УДК 622.647.2:681.518.3

ОБЗОР РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ ПЛОТНОСТИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ И ПРИЧИНЫ ИХ НЕДОСТАТКОВ

Войтюк Ирина Николаевна
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
кандидат технических наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики

Аннотация
Данная работа посвящена обзору радиометрических методов определения объемной плотности сыпучих материалов и причины их недостатков. В статье представлены способы и устройства для измерения объемной плотности и их недостатки, представлены причины этих недостатков.

Ключевые слова: гамма-излучение, ленточный конвейер, объемная плотность, угольный поток


REVIEW OF RADIOMETRIC METHODS FOR DETERMINING APPARENT DENSITY OF GRANULAR MATERIALS AND THE REASONS FOR THEIR SHORTCOMINGS

Voytyuk Irina Nikolaevna
National Mineral Resources University (University of Mines)
Ph.D., assistant professor of electrical engineering, power engineering, еlectromechanics

Abstract
This work is devoted to review of radiometric methods for determining apparent density of granular materials and the reasons for their shortcomings. The article provides methods and devices for measuring the apparent density and their drawbacks, reasons for these drawbacks are presented.

Keywords: apparent density, belt conveyor, coal stream, Gamma radiation


Библиографическая ссылка на статью:
Войтюк И.Н. Обзор радиометрических методов определения объемной плотности сыпучих материалов и причины их недостатков // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/05/3869 (дата обращения: 06.10.2017).

В настоящее время в промышленности достаточно широкое применение получили радиоизотопные методы измерения и контроля параметров сыпучих и твердых материалов. Это касается в первую очередь измерений объемной плотности материалов. В таблице 1 приведены радиоизотопные способы и устройства для измерения объемной плотности.

Таблица 1. Радиоизотопные способы и устройства для измерения объемной плотности и их недостатки

Принципиальная схема и принцип действия
Область применения
Недостатки
1.

Поток 7- квантов протяженного источника 7 ослабляется материалом 2,находящимся на транспорте 5, и регистрируется детектором 3. Мягкое рассеянное в материале излучение поглощается экраном [1]
Для определения объемной плотности материалов непосредственно в потоке на транспортере
Основная погрешность вносится за счет неравномерности насыпки материалов на транспортер.
Низкая точность за счет отсутствия возможности разделения потока на конвейере, имеющего различную плотность, то есть для получения точных физических характеристик необходима предварительная сепарация потока
2.        

Поток квантов от источника 5, помещенного в контейнер 1, проходит через материал 4 и регистрируется детекторами 2. каждый детектор при помощи коллиматора просматривает определенную область материала 4 по линии, соединяющей источник и детектор [2]
Для измерения параметров сыпучих материалов в потоке. При обработке информации от детекторов, выявляется функциональная связь между потоком квантов, ослабленного материалом и значением объемной плотности материалов. Способ позволяет снизить погрешность от влияния вибрации транспортера
Имеет неточность измерения характеристик вещества при одновременном нахождении на конвейерной ленте материала с различной плотностью и химическими свойствами и возможность измерения плотности только однокомпонентной среды.
Принципиальная схема и принцип действия
Область применения
Недостатки
3.        

Кванты источника 1, рассеянные в материале 3, регистрируются детектором 4, расположенном за свинцовым экраном 5. детектор 2 регистрирует прошедшие через материал и рассеянные кванты [3]
Для контроля объемной плотности сыпучих материалов в потоке. Об объемной плотности исследуемого материала судят по соотношению регистрируемых потоков квантов
Регистрация квантов проводится за период времени 1с, что приводит к повышению случайной ошибки измерений
4.        

Кванты коллимированного источника 1, рассеянные в материале 2, регистрируются детекторами 3 и 5. детектор 4 регистрирует кванты, прошедшие через материал. [4]
Для контроля объемной плотности сыпучих материалов в потоке. По соотношению потоков прямых и рассеянных квантов судят об определяемом параметре
Высокая суммарная относительная погрешность измерения плотности из-за повышенной статистической ошибки измерений
5.    Способ бесконтактного контроля состава твердых, жидких и газообразных сред путем их облучения ядерными излучениями и измерения интенсивности рассеянного исследуемой средой или прошедшего через нее излучения [5]
Для определения плотности вещества. С целью контроля состава n компонентных сред исследуемую среду облучают последовательно излучениями различных энергий или вида, и по измеренным значениям интенсивностей рассеянного и прямого излучения вычисляют содержание отдельных компонентов в исследуемой среде
Низкая точность и сложность измерений за счет необходимости применения нескольких источников излучения. Способ применим для единичных лабораторных измерений и не подходит в промышленных условиях длянепрерывных измерений плотностей

Все способы относятся к бесконтактным и основаны на свойстве ослабления интенсивности потока радиоактивного излучения исследуемым материалом в результате поглощения γ-квантов первичного излучения и выражается зависимостью:

,                                                        (1.6.)
где  – начальная интенсивность гамма-излучения; – интенсивность гамма-излучения, прошедшего через слой измеряемой среды толщиной и плотностью  – массовый коэффициент поглощения гамма-излучения [6].
Анализируя радиометрические методы для определения плотности и в частности объемной плотности сыпучих материалов, можно судить об их наибольшей эффективности и точности в сравнении с остальными методами и средствами измерений. Однако все эти способы обладают рядом схожих недостатков, заключающихся в следующем.
Способы подходят для однородных по составу сыпучих материалов с плотностями, отличающимися незначительно, и не подходит для грузопотоков со случайным непрерывным распределением плотности на конвейере. При этом обладают погрешностями измерений в связи с увеличением количества веществ в составе исследуемого объекта, имеющих сложную молекулярную структуру с заранее неизвестными плотностями и коэффициентами ослабления первичного излучения.
При анализе погрешностей измерений объемной плотности выявлено, что случайная составляющая погрешности измерений обусловлена в основном случайным характером процессов излучения, взаимодействия с контролируемой средой и регистрации квантов гамма-излучения. Для уменьшения погрешности до требуемого значения, при расчете необходимого объема накопленных при регистрации гамма-излучения данных, необходимо исходить только из информативной (полезной) составляющей сигналов блоков детектирования, а не из суммы полезного и фонового сигналов.
Случайные погрешности возникают также в результате многократного преобразования сигнала измерительной информации.
Систематическая составляющая погрешности измерений каналами прямого и рассеянного гамма-излучений обусловлена нелинейностью выходных сигналов блоков детектирования, вызванных неточностями при первичном градуировании физических характеристик контролируемых сред.
Систематические погрешности вызваны также рядом других факторов, влияющих на точность и стабильность градуировочных характеристик, в частности, старение элементов системы, дрейф электроники, изменение температуры окружающей среды, уменьшение интенсивности гамма-излучения и т. д.

Библиографический список
  1. Пат. США №3361911. Система для измерения плотности материала. Опубл. 02.01.1968
  2. Пат. США №3373286. Устройство для измерения характеристики материала на движущемся конвейере. Опубл. 12.03.1968
  3. Пат. США №3361911. Система для измерения плотности материала. Опубл. 02.01.1968
  4. Дубинчук В. Т. Номографический расчет параметров плотномеров. – Изотопы в СССР, №14. 1968. – С. 17-19
  5. Авт. св. SU № 129355. Способ бесконтактного контроля состава твердых, жидких и газообразных сред / Л.В. Мельтцер, А.А. Наумов, Н.Н. Шумиловский. Опубл. 01.01 1960
  6. Радиометрия и ядерная геофизика: Лаборатор. Работы / А.Я. Синицын, Ю.О. Козында. – СПб: Изд-во СПГГИ, 1996. – 79с.


Все статьи автора «Войтюк Ирина Николаевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: