6.2. Измерение уровня сыпучих материалов
Измерение уровня сыпучих, особенно крупнокусковых, материалов достаточно сложно из-за наличия целого ряда специфических особенностей, присущих этим материалам:
поверхность материала, в отличие от жидкостей, может не иметь горизонтальной поверхности;
в этих материалах не соблюдается закон Паскаля, связывающий высоту слоя материала и величину создаваемого давления;
возможность наличия пустот внутри объема материала.
Для уменьшения этих отрицательных явлений применяют вибрационные приспособления к бункерам и емкостям. При вибрациях с ускорениями больше q = 9,81 м/с2 сыпучие материалы приобретают свойства квазижидкостей: материал приобретает текучесть.
На сыпучих материалах используются уровнемеры: электрические (кондуктометрические и емкостные), радиоактивные и реже – акустические. Отличие от жидкостных уровнемеров состоит в конструкции чувствительных элементов, приспособленных к данному виду сырья. Например, электрод кондуктометрического уровнемера выполняется в виде прочной стальной цепи.
Кондуктометрические уровнемеры применяются для сыпучих материалов с заметной электропроводностью, а емкостные – для диэлектриков.
В горно-металлургической промышленности широко используется для контроля материала в бункерах и других емкостях устройство контроля сопротивления УКС-1, имеющее в комплекте один или два электродных или цепных датчика. Устройство может контролировать сопротивление материала до 5МОм при напряжении на электродах не более 40В.
При использовании акустических уровнемеров для крупнокускового сырья необходима специальная обработка отраженного сигнала с целью отстройки от эхо-сигнала от падающих кусков материала.
Акустический уровнемер типа ЭХО-2 может работать на крупнокусковатых материалах с размером куска до 200 мм при температуре окружающей среды от –50 до +1200С.
Для сыпучих материалов могут применяться и другие, специфические, решения по определению уровня. Например, по торможению насадки на валу двигателя при достижении уровнем материала насадки или по изменению частоты собственных механических колебаний емкости с материалом в зависимости от уровня материала.
7. Измерение плотностей жидких и сыпучих тел
Знание плотности особенно важно в циклах измельчения, обогащения металлургического сырья. Чаще всего приходится контролировать плотность пульпы в процессе мокрого обогащения. Приборы для измельчения плотности делятся на поплавковые, весовые, манометрические, акустические и радиоизотопные.
Поплавковые плотномеры (ареометры) используют принцип плавающего поплавка. Погружение поплавка в жидкость будет зависеть от плотности этой жидкости. Схема плотномера с плавающим поплавком показана на рис. 7.1.
Рисунок 7.1 Плотномер с плавающим поплавком
Измеряемая жидкость по трубе 10 поступает в переливной сосуд 9, обеспечивающий постоянство напора. Далее по трубе 8 жидкость поступает в измерительную камеру 4. Поплавок 5 в зависимости от плотности жидкости перемещается по вертикали, вызывая смещение связанного с ним сердечника индуктивного преобразователя 6, включенного в схему измерительного моста 1. Регистрация изменения плотности во времени осуществляется вторичным прибором 2. Для компенсации влияния температуры используется терморезистор 3, включенный в схему моста.
Весовые плотномеры используют явление зависимости массы заданного объема материала от его плотности. Следовательно, при непрерывном взвешивании некоторого постоянного объема вещества, можно контролировать его плотность. Весовые плотномеры применяются для измерения плотности вязких жидкостей пульп и мелкозернистых сыпучих материалов.
Манометрические плотномеры основаны на зависимости величины давления Р жидкости на глубине Н от плотности. Измерение давления столба жидкости производится аналогично измерению уровня жидкости манометрическими уровнемерами при условии постоянного уровня.
Наиболее распространен на обогатительных фабриках пьезометрический плотномер, относящийся к классу манометрических (гидростатических). Одним из существенных недостатков приборов такого типа является закупорка трубок твердыми частицами пульп и суспензий, что вызывает необходимость периодической чистки.
В ультразвуковых акустических плотномерах использована зависимость скорости распространения звука в материале от его плотности. Измеряя скорость распространения акустических волн, можно судить о плотности среды.
Ультразвуковой плотномер типа УИКП определяет плотность глиноземных пульп с содержанием твердого от 50 до 60 г/л с точностью 5% от шкалы прибора, а прибор типа УКПТ измеряет плотность крупнозернистых (песковых) пульп с точностью до 10%. В качестве излучателя и приемника ультразвуковых колебаний используется пьезокерамические преобразователи.
Радиоизотопные методы измерения плотности основаны на поглощении -излучения при прохождении его через вещество, которое зависит от плотности вещества. Может использоваться в жидких, сыпучих и твердых средах. Таким образом измеряется плотность бетонных плит толщиной до 500 мм и плотность пульп в трубопроводах диаметром до 300 мм. Точность измерения высокая.
Серийный радиоизотопный плотномер ПР-1024 измеряет плотность пульп в пределах от 0,5 до 3,0 г/см3 с точностью 0,4%. Активность изотопного источника зависит от диаметра пульпопровода и толщины его стенки и колеблется в пределах от 0,6 до 1,3 Кu.
Существуют и другие, нестандартные способы определения плотности, например оптические, но они пригодны для узкого круга веществ и условий эксплуатации.