Нейтронный влагомер сыпучих материалов

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ шторку, находящуюся под детекторами с механизмом ее перемещения и указателем положения, программно-вычислительный блок, входы которого связаны с выходами обеих групп детекторов, механизм перемещения и указатель положения, регистрирующий прибор, подключенный к выходу программно-вычислительного блока, причем измерительный преобразователь имеет полый прямоугольный канал, стенки которого покрыты экранирующим борсодержащим материалом, например карбидом бора, в верхней части канала установлен эталонный образец влагосодержания для контроля стабильности, а над детекторами дополнительно введена шторка, причем шторки, находясь над детекторами и под детекторами, образуют с биологической защитой зазоры сложной извилистой формы. Изобретение позволяет упростить конструкцию влагомера, осуществлять контроль стабильности работы и повысить точность измерения и калибровки.(72) Филатов Виктор Владимирович Намазбаев Тлеухан Серикбаевич(73) Открытое акционерное общество Казчерметавтоматика(54) НЕЙТРОННЫЙ ВЛАГОМЕР СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к области радиоизотопного приборостроения, в частности к нейтронным влагомерам железорудных концентратов, дробленых руд и других сыпучих материалов, и может быть использовано на предприятиях черной металлургии. Нейтронный влагомер содержит источник быстрых нейтронов, биологическую защиту, выполненную из водородсодержащего материала, две группы детекторов, одна из которых покрыта кадмием, 11552 Изобретение относится к области радиоизотопного приборостроения, в частности к нейтронным влагомерам железорудных концентратов, дробленых руд и других сыпучих материалов, и может быть использовано на предприятиях черной металлургии. Известен нейтронный влагомер для доменного кокса (Стройковский А.К. и др. Влагомер для доменного кокса // Бюллетень института Черметинформация. М., 1977,2, с. 52-53), состоящий из измерительного преобразователя, программновычислительного устройства и контейнеракалибратора. Измерительный преобразователь содержит источник быстрых нейтронов и две группы детекторов, образующих два канала регистрации,причем детекторы одной группы покрыты кадмием,который обеспечивает смещение максимума спектральной чувствительности относительно максимума спектральной чувствительности детекторов, не покрытых кадмием. Выходы детекторов соединены с входами программно-вычислительного устройства. Измерительный преобразователь установлен в обсадной трубе, которая погружена в бункер с контролируемым материалом, при этом на специальной площадке расположен контейнер-калибратор. Для выполнения калибровки оператор извлекает из бункера измерительный преобразователь, вес которого составляет несколько десятков килограмм,и устанавливает его в контейнер-калибратор, а после проведения калибровки оператор снова устанавливает измерительный преобразователь в исходное положение. При таких перестановках измерительного преобразователя оператор получает определенную дозу нейтронного облучения, так как источник переносится без биологической защиты. В связи с отсутствием контроля стабильности работы влагомера калибровку его приходится осуществлять примерно через 8 часов. Недостатками известного влагомера является низкая безопасность обслуживания, отсутствие контроля стабильности работы влагомера и трудоемкость калибровки. Известен нейтронный влагомер сыпучих материалов на ленте конвейера (а. с. СССР 766267,кл.0123/09, 1979), содержащий измерительный преобразователь, состоящий из источника быстрых нейтронов, биологической защиты, выполненной из водородсодержащего материала, двух групп детекторов, одна из которых покрыта кадмием, программно-вычислительный блок, два входа которого связаны с выходами обеих групп детекторов, и регистрирующий прибор, подключенный к первому выходу программно-вычислительного блока, причем биологическая защита содержит цилиндр, выполненный из водородсодержащего материала, в котором помещен источник с поворотнофиксирующим механизмом, вход которого подключен к второму выходу программновычислительного блока, его биологическая защита выполнена в виде двух эксцентрично расположенных внешнего и внутреннего цилиндров, причем последний содержит поворотно-фиксирующий ме 2 ханизм, а первый окружен двумя парами синхронно-раздвижных поглотителей медленных нейтронов. Одна из них, выполненная в виде кадмиевых скоб,непосредственно охватывающих внешний цилиндр,охвачена другой парой поглотителей, выполненной в виде скоб из карбида бора, и обе пары скоб связаны с вторым поворотным механизмом, снабженным двумя шкалами для первой и второй пар скоб. Первый и второй поворотно-фиксирующие механизмы соединены с входами программновычислительного устройства, а источник быстрых нейтронов расположен в пазу внутреннего цилиндра. Недостатками известного влагомера является отсутствие контроля стабильности работы, сложность конструкции поворотно-фиксирующих механизмов,имеющих инструментальную погрешность и не обеспечивающих высокой надежности, точности и повторяемости положений скоб из поглотителей при их перемещении, а это приводит к значительной погрешности при калибровке. Кроме того, участие биологической защиты в процессе калибровки приводит к дополнительной погрешности, так как биологическая защита со временем стареет, набирает влагу, изменяет свою структуру. Известен нейтронный влагомер сыпучих материалов (а.с. СССР 1145761, кл.0123/09,1983), содержащий программно-вычислительный блок и измерительный преобразователь, состоящий из биологической защиты, вставки и цилиндра из водородсодержащего материала, источника быстрых нейтронов и двух групп детекторов. Одна группа детекторов регистрирует интенсивность суммарного потока подкадмиевых и надкадмиевых нейтронов, а другая группа детекторов, покрытая кадмием,- интенсивность потока надкадмиевых нейтронов. Цилиндр в центре боковой поверхности по окружности имеет цилиндрический выступ с отверстием,в котором установлен источник быстрых нейтронов. С осью цилиндра связаны поворотно-фиксирующий механизм и датчик угла поворота. Полость, в которой устанавливаются детекторы и цилиндр, имеет экраны из поглотителя замедленных нейтронов. Между детекторами и контролируемым материалом расположена шторка. Посредством механизма перемещения шторка открывает (рабочее положение) или перекрывает (положение калибровки) пространство между детекторами и контролируемым материалом. Положение шторки контролируется с помощью указателя положения. Детекторы, поворотно-фиксирующий механизм, механизм перемещения шторки, датчик угла поворота цилиндра и указатель положения шторки подключены к программновычислительному устройству, от которого информация предается в регистрирующий прибор. В рабочем положении источник быстрых нейтронов расположен между детекторами, шторка открыта. Поток быстрых нейтронов от источника, замедляясь на ядрах водорода, содержащегося во влаге сыпучего материала, преобразуется в поток замедленных (тепловых и надтепловых) нейтронов,который регистрируется детекторами. Значения ин 11552 тенсивности счета, несущие информацию о влажности и плотности контролируемого материала, поступают в программно-вычислительное устройство,где происходит их обработка по заданному алгоритму и подача информации в автоматическую систему управления технологическим процессом. При калибровке шторка, передвигаясь с помощью механизма перемещения, перекрывает пространство между детекторами и контролируемым материалом. Поворотно-фиксирующий механизм по заданной программе поворачивает цилиндр на определенный угол, поочередно переводит источник быстрых нейтронов в калибровочные точки, в которых формируется поток замедленных нейтронов(тепловых и надтепловых), от биологической защиты, вставки и цилиндра соответствующий определенной влажности и плотности контролируемого материала, т.е. осуществляется процесс калибровки. В связи с отсутствием контроля стабильности работы влагомера калибровку его необходимо производить примерно через восемь часов. После завершения калибровки цилиндр с источником и шторка возвращаются в исходное положение и влагомер переходит в режим измерения влажности материала. Недостатками известного влагомера является отсутствие контроля стабильности работы влагомера,сложность конструкции поворотно-фиксирующего механизма, имеющего инструментальную погрешность, не обеспечивающего высокую точность и повторяемость положения источника быстрых нейтронов при повороте и фиксации цилиндра на различные углы, а это приводит к значительной погрешности при калибровке. Участвуя в калибровке, биологическая защита,вставка и цилиндр из водородсодержащего материала, вносят дополнительную погрешность при калибровке влагомера, так как биологическая защита, вставка и цилиндр со временем стареют, набирают влагу, изменяется их структура. Кроме того, будут возникать дополнительные погрешности при измерении и калибровке, так как поток замедленных нейтронов (тепловых и надтепловых) от биологической защиты, вставки и цилиндра через зазор между цилиндром и биологической защитой или вставкой в режиме измерения будет попадать на детекторы, а поток замедленных нейтронов (тепловых и надтепловых) от материала через зазор между шторкой и биологической защитой. Погрешность известного устройства составляет семь процентов и имеет тенденцию к возрастанию. Задача изобретения - создание нейтронного влагомера сыпучих материалов на ленте конвейера упрощенной конструкции с контролем стабильности работы и повышением точности измерения и калибровки. Задача и технический результат изобретения достигаются тем, что в нейтронном влагомере сыпучих материалов, содержащем измерительный преобразователь, состоящий из источника быстрых нейтронов, биологической защиты, выполненной из водородсодержащего материала, двух групп детек торов, одна из которых покрыта кадмием, шторку,находящуюся под детекторами с механизмом ее перемещения и указателем положения, программновычислительный блок, входы которого связаны с выходами обеих групп детекторов, регистрирующий прибор, подключенный к выходу программновычислительного блока, измерительный преобразователь имеет полый прямоугольный канал, стенки которого покрыты экранирующим борсодержащим материалом, например карбидом бора, в верхней части канала установлен эталонный образец влагосодержания для контроля стабильности, а над детекторами дополнительно введена шторка, подсоединенная к механизму перемещения и указателю положения шторки над детекторами, причем шторки, находясь над детекторами и под детекторами,образуют с биологической защитой зазоры извилистой формы. Изобретение поясняется чертежом, где приведена конструкция нейтронного влагомера сыпучих материалов на ленте конвейера. Влагомер содержит программновычислительный блок 1 и измерительный преобразователь 2, размещенный над сыпучим материалом 3, который перемещается конвейерной лентой 4. Измерительный преобразователь 2 состоит из биологической защиты 5, полый прямоугольный канал 6 которого покрыт экранирующим борсодержащим материалом, являющимся хорошим поглотителем замедленных нейтронов. В нижней части канала измерительного преобразователя установлены источник быстрых нейтронов 8 и две группы детекторов. Одна группа детекторов 9 и 10 регистрирует интенсивность суммарного потока подкадмиевых и надкадмиевых нейтронов , а другая группа детекторов 11 и 12, покрытых кадмием, - интенсивность потока надкадмиевых нейтронов (Р). В верхней части канала закреплен эталонный образец влагосодержания 13 для контроля стабильности работы влагомера. Для сохранения характеристик эталонного образца стабильными в течение длительного времени, он заключен в герметичную оболочку. Шторки 14 и 15 из поглотителя расположены над детекторами и под детекторами, механизм перемещения 16 осуществляет перемещение шторок в зависимости от режима работы, указатель положения 17 контролирует положение шторок. Детекторы 9 и 10, объединены в канал , а детекторы 11 и 12 объединены в канал Р и подключены, соответственно, к первому и второму входам программно-вычислительного устройства. На выходе программно-вычислительного блока 1 формируется сигнал , соответствующий влажности сыпучего материала, передаваемый в регистрирующий прибор 18. Нейтронный влагомер работает следующим образом. В режиме измерения шторка 14 перекрывает прямоугольный канал в измерительном преобразователе над детекторами, а шторка 15 открывает канал под детекторами, поток быстрых нейтронов от источника 8, замедляясь на ядрах водорода, содер 3 11552 жащегося во влаге сыпучего материала, преобразуется в поток замедленных (тепловых и надтепловых) нейтронов. Шторка 14 исключает возможность попадания потока замедленных нейтронов от биологической защиты 5 и эталонного образца 13 на детекторы 9,10, 11, 12, так как экран 7 и шторка 14, во-первых,являются хорошим поглотителем замедленных нейтронов, а во-вторых, шторка 14, находясь над детекторами 9, 10, 11, 12, образует с биологической защитой 5 зазор сложной извилистой формы А (фиг.). Таким образом, детекторы 9, 10, 11, 12 регистрируют поток замедленных нейтронов только со стороны контролируемого материала, т.е. осуществляется процесс измерения влажности. Значения интенсивности счета по каналами , несущие информацию о влажности и плотности контролируемого материала, поступают в программновычислительное устройство 1, где происходит их обработка по заданному алгоритму и вырабатывается выходной электрический сигналв такой форме, которая необходима для подачи в автоматическую систему управления технологическим процессом. При контроле стабильности работы влагомера сигналот программно-вычислительного устройства, поступая в механизм перемещения 16, переводит шторку 15 в положение, в котором она перекрывает пространство между детекторами 9, 10, 11,12 и контролируемым материалом 3 (показано на чертеже пунктиром). Шторка 14, перемещаясь в это время, открывает прямоугольный канал над детекторами, а указатель положения 17 контролирует положение шторок. Поток быстрых нейтронов от источника 8, замедляясь на эталонном образце влагосодержания 13, регистрируется детекторами 9, 10,11, 12. Шторка 15 в режиме контроля стабильности влагомера исключает возможность попадания замедленных нейтронов от сыпучего материала 3 на детекторы 9, 10, 11, 12, так как шторка 15, во-первых,является хорошим поглотителем замедленных нейтронов, а во-вторых, шторка 15, находясь под детекторами 9, 10, 11, 12, образует с биологической защитой 5 зазор сложной извилистой формы А (фиг.). Постоянные значения интенсивности счета по каналамиот детекторов 9, 10, 11, 12 при контроле стабильности поступают в программновычислительное устройство 1, которое выдает информацию о стабильной работе влагомера. В настоящее время для поверки и градуировки влагомеров применяют образцовые средства измерения 2-го разряда, в качестве которых используют,например комплекты образцовых эквивалентных мер КОЭМ-7600 или КОЭМ-7600-01, с номинальными значениями влагосодержания сыпучих материалов в диапазоне 015 , насыпной плотности 400600 кг/м 3. При нестабильной работе влагомера значения интенсивности счета от детекторов 9, 10, 11, 12 в режиме контроля стабильности значительно изменяются и программно-вычислительное устройство 1 4 выдает информацию о нестабильной работы влагомера. Влагомер снимается с конвейера и после выяснения и устранения причин и неисправностей, вызвавших нестабильную работу, влагомер многократно проверяется в режиме контроля стабильности, критерием стабильности является повторяющиеся значения интенсивности счета от детекторов,поступающие в программно-вычислительное устройство. Затем влагомер устанавливается на специальный градуировочный стол и в рабочую зону влагомера в режиме измерения поочередно устанавливают образцы из комплекта образцовых эквивалентных мер,соответствующие началу , серединеи концудиапазона измерения влажностипри различном значении плотности материала, производя таким образом градуировку влагомера. Техническое преимущество предлагаемого нейтронного влагомера по сравнению с прототипом заключается в том, что введение эталонного образца влагосодержания позволяет осуществлять контроль за стабильностью работы влагомера и исключает необходимость выполнять часто повторяющиеся калибровки влагомера. Калибровка влагомера с помощью комплекта образцовых эквивалентных мер позволяет исключить сложный поворотно-фиксирующий механизм с датчиком угла поворота, это значительно упростит конструкцию влагомера и обеспечит повышение точности при калибровке и измерении. Кроме того, шторки, находясь поочередно над детекторами и под детекторами, образуют с биологической защитой зазоры сложной извилистой формы, исключающие возможные дополнительные погрешности, имеющие место в прототипе при измерении и калибровке влагомера. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Нейтронный влагомер сыпучих материалов, содержащий измерительный преобразователь, состоящий из источника быстрых нейтронов, биологической защиты, выполненной из водород, - содержащего материала, двух групп детекторов, одна из которых покрыта кадмием, шторку, размещенную под детекторами с механизмом ее перемещения и указателем положения, программно - вычислительный блок, входы которого связаны с выходами обеих групп детекторов, регистрирующий прибор,подключенный к выходу программно - вычислительного блока, отличающийся тем, что измерительный преобразователь имеет полый прямоугольный канал, стенки которого покрыты экранирующим борсодержащим материалом, например, карбидом бора, в верхней части канала установлен эталонный образец влагосодержания для контроля стабильности, а над детекторами дополнительно введена шторка, подсоединенная к механизму перемещения и указателю положения шторки под детекторами, причем шторки, размещенные над детекторами 11552 и под детекторами, образуют с биологической за щитой зазоры сложной извилистой формы.