SU1114156A1

SU1114156A1 - Импульсный нейтронный способ определени влажности материалов

Info

Publication number: SU1114156A1
Application number: SU823500050A
Authority: SU
Inventors: В.П. Домбровский; Н.И. Зайцев; В.А. Пронякин; А.К. Стройковский
Original assignee: Особое проектно-конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Черметавтоматика"
Priority date: 1982-10-15
Filing date: 1982-10-15
Publication date: 1991-04-23

Abstract

ЯМГ1УЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, заключающийс в том, что исследуемый материал облучают импульсным потоком быстрых нейтронов и регистрируют временное распределение потока тепловых нейтронов, отличающийс тем, что, с целью сшшеии погрешности измерени и расширени области применени способа, определ ют врем начала нейтронного импульса до наступлени максимума псэтока тепловых нейтронов, регистрируют временное распределение потока надтепловьгх нейтронов и определ ют среднее врем пребывани нейтрона в надтепловой области j а влажность материала наход т из выражени С, d,)b,l tM ( d,)b,. - (t влажность материала5%, где V7 врем от начала нейтронно мго импульса до наступлени максимума потока тепдовых нейтронов, t ц - среднее врем пребывани нейтрона в надтепловой области, i определ емое по формуле (Л 00(У t., t(p(E t)dt/ )()dt, t s - длительность импульса быстрых нейтронов, .b,, bjfC C(,C2jd4,d2 посто нные коэффициенты дл данного материала , причем отношение длительности импульса быстрых нейтронов ко времени от начала импульса быстрых нейтронов до наступлени максиму1-1а потока тепловых нейтронов в сухом мате . риале выбирают не превышакнцим 0,2, О1 а период следовани импульсов бысто рых нейтронов не меньшим времени жизни тепловых нейтронов в сухом материале.

Description

Изобретение относитс к исследованию химических и физических свойств веществ, в частности к способам оп ределени влажности с помощью потока быстрых нейтронов, и может быть использовано, например в черной металлургии дл определени влажности кокса, агломерационной шихты и т.д.

Известен способ определени влажности материалов, заключающийс в том, что материал облучают импульсным потоком быстрых нейтронов от нейтронного генератора, затем временным анализатором импульсов регистрируют поток тепловых нейтронов в канале шириной h. с. задержкой ty относительно момента начала нейтронного импульса. По числу зарегистрированных импульсов наход т декремент затухани плотности тепловых нейтронов, по величине которых определ ют влажность материала.

Недостатком способа вл етс значительна погрешность измерени , св занна с регистрацией абсолютного значени потока тепловьк нейтр.онов . Нестабильность выхода нейтронного генератора, а также нестабильность коэффициента передачи измерительного тракта вли ют на число зарегистрированных импульсов в канале шириной At, по которому определ етс декремент затухани , что приводит к значительным пргрешност м измерени .

При измерении влажности многотоннажных масс материалов в черной металлургии таких как кокс, аглошихта , железорудные концентраты, ограниченньй объем исследуемого ма . териала приводит к погрешности измерени за счет малой представительности пробы и сужает область применени способа.

Указанные недостатки частично устранены в способе измерени влажности материалов, который вл етс наиболее близким к изобретению и заключаетс в том, что исследуемый материал облучают импульсным потоко быстрых нейтронов, регистрируют временное распределение потока тепловых нейтронов и определ ют общее врем распределени m

Т itX.

.

где u.t - ширина канала временного

анализатора, m

Nt, - сумма временных каналов k- зан та распределением. По величине общего времени распределени Т определ ют влажность

материалов, предварительно проградуировав шкалу общего времени распределени Т по влажности.

Недостатком этого способа вл етс незначительна погрешность измерени влажности за счет погрешности

т

N.

регистрации параметров

точk -i

ное определение которого затруднено вследствие ассимптотического хода кривой временного распределени потока тепловых нейтронов.

Недостатком этого способа вл ет с также значительна погрешность измерени влажности от измерени содержани поглощающих элементов, например железа, марганца, хлора, ъ исследуемом материале, а также за йисимость результатов измерени от плотности контролируемого материала.

Целью изобретени вл етс снижение погрешности измерени и расширение области применени способа. Поставленна цель достигаетс тем, что, в способе определени влажности материалов, заключающемс в том, что исследуемьй материал облучают импульсным потоком быстрьк нейт ронов и регистрируют временное распределение потока тепловых нейтро нов, определ ют врем от начала нейтронного импульса до наступлени максимума потока тепловых нейтронов, 5 регистрируют временное распределение потока надтепловых нейтронов и определ ют среднее врем пребьшани нейтрона в надтепловой области, а влажность материала наход т из вьфажени 0 , . .. ,WC. ,. , Ч. ,WC

(,) ()b,l

с

где W( - влажность материала, %, t - врем от начала нейтронного импульса до наступлени . максимума потока тепловых нейтронов t

t.. - среднее врем пребьгеани нейтрона в надтепловой области , определ емое по

формуле

со .

t0 (E,t )dt

t

H uo;

j (E t)dt

t

где t - длительность импульса быстрых нейтронов. b(, b,,, с , Cj, c, dp dg, посто нные коэффициенты дл данного материала, причем отношение длительности импу са быстрых нейтронов ко времени от рачала импульса быстрых нейтронов до наступлени максимума потока тепловых нейтронов в сухом материале выбирают не превышающим 0,2, а период следовани импульсов быстрьп нейтронов - не меньшим времени жиэ ни тепловых нейтронов в сухом мате риале. Сущность изобретени иллюстрируетс следующими зависимост ми: фиг. 1 - график временного распределени потока тепловых нейтронов при различных значени х влажно сти и определение общего времени распределени Т по прототипу; фиг. график временных распределений импульсов быстрых нейтронов Ф, потока Фн надтепловых нейтронов и потока Ф-г тепловых нейтронов. Снижение погрешности измерени влажности в данном способе по сравнению с прототипом достигаетс тем, что в нем определение положени мак симума потока тепловых нейтронов и среднего времени пребывани нейтронов в надтепловой области производитс с большей точностью, чем общее врем распределени нейтронов, вследствие того, что- это врем зависит от химического состава исследуемого материала (поглощающих элементов ) , имеет ассимпатический ход кривой, а также чувствительно к изменению выхода импульсного источника нейтронов. Расширением области -применени способа по сравнению с прототипом вл етс возможность измерени влаж ности в материалах с различным содержанием аномально поглощаюпщх элементов, например железа, марганца , хлора. Дл ослаблени зависимости измерени влажности от содержа/ни поглощающих элементов необходимо измер ть параметры потоков нейтронов на малых временах замедлени . Такими параметрами вл ютс врем t-j от начала нейтронного импульса до наступлени максимума потока тепловых нейтронов и среднее врем t ц пребывани нейтронов в над тепловой области. 6 Дл определени влажности материалов по данному способу предварительно получают экспериментальные зависимости f(w,|)) -iTa пробах материалов .с известными значени ми влажности (w) и плотности материала , в требуемом диапазоне их измерени . По данным экспериментов ап проксимируют аналитическиб функции f (w, р ) д I(w, р ), а влажность материала определ ют из выражени вида: W F(t, t), которое наход т, реша систему уравнений: tM f.p). Ч . По результатам экспериментов зависимости tц от влажности w. .кплотности р кокса определены в виде -б W 1 м (t Ь,р)3. -ь d, -CiW tH ()1 + d. Исключа из системы уравнений (1)0 олучим WPi . wCo (t.. -(,1 . -т а, bj - , с Определив значени t дл маериала с произвольной влажностью и лотностью и подставив эти значени формулу (2), можно определить влажость материала w. Процесс измерени и определени лажности по способу сводитс к слеующему: дл проб материала с известными начени ми влажности и плотности по ременному распределению плотности епловых и надтепловых нейтронов опедел ют значени tj, и с , .1 етодом наименьших квадратов опедел ют зависимости t и t от лажности и плотности материала, т.е. предел ют коэффициенты а, Ь , с, , а, bg, ci и djB системе 1. Значени коэффициентов подстав ют в формулу (2).. , Производ т измерени на исследумом материале. По полученным зна- ени м tfj н определ ют влажность атериала по формуле (2).

Способ может быть реализован, например , на вьшускаемой промышленностью аппаратуре.

Источником излучени служит импульсный генератор быстрых нейтроно ИГН-А с длительностью нейтронных ипульсов 10 же и частотой 400 Гц. Срний выход нейтронов составл л 5 )i10 нейтр/с. Дл регистрации потока надтепловых нейтронов примен ют детектор на основе счетчикд медленных нейтронов СНМ18-1, покрытый кадмиевым экраном. Регистрацию тепловых нейтронов определ ют как разность показаний счетчика СНМ-18-1 без экрана и показаний такого же счетчика с экраном из кадми . Исследуемый материал (мелкий кокс с различной влажностью) помещают в железный щик с размерами 80X80 Х50 см , генератор нейтронов и детекторы размещают в цилиндрических каналах внутри материала.

. . . / ,

Врем t дц от начала нейтронного импульса до наступлени максимума определ ют по сглаженным спектрам тепловьрс нейтронов с точностью до О,1 МКС. Сглаживание спектров производилось полиномом 2-й степени с помощью ЭВМ, например СМ-1.

Среднее врем t пребывани нейтронов в надтепловой области определ ют по формуле оо

21Ф -f

Н

Ри;

где „1 - значение потока надтбпловьп4 нейтронов в момент времени t; |, t . - длительность нейтронного

импульса.

По результатам экспериментов методов наименьших квадрантов получены уравнени :

-О t (89,1-77,38)1 + 37,5

-O.

t.. (27,6 - 238)1

+ 26

U

Из уравнени (2) определ ют значени влажности дл экспериментальны материалов с различной влажностью и плотностью.

Преимуществом способа вл етс то, что измер емое значение влажности не зависит от плотности измер емого материала вследствие того, что измер ютс два параметра потока замедленных нейтронов, один из которых используетс дл коррекции качени влажности по плотности материала. Это преимущество весьма эффективно в промышленном производстве и позвол ет определ ть влажность материала с различным значением плотности. Так, например-, в доменном производстве способ может быть эффективно использован дл : измерени влажности кокса вбункерах, где насыпна плотность измен етс в диапазоне 0,4-0,6 г/см в зависимости от грансрстава и влажности, что позвол ет улучшить режим технологического процесса и качество выплавл емого чугуна.

Claims

ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что исследуемый материал облучают импульсным потоком быстрых нейтронов и регистрируют временное распределение потока тепловых нейтронов, отличающийс я тем, что, с целью снижения погрешности измерения и расширения области применения способа, определяют время начала нейтронного импульса до наступления максимума потока тепловых нейтронов, регистрируют временное
2 распределение потока надтепловых нейтронов и определяют среднее время пребывания нейтрона в надтепловой области, а влажность материала находят из выражения , X

- (t_K - d₂)b ₁1^²· = c, где w - влажность материала, %,* t - время от начала нейтронного импульса до наступления максимума потока тепловых нейтронов, t ц - среднее время пребывания нейт рока в надтепловой области, определяемое по формуле ОО (у?

t_H = f tty (Е t)dt/ I <? (E^t)dt, t £ - длительность импульса быстрых нейтронов, . b ₍, b₂, с , с₍, с_г, d_o d₂- постоянные коэффициенты для данного материала, причем отношение длительности импульса быстрых нейтронов ко времени от начала импульса быстрых нейтронов до наступления максимума потока тепловых нейтронов в сухом материале выбирают не превышающим 0,2, а период следования импульсов быстрых нейтронов не меньшим времени жизни тепловых нейтронов в сухом материале.

1114156 А1