuloksista. Raekoon funktiona saatiin tällöin hyvin kokeiden kanssa yhteensopivia käyriä, ja tämä onkin käytännössä tärkeintä. Taajuuden funktiona yhteensopivuus oli kuitenkin huonompi. Tämä onkin luonnollista, koska geometrinen tekijä riippuu aallonpituudesta ja siis taajuudesta .

Sirontaa tapahtuu koko mittauskammion alueelta. Aluetta rajataan käyttämällä äärellisen pituisia lähetinpulsseja ja vastaanottoikku- 7 58215 naa. Lähettimen ja vastaanottimen säteilykeilojen leveydet ra-jaavat lisäksi aluetta. Lopuksi otetaan huomioon aikadiskriminointi, joka rajaa pois liian kaukana oletetusta alueesta tapahtuneen sironnan.

Edellä esitettyä teoriaa on siis sovellettu esillä olevassa keksinnössä. Raekoon funktiona sirontaa ja absorptiota kuvaavat tunnus-suureet käyttäytyivätkin mittauksissa teorian mukaisesti. Taajuuden funktiona yhtäpitävyyden saavuttaminen vaati mittaustilan äärellisen geometrian ja lähetinpulssien ja vastaanottoikkunan ajallisen pituuden huomioonottamisen. Lausekkeisiin tehtiin pieni lisäys, joka ottaa huomioon rakeiden ominaispainon ja kokoonpuristuvuuden vaikutuksen sirontaan. Tämän jälkeen teorian ja kokeiden yhtäpitävyys oli kaikilla onnistuneilla mittauksilla hyvä. Luotettavia koetuloksia on kuitenkin toistaiseksi suhteellisen vähän.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin esimerkkien avulla ja viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää ominaisvaimennusta raekoon funktiona , kuva 2 esittää testisuureen riippuvuutta rakeiden halkaisijasta, kuva 3 esittää testisuureen ja seulan jäämäprosentin vertailua kahdelle eri seulalle, S = 75 ym ja S = 150 ym, kuva 4 esittää kaaviomaisesti keksinnön soveltamiseksi tarkoitettua koelaitteistoa, kuva 5 esittää ultraäänianturin rakennetta, kuva 6 esittää erästä mittauskennon geometriaa, kuva 7 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen ultraääniraekoko-analysaattorin periaatekuvaa, kuva 8 esittää raekokoanalysaattorin lohkokaaviota, kuva 9 esittää analysaattorin lähettimen lohkokaaviota, kuva 10 esittää analysaattorin vastaanottimen lohkokaaviota, kuva 11 esittää analysaattorin laskentaosan lohkokaaviota, ja kuvat 12-14 esittävät keksinnön mukaisella analysaattorilla saatuja mittausarvoja ja niiden perusteella piirrettyjä käyriä.

Edellä luetteloiduista kuvista on kuvia 1-3 selostettu jo aikaisemmin .

Kuvassa 4 on siis esitetty keksinnön soveltamiseksi tarkoitettua 8 58215 koelaitteistoa. Viitenumerot la ja Ib tarkoittavat vaihtoehtoisia täyttöastioita, joista tutkittava liete syötetään putkisilmukkaan 2. Lietettä kierrätetään pumpulla 3, ja silmukan pystysuoraan osaan on sijoitettu mittauskenno 4 antureineen 5. Anturit 5 on edelleen liitetty analysaattorin elektroniikkaosaan 6, jota selostetaan alempana tarkemmin.

Kuvassa 5 on esitetty erästä ultraäänianturia, joka on konstruoitu erikoisesti tätä analysaattoria varten. Numero 7 tarkoittaa anturin metallirunkoa, numero 8 ultraäänikidettä ja numero 9 kiteen suojaksi anturin päähän liimattua titaanilevyä. Anturin läpi ulottuu kytkentälanka 10, ja rungon sisätila on täytetty araldiitilla 11. Anturit voidaan asettaa mittauskennoon esimerkiksi kuvan 6 osoittamalla tavalla. Siinä on lähettimenä toimivaa anturia merkitty 5t, läpi tullutta ultraäänisäteilyä, josta siis osa on absor-toitunut lietteeseen, mittaava anturi on 5= ja sironnutta säteilyä

CL

mittaava anturi on 5g. Häiritsevien kaikujen eliminoimiseksi on kennon sisäpuoli vuorattu kumilla 12.

Kuva 7 esittää ultraääniraekokoanalysaattorin periaatekuvaa. Siinä lähettimiin 13 ja 14 kytketyt anturit ovat lähetinantureita ja lisäksi kennossa on kaksi vastaanottavaa absorptioanturia ja yksi sironta-anturi. I ovat intensiteettejä,k ja 1 ovat kalibrointisuoria määrittelevät vakiot, p on lietetiheys, φ on rakeiden tilavuusosuus ja G on seula-analyysiä kuvaava suure. Rengastetut suureet joudutaan määrittelemään kalibrointimittauksien avulla, siis käyttäen lietteeseen suspendoituja, raekooltaan tunnettuja fraktioita.

Kuvaa 7 vastaavaa lohkokaaviota on esitetty kuvassa 8. Siinä on numerolla 15 merkitty pääoskillaattoria, joka syöttää 1 MHz:n taajuista signaalia sekä lähettimiin 13 ja 14 että ajoituspiiriin 16, joka toimii lähetyspuolen ja vastaanottopuolen synkronoimiseksi. Numerolla 17 on merkitty multipleksilaite, joka vastaanottaa sig-naalitaajuudet ja f2 ja josta nämä viedään edelleen synkroniseen ilmaisimeen 18. Myös sironneen ultraäänen vastaanottavan anturin signaali viedään synkroniseen ilmaisimeen 19. Ilmaisimista 18 ja 19 viedään signaalit edelleen laskentayksikköön 20.

9 58215 Lähettimistä saadaan vuorotellen kumpaankin anturiin n. 20 ps:n pituisia ja 0,5-4 MHz:n taajuisia pulsseja, joiden toistotaajuus on n. 1 kHz. Vastaanotinosassa nämä suurtaajuuspulssit ilmaistaan synkronisesti, ja niiden amplitudeja vastaavista jännitteistä muodostetaan laskentaosassa jäämäprosenttiin ja lietetiheyteen verrannolliset tiedot.

Lähetinosan yksityiskohdat on esitetty kuvassa 9. Riittävän taa-juusstabiilisuuden takaamiseksi lähettimet on tahdistettu 1 MHz:n pääoskillaattoriin. Tästä perustaajuudesta voidaan generoida syn-tetisaattoriparilla 21a, 21b kaikki tarvittavat taajuudet. Kytkimillä Sg on valittavissa neljä taajuusaluetta: 250-500 kHz, 500-1000 kHz, 1-2 MHz ja 2-4 MHz. Kunkin alueen sisällä hienosäätö on suoritettavissa kytkinsarjalla SA· Pienimmän taajuusportaan suuruus vaihtelee taajuusalueen mukaan ollen 3,125 kHz matalimmalla ja 25 kHz korkeimmalla alueella.

Syntetisaattoreista 21a ja 21b saatuja signaaleja verrataan vaihe-lukitussa silmukassa VCU-jännitteisiin (lohkot 22a ja 22b), taajuus ja vaihe-ero korjataan ja signaalitaajuus jaetaan piireissä 23a ja 23b luvulla N. Näin saadut signaalit kytketään porttien 24a ja 24b kautta uä-antureita ohjaaviin tehovahvistimiin 25a ja 25b. Portteja ohjataan ajoituspiirillä 16 liitäntöjen 26a ja 26b kautta.

Pääteasteet pystyvät syöttämään kuormaan n. 40 V :n jännitteen,

PP

mikä käytännössä on osoittautunut riittäväksi. Anturien rakenteesta johtuen niiden impedanssit ovat resonanssitaajuudellaankin erittäin reaktiivisia. Tämän vuoksi käytettäessä yli 1 m:n syöttöjoh-topituuksia lähetinanturien sisään on asennettava 50 Ω:η päätevastukset, jotta syntyvät seisovat aallot eivät vahingoittaisi pääte-asteita.

Amplitudin stabilointi on helposti järjestettävissä, kun vahvistin konstruoidaan ns. kytkinvahvistimeksi. Tällöin kuormaan kytketään tulosignaalin mukaan joko positiivinen tai negatiivinen syöttöjän-nite, jolloin amplitudin stabilointi voidaan suorittaa tasajännite-säätönä .

10 5 821 5

Kun lähetinanturien ohjaussignaali on sakara-aaltoa, se sisältää myös perustaajuuden parittomat harmooniset. Kokein on todettu, että puhtaassa vedessä anturityypistä riippuen 3. harmoonisen transmissio on pahimmillaan n. 10 % perusaallon transmissiosta. Kuitenkin 3. harmoonisen amplitudi on vain 33 % perusaallosta, joten vastaanotetusta signaalista korkeintaan noin 3 % on kolmatta harmoo-nista. Lietemittauksessa tämä arvo edelleen pienenee merkittävästi.

Vastaanotinosa on kuvan 10 mukainen. Koska vastaanotetut ultraääni-signaalit, erityisesti sironta, ovat luonteeltaan satunnaisia, on ilmaisuun kiinnitetty erityistä huomiota. Suoritettujen kokeiden yhteydessä todettiin, että mittaustuloksiin ei merkittävästi vaikuta, mitataanko signaalien intensiteetit tehollisarvoina vaiko aritmeettisina aikakeskiarvoina. Tämän havainnon nojalla voitiin vastaanottimen rakennetta yksinkertaistaa. Esivahvistin 27, tasasuuntaaja 28 ja synkroninen ilmaisin 18 muodostavat yhden vastaanotinkanavan, jollaisia koko vastaanotin sisältää kolme: kaksi sironnan ja absorption mittausta varten taajuudella f^ ja absorption mittaukseen yksi taajuudella f^. Koska taajuudet ja f2 lähetetään eri aikoina pulsseina, voidaan absorptiosignaalit A&1 ja A^ mitata samalla tasasuuntaajalla 28 multipleksoimalla signaalit multipleksilaitteella 17.

Myös ajoitin 16 saa ohjauksensa 1 MHz:n pääoskillaattorista. Kytkin-sarjoilla Sc ja SD hoidetaan pulssien toistotaajuus sopivaksi sekä säädetään mittausikkunan ajallinen paikka oikeaksi synkronisille ilmaisimille 18. On todettu, että peräkkäisten lähetinpulssien välin on oltava vähintään 500 ys, jotta edellisen aiheuttamat hajakaiut ehtisivät sammua ennen seuraavan mittausta. Lähetinpulssin pituudeksi on valittu 20 ys. Lyhyempää pulssia ei voida käyttää, koska vastaanottimen suodatus integroisi pulssin korkeutta liikaa. Pitempi lähetyspulssi ei tule kysymykseen, koska se puolestaan aiheuttaisi interferenssejä vastaanottimessa signaalin lyhyehkön (n. 60 ys) kulkuajan takia.

Testisuure Z ja lietetiheys S saadaan konstruoiduksi kaavan 11 esittämällä laskentayksiköllä. Siinä on kaksi jakajaa 29, 30 ja yksi log-suhdemoduli 31 sekä neliönmuodostaja 32. Vedellä suoritetun kalibroinnin yhteydessä säädetään A^-potentiometri kohdalleen. Taajuudet on valittu siten, että a on lietetiheyteen likipitäen verrannollinen suure. Jäämäprosentti saadaan testisuureesta Z

11 5821 5 approksimoimalla sitä suoralla, jonka kulmakerroin ja origon paikka ovat säädettävät. Samoin menetellen skaalataan lietetiheyden tulostus.

Voimakkaimmin laskentaosan tarkkuuteen vaikuttava tekijä on liete-tiheys. Spesifikaatioiden mukaan käyttötilanteessa lietetiheys muuttuu pahimmillaan suhteessa 1:3.

Käytännössä saavutetaan jakajamoduleilla 0,1 %:n tarkkuus täydestä lähtöarvosta, sekä log-suhdemodulilla tarkkuus 0,5 % tulosignaaliin redusoituna. Tarkastellaan lietetiheyden vaikutusta näiden virheiden kautta: - Raekoko 40 ym

Aal/AQ1 max arvo on n. 0,75 A _/A - vaihtelualue on n. 2 S 2 3.2 a :n max virhe on 0,4 % s a :n " 0,9 % kokonaisvirhe 1,3 % - Raekoko 100 ym A^/Aq^ max arvo on n. 0,6 A »/A - vaihtelualue on n. 2 s2 a2 ctg:n max virhe on 0,4 % a : n " 0,5 % kokonaisvirhe 0,9 %

Todetaan, että laskentaosa täyttää annetun 2 %:n vaatimuksen. Mittausesimerkkejä

Ultraääniraekokoanalysaattorin kehittelyyn liittyviä ultraäänen absorptio- ja sirontamittauksia sekä vedellä että lietteillä on suoritettu käyttämällä edellä selostettua lietteenkierrätysjärjestelmää. Koska kunnollista ilmanpoistajaa ei ole vielä ollut käytössä, on ilman annettu poistua itsestään avoastian kautta. Tällainen ilmanpoisto vaatii aikaa noin puoli tuntia.

Käytettiin kuvan 5 mukaisia antureita, joissa kiteen suojaksi oli liimattu titaanilevy. Käytössä oli eri taajuudella toimivia antu- 12 582 1 5 reita, koska kahden taajuuden menetelmä parantaa huomattavasti raekokoa karakterisoivan ominaissuureen (Z) erotuskykyä. Kuvissa 12 ja 13 on esitetty mittaustulosten perusteella lasketut ominais-suureen (Z) arvot.

Kuvan 12 mukainen tulos saatiin käyttämällä taajuuksia = 0,95 MHz ja f2 = 1/9 MHz, kuvassa 13 olivat taajuudet = 1,16 MHz ja f2 = 1/9 MHz. Teoreettisten kuvaajien arvot on laskettu olettamalla koemateriaalin rakeet samankokoisiksi. Kokeelliset tulokset on sovitettu teoreettisiin asettamalla keskimmäisen fraktion 2 %:n lietetiheyden tilavuusosuutta vastaava kokeiden antama ominaissuureen arvo yhtymään teoreettiseen yhden raekoon kuvaajaan raekoon 89 um kohdalla.

Kuvien 12 ja 13 mittauksia suoritettaessa oli analysaattorin elektroniikkaosa vielä puutteellinen, etenkin sironnan mittauksen osalta. Kuvassa 14 on esitetty mittaustulos, joka on saatu käyttäen parannettua elektroniikkaa ja uusia antureita. Näissä antureissa oli kidettä suojaamassa ruostumaton teräslevy, joka oli juotettu erikoisseoksella kiteeseen. Käytetyt taajuudet olivat = 1,3375 MHz ja f2 = 1,8625 MHz, Kokeellisten ja teoreettisten arvojen sovitus tapahtui samalla tavalla kuin kuvissa 12 ja 13.

Claims (7)

13 5821 5

1. Menetelmä keskimääräisen raekoon määräämiseksi lietteestä, jossa lietteeseen lähetetään ainakin yksi ultraäänisädekimppu, jolla on tietty taajuus, ilmaistaan lietteen läpi tullut vaimentunut ultraäänisäteily ja muodostetaan sen intensiteettiä (I ) cl vastaava ensimmäinen signaali, sekä vastaavasti ilmaistaan lietteessä valittuun suuntaan sironnut ultraäänisäteily ja muodostetaan sironneen säteilyn intensiteettiä (Ig) vastaava toinen signaali, tunnettu siitä, että näin saadun ensimmäisen ja toisen signaalin avulla määrätään sirontavaimennuskerroin ja läpimenevän ja puhtaalla vedellä saadun intensiteetin (Iq) avulla määrätään kokonaisvaimennuskerroin, ja että sirontavaimennusker-toimen avulla määrätään raekoko tai sitä kuvaava suure, jolloin - lietetiheyden vaikutuksen eliminoimiseksi muodostetaan sironta- vaimennuskertoimen ja kokonaisvaimennuskertoimen suhde.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään kahta eri taajuuksilla (f^, f2) toimivaa lähetinanturia ja mitataan ensimmäisellä taajuudella (f^) läpi tullut vaimentunut säteily ja toisella taajuudella (f2) ainakin sironnut säteily.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisella taajuudella ^2) mitataan sekä läpi tullut vaimentunut säteily että sironnut säteily. 1 Raekokoanalysaattori patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän suorittamiseksi, joka analysaattori käsittää ainakin yhden ultraäänilähettimen (13, 14), joka on sovitettu lähettämään ult-raäänisädekimmpu tietyllä taajuudella (f^) analysoitavaan lietteeseen, ainakin yhden ultraäänianturin läpi tulleen vaimentuneen ultraäänisäteilyn vastaanottamiseksi, ja ilmaisinelimet (18) vastaanotetun ultraäänisäteilyn intensiteettiä (I ) vastaavan cl ensimmäisen signaalin synnyttämiseksi, tunnettu siitä, että siinä on ainakin yksi ultraäänianturi sironneen ultraääni-säteilyn (f2) vastaanottamiseksi, ilmaisinelimet (19) sironneen säteilyn intensiteettiä (I ) vastaavan toisen signaalin synnyttä-miseksi sekä piirielimet (20) ensimmäisen ja toisen signaalin vertaamiseksi toisiinsa sekä raekokoa kuvaavan suureen muodostamiseksi vertailutuloksen perusteella. 14 5821 5

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen analysaattori, tunnet-t u siitä, että siinä on kaksi eri taajuuksilla (f^, £2) toimivaa lähetintä (13, 14), jotka anturien kautta vuorotellen lähettävät ultraäänisäteilyä lietteeseen, kaksi synkronisesti toimivaa ilmaisinta (18, 19), jotka ovat yhdistetyt vastaanottoantureihin ja muodostavat läpi tulleen säteilyn intensiteettiä (I ) vastaa-van ensimmäisen signaalin ja sironneen säteilyn intensiteettiä (I ) vastaavan toisen signaalin, jolloin lähetin- ja vastaanotto- O puolella on järjestetty yhteinen pääosakillaattori (15) , joka ajoi-tuspiirin (16) kautta tahdistaa lähettimet (13, 14) ja ilmaisimet (18, 19).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen analysaattori, tunnet-t u siitä, että siinä on läpi tulleen säteilyn vastaanottamiseksi kaksi mainituilla eri taajuuksilla (f^, f2) toimivaa anturia, jotka on yhdistetty multipleksilaitteen (17) kautta niille yhteiseen synkroniseen ilmaisimeen (18) .

7. Jonkin patenttivaatimuksista 4-6 mukainen analysaattori, tunnettu siitä, että siinä on ilmaisimien (18, 19) jälkeen kytketty elektroninen laskentaosa (20).