книги из ГПНТБ / Применение радиоизотопной техники в коксохимическом производстве

Интенсивность рассеянного излучения /р связана с интенсивностью падающего излучения /0 и коэффициен­ том поглощения т3 материала следующим соотношением:

Контролируемый материал представляет собой много­ компонентное вещество, состоящее из органической массы и группы золообразующих элементов, основными из ко­ торых являются кремний, алюминий, железо, магний, кальций и соединения серы.

Эквивалентный массовый коэффициент поглощения тъ

Таким образом, по эквивалентному массовому коэф­ фициенту поглощения можно судить о соотношении в уг­ лях горючих и негорючих компонентов, т. е. о содержании минеральных примесей.

Функциональная схема прибора приведена на рис. 34 и содержит генератор рентгеновского излучения 1, изме­ рительный блок 5—8, в состав которого входят устройство преобразования сигнала 5, усилитель 6, компенсационное 7 и регистрирующее 8 устройства. Тележка подающего устройства 12 состоит из кассеты с пробой анализируемого материала 13 и эталонного устройства 11.

В приборе применена двухканальная компенсационная измерительная схема. Для получения достоверных пока­ заний прибор имеет два режима работы: измерения и конт­ роля. Работа прибора в режиме измерения осуществляется

70

следующим образом. При помощи подающего устройства 12 проба вводится под поток излучения. Потоки рентге­ новских лучей, создаваемые генератором /, облучают пробу анализируемого материала 13 и образцовый отра­ жатель 2. Рассеянное излучение от пробы и отражателя

воспринимается индикаторами 3 и 4 и преобразуется в напряжение, величина которого пропорциональна интен­ сивности излучения. Индикаторы питаются от стабили­ зированного источника 10.

Сигнал, снимаемый с индикаторов, подается на вход измерительного блока 5—8 и после преобразователя 5 и усилителя 6 поступает на компенсационное устройство 7. Это устройство, воздействуя через цепь обратной связи на индикатор измерительного канала 4, производит балан­ сировку измерительной схемы.

Одновременно по положению компенсирующего орга­ на — реохорда регистрирующим устройством 8 фиксиру­ ется измеряемая величина содержания минеральных при­ месей.

В момент баланса схемы напряжение на индикаторе измерительного канала по величине равно напряжению

71

на индикаторе канала сравнения, и сигнал на входе изме­ рительного блока отсутствует.

Проверка работы измерительной схемы прибора (конт­ роль условного нуля) осуществляется с помощью эталон­ ного устройства И. В режиме контроля эталонная пла­ стинка перекрывает поток падающих на пробу лучей, и ин­ дикатор измерительного канала воспринимает излучение,

Рис. 35. Функциональная схема прибора РИМП.

рассеянное эталоном. При этом стрелка прибора устанав­ ливается на контрольную отметку в середине шкалы при­ бора. Питание прибора осуществляется от стабилизатора переменного напряжения 9.

Основными недостатками золомеров типа ЗАР являет­ ся применение двухканальной схемы измерения, высоко­ вольтной рентгеновской трубки, требующей охлаждения, а также зависимость показаний прибора от химического состава минеральных примесей и необходимость специаль­ ной подготовки пробы для анализа. Однако при грамотной эксплуатации и соответствующем техническом обслужи­ вании приборов золомеры типа ЗАР работают удовлетво­ рительно и сокращают затраты времени работников ЦЗЛ и ОТК на определение содержания минеральных приме­ сей в углях и угольной шихте.

П

БОКИЛ МЧМ УССР разработан радиоизотопный из­ меритель содержания минеральных примесей РИМП, обес­ печивающий независимость определений от химического

• состава примесей в углях, угольной шихте и коксе.

На рис. 35 представлена функциональная схема прибо­ ра РИМП. Принцип работы прибора основан на погло­ щении анализируемой пробой 5 мягкого у-излучения от источника 6.

Для того, чтобы линейные коэффициенты поглощения основных золообразующих элементов, в том числе окис­ лов железа, были близки друг к другу, выбран источник — железо-55 с энергией излучения 9,44 • 10~16 Дж (5,9 кэВ). При большей энергии источника излучения линейный коэффициент поглощения железа в несколько раз превы­ шает коэффициенты поглощения кальция, кремния, алю­ миния и др. При этом малейшее изменение содержания железа в материале влечет за собой изменение линейного коэффициента поглощения минеральных примесей даже при неизменном и х . содержании, что обусловливает по­ грешности определений.

Прибор РИМП работает по схеме прямого измерения с периодической компенсацией всего измерительного канала.

Блок автоматики 20 предусматривает два этапа работы прибора: измерительный и компенсационный. Длитель­ ность этапов задается реле времени и может изменяться в пределах 30 с ... 30 мин.

Во время измерительного этапа у-поток источника 6 после поглощения в пробе 5 и компенсационной пластин­ ке 2 попадает на детектор ионизирующего излучения 3 , состоящий из сцинтилляционного детектора NaJ (Т1) тол - щиной 0,5 мм, фотоумножителя и предусилителя 8, а з а ­ тем — на дискриминатор 9. Амплитудный дифференциаль - ный дискриминатор 9 выделяет сигнал, соответствующий энергии излучения 9,44 • 10—1бДж.

73

После усилителя 10 сигнал попадает на измеритель скорости счета импульсов 11. Напряжение на его нагруз­ ке измеряется компенсационным методом и записывается на диаграмме прибора 15. В компенсационную схему вхо* дят: входная измерительная цепь 16, вибропреобразова­ тель 12, фазочувствительный усилитель 18, реверсивный компенсирующий двигатель 14.

Во время измерительного этапа работы прибора РИМП система подготовки проб (проборазделочная машина М70, М120 или др.) подготавливает для анализа очередную пробу материала.

После окончания этапа измерения при помощи двига­ теля 7 отработанная проба 5 сбрасывается, а над источ­ ником излучения устанавливается эталон 4, по которому осуществляется компенсация измерительного канала. Ком­ мутатор 19 блока автоматики 20 подключает во входную измерительную схему вместо элемента 17 элемент 16, а вме­ сто двигателя 14 — реверсивный двигатель 13, который, поворачивая компенсационную пластину, изменяет поток у-квантов до тех пор, пока будет скомпенсировано изме­ нение коэффициента передачи всего измерительного тракта. За это время очередная подготовленная проба материала через промежуточный загрузочный бункер 1 засыпается на измерительный диск.

Устройство РИМП испытано в качестве экспрессанализатора для определения содержания минеральных примесей в углях, угольной шихте и коксе. Среднеквад­ ратичная ошибка определения содержания минеральных примесей в рядовой угольной шихте в диапазоне измене­

ния зольности Ас от 22 до 26% составила 0,44%, в коксе —

вдиапазоне изменения А с от 9 до 10% — 0,12%.

Впределах вариации содержания отдельных химиче­ ских элементов погрешность показаний РИМП не превы­ шает основной ошибки определения минеральных приме­ сей в углях, угольной шихте и коксе. Незначительная

74

погрешность определений вследствие колебаний химиче­ ского состава минеральных примесей является основным преимуществом прибора РИМП. Недостатком его является необходимость подготовки проб для анализа или приме­ нения специальных проборазделочных агрегатов.

Отечественная промышленность выпускает рентгенов­ ские анализаторы содержания минеральных примесей и влажности измельченного угля (0—13 мм) типа РАМ-1М. Они предназначены для измерения и регистрации содержа­ ния минеральных примесей и влажности углей непосред­ ственно в транспортном потоке на обогатительных фабри­ ках и коксохимических заводах.

Основные технические данные РАМ-1М

максимального .............................Не более ±2

Прибор РАМ-1М предназначен для работы в закрытом помещении в стационарных условиях при температуре окружающей среды 10—35° С и относительной влажности при 20° С: для блока датчиков — до 98%, для блока управления — до 80% . Запыленность окружающей среды

мя самописцами, приборной панели с двумя миллиам­ перметрами.

Блок датчиков предназначен для формирования уголь­ ного потока, измерения содержания минеральных

75

сти потоков рентгеновских лучей, рассеянных от пробы угля / и контрольного эталона 4 в сторону детектора 3. В качестве источника рентгеновских лучей применен ге­ нераторный блок 2 переносного рентгеновского аппарата.

Контрольный эталон с помощью синхронного двигателя 5 периодически устанавливается в качестве отражателя

Рис. 37. Схема измерения содержания минераль­ ных примесей прибором РАМ-1М.

рентгеновских лучей (на рис. 37 показано штриховой ли­ нией). Сцинтилляционный детектор 3 состоит из сцинтил­ лятора ZnS, нанесенного на стекло, и фотоумножителя ФЭУ-16.

Содержание минеральных примесей измеряется следую­ щим образом. Во время отражения рентгеновских лучей от пробы угля сигнал с ФЭУ переключателем подается на рабочий запоминающий конденсатор, а во время отра­ жения от эталона — на эталонный запоминающий кон­ денсатор. Напряжения на конденсаторах сравниваются, и через дифференциальный усилитель постоянного тока сигнал подается на внешние регистрирующие и показы­ вающие приборы. Для увеличения стабильности работы канала измерения предусмотрена автоматическая регули­ ровка чувствительности АРЧ. Для АРЧ последовательно с высоковольтным выпрямителем питания ФЭУ включена цепь анод — катод лампы, сопротивление которой меняет­ ся в зависимости от сигнала на сетке, подаваемого с эта­ лонного канала.

Измерение влажности угля прибором РАМ-1М основа­ но на емкостном методе. Измеритель влажности состоит

77

из следующих частей: задающего генератора высокой ча­ стоты; усилителя мощности; измерительного моста, одним из плеч которого является плоский емкостный датчик; детектора; выходного усилителя; регистрирующего и по­ казывающего приборов.

Для автоматического управления прибором в процессе длительной эксплуатации предусмотрено электронное ре­ ле уровня. Оно производит выключение измерительной схемы канала зольности и дает контрольный сигнал в ка­ нал влажности, когда уровень на ленте стал меньше ми­ нимально установленного, т. е. в случае отсутствия нор­ мального контакта датчика с углем.

Недостатком прибора РАМ-1М является погрешность определения содержания минеральных примесей в зави­ симости от изменений их химического состава.

Однако важным преимуществом прибора является воз­ можность одновременного контроля содержания мине­ ральных примесей и влажности углей и угольной шихты непосредственно в технологическом потоке.

Для измерения содержания минеральных примесей в углях Донецкий угольный институт разработал вычисли­ тельную систему контроля ВСКЗ, Структурная схема при­ бора приведена на рис. 38.

Принцип работы ВСКЗ заключается в следующем. На детектор Д после взаимодействия с объектом контроля поступает поток излучения Фх. На этот же детектор по­ ступает модулированный поток Фэт от эталонного источ­ ника излучения. С выхода детектора излучения через переключатель Я разновременно на интегрирующие це­ почки RJ, С1 и R2, С2 поступают две последовательности импульсов. Переключение входов 1 я 2 осуществляется синхронно с модуляцией эталонного потока излучения.

78

ти, вызванные изменением эффективности детектора излу-

индикатор и блок цифропечати БЗ-15.

Система ВСКЗ разработана для контроля содержания минеральных примесей в рядовых углях. Существенным недостатком прибора является зависимость его показаний от химического состава минеральных примесей, а положи­ тельным качеством является возможность контроля со­ держания минеральных примесей в неподготовленной про­ бе угля.

В Институте горного дела АН СССР им. А. А. Скочинского разработан метод контроля содержания минераль­ ных примесей, основанный на регистрации рассеянного вперед у-излучения [74]. Основным преимуществом метода является самокомпенсация возмущающих факторов [95].

79