Пристрій для визначення концентрації твердої фази пульпи та вмісту в твердій фазі мінеральних домішок

Изобретение относится к облас ти контрольно-измерительной техники и может найти применение в угольной промышленности. Извес тно устройс тво для определения концентрации твердой фазы пу льпы и содержания в твердой фазе минеральных примесей [1], содержащее ис точник излучения, первое, второе, третье и четвертое фотоприемные ус тройс тва, первый и второй блоки вычитания, блок умножения, первый и второй блоки деления, первый и второй инд икаторы. Недос татком устройс тва является его узкий измерительный диапазон. Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройс тво. реализующее способ определения концентрации твердой фазе м содержания в твердой фазе минеральных примесей. Устройство содержит источник излучения, первое, второе, третье и четвертое фотоприемные устройства, первый и второй блоки деления, первый и второй блоки вычитания, сумматор, первый и второй инд икаторы, прич ем выход первого фотоприемного ус тройс тва подключен ко входу "делимое" первого блока деления, выход второго фотоприемного устройс тва подключен ко входу "делитель", выход третьего фотоприемного ус тройс тва подключен ко входу "делимое" второго блока деления, выход четвертого фотоприемного ус тройс тва подключен ко входу "делитель" второго блока деления. Недос татком описанног о устройства является наличие высокой температурной погрешнос ти вычис ления концентрации, В основу изобретения пос тавлена задача усоверш енс твовать ус тройс тво д ля определения концентрации твердой фазы пульпы и содержания в тверд ой фазе минеральных примесей, в котором благодаря введению новых блоков компенсировалась бы температурная пог решность измерения концентрации твердой фазы пульпы и таким образом была бы повышена точность опред еления концентрации. Пос тавленная зад ача решается тем, что в ус тройс тво определения концентрации твердо я фазы пу льпы и содержания в твердой фазе минеральных примесей, содержащее ис точник излучения, первое, второе, третье и четвертое фотоприемные устройс тва, первый и второй блоки деления, схему вычитания, сумматор, первый и второй индикаторы, причем выход первого фотоприемного устройс тва подключен ко входу "делимое" первого блока деления, выход второго фотоприемного ус тройс тва подключен ко входу "делитель", выход третьего фотоприемного устройс тва подключен ко входу "делимое" второго блока деления,выход четвертого фотоприемного устройства подключен ко входу "делитель" второго блока деления, выход схемы вычитания подклю- ЧР і ко входу второго индикатора, согласно изобретению дополнительно введены схема вычисления, логарифмический умножитель-делитель, экспоненциальный преобразователь, первый второй и третий ис точники опорного напряжения, причем выходы первого и второго блоков деления подключены к первому и второму входу схемы вычисления, выход которой подключен ко входу первого индикатора и первому входу сумматора, ко второму входу которого подключен первый источник опорного напряжения, выход сумматора подключен ко второму входу логарифмического умножителя-делителя, к первому и третьему входам которого подключены выход второго блока деления и второй ис точник опорного напряжения соответс твенно, выход логарифмического умнож ителя-делителя через экспоненциальный преобразователь подключен ко входу "уменьшаемое" схемы вычитания, ко входу "вычитаемое" которой подключен третий ис точник опорного напряжения, а выход схемы вычитания подключен ко входу второго индикатора. Введение в устройс тво схемы вычис ления, логарифмического умножителя-делителя, экспоненциального преобразователя, первого, второго и третьего ис точник ов опорного напряжения позволяет за счет компенсации температу рной пог решности повысить точность вычис ления концентрации твердой фазы. На чертеже изображена схема устройс тва д ля определения концентрации твердой фазы пульпы и содержания в твердой фазе минеральных примесей. Устройство содержит ис точник излучения 1, первое 2, второе 3, третье 4 и четвертое 5 фотоприемные ус тройс тва, первый блок деления 6. первый вход которого соединен с выходом первого фотоприемного ус тройс тва, а второй - с выходом второго фотоприемного устройс тва, второй блок деления 7, первый вход которого соединен с выходом третьего фотоприемного устройс тва, а второй - с выход ом четвертого фотоприемного ус тройс тва, схему вычис ления содержания минеральных примесей 8, первый и второй входы которой соед инены соответс твенно с выходами первого и второго блоков деления, а вых од - с индикатором содержания минеральных примесей 9, сумматор 10, первый вход которого соед инен с выходом схемы содержания минеральных примесей, а второй вход соединен с первым ис точником опорного сигнала 11, логарифмический умножитель-делитель 12, первый вход которого соединен с выходом второго блока деления, второй вход -с выходом второго ис точник а опорного сигнала 13, а третий - с выходом сумматора 10, экспоненциальный преобразователь 14, вход которого соединен с выход ом логарифмического умнож ителя-делителя, схему вычитания 15. первый вход которой соединен с выходом экспоненциального преобразователя, второй вход - с выходом третьего ис точника опорного сигнала 16, а выход - с инд икатором концентрации твердой фазы 17. Измерительная часть ус тройс тва в про' цессе работы располагается непос редс твенно перед слоем угольной пульпы 18. Приемники излучения 2 и 3 чувс твительны в д иапазоне длин волн 0,4-1 мкм, а приемники 4 и 5 - в диапазоне длин волн 1, 3-3 мкм. Ис точник 1 излучает в обоих указанных диапазонах. Устройство работает следующим образом. Свет от источника 1 Падает на слой угольной пульпы 18, отражается от нее и попадает на фотоприемники 2 и 4, Фотоприемники 3 и 5 воспринимают свет ис точника излучения 1 непосредс твенно. Сигнал фотоприемник а 2 пропорционален интенсивнос ти света l1. Сигнал фотоприемника 3 пропорционален интенсивности света l01. Сигнал фотоприемника 4 пропорционален интенс ивнос ти Із, а сигнал фотоприемник а 5 - интенсивнос ти l02. Сигналы фотоприемных устройств поступают на входы блоков деления 6 и 7. на выход ах которых формируются с игналы, чис ленно равные l1/l01 - для первого блока деления 6 и l2/l02 - для второго блока деления 7. Полученные сигналы поступают на вход схемы вычис ления с одержания минеральных примесей 8, с помощ ью которой происходит вычис ление сод ержания минеральных примесей А по форму ле l1 / l02 (1) g + h × l2 / l02 g, h, m - градуировочные коэ ффициенту. А= Вычисленное значение содержания минеральных примесей индицируется с помощью устройс тва 9. Вычисление концентрации твердой фазы осуществляется по формуле C = Kl × [exp( K 2 × l 2 / l 02 ) - 1] (2) K3 + A где K1, K2, K3 - градуировочные коэ ффициенты. На первый и второй вход ы сумматора 10 пос тупаю т сигналы, чис ленно равные A (от схемы вычис ления A ) и K3 (от первого ис точник а опорного напряжения). Сигнал на вых оде сумматора численно равен K3 + A . Логарифмический умножитель-делитель содержит три входа и один выход. Выходной сигнал равен произведению первого сигнала на второй, деленному на третий сигнал, На первый вх од логарифмического умножителя-делителя 12 подается сигнал с выхода второго блока деления, численно равный l2 / l02 . На второй вход логарифмического умножителя-д елителя подается сигнал с выхода второго ис точника опорного сигнала 13. численно равный K2 , а на третий вход сигнал с выхода сумматора 10, равный K3 + A . Сигнал на выходе умножителя-делителя 12 равен (K2 × l2 / l02 ) /(K3 + A) . Этот сигнал пос тупает на вход экспоненциального преобразователя 14, на выходе которого формируется с игнал, равный экспоненте вх одного сигнала. Затем сигнал с выхода экспоненциального преобразователя 14 поступает на первый вход схемы вычитания 15. На второй вход схемы вычитания 15 пос тупает сигнал с выхода третьего ис точник а опорного сигнала 16, численно равный единице. Сигнал на выходе схемы вычитания 15 соответс твует форму ле (2) и численно равен концентрации твердой фазы С. Этот сигнал подается на вход инд икатора концентрации твердой фазы 17. Выходной сигнал экспоненциального преобразователя равен (Clayton G.B. Operational amplifiers, Butterworih & Co (P ublishers, Ltd. 1979) Uв ых. = Uоп × Rо. с R1 q Uв х exp[ ] , (3) Rоп (R1 + R2 )КТ где Uв ых,Uв ых - соответс твенно входное преобразователя; Uоп - величина опорного напряжения; Rос,Rоп и выходное напряжение экспоненциального - соответс твенно сопротивление резис тора обратной связи экспоненциального преобразователя и сопротивление резистора, предназначенного д ля преобразования опорного напряжения в опорный ток; R1 R2 - сопротивления резисторов, входного резис тивного делителя, с помощью которого , масштабируется величина входного сигнала; g - заряд электрона; K - постоянная Больцмана; T - абсолютная температура. Номиналы резис торов и величина опорного напряжения обычно задаются таким образом, чтобы выполнялись следующие равенс тва Uоп × Rос = 1 , (4) Rоп R1 KT = , (5) R1+ R2 q Однако равенс тво (5), справедливое во время провед ения нас тройки при температуре, например, равной 300 К, нарушится. если температура окружающей сред ы зится до 280 К. Это понижение температурь приведет к кажущемуся увеличению входного сигнала на 7%. Затем ошибка будет возведена в степень, что приведет к значительной погрешности при вычисление концентрации твердой фазы. На второй вход логарифмического умно жителя-делителя подается сигнал с выхода второго источника опорного напряжения 13 который представляет собой логарифмической преобразователь, на вход которого Uоп подается постоянное по времени опорної напряжение . На выходе второго источника опорного напряжения сигнал равен KT (R3 + R4 ) U2 = In(Uоп ) q × R3 , (6) R R где 3 и 4 - сопротивления резисторов выходного каскада логарифмического преобразователя, с помощью которых задаете» масштаб выходного сигнала. Сигнал на выходе умножителя-делителя 12 равен KT (R3 + R4 )In(Uоп )l2 U2 = q × R3 (K 3 + A )l02 , (7) Этот сигнал поступает на вход экспоненциального преобразователя 14, на выходе которого формируется сигнал определяемый в соответствии с фopмyлaми (3) и (4) следующим выражением R1 q Uу д Uв ых. = exp[ ] (R1 + R2 )КТ , (8) Из формул (7) и (8) следует, что вы ходной сигнал экспоненциального преобразователя равен R1(R3 + R4 ) In(Uоп ) Uв ых. = exp[ ] R3 (R1 + R2 )(K 3 + A)l02 , (9) Зависящий от температуры коэффициент KT/q содержится в числителе и знаменателе формулы (9) и U поэтому взаимно сокращается. Следовательно, выходное напряжение в ых не зависит от изменений температуры окружающей среды. Для того, чтобы выражение (9) соответствовало формуле (2), номиналы резисторов R1- R4 и выходное напряжение второго источника опорного напряжения устанавливают таким образом, чтобы была справедлива следующая зависимость R1(R3 + R4 )In(Uоп ) R3 (R1 + R2 ) , (10) С учетом формулы (10) для выходного напряжения экспоненциального преобразователя можно записать K 2 × l2 / l02 Uв ых = exp[ ] K3 + A Сигнал с выхода экспоненциального преобразователя 14 поступает на первый вход схемы Вычитания 15. На второй вход схемы вычитания 15 поступает сигнал с выхода третьего источника опорного сигнала 16, численно равный единице. Сигнал на выходе схемы вычитания 15 соответствует формуле (2) и численно равен концентрации твердой фазы С. Этот сигнал подается на вход индикатора концентрации твердой фазы 17. Предлагаемое устройствопозволяет уменьшить дополнительную температурную погрешность измерения концентрации твердой фазы пульпы практически до нуля.