Устройство для рентгенорадиометрического анализа состава пульп и растворов

 

Устройство предназначено для анализа состава плотности жидких сред в технологическом потоке. Устройство выполнено из двух частей, одна из которых, имеющая технологическое отверстие конусной формы, с геометрической вершиной, находящейся в точке регистрации излучения, и соотношением диаметра основания к высоте конуса больше 4, врезана внутрь в стенку емкости с анализируемой средой, а вторая часть с отверстием, обеспечивающим прохождение потока первичного излучения, расположена снаружи емкости, а между ними располагается прокладка с отверстием, имеющим соотношение диаметра отверстия к толщине прокладки больше 10. Диаметр отверстия прокладки не меньше диаметра технологического отверстия первой части, отверстие прокладки с двух сторон затянуто слоями материала, обладающего малыми поглощающими свойствами для рентгеновского или радионуклидного излучения, между слоями материала размещен датчик, фиксирующий разрыв слоя материала, соприкасающегося с пульпой или раствором, сигнал с которого подается на выключающий блок, а детектор для регистрации излучения подвешен на пружинах внутри второй части. Технический результат - повышение точности анализа. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для анализа состава вещества и его плотности, в частности к устройствам для рентгенорадиометрического анализа состава пульп, растворов, промывочных кислот и т.п. в технологическом потоке.

Известен датчик для рентгенорадиометрического анализа состава пульпы непосредственно в технологическом потоке, который включает в себя погружной корпус, закрепленный на поддерживающей плите, с окном, вблизи которого расположен источник гамма или рентгеновского излучения [1]. Внутри корпуса расположен блок детектирования. Излучение источника вызывает флуоресцентное излучение анализируемой жидкости, в которую погружен датчик. Это излучение проходит через майларовое окно датчика и попадает на детектор. Для корректировки результатов анализа элементного состава пульпы, которые зависят от плотности, дополнительно устанавливается датчик для измерения плотности пульпы в месте измерения флуоресцентного излучения анализируемых элементов.

Недостатками известного датчика является недостаточная точность и стабильность (достоверность) измерений при анализе из-за того, что датчик жестко связан с элементами технологического оборудования и не защищен от вибраций его узлов и деталей.

Ближайшим к изобретению техническим решением, взятым за прототип, является датчик для рентгенорадиометрического анализа состава пульп или растворов, содержащий полупроводниковый блок детектирования и источник первичного излучения, заключенные в кожух, снабженный поплавками, компенсирующими вес датчика, погруженного в пульпу или раствор, имеющими возможность изменять их подъемную силу [2]. Поэтому датчик является плавающим по поверхности пульпы.

Анализ содержания металлов в пульпе производится путем регистрации характеристического излучения металлов под воздействием излучения радионуклидных источников. Интенсивность регистрируемого характеристического излучения зависит как от величины содержания элемента, так и от плотности пульпы. Для корректировки результатов датчик аналога и датчик прототипа доукомплектованы датчиком измерения плотности.

Недостатками устройства-прототипа [2] являются недостаточные разрешающая способность и точность анализа, а также низкая надежность и производительность, обусловленные, во-первых, незащищенностью датчика от влияния изменения гидростатического давления вследствие гидроударов, сопровождающих прокачку пульпы, что может также привести к разрушению датчика, а во-вторых, использование погружного или плавающего датчика, охлаждаемого жидким азотом, что приводит к "обрастанию" датчика и окна измерительной головки трудносмываемым слоем пульпы, в-третьих, изменением уровня пульпы, что приводит к перемещению датчика от нижних - плотных слоев пульпы к верхним - менее плотным, за счет чего появляется дополнительная погрешность, снижающая точность анализа. Низкая производительность из-за необходимости ежечасной промывки датчика спиртом или 5%-ным раствором кислоты и обязательного измерения плотности пульпы в месте нахождения плавающего датчика.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого устройства, заключается в повышении разрешающей способности и точности анализа, а также повышении надежности устройства и производительности анализа за счет улучшения условий эксплуатации при одновременном измерении содержания элементов и плотности в одной точке и одним датчиком. Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для рентгенорадиометрического анализа выполнено из двух частей, соединяемых герметично перед проведением процесса анализа, причем первая часть, имеющая технологическое отверстие конусной формы, с геометрической вершиной, находящейся в точке регистрации излучения, и соотношением диаметра основания к высоте конуса больше 4, врезана внутрь в стенку емкости с анализируемой средой, вторая часть, с отверстием, обеспечивающим прохождение потока первичного излучения, расположена снаружи емкости, а между ними располагается прокладка с отверстием, имеющим соотношение диаметра отверстия к толщине прокладки больше 10, при этом диаметр отверстия прокладки не меньше диаметра технологического отверстия первой части, отверстие прокладки с двух сторон затянуто слоями материала, обладающего малыми поглощающими свойствами для рентгеновского или радионуклидного излучения, между слоями материала размещен датчик фиксирующий разрыв слоя материала, соприкасающегося с анализируемой средой, сигнал с которого подается на выключающий блок, а детектор для регистрации излучения подвешен на пружинах внутри второй части.

Указанная совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения указанного технического результата, получаемого при использовании изобретения.

Предлагаемое устройство в статике изображено на фиг.1. Оно состоит из части 1, врезаемой в стенку емкости и имеющей технологическое отверстие, выполненное в виде конуса с геометрической вершиной, находящейся в точке регистрации излучения, части 2, герметично соединенной с частью 1 и размещенной на внешней стенке емкости и имеющей отверстие, обеспечивающее прохождение первичного излучения, прокладки 3, отверстие которой затянуто с двух сторон слоями материала 4, обладающего малыми поглощающими свойствами для рентгеновского или радионуклидного излучения, датчика разрыва материала 5, блока детектирования 6, источников радионуклидного излучения 7, пружины 8, внешнего корпуса 9.

На фиг.2 показано устройство в работе. По входящей трубе 1 пульпу подают в емкость 2, где происходит деаэрация пульпы перед заслонкой 3. На стенку емкости устанавливают датчик 4. Технологическое отверстие врезанной части датчика перекрывают пульпой, уровень которой регулируют щелевой диафрагмой 5. При размещении датчика непосредственно на трубе обеспечивается восходящий поток для полного заполнения объема трубы пульпой в месте контроля. Пульпу или раствор облучают через технологическое отверстие потоком первичного рентгеновского или радионуклидного излучения. Вторичное характеристическое и рассеянное излучения регистрируют полупроводниковым детектором. Полученную информацию преобразуют в электрические импульсы, которые по радиочастотному кабелю передают на обработку и которые составляют информацию о содержании элементного состава и плотности.

При вышеперечисленных условиях датчик не погружают в пульпу или раствор. Тем самым исключают его обрастание пульпой, и влияние на него изменяющегося гидростатического давления вследствие гидроударов, которое сказывается только на внешнем материале прокладки контактирующем с пульпой. Вибрацию технологического оборудования погашают за счет подвески блока детектирования на пружинах внутри второй части датчика. Выполнение технологического отверстия врезаемой части датчика конусной формы обеспечивает облучение пульпы широким потоком первичного излучения в одном и том же месте, что ослабляет влияние расслоения пульпы, а также при этом происходит очистка потоком пульпы материала прокладки, контактирующего с пульпой. Изменяющееся гидростатическое давление вследствие гидроударов оказывает воздействие на слой материала прокладки контактирующего со средой и не воздействует на чувствительную часть полупроводникового детектора из-за экранировки его вторым слоем материала расположенным с внутренней стороны прокладки. При этом возбуждаемое широким потоком первичного излучения характеристическое излучение металлов пульпы или растворов и рассеянное излучение позволяют одновременно анализировать содержание металла и плотность или содержание твердого в пульпе. То есть дополнительный датчик плотности не используется.

Сопоставительный анализ аналогичных технических решений, описанных в патентной и научно-технической литературе, показал, что предложенное техническое решение является новым и для специалистов явным образом не следует из уровня техники, имеет изобретательский уровень, промышленно осуществимо и применимо в указанной области, т.е. соответствует критериям изобретения.

Источники информации 1. Патент Великобритании 1350523, кл. G 01 N 23/00, опубл. 1974. Аналог.

2. Авторское свидетельство 970964, кл. G 01 N 23/223 от 01.07.82. Прототип.

Формула изобретения

Устройство для рентгенорадиометрического анализа состава пульп и растворов, содержащее блок детектирования и источник первичного излучения, отличающееся тем, что состоит из двух частей, соединяемых герметично перед проведением процесса анализа, одна из которых, имеющая технологическое отверстие конусной формы с геометрической вершиной, находящейся в точке регистрации излучения, и соотношением диаметра основания к высоте конуса больше 4, врезана внутрь в стенку емкости с анализируемой средой, а вторая часть с отверстием, обеспечивающим прохождение потока первичного излучения, расположена снаружи емкости, а между ними располагается прокладка с отверстием, имеющим соотношение диаметра отверстия к толщине прокладки больше 10, при этом диаметр отверстия прокладки не меньше диаметра технологического отверстия первой части, отверстие прокладки с двух сторон затянуто слоями материала, обладающего малыми поглощающими свойствами для рентгеновского или радионуклидного излучения, между слоями материала размещен датчик, фиксирующий разрыв слоя материала, соприкасающегося с пульпой или раствором, сигнал с которого подается на выключающий блок, а детектор для регистрации излучения подвешен на пружинах внутри второй части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2