SU1168713A1 - Устройство для определения физических свойств дисперсных сыпучих материалов - Google Patents

Description

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для определения физических свойств дисперсных сыпучих материалов.

Известно устройство для определения физических свойств дисперсных сыпучих материалов, позволяющее определять удельную поверхность указанных материалов, содержащее основание, на котором размещены гильза для 'матё'рй’&'ла с пуансоном, резервуар для- рабфаей* Жидкости, аспиратор в виде резиновой груши, вертикальная мерная трубка с двумя расширениями и тремя метками до, между и пбёле расширений, верхний конец которой соединен с гильзой и через кран с аспиратором и резервуаром для рабочей жидкости, а нижний связан с вертикально размещенным резервуаром, образующим с мерной трубкой ν-образный манометр [1].

Недостатками данного устройства являются низкая точность определения, связанная с визуальной регистрацией времени прохождения столба жидкости мимо меток, с возможностью измерения одновременно в одном акте определения только одного значения времени, а следовательно, и одного значения удельной поверхности, а также отсутствие приложения контролируемого усилия, сравнительно низкий диапазон измеряемых величин и сложность обслуживания, связанные также с визуальной регистрацией, небольшие функциональные возможности, заключающиеся в определении только одной физической характеристики материала — удельной поверхности.

Известно также устройство для определения физических свойств дисперсных сыпучих материалов, содержащее основание, на котором размещены гильза из изоляционного материала с пуансоном и донышком из проводника, связанными через амперметр с источником питания, а также с двумя контактами для подключения вольтметра, нажимной механизм, выполненный в виде системы рычагов с грузами, и узел контроля усилия в виде стрелки и шкалы [2].

Недостатками данного устройства являются сравнительно низкая точность определения, связанная с отсутствием данных о параметрах контролируемой пробы, узкий диапазон определений, связанный с необходимостью (при неизвестности других физических характеристик дисперсного сыпучего материала) проведения измерений только на узкой мелкой фракции, сложность обслуживания, связанная с необходимостью подготовки дополнительных проб для определения других физических характеристик материалов, узкие функциональные возможности, связанные с тем, что определяется только одна физическая величина — удельное электросопротивление.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для определения физических свойств дисперсных сыпучих материалов, содержащее основание, на котором размещены гильза для материала с пуансоном, резервуар для рабочей жидкости, аспиратор, вертикальная мерная трубка с двумя расширениями, верхний конец которой соединен с гильзой и через кран — с аспиратором и резервуаром для рабочей жидкости, а нижний связан с вертикально размещенным резервуаром, образующим с мерной трубкой У-образный манометр, и нажимной механизм, выполненный в виде закрепленной на основании откидной скобы, винта, размещенного в резьбовом отверстии скобы, и узла контроля усилия, через который винт контактирует с пуансоном [3].

Недостатками известного устройства являются низкая точность, связанная с визуальной регистрацией прохождения столба жидкости мимо меток, а также с невозможностью многократных определений удельной поверхности в ходе одного определения, узкий диапазон определяемых значений и сложность обслуживания, связанные также с визуальной регистрацией, узкие функциональные возможности, заключающиеся в измерении только одной физической величины — удельной поверхности дисперсного сыпучего материала.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что, устройство для определения физических свойств дисперсных сыпучих материалов, со держащее основание, на котором установлены гильза для материала с пуансоном, резервуар для рабочей жидкости, аспиратор, вертикальная мерная трубка с двумя расширениями, верхний конец которой соединен с гильзой и через кран — с аспиратором и резервуаром для рабочей жидкости, а нижний соединен с вертикально размещенным резервуаром, образующим с мерной трубкой У-образный манометр, и нажимной механизм, выполненный в виде закрепленной на основании откидной скобы, винта, размещенного в резьбовом отверстии скобы, и узла контроля усилия, через который винт контактирует с пуансоном, снабжено двумя фоторезисторами, двумя подстроечными резисторами, регистрирующим прибором, самописцем, источниками света, четырьмя фотодатчиками, включенными по мостовой схеме, измерительная диагональ которых подключена к самописцу, четырьмя регулируемыми диафрагмами, выполненными в виде рамки с перекладинами, установленными попарно по разные стороны рамки

3

1168713

4

на уровне соответствующих источников света и фотодатчиков с возможностью поворота вокруг рамки, мерная трубка выполнена с третьим расширением, а аспиратор выполнен в виде цилиндра с поршнем, электродвигателя, направляющей с кареткой, связанной с поршнем, пары винт-гайка, двух зеркал, двух реохордных датчиков и двух фотодатчиков, соединенных по мостовой схеме и визированных на эти зеркала, фазовращающего усилителя, вход которого подключен к измерительной диагонали моста, а выход — к электродвигателю, при этом пара винт-гайка соединены соответственно с электродвигателем и поршнем, реохордные датчики — с кареткой, гильза для материала выполнена с двумя разнесенными по ее длине проводящими кольцами, корпус гильзы выполнен из электроизоляционного материала, а дно из проводящего материала, узел контроля усилия выполнен в виде последовательно размещенных динамометра и электроконтактного датчика усилия, а фоторезисторы и подстроечные резисторы включены по мостовой схеме, измерительная диагональ которой подключена к регистрирующему прибору, а подстроечные резисторы соединены с узлом контроля усилия.

На фиг. 1 показано устройство для определения физических свойств дисперсных сыпучих материалов, общий вид в изометрии; на фиг. 2 — схема систем регистрации прохождения столба жидкости по мерной трубке; на фиг. 3 — схема хода лучей; на фиг. 4 конструкция гильзы для исследуемого дисперсного сыпучего материала, а также схемы измерения удельного электросопротивления пробы и включения электроконтактного датчика усилия; на фиг. 5 — общий вид аспиратора, разрез; на фиг. 6 — электрическая схема устройства; на фиг. 7 — конструкция рамки, на которой размещены элементы, образующие диафрагмы (условно показан только один элемент); на фиг. 8 и 9 — схемы хода лучей от верхнего и нижнего зеркал соответственно к верхнему и нижнему дополнительным фотодатчикам; на фиг. 10 конструкция одного из элементов, образующих диафрагму; на фиг. 11 — пример регистрации измерения удельной поверхности на диаграммной ленте самописца; на фиг. 12 — зависимость удельных поверхности и электросопротивления различных коксов от среднего размера их частиц.

Устройство для определения физических свойств дисперсных сыпучих материалов содержит основание 1 со стойкой 2, на котором размещена гильза 3 для исследуемого сыпучего дисперсного материала с пуансоном 4. На основании 1 размещен также нажимной механизм, состоящий из откидной скобы 5, в которой установлены нагружающий пуансон 4, электроконтактный датчик 6 усилия и динамометр 7, образующие узел

контроля усилия и винт 8 с маховиком 9. На стойке 2 размещена вертикальная мерная трубка 10 с тремя расширениями 11, с одной стороны от которой размещены рамка 12 с диафрагмами и фотодатчики 13, а с другой — источники 14 света с оптическими элементами. Нижний конец мерной трубки 10 соединен с вертикальным резервуаром 15, образующим с мерной трубкой У-образный манометр. Верхний конец мерной трубки 10 соединен с гильзой 3 и через кран 16 — с резервуаром 17 для рабочей жидкости и с аспиратором. Последний содержит размещенный на основании цилиндр 18 с поршнем 19, пару винт-гайка 20 и 21 и электродвигатель 22. Кроме того, аспиратор также содержит направляющую 23 с кареткой 24, связанной с гайкой 21 штоком 25, и два реохордных датчика 26 с движками 27, жестко скрепленными со штоком 25. На направляющей 23 также установлены концевые выключатели 28 для аварийной остановки двигателя 22 при выходе каретки 24 за пределы рабочей зоны. На основании 1 размещена обойма 29 с подпружиненным штоком 30, фиксирующим дно 31 из проводящего материала, и закреплены стойки 32 с осями 33, на которых размещена откидная скоба

5. В дне 31 выполнено отверстие 34 для прохода просасываемого с помощью движения рабочей жидкости в мерной трубке 10. Верхняя часть дна 31 входит в гильзу 3 из изоляционного материала, в которой перфорированные проводящие диски 35 фиксируют исследуемую пробу 36 дисперсного сыпучего материала. В гильзе 3 по ее высоте размещены проводящие кольца 37, с которыми соединен вольтметр (гальванометр) 38. С пуансоном 4 контактирует электроконтактный датчик с чувствительным элементом 39 с контактами 40, с которыми через источник 41 питания связан блок 42 сигнализации.

Усилие к электроконтактному датчику 39 прикладывается через динамометр 43 винтом 8 с помощью маховика 9. Пуансон 4 и дно 31 через амперметр 44, источник 45 питания и реостат 46 соединены между собой. На основании 1 размещена стойка 47 с делениями, а на пуансоне 4 — указатель 48. Кроме того, на основании 1 установлен ступенчатый диск 49, образующий вместе с цилиндром 18 полость, в которую введен соединительный штуцер 50. Электродвигатель 22 связан с винтом 20 с помощью муфты 51. Реохордные датчики 26 могут иметь, например, центральные стержни из электроизоляционного материала с покрытием 52 слоем проводника. Электропитание устройства осуществляется от трансформатора 53 с двумя вторичными обмотками, к которым подключены диодные мосты 54 и 55 и конденсаторы 56 и 57. Мост 54 питает источники 14 света и источник 58 света динамометра 7, а мост 55 — измерительные мосты из фотодатчиков

5

1168713

6

13 (в данном случае фотодиодов) и из фотосопротивлений 59 и подстроечных сопротивлений 60 с выходом на регистрирующий прибор 61. Источник 58 света визирован на фотосопротивления 59 и луч света от него перекрыт шторкой с диафрагмой, связанной с концом чувствительного элемента. На выход мостовой схемы из фотодатчиков 13 подключен самописец 62 (например, типа Н338). От моста 55 запитан также мост из фотодатчиков (фотосопротивлений) 63, одно из которых может быть закорочено кнопкой 64, и из реохордных датчиков 26 с движками 27. На выход этой мостовой схемы подключен знакочувствительный фазовращающий усилитель 65 (например, типа-УЭУ209М), а на его выход через нормально замкнутые концевые контакты 66 — электродвигатель 67 (например, типа РД---09). Рамка 12 диафрагм содержит четыре одинаковых элемента в виде двух противоположно направленных нижними полками и свободными концами уголков 68 и 69, один конец каждого из которых шарнирно закреплен на соответствующей оси 70 и подпружинен плоской пружиной 71, а второй опирается на профильный кулачок 72. На самом верхнем и на самом нижнем уголках размещены верхние 73 и нижние 74 плоские угловые зеркала, установленные так, чтобы свет от крайних источников 14 света падал соответственно на дополнительные фотодатчикм 63. На диаграммной ленте 75 самописца 62 пики 76 соответствуют прохождению мениска рабочей жидкости мимо соответствующих источников света с фотодатчиками.

Устройство для определения физических свойств дисперсных сыпучих материалов работает следующим образом.

Взвешенную пробу исследуемого материала переносят в гильзу 3, слегка прижимают пуансоном 4 и по шкале 47 с помощью указателя 48 определяют объем, а значит, и насыпную массу исследуемого материала. После этого вращением маховика 9 с помощью винта 8 нагружают электроконтактный датчик усилия до замыкания контактов 40. Открывают кран 16 и нажимают кнопку 64. Мост из фотосопротивлений 63 и подстроечных сопротивлений 26 разбалансируется (уровень воды выбран так, чтобы в нерабочем состоянии нижний из фотодатчиков 63, а в рабочем состоянии верхний из фотодатков 63 должны находиться в условиях перекрытия луча света столбом жидкости), на усилитель 65 поступает сигнал соответствующей полярности. Усилитель 65 при этом изменяет фазу своего выходного сигнала, что приводит в действие электродвигатель 67, который начинает вращать винт 8. Последний перемещает гайку 21 и вместе с ней каретку 24 по направляющей 23, а также движки 27 датчиков 26 и поршень 19, создавая

разрежение в штуцере 50. При этом исследуемая жидкость засасывается в мерную трубку 10 по достижении ею верхнего предела (места размещения верхнего фотодатчика 63), после чего мост вновь сбалансируется (оба фотодатчика 63 затемнены, движки 27 обоих реохордных датчиков 26 смещены в положение наибольшего сопротивления) и электродвигатель 67 остановится. После этого его блокируют специальным тумблером (не показан), включенным последова тельно с любым из концевых выключателей 66, и открывают кран 16. Рабочая жидкость, отсасывая воздух через гильзу 3 с пробой 36 дисперсного сыпучего материала, проходит мимо четырех парных источников 14 света, четырех диафрагм 12 и четырех фотодатчиков 13, давая при этом пики 76 на диаграммной ленте 75, по расстоянию между которыми определяют время прохождения, а по нему — удельную поверхность по формуле

где й-константа прибора;

о(_и-истиииая плотность дисперсного сыпучего материала; т-норозность слоя;

η,-вязкость воздуха при температуре определения;

Ф-время прохождения столба жидкости между двумя соответствующими фотодатчиками 13.

После этого увеличивают нагрузку на пробу 36 путем вращения маховика 9, чувствительный элемент (не показан) динамометра 9 деформируется, шторка (не показана) перемещается, перекрывает луч света от источника 58 света на фотодатчики 59 и сигнал, пропорциональный приложенному усилию, попадает на регистрирующий прибор 61. По достижении заданного усилия включают источник 44, реостатом 46 задают требуемый ток и измеряют его амперметром 45, а потенциал между кольцами 37 — вольтметром 38, и вычисляют удельное электросопротивление исследуемого дисперсного сыпучего материала по формуле закона Ома. После этого вновь увеличивают давление по величине и по перемещению (по шкале 47) определяют уплотняемость, прессовые характеристики исследуемого дисперсного сыпучего материала и т.д.

После окончания исследований блокировка двигателя 67 отключается, а так как столб воды опустился, оба фотодатчика 63 освещены и сопротивление реохордных датчиков 26 велико, то мост опять разбалансирован, но разбаланс имеет другой знак, усилитель 65 изменяет фазу в противоположную сторону и двигатель 67 также начинает вращаться в противоположную сторону, опуская

1168713

8

поршень 19 и движки 27 реохордных датчиков 26 до тех пор, пока не наступит баланс моста, после чего он останавливается. После замены пробы 36 прибор вновь готов к работе.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность в среднем на 4%, расширить диапазон измерений в среднем на 40% и повысить производительность в сред нем на 30%.

Фиг. 1

Фиг. 2

Фиг.З

1168713

Фиг.4

1168713

1168713

Фиг. 11

1168713

фиг. 72

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДИСПЕРСНЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее основание, на котором установлены гильза для материала с пуансоном, резервуар для рабочей жидкости, аспиратор, вертикальная мерная трубка с двумя расширениями, верхний конец которой соединен с гильзой и через кран — с аспиратором и резервуаром для рабочей жидкости, а нижний ' соединен с вертикально размещенным резервуаром, образующим с мерной трубкой У-образный манометр, и нажимной механизм, выполненный в виде закрепленной на основании откидной скобы, винта, размещенного

   в резьбовом отверстии скобы, и узла контроля усилия, через который винт контактирует с пуансоном, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, оно снабжено двумя фоторезисторами, двумя подстроечными резисторами, регистрирующим прибором, самописцем, источниками света, четырьмя фотодатчиками, включенными по мостовой схеме, измерительная диагональ которых подключена к самописцу, четырьмя регулируемыми диафрагмами, выполненными в виде рамки с перекладинами, установленными попарно по разные стороны рамки на уровне соответствующих источников света и фотодатчиков с возможностью поворота вокруг' рамки, мерная трубка выполнена с третьим расширением, а аспиратор выполнен в виде цилиндра с поршнем, электродвигателя, направляющей с кареткой, связанной с поршнем, пары винт-гайка, двух зеркал, двух реохордных датчиков и двух фотодатчиков, соединенных по мостовой схеме и визированных на эти зеркала, фазовращающего усилителя, вход которого подключен к измерительной диагонали моста, а выход — _Λ к электродвигателю, при этом пара винт- § гайка соединены соответственно с электродвигателем и поршнем, реохордные датчики — с кареткой, гильза для материала выполнена с двумя разнесенными по её длине проводящими кольцами, корпус гильзы выполнен из электроизоляционного материала, а дно из проводящего материала, узел контроля усилия выполнен в виде последовательно размещенных динамометра и электроконтактного датчика усилия, а фоторезисторы и подстроечные резисторы включены по мостовой схеме, измерительная диагональ которой подключена к регистрирующему прибору, а подстроечные резисторы соединены с узлом контроля усилия.

   зи „„ 1168713

   1

   1168713
2. 2