RU1783395C - Способ измерени влажности сыпучих материалов - Google Patents

Abstract

Использование: в измерительной технике , в системах метрологического обеспечени  нейтронных влагомеров и влагоплот- номеров. Сущность изобретени : дл  уменьшени  времени реакции при скачкообразном изменении измер емой величины по специальному алгоритму в процессе измерений осуществл ют оптимизацию интервалов усреднени . 2 ил.. 2 табл. V Ј

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к способам измерени  свойств и состава сыпучих веществ радиоизотопными методами, и может быть использовано в системе метрологического обеспечени  измерительных приборов, например нейтронных влагомеров и влаго- гслотномеров.

Известен способ измерени  влажности сыпучих веществ, который заключаетс  в облучении вещества быстрыми нейтронами, измерении потока замедленных нейтронов I и определении влажности по формуле

W al + b,

где a. b - градуировочны 1 коэффициенты, определ емые экспериментальным путем.

Вследствие случайного характера взаимодействи  ионизирующего излучени  с веществом интенсивность I содержит случайные погрешности Д h, которые вли ют на погрешность измерени  влажности Wi. Дл  уменьшени  погрешности измерени  влаж- ности вычисл ют среднее значение Wn по

результатам п измерений Wi, Л/2 Wi

Wn по формуле

rf1 Jwi.

I 1 где Wn - среднее значение влажности:

п - число измерений;

Wi - текущее значение влажности.

Результат может быть получен лишь после выполнени  измерений, что определ ет

00 Сл)

Сл

о с 

и жестко фиксирует быстродействие влагомера или влагоплотномера

Кроме того, дл  обработки результатов измерени  необходимо иметь большой объем пам ти (п  чеек пам ти), что усложн ет конструкцию и снижает помехоустойчивость устройства дл  обработки информации влагомеров,

Известен способ измерени  влажности сыпучих веществ нейтронными влагомерами , который заключаетс  в облучении вещества быстрыми нейтронами, измерении интенсивностей потоков тепловых Н и над- тепловых г нейтронов и определении текущего значени  влажности Wi по формуле

Wr

111 -а0) 1Э2 - (121 - Ь0)-Э2

;i2i -b0)-a1 -(Hi -a0)-b2

(1)

где Wi - текущее значение влажности;

Hi, (21 текущее значение интенсивностей;

а0-а2, Ьо-Ьг - градуировочные коэффициенты .

При усреднении значений влажности в известном способе измерени  влажности используют алгоритм, по которому среднее значение влажности определ ют в соответствии с формулой

Wni ()Wni-i + ,

(2)

где Wni -1, Wn|-последовательные значени  среднего значени  влажности;

Wi - текущее значение влажности;

щ - число измерений.

Причем после каждого цикла измерени  текущей влажности величина rii увеличиваетс  на единицу, но не превышает значени 

Пмакс

ПИ +И Ымакс.

Величина Пмакс выбираетс  экспериментальным путем и зависит как от допустимого значени  случайной составл ющей погрешности измерени  влажности так и от дисперсии потоков нейтронов, зарегистрированных детекторами

С увеличением пмакс случайна  составл юща  погрешности измерени  влажности уменьшаетс .

Однако способ измерени  имеет большое врем  реакции при скачкообразном изменении влажности материала, поскольку при определении среднего значени  по формуле (2) текущее значени  Wi имеет весовой коэффициент -, а среднее значение

Wn( - весовой коэффициент

п -1

При больших значени х п скачкообразное изменение Wi мало вли ет на среднее значение, и только после нескольких циклов измерени  (пмакс) среднее значение Wni приближаетс  к действительному значению влажности.

Этот недостаток приводит к тому, что снижаетс  точность измерени  влажности при скачкообразном изменении измер е- мой величины.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  за счет исключени  вли ни  случайных колебаний измер емой величины и оптимизации интервала усред- нени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе измерени  влажности сыпучих материалов, включающем облучение их потоком быстрых нейтронов, измерение ин- тенсивностей потоков тепловых и надтепло- вых нейтронов, по значени м которых в каждом цикле измерени  i наход т текущее значение влажности WI и определ ют среднее значение Wni, например, по формуле

-

Wn Km- OWni-, ,

где Wni - i, Wni - последовательные значе- ни  средней влажности материала;

щ - число измерений,

причем в каждом последующем цикле измерений nl увеличиваетс  на 1, но не более чем

ДО Пмакс:

П| ПЫ Пмакс,

где пмаксЈ2 - коэффициент, определ емый экспериментальным путем,

Дл  каждого цикла измерений определ ют значение предельно допустимой

величины погрешности AWinaicc по предварительно полученной экспериментальным путем зависимости WiMaKc от среднего значени  влажности Wni i затем определ ют разность между текущим и средним значени ми влажности Д Wi и провер ют выполнение условий

IAW|l AW|Mai c, AW|-l ДМммакс

(3)

Если условие не выполн етс , продолжают измерение и усреднение влажности, при выполнении услови  осуществл ют проверку выполнени  услови 

55

|AW| + ДМ|макс,

(4

при невыполнении которого продолжают циклы измерени  и усреднени  влажности а при выполнении фиксируют скачкообразное изменение измер емой величины и начинают новый цикл усреднений, в котором в качестве Л/щ принимают текущее значение Wi, а величину гг, принимают равной 1.

За вл емый способ отличаетс  тем, что дл  каждого цикла измерений определ ют значение предельно допустимой погрешности AWiMaKc. определ ют разность между текущим и средним значени ми влажности и осуществл ют последовательную проверку условий (3), (4), при выполнении услови  (4) фиксируют наличие скачкообразного изменени  измер емой величины и начинают новый цикл усреднений.

За вл емый способ измерени  влажности позвол ет повысить точность измерени  при скачкообразном изменении измер емой величины за счет оптимизации времени реакции посредством выполнени  измерений в случае медленного изменени  измер емой величины с большой посто нной времени (врем  реакции равно г пмакс. где т- врем  цикла измерени ), вы влени  моментов скачкообразного измерени  измер емой величины и резкого снижени  при этом посто нной времени (врем  реакции равно времени цикла) и, при следующем стабильном протекании процесса, увеличени  посто нной времени вновь до максимальной величины

На фиг.1,2 показаны зависимости показаний влагомера Wi от числа циклов измерени  i при скачкообразном изменении влажности с 0,8 до 12,1 % (фиг.1) и с 8,4 до 7.1 (фиг.2).

На i рафиках позицией 1 показаны текущие значени  влажности Wi, измер емые влагомером без усреднени  информации; позицией 2 - усредненные значени  влажности Wni , определенные по известному способу измерени : позицией 3 - усредненные значени  влажности по за вл емому способу измерени  На фиг 1.2 ti - врем  реакции при выполнении за вл емого способа измерени ; т.2 - известного способа измерени .

За вл емый способ измерени  влажности реализуетс  следующим образом.

Сыпучее вещество, например доменный кокс, в весовой воронке облучают потоком быстрых нейтронов Измер ют интенсивности тепловых h, и надтепловых l2i нейтронов в течение времени t. соответствующего одному циклу измерени  i. Определ ют текущее значение влажности Wi по формуле (1).

Определ ют среднее значение влажности , например, по формуле (2) Причем после каждого цикла измерени  величина ni

увеличиваетс  на единицу, но не более чем

ДО Г) макс

ni ni-i + 1 пМакс.

После каждого цикла измерени  опре- дел ют разность между средним Wni и текущим Wi значени ми влажности по формулам

10

AWi Wm -Wi. . AWi-i Wni-i -WM.

(5)

Одновременно, пользу сь полученной ранее экспериментальным путем зависи- ,5 мостью, определ ют дл  Wni величину максимального значени  допускаемой погрешности прибора в данном цикле

WiMaKC

Провер ют выполнение услови  (3) ЕсQ ли это условие не выполн етс , тоусреднег ние влажности продолжают по формуле (2) Если условие (3) выполн етс , т.е. два последовательных текущих значени  влажности Wi и Ми превышают установленный пре,5 дел A WiMaKc, то провер ют выполнение услови  (4).

Если условие (4) не выполн етс , то усреднение значени  влажности по формуле (2) продолжают. При выполнении услови  (4)

Q в качестве Wni принимаетс  значение Wi, далее усреднение значени  влажности по формулам (2) продолжают с ni 1.

Таким образом, сущность изобретени  заключаетс  том, что вычисление среднего

5 значени  Wn производ т по формуле (2), причем значение определ ют в зависимости от разности двух последовательных текущих значений Wi и Wi-i и среднего значени  Wn| , Wn| - 1 .

0 Если каждое из двух последовательных значений разности А М и AWi-i превышает заданный предел ДМыакс, а сумма этих двух разностей с учетом знака AW IA Wi + AWi-i | превышает заданный

5 предел k AW|MaKc, то это с большой веро тностью означает, что произошло скачкообразное изменение измер емой величины. При этом значению п, присваиваетс  единичное значение (ni 1) и усреднение про0 должаетс  с начального услови  (2)

Так как дл  случайного процесса веро тность того, что два последовательных значени  AW, и AWi-1 выйдут за заданный предел с одинаковым знаком, мала, то ана5 лиз двух последовательных значений погрешностей Ai, A1-1 (с учетом их знака) позвол ете большой веро тностью определ ть скачок измер емой величины и в то же

врем  не реагировать на однократный выход погрешности за заданные пределы.

Величина коэффициента k выбираетс  экспериментальным путем таким образом, чтобы изменение величины п происходило при изменении влажности и не происходит при случайных колебани х влажности за счет статистики.

Поскольку разброс показаний влагомера за счет статистики находитс  в пределах от + Д Л/|макс до - ,то k не должен быть менее 2, так как Д W 2«Д Л/Макс.

Поскольку процесс взаимодейству  нейтронов с веществом носит случайный характер, то случайна  составл юща  по- грешности измерени  влажности возрастает с увеличением влажности.

Поэтому величина А Л/ыакс должна быть переменной величиной в зависимости от среднего значени  Win.

Например, дл  влагоплотномера экспериментальным путем найдена зависимость

ДЛЯ Д Л/|макс .

AWi

макс

A + B-Wni,

(6)

где А,б - эмпирические коэффициенты, которые наход т экспериментальным путем следующим образом.

При различных значени х влажности в диапазоне от УУмин до Л/макс определ ют погрешность Д Л/|Макс Стро т зависимость по формуле (6) и определ ют эмпирические коэффициенты по формулам

А А Л/макс,

AV4,aKc2 -ЛМмакс

В

Wn2 -Wm

гдеД Л/Макс, Д Л/Макс2-максимальное значе- ние погрешности при минимальном значении средней влажности Л/щ и максимальном значении средней влажности Л/П2Следует заметить, что успешность при- менени  данного способа зависит от степени достоверности вы влени  моментов скачкообразного изменени  среднего значени  измер емой величины, и именно с целью повышени  этой достоверности и предотвращени  ложных срабатываний используетс  двойна  проверка, нашедша  отражение в условии (3). Счита , например, что случайна  величина Wi подчинена нормальному закону распределени , и задава-  сь, как это прин то в метрологии (см.напр ГОСТ 11.001-73). величиной доверительного интервала, равнрй 2 о, получают величину веро тности случайного по влени  отключени  AWi, превышающего значение 1 а,

5

0

5

0

5

0

5

45 55

равную 0,05, а веро тность совпадени  таких событий в двух последовательных циклах будет равна 0,05г 0,0025, т.е. менее чем 3 случа  из тыс чи, и может быть при необходимости дополнительно снижена на следующей стадии проверки (4) путем выбора коэффициента Наличие двух неравенств в условии (3) вместо одного, более сильного, предотвращает ложные срабатывани  системы под воздействием случайных выбросов и импульсных помех.

Что же касаетс  проверки посредством неравенства (4), то она необходима дл  исключени  срабатывани  системы, когда WI колеблетс  в разные стороны вокруг посто нного или медленно мен ющегос  среднего значени  Wn|.

Пример. Реализаци  способа осуществл етс  с помощью влагоплотномера ней- тронного стационарного ВПНС-7208, содержащего нейтронный датчик и специализированное вычислительное устройство (устройство обработки). Измерение проводитс  в весовой воронке, в которую загружаетс  доменный кокс с различной влажностью(0,8% и затем 12%). С помощью датчика кокс облучают быстрыми нейтронами и измер ют интенсивности потоков тепловых и надтепловых нейтронов Н и 12. В устройстве обработки вычисл ют влажность Wi по формуле (1). Вычисл ют среднее значение влажности по формуле (2). Определ ют значение разности AWi и AWi-i по формулам (5). Наход т значение и определ ют, выход т ли обе разности за этот предел, Если два последовательных значени  разности выход т например, за 0,6%, то наход т суммарное значение двух разностей по формуле (4) и определ ют, вы- ходитли сумма двух разностей 1AW1 за предел 1оД Л/|макс-1,2%, k-2.

Если выходит за предел 1,2%, то величине п присваиваетс  единичное значение (ги 1). Далее процесс измерени  влажности повтор етс . Величина пмакс выбрана равной 15. Результаты измерени  приведены в табл.1.

Аналогичным образом проведено измерение влажности по известному способу.

Результаты измерени  приведены в табл.2.

Результаты приведены также на фиг.1, где показаны зависимости текущего значени  влажности Wi (1), среднего значени  Wni влажности по известному способу измерени  (2) и среднего значени  влажности Wni по за вл емому способу (3) от числа циклов измерений.

Как видно из приведенных результатов (табл.1,2 и фиг.1,2), за вл емый способ измерени  влажности имеет меньшее врем  реакции при скачкообразном изменении измер емой величины по сравнению с извест- ными способами.

На фиг.2 показана зависимость показаний радиоизотопного влагоплотномера при изменении влажности с 8,4 до 7,1 %.

Измерение проводитс  по ленте кон- вейера.

Таким образом, за вл емый способ по сравнению с известным позвол ет уменьшить врем  реакции при скачкообразном изменении измер емой величины, за счет чего повышаетс  точность измерительных систем, измер емых физические величины в динамическом технологическом процессе , например влажности, плотности сыпучих веществ в бункере или на ленте конвейера.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ измерени  влажности сыпучих материалов, включающий облучение их по- током быстрых нейтронов, измерение ин- тенсивностей потоков тепловых и надтепловых нейтронов, по значени м которых в каждом I цикле измерени  наход т текущее значение влажности Wi и предел - ют среднее значение влажности Л/щ по формулуд

   JWnr (ni-JJWni - 1 + W,/m ,

   где Wni - 1, Wm - последовательные значе

   ни  средней влажности материала;

   nl - число измерений,

   причем в каждом последующем цикле измерений

   П| П|-1 + КПмзкс.

   где пМакс 2 - коэффициент, определ емый экспериментальным путем, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  за счет исключени  вли ни  случайных колебаний измер емой величины и оптимизации интервала усреднени , дл  каждого цикла измерений определ ют значение предельно допустимой величины погрешности А Л/|Макс по предварительно полученной экспериментальным путем зависимости Д Л/гмакс от среднего значени  влажности Wni, определ ют разность Д Wi между текущим и средним значени ми влажности с учетом разности Д Wi-i и провер ют выполнение условий

   -|AW| l ДМыакс,

   Д Л/|-1мэкс,

   при выполнении условий осуществл ют проверку выполнени  услови 

   iAW|+ кД Л/|Макс,

   ,

   где - коэффициент, устанавливаемый экспериментально, при выполнении последнего услови  фиксируют скачкообразно изменение измер емой величины и н ачина- ют новый интервал усреднений, в котором в качестве Wni принимают текущее значение Wi7a щ принимают равным 1.

   Т а б л и ц а 1

   Результаты измерени  вламности по за вл емому способу

   Таблица2

   Результаты измерени  влайности по известному способу

   I §

   j,

   л., .1

   i11а . «

   tpue.f измерены i.

   tt

   i .. . I