DE2229846A1 - Method and arrangement for non-contact measurement of the moisture content - Google Patents

Description

»It. ING. F. WÜESTirOFF DR. E. V..PECHMANX »It. ING. F. WÜESTirOFF DR. EV.PECHMANX

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1A-41 6361A-41 636

Beschreibung, zu der Patentanmeldung Description of the patent application

Österreichische Studiengesellschaft für Atomenergie Gesellschaft m.b.H., Wien, ÖsterreichAustrian Study Society for Atomic Energy Society m.b.H., Vienna, Austria

betreffendconcerning

Verfahren und Anordnung zur berührungsfreien Messung des FeuchtegehaltesProcedure and arrangement for non-contact measurement the moisture content

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur von der Schichthöhe unabhängigen Messung des Feuchtegehaltes von Sintererzen am Förderband mittels Neutronen sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for measuring the moisture content of, independently of the layer height Sintering ores on the conveyor belt by means of neutrons and an arrangement for carrying out the process.

Der Erfindung liegt das folgende Meßprinzip zugrunde:The invention is based on the following measuring principle:

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Die von einer Neutronenquelle ausffcsnndtcnWhich emanate from a neutron source

Neutronen ("schnelle" Neutronen) werden beim Uurch&nng durch Materie gestreut. Durch diese StoßliiOzcsse an acn Atomkernen verlieren sie einen Teil ihrer kinotischen Energie. Die größte Energicabgabe findet Statt, wenn ein Neutron elastisch mit einem Wasserstoffkern zusammenprallt (etwa gleiche Massen! )'. Die durch solche Stöße energiearm gewordenen Neutronen ("thermische" Neutronen) können mit geeigneten Detektoren, die für schnelle Neutronen unempfindlich sind, nachgewiesen worden. Da die Wahrscheinlichkeit für eine Streuung an Wasserstoffkernen im Durchschnitt um den Faktor 10 größer ist als die an Atomkernen anderer Elemente, kann die Anzahl dor in einem Material entstandenen thermischen Neu*· tronen als Maß für den Wasserstoffgehalt und damit der Feuchte des Materials dienen.Neutrons ("fast" neutrons) are scattered through matter when they pass through. As a result of this collision with acn atomic nuclei, they lose part of their kinotic energy. The greatest energy release takes place when a neutron collides elastically with a hydrogen nucleus (roughly equal masses!) '. The neutrons ("thermal" neutrons) that have become low in energy as a result of such collisions can be detected with suitable detectors that are insensitive to fast neutrons. Since the probability of scattering on hydrogen nuclei is on average 10 times greater than that on atomic nuclei of other elements, the number of thermal neutrons that have arisen in a material can serve as a measure of the hydrogen content and thus the moisture of the material.

Die bisher bekannten Anordnungen zur Feuchtemessung an Förderbändern arbeiten alle nach dem Rückstreuprinzip, d.h. Neutronenquelle und Neutronendetektor liegen auf derselben Seite des Förderbandes. Die Moßworto sind bei dieser Methode stark vom Abstand Moßgutoberfläche-Moßsonde abhängig. Dies bedingt, daß man mittels Abstreifer und dgl. versuchen muß, diosen Abstand möglichst konstant zu halten. Das Meßgut wird dabei borührt und verliert dadurch unter Umständen gerade die Eigenschafton, die durch die Deigabe von Wasser erzielt werden sollen.The previously known arrangements for measuring moisture on conveyor belts all work according to the backscatter principle, i.e. neutron source and neutron detector are on the same side of the conveyor belt. the In this method, Moßworto strongly depends on the distance between the material surface and the Moßsonde addicted. This means that you have to try by means of scrapers and the like. Dose distance to be kept as constant as possible. The material to be measured is borrowed in the process and, as a result, may just lose it the properties that are to be achieved by the addition of water.

Erfindungagomäß wird nun vorgeschlngon, daß man das zu iiicuuondo Matorial onorgioroichon Neutronen aussetzt und die Anzahl der durch das /-u mossende Material hin-According to the invention, it is now proposed that one that exposes neutrons to iiicuuondo Matorial onorgioroichon and the number of

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durchwatenden, thermischem Neutronen bcst.imnii, und daß /^l oi^hv.o i. t in; und am selben Ort eine Fi ächeiYgowi.chtsbostinimuniv durch Messung der Absorp-I ion von Gammastrahlen im zu messenden Material erfolgt, worauf* dann die beiden Messungen verknüpft werden und so das "Endresultat bilden. Dir· Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß das zu messende Material zwischen einer Neutronen- und einer Gammastrahlenquelle und einem Detektor für thermische Neutronen sowie Gammastrahlen angeordnet ist, und daß der Detektor zur Trennung der von Neutronen und von Gammastrahlen erzeugten Impulse mit zwei Einkanaldiskriminatoren verbunden ist. Das Durchstrahlungsprinzip hat den Vorteil, · daß die Empfindlichkeit größer ist. Die Erfindung ermöglicht es, Schwankungen in der Materialzusammensetzung bzw. des Meßvolumens vollkommen auszugleichen.wading through thermal neutrons bcst.imnii, and that / ^ l oi ^ hv.o i. t in; and at the same place a Fi ächeiYgowi.chtsbostinimuniv by measuring the absorption of gamma rays in the material to be measured, whereupon the two measurements are linked to form the "end result. The arrangement is characterized by the fact that the one to be measured Material is arranged between a neutron and a gamma ray source and a detector for thermal neutrons and gamma rays, and that the detector is connected to two single-channel discriminators to separate the pulses generated by neutrons and gamma rays. The transmission principle has the advantage that the sensitivity is greater The invention makes it possible to completely compensate for fluctuations in the material composition or in the measuring volume.

Die Erfindung wird nun beispielsweise anha'nd der Zeichnungen beschrieben;The invention will now be described, for example, with reference to the drawings;

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung, Fig. 2 und 3 zeigen die Strahlenquelle im Auf- und Grundriß, Fig. k die Unabhängigkeit.des erfindungsgemäßen Verfahrens von der Schichtdicke, Fig. 5 Kurven zur Bestimmung der Feuchte und Fig. 6 eine von der Schichthöhe und dem Material unabhängige Kalibrierkurve.Fig. 1 shows the arrangement according to the invention, Figs. 2 and 3 show the radiation source in elevation and plan, Fig. K the independence of the method according to the invention from the layer thickness, Fig. 5 curves for determining the moisture and Fig. 6 one of the Layer height and calibration curve independent of the material.

Wie Fig. 1 zeigt, befindet sich .das Meßgut 1 auf dem Förderband 2 zwischen einer Neutronen- und Gammastrahlenquelle 3 und einem Detektor h_t der sowohl thermische Neutronen als auch Gammastrahlen mißt. ZurAs FIG. 1 shows, the material to be measured 1 is located on the conveyor belt 2 between a neutron and gamma ray source 3 and a detector h _t which measures both thermal neutrons and gamma rays. To the

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Spannungsversorgung Ist eine Hoch.spannungsquelle 5 vorgesehen, Die im Detektor h erzeugten «lektrischon Tmpul-Se werden in einem Verstärker 6 verstärkt und dnnn zwei E i nkannIdi skrimInutoron 7» R zugeführt. Einer dieser Ei l'ikannldiskrimina toron 7 IUOt die von don Noutronen horrührendon Impulse und der andere 8 die von den Gammastrahlen herrührenden Impulse durch. In der Einheit 9 worden dlo Noutrononmoßworto F logarithm·! ort und in dor Einholt 10 wird der Logarithmus der Gammastrahlonmeflwerto D gebildet, der dann gedrittelt wird. . An die logarithmiereaden Einheiten 9t 10 ist eine Additionseinheit 11 angeschlossen, wo die Summe I/5 F + 1 Iff D gebil-Voltage supply If a high-voltage source 5 is provided, the electrical pulses generated in the detector h are amplified in an amplifier 6 and then fed to two input channels. One of these eggs l'ikannldiskrimina toron 7 IUOt the impulses from the Noutronen horrührendon and the other 8 through the impulses originating from the gamma rays. In unit 9 dlo Noutrononmossworto F logarithm ·! Place and in dor Einholt 10 the logarithm of the gamma ray meflwerto D is formed, which is then divided into thirds. . An addition unit 11 is connected to the logarithmic reading units 9t 10, where the sum I / 5 F + 1 Iff D is formed.

3 dnt wird. DIpso Summe wird in einen DifferentlalverstHr- 3 dnt. The sum is converted into a differential understanding

kor 12 «inrtehraoht.cor 12 «inrtehraoht.

KIn woitor«r Rin/?anij dos DifferontialvorstHrkere 12 ist mit einem MaterialwHhler 13 verbundon. In diesem MaterialwKhler 13 sind die Neutronen- und Gamma-βtrahlenmeßwerte bei der Feuchtigkeit 0 ^ fflr verschiedene Materialien eingespeichert. Die Summe Ig Fo + 1 Ig DoKIn woitor «r Rin /? Anij dos Differontialvorsthrkere 12 is connected to a material selector 13. In This material selector 13 stores the measured values of neutrons and gamma rays at a humidity of 0 ^ for various materials. The sum of Ig Fo + 1 Ig Do

"3 kann durch Betätigen eines Druckknopfes oder Drehen eines "3 can be activated by pressing a push button or turning a

Schalters in den Differentialverstärker 13 eingespeistSwitch fed into the differential amplifier 13

werden. Hier wird die Differenz (lg F + 2. ¹S ^D) ~will. Here the difference becomes (lg F + 2. ¹ S ^D ) ~

3 (lg To * ± Ig Do) gebildet. Diese Differenz wird in der 3 (lg To * ± Ig Do) formed. This difference is shown in the

Einheit lh eiitlogarithmiert und dem Anzeigegerät 15 zugeführt. Der angezeigte Wert ist unabhängig von derUnit lh is logarithmized and fed to display device 15. The displayed value is independent of the

Schichtdicke des Meftgutes 1 und unabhängig vom Material« Ks 1st selbstverständlich möglich, den MoOwert zur autom··»Layer thickness of the material to be measured 1 and regardless of the material " Ks is of course possible to automate the MoO value ·· »

209853/1052 :209853/1052:

tischen Regelung zu verwenden; dies ist bei i6 Λ η #<iVeu t %■ i, to use tables scheme; this is at i6 Λ η # <iVeu t% ■ i,

. So kann <i ie Wa.sserbei^abe .i.m Mischor automatisch geregelt werden. .■ .. In this way, the water can be served automatically in the mixer be managed. . ■.

Kino Kontrolleinrichtung 17» dio z.B. auf denCinema control device 17 »dio e.g. on the

Gainmameßwert anspricht, wird betätigt, wenn eine Mindest- fOGainmeßwert responds, is actuated when a minimum fO

CD Schichthöhe des Meßgutes von 30 - 35 nitn unterschritten wird. In der Fig. 1 wirkt die Einrichtung 17 auf die Anzeige und Regelung, d.h.,beide werden abgeschaltet, es können jedoch auch Alarmanlagen, wie Lampen, Glocken usw., betätigt werden. In dem Anzeigegerät 15 können vorwählbaro Toleranzgrenzen des Feuchtegehaltes eingestellt werden, bei deren Über- bzw. Unterschreiten ebenfalls optische und/oder akustische Warnsignale betätigt werden.CD layer height of the material to be measured is below 30 - 35 nitn will. In Fig. 1, the device 17 acts on the display and control, i.e. both are switched off, however, alarm systems such as lamps, bells, etc. can also be activated. In the display device 15 can be preselectable Tolerance limits of the moisture content can be set, if they are exceeded or fallen below, likewise optical and / or acoustic warning signals are activated.

Gemäß den Fig. 2 und 3 besteht die Strahlenquelle aus der Neutronenquelle 18 und vier auf einem Kreis angeordneten Gammastrahlenpräparateu 19· Bei Versuchen wurde als Neutronenquelle eine Am-Be-Quello mit 100 mCi Am-2Ui, einem Durchmesser von "\7,k.mm und einer Höhe von 19,4 mm und fcle Gammastrahlenquelle vier 10 uCi Ce-137 Präparate verwendet. Alle diese Präparate befinden sioh in einer mit Paraffin 20 ausgegossenen Cadmiumhalbschale 21 mit 200 mm Durchmesser und 1 mm Wand·» , stärke. Dadurch wird erreicht, daß erstens ein Teil dar von der Quelle zur Seite und nach unten ausgasandten Neutronen durch Streuung für die Messung zur Vorfügung stehen (Erhöhung der Ausbeute ca. ^rj0 %) und man zweitens eine relativ großflächige Neutronenquelle erhält. Auch die Schale 21 kann wieder in Paraffin 22, gegebenenfalls mit Bor versetzt» eingebettet sein, das dünn von 0inein Abschirmbehälter 23 umgebon ist, Für den Transport, boiAccording to FIGS. 2 and 3, the radiation source consists of the neutron source 18 and four gamma ray preparations 19 arranged in a circle. In experiments, an Am-Be-Quello with 100 mCi Am-2Ui, a diameter of "\ 7, k. mm and a height of 19.4 mm and a fcle gamma ray source four 10 μCi Ce-137 preparations are used that firstly a portion is available from the source to the side and ausgasandten down neutrons by scattering for the measurement Vorfügung (increasing the yield ca. ^r j0%) and to secondly obtain a relatively large-area neutron source. also, the shell 21 may again Paraffin 22, optionally mixed with boron, which is thinly wrapped in a shielding container 23, for transport, boi

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S t. Π 1 or,ur\f* dor Anlage und hol Reparaturen am Förderband 2 wird der Behälter 21 mit. oinom strahlensicheren Deckel verschlossen. Normal befindet sich der unverschlossene TlohJiltor dlrokt. iintnr dom Kürdnrband. Genau darüber wird oberhalb dos Ftfrdorhandns dor Strahlungsdetektor anijehrnrht. Dor Abstand FiJrdorband-Dotoktorunterkante be-IrM₁Tl. on. 1OO mm. .S t. Π 1 or, ur \ f * dor plant and get repairs on conveyor belt 2, the container 21 is with. oinom radiation-proof lid closed. The unlocked TlohJiltor is normally located at the top. iintnr dom Kürdnrband. Exactly above this is indicated above the front of the radiation detector. The distance between FiJrdorband-Dotorunterkante be-IrM _{1 part} . 1OO mm. .

Flff, h zeiftt dio Abhängigkeit der orflndunfjs-ΚηιηϋΠοη Verfahrens von der Schtchthöho f(lr droi vopeohiefinno Materiniion. Die Kurven 2^, 2!> sind TUr ,in olno Stahl-Sintermlsnhunf7, die Kurve 26 für ein· HHmatitmaterial. Man sieht, daß alle drei Kurven für eine S^hirhthtfho ftr'onar als T> mm eine Gerade bilden. Die Fig. 5 zei/?t don Zusammenhang zwischen dem Meßergebnis und d»m'Feur.hto/jehal t für die drei Materialien. Man sieht, daß sich für die verschiedenen Materialien verschiedene Kurven 2^a_f 25»» 26a ergeben.Flff, h shows the dependence of the orflndunfjs-ΚηιηϋΠοη method on the Schtchthöho f (lr droi vopeohiefinno Materiniion. The curves 2 ^, 2!> Are TUr, in olno Stahl-Sintermlsnhunf7, the curve 26 for a · HHmatite material. It can be seen that all three curves form a straight line for a S ^ hirhthtfho ftr'onar as T> mm. Fig. 5 shows the connection between the measurement result and the d 'm'Feur.hto / jehal t for the three materials that there are different curves 2 ^ a _f 25 »» 26a for the different materials.

Dtldet man jedoch den Ausdruck FD / Fo Do ^/J , eo/fird, wie Fi#. f> zei^t, auch Material unabhängig und man hat nur mehr eine einziftc KalibrLorkurve 27 für alle Materialien.However, if you use the expression FD / Fo Do ^{/ J} , eo / fird, like Fi #. f> zei ^ t, also material independently and you have only one einziftc KalibrLorkurve 27 for all materials.

RcI den bisher durchgeführten Untersuchungen betrug die MeOzeit 10 see und der Fehler war kleinor als 0,5 Gew.# Feuchte. Durch Verwenden grHierer Detektoren, stfirkoren Quellen und anderer Meßzolten kann dieser Wert aber noch verringert werden.RcI the investigations carried out so far The MeO time was 10 seconds and the error was minor than 0.5 wt. # moisture. By using larger detectors, stfirkoren sources and other measuring meters can but this value can still be reduced.

Claims (6)

Patentansprüche :Patent claims: ©höhe Verfahren zur von der Schinht;/unabhHngigen© high procedure for the Schinht; / independent Messung des Feuchtegehaltes von Sintererzen am Förderband mittels Neutronen, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu messende Material energiereichen Neutronen aussetzt und die Anzahl der durch das zu messende Material hindurchtretenden, thermischen Neutronen bestimmt, und daß gleichzeitig und am selben Ort eine Flächengewichtsbestimmung durch Messung der Absorption von Gammastrahlen im zu messenden Material erfolgt, worauf dann die beiden Messungen verknüpft werden und so das Endresultat Ulden.Measurement of the moisture content of sintered ores on the conveyor belt by means of neutrons, characterized in that the material to be measured is high-energy neutrons and the number of thermal neutrons passing through the material to be measured determined, and that at the same time and at the same place a basis weight determination by measurement the absorption of gamma rays in the material to be measured takes place, whereupon the two measurements are made linked and so the end result Ulden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Produkt aus dem fi[eutronenmeßwert und der dritten Wurzel des Gammameßwertes »2. The method according to claim 1, characterized in that the product from the fi [eutronenmeßwert and the third root of the gamma value » bildet. ·forms. · 3« Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekonnzeichnet, daß man zur Beseitigung der Materialabhängigkeit der Messung das Produkt· aus dem Neutronenmeßwert und der .dritten Wurzel des Gammameßwertes durch das entsprechende Produkt für die Werte bei 0 $ Feuchtigkeit dividiert.3 «The method according to claim 2, characterized in that that in order to eliminate the material dependency of the measurement, the product · of the measured neutron value and the third root of the gamma measurement value by the corresponding product for the values at 0 $ moisture divided. 4» Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das zu messende Material zwischen' einer Neutronen- und einer Gammastrahlenquelle und4 »Order to carry out the procedure according to one of claims 1 to 3 »characterized in that that the material to be measured between 'a neutron and a gamma ray source and 209853/1062209853/1062 einem Detektor für thermische Neutronen sowie Gammastrahlen angeordnet let, und daß der Detektor zur Trennung dor von Neutronen und von Gammastrahlen erzeugten Impulse mit zwei Einkanaldiakriminatoren verbunden ist.a detector for thermal neutrons and gamma rays arranged let, and that the detector for Separation between neutrons and gamma rays Impulse is connected to two single-channel discriminators. 5. Anordnung nach Anspruch h_t dadurch gekennzeichnet, daß die Gammastrahlenquelle durch strahlende Präparate gegeben ist, die kreisförmig um die Neutronenquelle verteilt sind.5. Arrangement according to claim h _t, characterized in that the gamma ray source is given by radiating preparations which are circularly distributed around the neutron source. 6. Anordnung nach Anspruch h_t dadurch gekonnzeichnet, daß die Einkanaldiekriminatoren mit je einer logarithmierenden Schaltung verbunden sind, die ihrerseits an eine Additionsschaltung angeschlossen sind, wobei die logarithmierende Schaltung für die Werte von dor Gammastrahlenquelle eine Einrichtung zum Dritteln des von ihr gebildeten Wortes aufweist,*6. The arrangement according to claim h _t characterized in that the single-channel discriminators are each connected to a logarithmic circuit, which in turn is connected to an addition circuit, the logarithmic circuit for the values of the gamma ray source having a device for dividing the word formed by it, * 7· Anordnung nach Anspruch d", dadurch gekennzeichnet, daß die Additionsschaltung mit oinor Subtraktionsechaltung verbunden ist, an die oin dio Werte für dio Feuchtigkeit 0 % des s&u messsonden Material» eingebender Materialwähler angeschlossen let*7 · Arrangement according to claim d ", characterized in that the addition circuit is connected to oinor subtraction circuit to which oin dio values for the moisture 0 % of the measuring probe material» input material selector are connected * Wion, Zk, Juni 1971Wion, Zk, June 1971 209853/1082209853/1082