Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов и средств контроля качества промышленных растворов, суспензии и пульп. постановка задачи 11
1.1. Характеристики контролируемых промышленных сред в гидрометаллургической промышленности 11
1.2. Анализ методов и средств контроля состава промышленных растворов, суспензий и пульп 18
1.3. Аналитический обзор*работ по исследованию взаимодействия электромагнитных полей ВТП с проводящими промышленными средами 34
Выводы 37
2. Теоретические исследования внутренних и внешних проходных втп произвольной длины при контроле промышленных сред 39
2.1. Выбор моделей промышленных сред при взаимодействии с проходными ВТП 40
2.2. Анализ внутренних проходных ВТП с возбуждающими катушками произвольной длины при контроле однородных проводящих сред 47
2.3. Теоретические исследования проходных ВТП при контроле содержания проводящих частиц в непроводящей среде 53
2.4. Теоретические исследования проходных ВТП при контроле содержания непроводящих частиц в проводящей среде 67
Выводы 74
3. Расчет параметров и экспериментальные исследования внутренних и внеіших проходных втп произвольной длины 75
3.1. Расчет параметров внутренних проходных ВТП при взаимодействии с однородной проводящей средой 75
З.І.І.Расчет вносимой ЭДС и чувствительности трансформаторного ВТП 75
3.1.2.Расчет комплексного сопротивления и чувствительности параметрического ВТП 94
3.1.3.Сопоставительный анализ чувствительности внутренних и внешних проходных ВТП 106
3.2. Расчет напряженности магнитного поля возбуждающей катушки проходных ВТП при взаимодействии с проводящими частицами 109
3.3. Экспериментальные исследования проходных ВТП при взаимодействии с различными моделями промышленных сред 113
3.3.1.Экспериментальные модели промышленных сред 113
3.3.2.Экспериментальная установка 116
3.3.3.Экспериментальная проверка выбранной модели промышленных сред 125
3.4. Сопоставление результатов расчета и эксперимента льного определения вносимых параметров проходных внутренних и внешних ВТП для некоторых моделей проводящих сред 129
3.4.1.Расчет вносимой ЭДС и чувствительности ВТП для моделей непроводящей среды с проводящими частицами 129
3.4.2.Расчет вносимой ЭДС проходного ВТП для моделей проводящей среды с непроводящими частицами 131
3.4.3.Сопоставление результатов расчета и эксперимен тальных исследований вносимых напряжений проходных ВТП 133
Выводы 141
4. Разработка и внедрение приборов и средств автоматического контроля качества вольфрамово- молибденовых растворов и пульп 143
4.1. Экспериментальные исследования физико-химических свойств промышленных сред в гидрометаллургии вольфрама 145
4.2. Разработка прибора для контроля качества промышленных растворов и пульп 160
4.3. Разработка информационно - измерительной системы автоматического контроля качества многокомпонентной промышленной среды 171
4.4. Внедрение приборов автоматического контроля качества промышленных воль^рамово-молибденовых растворов и пульп на НГМЗ 175
Выводы 184
Заключение 186
Список литературы
Приложения 202
- Анализ методов и средств контроля состава промышленных растворов, суспензий и пульп
- Анализ внутренних проходных ВТП с возбуждающими катушками произвольной длины при контроле однородных проводящих сред
- Расчет напряженности магнитного поля возбуждающей катушки проходных ВТП при взаимодействии с проводящими частицами
- Разработка прибора для контроля качества промышленных растворов и пульп
Введение к работе
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года определена важнейшая народно-хозяйственная задача - повышение качества промышленной продукции, снижение ее себестоимости, "...ускорение внедрения автоматизированных методов и средств контроля качества и испытания продукции как составной части технологических процессов". Особенно актуальна эта задача для отраслей промышленности, связанных с извлечением и переработкой полезных ископаемых, в том числе руд цветных и редких металлов - вольфрама и молибдена. На необходимость совершенствования технологических процессов указано в постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР 1979 года /I/ "О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучшению использования природных ресурсов".
Возможность эффективного управления технологическим режимом гидрометаллургической переработки вольфрамово-молибденовых руд во многом определяется наличием непрерывной информации о составе растворов, суспензий и пульп от самой начальной стадии дробления минерала до получения готовой продукции. Существующие в настоящее время методы и приборы позволяют провести практически любой анализ состава веществ с заранее заданной точностью. При этом выполняемые операции по отбору и доставке проб, их анализ и обработка полученных данных требуют определенных затрат по времени и содержат значительную долю ручного труда лаборантов.
На современном этапе, когда повышение производительности труда и качества продукции, снижение потерь металла, расхода химических реагентов и энергетических затрат, а также защита окружающей среды являются актуальными вопросами развития производства, особенно возрастает необходимость внедрения автоматических приборов и средств контроля всего технологического процесса переработки вольфрамово-молибденовых руд.
К числу таких средств, которые находят широкое применение в химической и гидрометаллургической промышленности, можно отнести кондуктометрические и ультразвуковые приборы. Разработка и применение приборов вихретокового контроля тормозятся тем, что до сих пор не были проведены исследования взаимодействия вихретоко-вых преобразователей (ВТП) произвольной длины с проводящей промышленной средой в виде растворов, суспензий и пульп с частицами твердой фазы различных свойств. Это приводило к тому, что применяемые в промышленности кондуктометрические приборы с индуктивными преобразователями в ряде случаев не удовлетворяют современным требованиям по уровню автоматизации, достоверности получаемых результатов контроля, трудозатрат на разработку и внедрение их для автоматизации гидрометаллургических процессов переработки вольфрамово-молибденовых руд.
Теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия проходных ВТП с проводящими промышленными средами и полученные на их основе методы расчета параметров ВТП представляются актуальными для дальнейшего развития вихретоковых методов контроля качества промышленных сред.
В диссертационной работе приведен критический анализ современного состояния и путей развития методов контроля многокомпонентных сред, характерных для гидрометаллургической переработки руд цветных и редких металлов. Показано, что несмотря на значительное количество работ по исследованию электромагнитных методов контроля, фактически не решена теоретическая задача вихретокового контроля промышленных проводящих многокомпонентных сред с помощью проходных вихретоковых преобразователей произвольной длины, отсутствуют методы расчета оптимальных параметров БТП для этих случаев. Это ограничивает точность измерений и достоверность контроля качества промышленных сред гидрометаллургических процессов.
Теоретические исследования проводились на основе анализа расчетной модели, приводящей к решению неоднородного дифференциального уравнения Гельмгольца. Для его решения использован метод определения векторных потенциалов с помощью комбинации модифицированных функций Бесселя. При решении задач по расчету электромагнитных полей методом гауссовских квадратур использовались численные методы расчетов на языке ФОРТРАН -ІУ для ЭВМ типа EC-I020.
Экспериментальные исследования проводились методами физического моделирования на созданных установках с применением оптимального планирования экспериментов и статистической обработке данных.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Теоретически и экспериментально доказана возможность контроля качества промышленных сред гидрометаллургических процессов переработки вольфрамово-молибденовых руд проходными вихретоковыми преобразователями с произвольным соотношением длины и радиуса возбуждающей катушки, при этом на основе численного анализа чувствительности внутреннего и внешнего проходных ВТП даны рекомендации по выбору типа преобразователя и его оптимальных размеров для заданных параметров контролируемых промышленных сред.
Разработан пакет специализированных прикладных программ "ПОТОК" для расчета вносимых ЭДС трансформаторного ВТП и полного сопротивления параметрического ВТП, определения чувствительности различных типов ВТП к контролируемому параметру, расчета напряженности магнитного поля при взаимодействии с частицами твердой фазы и определения зависимости вносимой ЭДС проходного ВТП от объемной плотности частиц.
Применение предложенных методов расчета вносимых ЭДС трансформаторных и полного сопротивления параметрических внутренних и внешних проходных ВТП с произвольным соотношением длины и радиуса возбуждающих катушек при взаимодействии с различными моделями промышленных проводящих сред, а именно: однородных проводящих сред, непроводящих сред с проводящими частицами и проводящих сред с непроводящими частицами твердой фазы, позволяет разрабатывать приборы с более высокими метрологическими характеристиками, чем у известных и более широко использовать машинное проектирование новых приборов и средств.
Способ автоматического контроля состава многокомпонентных вольфрамово-молибденовых промышленных сред, разработанный по результатам теоретических и экспериментальных исследований, превосходит существующие методы химического анализа по точности и оперативности.
Разработаны прибор и устройство для контроля качества промышленных сред, применение которых непосредственно в аппаратах и трубопроводах позволяет обеспечить непрерывный автоматический контроль технологического режима автоклавного выщелачивания вольфрамово-молибденовых руд.
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на УІІ Республиканском научно-техническом совещании "Автоматический контроль и управление при обогащении и металлургии цветных металлов, Ташкент, 1980 г.; IX Всесоюзной научно-технической конференции по неразрушающим методам и средствам контроля,Минск,1981г; юбилейной научной конференции МЭИ, Москва, 1982 г.; ІУ Всесоюзной межвузовской конференции по электромагнитным методам контроля качества материалов и изделий, Омск, 1983 г.; X Всесоюзной научно- технической конференции по неразрушающим методам и средствам контроля, Львов, 1984 г.; семинаре общества "Знание" РСФСР в МД НТП по современным физическим методам неразрушающего контроля, Москва, 1984 г. и научных семинарах кафедры ЭТ и И МЭИ.
По теме диссертации опубликовано 8 статей и получено одно авторское свидетельство.
Внедрены приборы на различных участках технологических переделов автоклавного цеха выщелачивания вольфрамово-молибденовых руд Нальчикского гидрометаллургического завода (НГМЗ). Опытная эксплуатация показала надежность работы приборов, погрешность которых не превышала погрешности химических лабораторных анализов. Получаемая информация о качестве промышленных сред непосредственно в аппаратах и трубопроводах используется для управления технологическим процессом, что позволяет сократить расход соды, снизить потерю вольфрама и молибдена в отвальном шламе.
Суммарный фактический экономический эффект от внедрения 7 приборов в автоклавном цехе НГМЗ составил 202 тыс.руб. в год. Длительная эксплуатация разработанных приборов и устройств подтверждает правильность разработанной в диссертационной работе методики инженерного проектирования на современных ЭВМ первичных преобразователей как составной части автоматических приборов для контроля качества промышленных сред.
Анализ методов и средств контроля состава промышленных растворов, суспензий и пульп
Получение достоверной непрерывной информации в ходе технологического процесса гидрометаллургической переработки вольфра-мово-молибденовых руд от анализа строения и состава минералов до контроля качества готовой продукции является актуальной задачей совершенствования производства.
Решение этой задачи может быть осуществлено при условии всеобъемлющего анализа состава веществ и контроля качества сред на всех технологических участках, перечисленных в I.I., с помощью механических, химических и физико-химических методов. В общем случае под анализом состава веществ понимается определение их элементного, функционального, молекулярного или группового составов; в ряде случаев требуется определять фазовый состав среды /7 /. При выборе метода анализа и контроля исходят из заданной чувствительности, точности, воспроизводимости и длительности определения состава вещества и его качества, стоимости оборудования и используемых реагентов. Особое значение имеет отбор, доставка и подготовка исследуемых проб веществ/ 8 /.
Для управления технологическим режимом переработки рудного сырья в гидрометаллургической промышленности используются различные методы определения качественного и количественного состава растворов, суспензий и пульп, основанные на регистрации их механических, химических и физико-химических свойств.
К механическим методам относится ситовой анализ порошкового материала, который основан на разделении частиц по крупности путем просева через набор сит с различными размерами отверстий ячеек /5 /. В практике ситового анализа используется следующая классификация методов рассева: ручной просев - применяется в исследовательских работах, в частности, при подготовке проб для микроскопического анализа, с помощью тряски или промывки; механический рассев - применяется для текущих производственных анализов с помощью машин, создающих вращательное или колебательное движения сит, качание, вибрацию или постукивание; аэродинамический рассев на воздушно-струйных печатных ситах с ячейками от 15 мкм и более; ультразвуковой рассев на печатных платах (ситах) с ячейками больше 5 мкм; мокрый рассев с вибрацией под вакуумом на печатных ситах с ячейками больше 2 мкм /4 /. Для выполнения ситового анализа широко применяются механические ситовые анализаторы типа ФР-І, 1621-Гр, 71-БГр, СА-028 и другие. Продолжительность анализа колеблется от 5 до 40 мин в зависимости от размера ячеек сит и фракционного состава порошкового материала. В случае, когда содержание частиц с диаметром меньше 100 мкм составляет свыше 10% от общей массы частиц, то применяется седи-ментометрический метод.
Методы определения дисперсного состава, основанные на седи-ментометрическом принципе, весьма разнообразны и используют оседание частиц в гравитационном или центробежном полях, обусловленные различием плотностей этой фазы и дисперсной среды, которое приводит к расслоению дисперсной системы с образованием осадка. Кроме того, каждый из этих методов имеет несколько вариантов аппаратурного оформления / 4,5 /.
Чаще всего применяются в лабораторной практике методы измерения массы осадка в процессе его накопления, либо последовательный отбор проб на известной глубине столба суспензии в фиксированные моменты времени и определение массы твердой фазы в отобранной пробе после выпаривания осадка.
Седиментация в поле центробежных сил (центрифужный метод) использует превышение этих сил в сотни и более раз над гравитационными при их воздействии на частицы суспензии в кювете центрифуги / 4 /.
Отмучивание основано на выделении из суспензии твердой (разы путем многократного отстаивания и сливания суспензии от первоначального уровня в сосуде до некоторого уровня по прошествии известного промежутка времени от начала седиментации.Широкое использование в отечественной лабораторной практике получили пипеточный прибор ППІ-ЛИ0Т, жидкостной седиментограф НИИОГАЗ, стационарная, центрифуга ЦЛС-3 (МРТУ 42-1778-65), РАД-І для частиц с диаметром &= 1,5 - 100 мкм / 4,5 /.
Наиболее универсальным и широко распространенным в гидрометаллургической промышленности химическим методом количественного и качественного анализа веществ является титрование / 7,9 /, которое проводится в два этапа. Первым этапом является подбор титрующего вещества и индикатора, благодаря чему обеспечивают заданную чувствительность определения свойств исследуемого вещества, стремясь снизить расход реагентов, их стоимость и время проведения анализа. Вторым этапом титрования является определение точки эквивалентности, т.е. момента, когда молекулы исследуемого вещества полностью прореагируют с молекулами титранта, измерение с помощью индикатора расходованного объема титранта и расчет концентрации исследуемого вещества по калибровочному графику / 7,9-П/.
Контроль состава пульп, бинарных и многокомпонентных сред в процессе гидрометаллургической переработки вольфрамово-молибде-новых руд и аналогичных процессов в других отраслях промышленности выполняется по утвержденным отраслевым методикам титрования. При определении концентрации соды в растворах погрешность анализа составляет - 2%, которая складывается из субъективных ошибок лаборанта при дозировке реагентов, визуальном определении точки эквивалентности по изменению окраски индикатора и расчете калибровочного графика титрования, а также инструментальных погрешностей фильтрования пульпы, мерной посуды и других / 8,9 /. Время анализа 4 мин без учета времени отбора, доставки и подготовки пробы к исследованию, а также на отделение жидкой фазы пульпы.
Физико-химические методы, приведенные на рис.4, применяются для прямого и косвенного определения состава веществ. В первом случае состав связывается непосредственно со значением того или иного параметра и концентрация вещества определяется по калибровочному графику параметр - концентрация. В косвенном определении свойство является индикатором для установления точки эквивалентности титрования. Поэтому косвенный метод широко применяется для автоматизации второго этапа химического метода - титрования. В зависимости от способа регистрации точки эквивалентности и расходованного при этом объема титранта в пересчете на концентрацию исследуемого вещества, различают основные физико-химические методы: потенциометрический, радиометрический, оптические, ультразвуковые и кондуктометрические / 7,9 /.
Потенциометрический метод анализа основан на измерении потенциалов, возникающих при титровании между раствором и погруженным в него электродом / 10,11 /. Особое значение при разработке методик потенциометрического титрования имеет выбор индикаторного электрода и электрода сравнения с учетом применяемой схемы титрования, определяемого вещества и его концентрации по величине рН раствора, а также отстройки от примесей в растворе. Промышленностью выпускается большое количество потенциометрических приборов различного типа: ППМ-03МІ, рН-47, ППТВ, ЛМП-60М, рН-262, рН-340 и другие,
Анализ внутренних проходных ВТП с возбуждающими катушками произвольной длины при контроле однородных проводящих сред
При исследовании зависюлости выходных сигналов ВТП от параметров проводящей среды необходимо решать краевые задачи теории электромагнитного поля для различных типов ВТП.
Расчет электромагнитного поля ВТП основан на использовании уравнений Максвелла /48,49/ :где Пи С - векторы напряженности магнитного и электрического полей соответственно, о - вектор магнитной индукции, Упож- вектор плотности полного тока;ff - вектор электрического смещения, J =б у і \ - плотность токов переноса,б - удельная электрическая проводимость среды, У - вектор скорости перемещения среды относительно ВТП, Jcn плотность сторонних токов (токов возбуждающей катушки).
Для неподвижной проводящей среды hep- 0, а токи смещения малы по сравнению с токами проводимости, поэтому принимаем %м—0. _ Используя уравнения Максвелла и вводя векторный потенциал Л , определяемый выражением 0 = fOt А , можно получить уравнение
Гельмгольца для векторного потенциала в линейной изотропной проводящей среде, в предположении синусоидальной зависимости тока возбуждающей катушки, т.е. Jcr of .где R = -iu ftc((o обобщенный параметр, и)- угловая частота, Ла - абсолютная магнитная проницаемость. ( 2.12.) Напряженность магнитного и электрического полей могут быть—- найдены через векторный потенциал А / 50 / :
Используя цилиндрическую систему координат и учитывая, что векторный потенциал поля цилиндрической катушки конечной длины, расположенной в осесимметричной проводящей среде, будет иметь только У-тую составляющую, запишем в виде :
Это уравнение решается с поиощью интегрального преобразования Фурье с ядром преобразования COS Xz , где Л- параметр интегрирования. При этом выражение для преобразованного векторного по А тенциала Д будет иметь вид / 51 / : а уравнение ( 2.14.) преобразуется к виду : г где Плотность сторонних токов задается дельта - пункцией Решая уравнение (2.16.) и используя выражение для обратного преобразования векторного потенциала можно получить формулу для вектор - потенциала л . Искомой величиной в указанных задачах является вносимая ЭДС измерительной катушки, зависящая от параметров контролируемой проводящей среды, которая определяется из выражения / 50 /: Решение задачи выполняется в цилиндрической системе координат ( ,J,Z), причем ось Z совпадает с осью изделия и ВТП. Сечение провода витков катушек принимается пренебрежимо малым. Значение векторного потенциала находится из решения уравнения (2.II.) и выражения (2.15.). Выражения для преобразованного векторного потенциала магнит ного поля в отсутствии проводящей среды имеют вид /26, 52 /. Для бесконечно тонкой однослойной катушки произвольной длины / Произведя замену переменных - 0--)(, получаем следующие вы ражения для ЭДС короткой измерительной катушки радиусом и ко личеством витков Щ_ при отсутствии проводящей среды / 52 / при Г а : о при г ъ а : хЛ где Г =1 /й. , =2/Я , с = е/Л - величины, нормированные по радиусу возбуждающей катушки Л , Z- расстояние между центрами измерительной и возбуждающей катушек. Полученные выражения для векторных потенциалов магнитного поля дают возможность определить начальную ЭДС измерительной катушки без проводящей среды. Значение начальной ЭДС в дальнейшем используется для нормировки вносимой ЭДС измерительной катушки, характеризующей электрофизические свойства проводящей среды. При внесении системы катушек проходного внутреннего ВТП в проводящую среду для учета создаваемого вихревыми токами магнитного поля необходимо получить решение с учетом граничных условий, т.е. при условии сохранения непрерывности тангенциальных к поверхности проводящей среды компонент векторов напряженностей электрического и и магнитного л полей. В области цилиндрической полости радиуса л векторный потенциал определяется из выражения : Вносимый векторный потенциал поля, обусловленный вихревыми токами проводящей среды п н определяется из выражения : где л0 и д 1 - функция Макдональда нулевого и первого порядка, 10 и /у - модифицированные функции Бесселя нулевого и первого порядка, Sty Вносимая ЭДС измерительной катушки ВТП определяется через вносимый преобразованный векторный потенциал л с помощью выражения (2.20.) : Дяя расчета вносимой ЭДС внутренних ВТП использован приближенный метод вычисления несобственного интеграла на основе гаус-совских квадратурных формул / 53 /. С этой целью в подынтегральной функции несобственного интеграла (2.27.) произведение триго нометрических функции заменено на сумму: У iFsJx) Для случая симметричного расположения возбуждающей и измерительной катушек ( =0) несобственный интеграл (2.27.) на основе метода гауссовских квадратур может быть представлен в виде / 26 /:
Расчет напряженности магнитного поля возбуждающей катушки проходных ВТП при взаимодействии с проводящими частицами
Для расчета магнитного поля, создаваемого возбуждающей катушкой проходного ВТП, в которой распределение тока имеет осевую симметрию, в качестве исходных данных используются известные выражения для напряженности или векторного потенциала поля линейного кругового тока / 69 /. Напряженность магнитного поля возбуждающей катушки проходного ВТП определяется суммированием этих элементарных полей (принцип наложения).
Расчет радиальной и осевой компонент напряженности магнитного поля л катушек ВТП с различной длиной выполняется по формулам (2.80.) - (2.84.), которые содержат полные эллиптические интегралы I и II рода. Наиболее эффективным решением поставленной задачи является численное интегрирование / 68,70 /.
Из анализа точности методов интегрирования / 71 / известно, что точность машинных программ складывается из точности численных методов интегрирования и точности выбранных моделей. В работе/72 / исследована точность методов интегрирования и выработаны рекомендации по выбору значений константы шага интегрирования и максимально возможный шаг интегрирования. В качестве методов анализа погрешностей использовались практический расчет на ЭВМ переходных процессов на тестовых моделях и аналитический ме-ч тод.
С учетом рекомендаций /68,70 - 72 / при разработке алгоритма расчета сигналов проходных ВТП при взаимодействии возбуждающих катушек с проводящими частицами в программный модуль включена подпрограмма выбора оптимального шага интегрирования для возбуждающих катушек с произвольной длиной. Такой подход позволил перейти от двойной точности вычислений к обычной, что значительно сократило затраты машинного времени.
Анализ погрешности интегрирования выполнялся по методу Ру-нге - Кута / 70,71 / , где контроль получающейся погрешности осуществляется из условия непревышения некоторой заданной величины погрешности на одном шаге интегрирования. Шаг интегрирования удваивается до тех пор, пока разность между вычисленными значениями определяемого параметра не превысит заданной величины. Так, при расчете напряженности магнитного поля начальный шаг интегрирования принят 0,05, относительная точность интегрирования составила 0,01.
В качестве примера, на рис.21, приведены рассчитанные значения радиальной л# и осевой Пі компонент напряженности магнитного поля П возбуждающей катушки проходного БТП произвольной длины. / .
В расчетах задавались относительная длина v от короткой снеоднородным магнитным полем И до длинных - с однородным:л на котором располагаются центры проводящих частиц для внутреннего и внешнего проходных БТП : л = 0; 0,1; 0,2; 0,5; 0,9; 1,0; 1,1; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0. Относительная Z - компонента изменялась от центра возбуждающей катушки ВТП до значения, приі от мак котором напряженность магнитного поля п убывает до 95% симального значения ее величины.
В дальнейших расчетах текущие значения Z и К определяются характеристиками промышленной среды и ее моделями.
Экспериментальные модели в виде контейнеров разработаны и изготовлены в Соответствии с выбранной математической моделью промышленной многокомпонентной среды при взаимодействии с внешними и внутренними проходными ВТП.
Проводящие однородные среды представлены в виде набора цилиндрических изделий и толстостенных трубных вставок, изготовленных из сплошных немагнитных материалов - меди, алюминия, латуни (рис.23.) . Модели многокомпонентных сред представлены в виде контейнеров. Составлены три партии сферических частиц из свинца с удельной электрической проводимостью &= 4,75 10 МСм/м с усредненным радиусом в каждой партии vf- 1,25 -0,03 мм, $г= 1,38 ± 0,03 мм, t4 5= 1,5 ± 0,03 мм (рис.22.).
Средний радиус $с одной частицы для каждой партии определялся по методике / 72,73 /, использующей отношение массы частиц к их количеству. Погрешность определения среднего радиуса vt-частиц в каждой партии составила - 2%.
На рис.22.,23. показан внешний вид контейнеров, моделирующих пространственное распределение проводящих частиц по оси Z , по радиусу R с различной объемной плотностью го , а также модель проводящей однородной среды в виде цилиндрических изделий. Для исследований были изготовлены три толстостенных цилиндра и II цилиндрических образцов с различными геометрическими размерами и 6".
Для исследования зависимости вносимой ЭДС fc/ внешних проходных ВТП изготовлены контейнеры №1 и Ш с радиусом частиц р 2 = ї 38 мм, но с различным их количеством в контейнерах; Щ и М с равным количеством частиц в контейнерах, но с различными радиусами «з = 1,25 мм, о = 1,50 мм ; №5 - трехслойный контейнер с радиусом частиц в каждом слое ejr = 1,5 мм.
Для внутренних проходных ВТП изготовлены контейнеры Ш 6,7,8 с радиусами частиц в каждом контейнере -Og7 g = 1,25 мм, 1,38 мм и 1,5 мм соответственно.
Погружной вариант взаимодействия проходных ВТП с промышленной средой моделируется комбинацией контейнеров №№ 1,2,3,5,6,7,8.
Размещая частицы с различным диаметром по оси Z и по радиусу Я и подбирая их количество, получили модели промышленной гетерогенной среды с проводящими частицами, расположенными равновероятно с объемной плотностью в диапазоне Р0 = і - 20 %.
Контейнер Ш имеет следующие характеристики /рис.22,а/ : средний радиус частиц составил / = 1,38 - 0,03 мм; количество частиц в слое составляет 22 х 17 штук ; суммарное количество частиц в контейнере No - 374 шт. ; текущий радиус размещения частиц в катушке ВТП Л =0,71 ; текущее значение по оси катушки ВТП Z = 0; 0,22; 0,45; 0,67; 0,89; 1,12; 1,34; 1,56; 1,78.
Контейнер Л2 /рис.22,в/ содержит суммарное количество частий Но- 35 х 17 = 595 шт. со средним радиусом -6 = 1,38 - 0,03 мм; текущий радиус расположения частиц в катушке ВТП /f и текущее значение по оси Е аналогичные значениям контейнера !Ы.
Контейнер 13 /рис.22,б/ содержит суммарное количество частиц No - 35 х 17 = 595 шт. со средним радиусом Oj = 1,50 - 0,03 мм; текущий радиус расположения частиц К и текущее значение по оси 2 аналогичны значениям контейнера 1Ы.
Разработка прибора для контроля качества промышленных растворов и пульп
Полученные результаты экспериментальных исследований промышленных вольу рамово-молибденовых сред согласуются с выводами и рекомендациями, изложенными в работах / 6,22,79 /, и подтверждают правильность выбора вихретокового метода контроля электрической проводимости проводящих сред.
Основными критериями при разработке прибора являются чувствительность и погрешность измерения, эксплуатационная надежность и простота технических решений, устойчивость к внешним воздействиям окружающей среды (температура, влажность, запыленность, вибрации и другие) и стоимость.
Анализ годографов вносимых ЭДС (рис.11., 12.) и диаграмм чувствительности внутренних и внешних проходных ВТП (рис.13.,14.) при взаимодействии с проводящей однородной промышленной средой проведен для различных значений обобщенного параметра Ml и длины катушек преобразователей.
Результаты сопоставления параметров внешних / 26 / и внутренних проходных ВТП приведен в таблице 3.1. и на рис.20. Чувствительности озс внешних и внутренних проходных ВТП к изменению близки при относительной длине возбуждающей катушки -С 2.
Принимая во внимание также результаты, полученные при расчете вносимых параметров проходных ВТП с различным соотношением длины и радиуса возбуждающих катушек, установлена оптимальная длина преобразователя = 4.
Экспериментальными исследованиями растворов и пульп при гид-рометаллургической переработке вольфрамово-молибденовых сред опре делен диапазон измерения электрической проводимости промышленных сред ЭС = 0,2 - 1,0 См/см. Для получения в этом случае наибольшей чувствительности измерения 2 прибором оптимальное значение обобщенного параметра выбирается частотой тока возбуждающей катушки в пределах j = I - 3 МГц.
С учетом проведенного анализа был выполнен расчет и экспериментальные исследования параметрического внутреннего проходного БТП для случая, характерного для промышленных сред, контроль качества которых необходимо обеспечить на участке шихтовки и горячей подготовки пульп к автоклавному выщелачиванию.
На рис.41, показаны зависимости вносимого полного сопротивления Z H Для преобразователей с длиной катушки ./ = 4. На годограф нанесены результаты расчета Z.H при изменении обобщенного параметра Кй - 0,5 - 7, выполненные по точным формулам / 26 /, по приближенным формулам, полученным в работе, ( 3.2.), а также нанесена кривая: по экспериментальным данным ( 3.3.).
Анализ годографов, приведенных на рис.41, позволяет сделать вывод о преимущественном изменении действительной составляющей вносимого полного сопротивления параметрического БТП. Следовательно, для измерения эе. промышленных сред можно использовать амплитудный метод преобразования и измерения сигнала.
Широкое распространение для такого случая получила схема автогенератора с шунтирующим диодом / 92,93,94 /. Для повышения точности измерений высокочастотный генератор используется в данном случае только для питания измерительной схемы, а преобразование вносимых сопротивлений в параметрической катушке осуществляется однополупериодным детектором.
Применение кварцевой стабилизации генератора и мостовой схемы измерения значительно усложняет прибор, снижает надежность при эксплуатации в сложных промышленных условиях , повышает стоимость прибора, поэтому в дальнейшем не рассматривается.
Принципиальная электрическая схема прибора приведена на рис.42. / 95/. Высокочастотный генератор собран на кремниевом планарном транзисторе типа КТ 3I2B, имеющем напряжение коллектора ЗОВ, предельную частоту усиления 100 МГц, коэффициент усиления 150 - 200 и допустимую температуру корпуса + 120С. Кремниевый диод VDI выполняет роль детектора, а стабилитрон І/Л2 - роль ограничителя тока генератора.
При изменении 3f раствора, в который погружена катушка параметрического ВТП, измеряется сопротивление проводящего слоя. Это приводит к изменению комплексного сопротивления ВТП. Сигнал, пропорциональный электрической проводимости К раствора, выпрямляется детектором 1/DI и поступает на регистрирующий прибор. Величина его регулируется резистором К 9, при значении Э , соответствующем концу шкалы так, чтобы выходное напряжение имело нормализованную величину / 96 /. Регулировочный резистор 12 служит для полной компенсации выходного напряжения при значении 9 , соответствующему началу шкалы прибора. Внешний вид параметрического ВТП показан на рис.43.
При разработке конструкции преобразователей, устанавливаемых в технологических аппаратах, работающих под давлением и повышенной температуре, особое внимание было уделено выбору конструкционных материалов и вопросам герметизации преобразователей с учетом температурных перепадов и абразивных свойств среды.
Необходимо отметить, что с целью снижения погрешности, вносимой температурной коррекцией, терморезистор установлен в тонкий защитный чехол с использованием кремнийорганической пасты, улучшающей тепловой контакт со средой.Корпус выполнен из нержавеющей стали и установлен в верхней части преобразователя.
Лабораторные испытания кондуктометра на содовых растворах показали удовлетворительные результаты. Измеренные значения %. сопоставлялись с данными, полученными на экспериментальной установке (Приложение 2) и результатами химического анализа, выполненных в лабораторных условиях НГМЗ. Среднеквадратичная погрешность измерения концентрации соды в диапазоне 50 - 100 кг/м3, полученная по калибровочному графику, составила - 2,5 % при из = 20 - 40 С. С изменением температуры в более широких пределах погрешность резко возрастает. Следует отметить еще один недостаток построения схемы (рис.42.) в части температурной коррекции. Терморезистор К А гальванически связан с цепями смещения транзистора У 77, поэтому при градуировке возникают сложности взаимного влияния этих цепей. Это приводит к сужению диапазона измерения ЗС среды с температурной коррекцией - ЮС. Кондуктометр с такими характеристиками может быть использован в технологических аппаратах с небольшими колебаниями концентрации реагентов в растворе и его температуры, например, в смесителях горячей подготовки пульпы к автоклавному выщелачиванию и других.
Для расширения возможностей кондуктометрического метода с использованием параметрических ВТП предложена схема температурной коррекции, выполненая мостовым методом / 97 /. На рис.44, приведена схема кондуктометра с расширенной температурной коррекцией ± I5C / 93 /.
В измерительной цепи напряжение высокой частоты выпрямляется диодом VDf и подается на температурно-зависимый делитель ЯЗ ,№, КН, Кй, где R1Z терморезистор типа ММТ-4. При повышении температуры раствора растет значение его электрической проводимости , вследствии чего уменьшается вносимое напряжение ВТП
