Claims (2)
Изобретение относитс к области из мерительной техники и может быть использовано в обогатительной промышленности дл иалерёни содержани металлических включений в концентратах и кеках металлосЬдержащих руд, в норошковой металлургии и других отрасл х народного хоз йства. Известны способы измерени содержани , состава, качества материала по его теплопроводности или измерение самой тецлопроводности l. В этом способе необходимо иметь эталонную: среду с известным коэффициентом теплопроводности, что вл етс су щественным недостатком, так каж наличи эталонной среды в тпобом случае реализа цию вышеперечисленных способов делает не пригодной дл поточных измерений не посредственно в производственных услови х . Кроме того, при наличии влаги в испытуемых средах возникают значительные погрешности, так как теплопроводность вл етс одновременно функцией н содержага /и влажности. Ближайшим техническим решением вл етс способ определени , коэффициента теплопроводности, а, следовательно, и содержани металлической компанентьт в однородной нй еталлической среде, с помощью плоского теплового зонда посто нной мощности. В основу способа положены закономерности развити одномерного температурного пол в полуограниченном теле при нагревании его посто нным тепловым потоком. При этом про изводитс запись избыточной температуры нагревател в функции от корн квадратного текущего времеаи. Сйновременно с этим производитс запись избыточной температуры материала в точке, состо щей от нагревател на определенном рассто нии, также в функции от корн квадратного текущего времени. .После чего чфез определенный отрезок BpeMeHHvcooTBeTCTByK)Шй выходу в регул рный режим нагрева , производ т расчетным путем опр&деление коэффициента теплопроводности. В завершении па имеющйу1ус коэффициен ту тейлопроводности суд т о качественны параметрах среды 2. Однако, известный способ обладает недостатками. Во-первых, коэффициент теплопроводности зависит не только от состава вещества , но и от его влажности и темпе ратуры . Поэтому мен юща с влажность и температура материала привод т кша чительным погрешност м при измёре1нии контролируемого параметра. Во-вторых, в известном способе необходимо производить измерение температуры в двух точках, одна из которых расйоложена в плоскости нагрева, а втора - внутри измер емого материала, отсто ща от плоскости нагрева на стро го заданном рассто ний, что значительно усложн ет способ, дела его неприемлемым дл технологических измерений. В-третьих, этот способ требует значительных расчетных операций, что затрудн ет его. автоматизацию. В-четвертйгх, выходна величина вл етс футсцией корн квадратного от времени измерени , что также вп егс существенным недостатком способа. Цель предлагаемого изобретени - сн жение погрешности измерений и упрощен процесса измерени . Дл этого пробу влажного материала сжимают до посто нной плотности , которую определ ют по заполн емости всего объема пор материала влагой, иа ер ют его начальную температуру, затем в пло кости сжати рсуществл5пот нагрев мате риала и производ т измерение его текущей температуры, а затем через фиксированный отрезок времени определйк т ве личину контролируемого параметра по соотношению: где Т. и ir -текущие температура ма териала и вра( ; -начагльна температура материала; V - мощность плоского наГре вател ; -толщина сло материала -плшцадь плоского нагревател . Предлагаемый способ позвол ет исключить влишше перемегшой влажности и начальной температуры контролируемой среды . Это достигаетс уплотнением пробы влажного материала до такой степени, - чтобы все поры заполнились влагой. Кроме того, .предлагаемый способ проще, чем известные до сего времени способы. Это дает возмОжнсють использовать его в устройствах , пригодных дл поточных иамерений . Последнее свойство получено за счет того, что согласно предлагаемому спо:собу не требуетс наличи эталонной среды с напередзаданным коэффициентом теплопроводности , а также измерение текущей температуры материала осуществл етс только в плоскости нагрева. Отсут- ствие операции изьлерени температуры внутри материала в точке удаленной от плоскости нагрева на строго определенном рассто нии, значительно упрощает предлагаемый способ, и кроме того, снижает погрешность измерений. В предлагаемом способе процесс измерени производитс в реальном масштабе времши. На фиг. 1 приведен график измерени избыточной температуры материала в плоскости нагрева; на фиг, 2 дана блоксхема устройства, реализующего предлагаемый способ. Испытуемый материал помш1аетс в кювету с адиабатически изолированным дном (фиг. 1). В этом случае будет выполн тьс следующее условие. Отношение приращени температуры к приращению толщины сло пробы на уровне дна кювеX R 0 ты равн етс нулю, т.е. При этом необходимо, чтобы толщина сло пробы R была много меньше диаметра кюветы d , т.о. R«(3 -V На материал, который имеет начальную г&лпературу Т,,ставитс датчик с теплоизолированной от окружающей сре. ды верхней плоскостью. Дном датчика в л етс плоский нагреватель, питаемый от источника посто нной мощности, т.е. W Const. SaTQvl проба сдавливаетс датчиком до такой плотности, при которой все поры заполшпотс водой. Прич«. сила давлени должна быть посто нной и достаточной дл вьшолнени вьппеупом нутого услови во вс диапазоне влажностей контролируемого ;материал а., При этом величина ее определ етс на пробе мишшальной влажности по моменту начала отжати .влаги из пробы. В случае 570 больших влажностей излишек воды выливаетс через зазор между стенками кюветы и корпусом датчика (фиг. 2). Таким образом, в любом случае после уплотнени объет ща влажность пробы будет посто нной . После уплотнени подключаетс источник посто нной модности к плоскому нагревателю и измер етс избыточна т&лпература материала в плоскости сдавливани . На графике изменени избыточной температуры материала во времени Т f (tJ проележивакэтс два участка: иррегул рный режим - участок кривой АБ; регул рный режим - участок кривой БС. В регуп5фном режиме крива Т f(t) асимитотически приближаетс к пр мой NH с угловым коэффициентом .. котора пересекает ось координат в точке о ApCitn коэффициент теплопроводности где Л пробью материала; С «А-Теплоемкость пробы материала; С - полна теплоемкость нагревател . tfВьшолнив условие С«С, можно .П(пу чить вьфажение дл отрезка цц решение многоугольника ОА МК. При этом врем измерени f.,.. (точка К) выбирают таким образом, обы в регул рном режиме нагрева (точка М) вьтолн лось условие: В этом случае, можно получить вьфажение дл отрезка: - ММ -КК, т.е. (-г Хр -(ЧггА Учитьдаа тот факт, что теплоолкоста твердого материала (металлических порршков ) значительно меньше теплоемкоети воды, а объемна влажность пробы все вр&л посто нна, из выражени 2 можно получить вьфажение дл коэффици .ента теш1О1фЬводности (вьфажение 1), независимо от теплоемкости контролируёмой среды. Следовательно, Л- есть функци только процентного содержани 46 металлической крмпаненты в пробе. Выражение (1) может быть легко реализовано с помощью известных в счетно-решающей технике элементов. Устройство, реализующее данный способ , состоит из кюветы 1, в которую помещена проба контролируемого материала. На пробу установлен датчик 2, состо щий из Kopiryca 3, плоского нагревател (зонг да) 4 и термочувствительного элемента 5. Термочувствительный элемент 5 включен на вход блока 6 измерени текущей т&лпературы , а также через, нормально закрытый контак переключающего устройства 7, на вход блока 8 измерени начальной температуры материала. Нагревательный элемент 4 через нормально открытый контакт устройства 7 подсоединен к выходной цепи источника 9 псюто шюй мощности .. Выход блока 8 скоммутирован С первым инвертирук дим входом сумматора 10, неинвёртируюший вход которого св зан с выходом блока 6. В тоже врем выход блока б заведен на вход дифференцирук цего блока 11, выход которого скоммутирован с первым входом мноткительного устройства 12. Второй вход устройства 12 задействован на выход бло« 13 текущего вртени, вход которого ерез нормально открытый контакт устройства 7 заведен на пуск, Выход устройства 12 св зан со втоР инвертирующим входом о-мматора О. выход которого св зан со входом блока 14 делени . Выход блока 14 заведен на вход блока 15 регистрапии , второй вход которого подключен ко второму .выходу блока 13 времени. Устройство работает следующим офазом . в кювету 1 засыпаетс влажна контролируема среиа, заг&л сверху устанавливаетс датчик 2, с помощью которого проба уплотн етс спосто нным усилием до момента заполнени всех пор влагой . Излишн51Я влага при этом выдавливаетс наружу по зазору между стенками кюветы 1 и корпусом 3 датчика 2. После этого с помощью термочувствительного элемента 5 производитс измерение начальной температуры материала и запоминание этого значени блоком 8. Кроме того, сигнал о температуре материала . проходит от элемента 5 к блоку 6. Затем переключающее устройство 7 п(3|)оводитг: в другое состо ние, в результате чего команда пуск проходит в блок 13 времоНИ , выдающий сигнал пропорциональный текущему времеци в множительное устр61йЬтво 12. Одновременно с этим с помощью нормально открытого контакта устройства 7 к плоскому нагревателю 4 подаетс питание от источника 9 посто нной мощности и с помощью нормально закрытого контакта устройства 7 отключаетс вход блока 8 от элемента 5. Температура нагревательного элемента 4 а, следовательно, и температура граничного с ним сло материала измен етс во времени. Сигнал, пропорциональный текущей температуре, вырабатываетс в блоке 6, одновременно подава сь на дифференцйрующий блок И и на нейнве тнруйШий вход суммирук цёго блока 10. С выхода блока 11 снз1маетс сигнал, пропорциональный производной от текущей .температуры Т-( , и поступает в множи; гельное ycTpoifcTBO 12, где умножаетс на сигнал, пропорциональныйтекущему времени. Сигнал с устройства 12 подаетс на инвертирук ций вход блока 10, на второй инвертирующий вход которого поступает сигнал, пропорциональный запо ненному значению начальной температуры материала с блока 8. В блоке 1О производитс вычитание сигнала с устройстба 12 и сигнала с блока 8 из сигнала с блока 6. Выходной сигнал с блока 10 подаетс на блок 14 делени . В блоке 14 происходит деление посто нной величины , равной проигзйейёшйЬ мощности ис .точника нагрева и толщины сло материа ла в кювете, деленных на площадь нагревательного элемента, на вьфажение, реализуемое блоком 10. Результирующий сиглал с блока 14 подаетс на блок 15 регистрации. Однако, регистраци вьпсодной величины в блок 15 осуществл етс через строго посто нный отрезок BjieMeни лТ с момента включени нагрева, который задаетс с помощью реле времени помаценного в блоке 13 времени. Сигнал разрсацающий регистрашпо в блок 15, поступает на его второй вход со второго выхода блока 1. Таким офазом, в блоке 15 череа отрезок времени ЛТ , соответствующий выходу на регул рный режим нагрева (во всём измер емом диапазоне контролируovioro параметра), происходит фиксаци искомого параметра, отофажаемого лево . частью выражени (1). Вьщержка времени конкретно дл каждого материала выбираетс экспериментально. Использование предлагаемого способа позволит вести технологические процессы на предпри ти х по производству метал- . лкческих порошковых материалов в более оптимальных режимах за счет получени экспрессной и более достоверной информации о содержании вьшускаемой продукции. При этом повышаетс качество продукции. Формула изобретени Способ измерени содержани металлической компоненты во влажных мелкодисперсных материалах, основанный на нестационарном методе определени теплопроводности в регул рном режиме с помоп1ью плоского теплового зонда посто нной мощности, отличающийс тем, что, с целью снижени погрешности и упрощени процесса, пробу влажного матёрй(ала сжимают до посто нной плотности, которую определ ют по заполн емости всего объема пор материала, влагой, измер ют его начальную температуру , затем в плоскости сжати осуществл ют нагрев материала производ т измерение его текущей температуры, а затем через фиксированный отрезок времени определ ют величину контролируемого параметра по соотношению: текущие температура магде Т, и Т - тернала н врем , соответственно; TO - начальна температура . материала; f - мощность плоского нагревател ; р. - толщина сло материала; S - площадь плоского нагревател . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 542945, кл. G О1 N 25/18, 1977. The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in the beneficiation industry for the content of metallic inclusions in concentrates and cakes of metal-containing ores, in the mining of metallurgy and other national economy. Methods are known for measuring the content, composition, quality of a material by its thermal conductivity, or measuring the very thermal conductivity l. In this method, it is necessary to have a reference one: a medium with a known thermal conductivity coefficient, which is a significant drawback, since each presence of a reference medium in such a case makes the implementation of the methods listed above not suitable for in-line measurements under production conditions. In addition, in the presence of moisture in the test media, significant errors occur, since the thermal conductivity is simultaneously a function of n content and humidity. The closest technical solution is a method for determining the thermal conductivity coefficient, and, consequently, the content of the metal component in a homogeneous metallic medium, using a flat thermal probe of constant power. The method is based on the laws of the development of a one-dimensional temperature field in a semi-bounded body when heated by a constant heat flux. In this case, an excess heater temperature is recorded as a function of the square root of the current time. At the same time, the excess material temperature is recorded at a point consisting of a heater at a certain distance, also as a function of the square of the current time. After that, a certain segment of BpeMeHHvcooTBeTCTByK) In order to achieve regular heating, it is calculated by determining & dividing the thermal conductivity coefficient. At the end of the pas having a coefficient of tei-conduction, the qualitative parameters of environment 2 are judged. However, the known method has drawbacks. First, the thermal conductivity coefficient depends not only on the composition of the substance, but also on its humidity and temperature. Therefore, changing the humidity and temperature of the material leads to multiple errors in measuring the monitored parameter. Secondly, in a known method, it is necessary to measure the temperature at two points, one of which is located in the heating plane, and the second is inside the measured material, spaced from the heating plane at a strictly specified distance, which makes the process significantly more difficult. its unacceptable for technological measurements. Thirdly, this method requires significant settlement operations, which makes it difficult. automation. Fourth, the output value is the footprint of the square root of the measurement time, which is also a significant disadvantage of the method. The purpose of the present invention is to reduce the measurement error and simplify the measurement process. For this, a sample of wet material is compressed to a constant density, which is determined by filling the entire volume of the material's pore with moisture, testing its initial temperature, then heating the material in the compression pressure p and making its current temperature, and then a fixed period of time is determined by the value of the monitored parameter by the ratio: where T. and ir are the current temperature of the material and rotation (; is the initial temperature of the material; V is the thickness of the flat heater; -the thickness of the layer of material is flush The proposed method makes it possible to eliminate the excessive humidity and the initial temperature of the controlled medium. This is achieved by compacting the sample of the wet material to such an extent that all the pores are filled with moisture. In addition, the proposed method is simpler than previously known methods. gives you the opportunity to use it in devices suitable for in-line and aerial measurements. The last property is due to the fact that, according to the proposed method, the reference environment is not required Adan is the thermal conductivity coefficient, as well as the measurement of the current temperature of the material is carried out only in the heating plane. The absence of the temperature removal of the temperature inside the material at a point remote from the heating plane for a strictly defined distance greatly simplifies the proposed method, and also reduces the measurement error. In the proposed method, the measurement process is performed in real time. FIG. Figure 1 shows a graph of the measurement of the excess temperature of the material in the heating plane; FIG. 2 is given a block scheme of a device implementing the proposed method. The test material is placed in a cuvette with an adiabatically insulated bottom (Fig. 1). In this case, the following condition will be met. The ratio of the temperature increment to the increment of the thickness of the sample at the level of the bottom of the tube X R 0 is zero, i.e. In this case, it is necessary that the thickness of the sample layer R be much smaller than the diameter of the cuve d, that is, R "(3 -V On a material that has an initial r & T, temperature, a sensor is fitted with an upper plane insulated from the surrounding environment. The bottom of the sensor is a flat heater powered by a constant power source, i.e. W Const. SaTQvl sample is compressed by the sensor to such a density that all pores are filled with water. At that, the pressure force must be constant and sufficient to fulfill the suppressed conditions in the entire humidity range monitored; material a. mishalny wet test According to the moment of high humidity, excess water is poured out through the gap between the walls of the cuvette and the sensor body (Fig. 2). Thus, in any case, after compaction, the total humidity of the sample will be constant. A constant-mode source is connected to a flat heater and the excess material temperature is measured in the plane of compression. On the graph of the material's excess temperature over time, T f (tJ, there are two sections: irregular mode - AB curve; regular mode - part of the BS curve. In the regu lar mode, the curve T f (t) is asymmetrically close to direct NH with an angular coefficient .. which intersects the coordinate axis at the point ApCitn and the thermal conductivity coefficient where L is the material breakdown; C “A — Heat Capacity of the Material Sample; C - full heat capacity of the heater. tf By completing condition C С C, you can. P (you can get a solution for polygon OA MK for segment c). At that, the measurement time f., .. (point K) is chosen in this way, in a regular heating mode (point M) condition: In this case, it is possible to obtain an extrusion for the segment: - MM –KK, i.e. (–g Xr - (Chgga) Teach the fact that the thermal capacitance of a solid material (metal porosks) is much less than the heat capacity of the water, and the volume humidity of the sample is all h & l constant, from the expression 2 you can get an exaggeration for the coefficient of the ratio test Reduction 1), irrespective of the heat capacity of the controlled medium. Therefore, L is only a function of the percentage 46 metal components in the sample. Expression (1) can be easily realized using elements known in the counting technique. from the cuvette 1 in which the sample of the monitored material is placed.The sample contains a sensor 2 consisting of a Kopiryca 3, a flat heater (probe yes) 4 and a temperature-sensitive element 5. The temperature-sensitive element 5 is connected to the input of the unit 6 no current t & lperatury, and through, normally closed contac switching device 7, the input unit 8 measuring the initial temperature of the material. The heating element 4 is connected via a normally open contact of the device 7 to the output circuit of the source 9 psutow power. The output of block 8 is connected to the first inverter input of the adder 10, the non-inverting input of which is connected to the output of block 6. At the same time, the output of block b is turned on the input is differentiated by block 11, the output of which is connected to the first input of the multivoting device 12. The second input of device 12 is activated at the output of block 13 of the current time, the input of which is through the normally open contact of device 7 Starting to start. The output of the device 12 is connected to the secondary P inverter input of the O.Mmathor. The output of which is connected to the input of the division block 14. The output of block 14 is entered into the input of block 15 of the register, the second input of which is connected to the second output of block 13 of time. The device works as the next ofaz. In the cuvette 1, a moist controlled medium is filled up, a zag & l sensor is mounted on top of 2, with which the sample is sealed with a constant force until the moment all the pores are filled with moisture. The excessive moisture is then squeezed out through the gap between the walls of the cuvette 1 and the housing 3 of the sensor 2. Thereafter, using the temperature-sensitive element 5, the initial temperature of the material is measured and this value is memorized by the block 8. In addition, a signal about the temperature of the material. passes from element 5 to block 6. Then the switching device 7 n (3 |) water leads: to another state, as a result of which the start command passes to the block 13 time, giving a signal proportional to the current time in the multiplying device 12. At the same time the normally open contact of the device 7 to the flat heater 4 is supplied with power from the source 9 of constant power and using the normally closed contact of the device 7 turns off the input of the block 8 from the element 5. The temperature of the heating element 4 and, therefore, the temperature travel boundary layer of material with it varies over time. A signal proportional to the current temperature is generated in block 6, simultaneously applied to the differentiating unit AND and to the Nine direct input of the sum of the whole circuit of block 10. From the output of unit 11, the signal proportional to the derivative of the current temperature T (, and goes to the multiplier; a ycTpoifcTBO 12 gel, where it is multiplied by a signal proportional to the current time.The signal from device 12 is fed to the inverting unit 10, the second inverting input of which receives a signal proportional to the initial temperature material from block 8. In block 1O, the signal from device 12 and the signal from block 8 are subtracted from the signal from block 6. The output signal from block 10 is fed to dividing unit 14. In block 14, a constant value dividing equal to The heating point and the thickness of the material in the cuvette divided by the area of the heating element, by the extrusion realized by block 10. The resulting signal from block 14 is fed to block 15 of registration. However, the registration of the exponent in block 15 is carried out through a strictly constant segment BjieMeni LT from the moment the heating is turned on, which is set by means of time spent in block 13 of time. The signal that registers into block 15 enters its second input from the second output of block 1. Thus, in block 15, the LT time interval corresponding to the output to the regular heating mode (in the entire measured range of the controllerovioro parameter) fixes the desired parameter otofazhema left. part of expression (1). The time lag specifically for each material is chosen experimentally. The use of the proposed method will allow technological processes to be carried out at enterprises producing metal. Bulk powder materials in more optimal modes due to obtaining express and more reliable information about the content of the products being produced. This increases product quality. The invention The method of measuring the content of metal components in wet fine materials, based on a non-stationary method of determining thermal conductivity in a regular mode using a flat thermal probe of constant power, characterized in that, in order to reduce the error and simplify the process, a sample of wet material (compressed to a constant density, which is determined by the filling capacity of the entire pore volume of the material, with moisture, its initial temperature is measured, then in the plane of compression it is carried out the material is heated, its current temperature is measured, and then after a fixed period of time the value of the monitored parameter is determined by the relation: current temperature magde T, and T is the terminal time, respectively; TO is the initial temperature of the material; f is the power of the flat heater; R. - thickness of the layer of material; S - area of the flat heater.Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 542945, cl. G O1 N 25/18, 1977.
2. Методы определени тетюопроводности и температуропроводности. Под ред. А. В. Лыкова, М., Энерги , 1973, с. 4-6.2. Methods for determining the thermal conductivity and thermal diffusivity. Ed. A. V. Lykov, M., Energie, 1973, p. 4-6.
Х-О //////////////////X //////////////////