Тема: Разработка измерительной схемы преобразователя влажности для твердых и сыпучих материалов (стр. 5 )

и (1.4)

Эти условия в полной мере относятся и к измерительной ячейке,
являющейся входным звеном влагометрической системы. Выполнение условия (1.6) во многом определяет конструктивные формы ячейки. С другой стороны, на конструктивные формы ячейки существенное влия­ние оказывает и назначе­ние системы. Так, например, конструкции ячеек для систем дискретного и непрерывного действия отличаются друг от друга. Основные конструктив­ные формы измерительных ячеек для дискретных си­стем представлены на рис 1.2.

Рис. 1.2 Конструктивные схемы измерительных ячеек:

а – с плоскопараллельными электродами; б – с цилиндрическими электродами; 1 – рабочие электроды; 2 – защитный электрод параллельными электродами.

Такие ячейки выполняются как двухпластинчатыми, так и многопластин­чатыми и имеют обычно защитный электрод для уменьшения влияния краевого эф­фекта. На рис.1.2, б представлена ячейка с цилиндрическими элек­тродами. В таких ячейках внешний электрод обычно заземляется, а краевой эффект устраняется уменьшением высоты внутреннего электрода по сравнению с внешним.

Исследования подобных ячеек, проведенные нами, показали, что они малопригодны для работы в системах дискретного контроля влаж­ности продуктов обогащения. Это связано в первую очередь с неудобством их разгрузки.

Известно, что для плоской и цилиндрической ячеек емкость определяется соответственно из выражений:

(1.5)

(1.6)

Где – относительная диэлектрическая проницаемость;

– площадь пластин, м2 ;

– расстояние между пластинами, м2;

– высота внутреннего цилиндра, м;

– внешний радиус внутреннего цилиндра, м;

– внутренний радиус внешнего цилиндра, м;

Элементарные расчеты, проводимые по (1.7) и (1.8), показывают, что для получения начальных емкостей в 10–20 пф нужно выполнять такие ячейки довольно большими. Так, например, нами использовалась плоская ячейка, представленная на рис. 44, с С0 =4,2 пф и цилиндрическая ячейка высотой 180 мм, имеющая внешний и внутренний диаметры соответственно 98 и 40 мм, с С0 =29 пф. Как первая, так и вторая ячейки оказались неудобными – материал из них плохо высыпался, налипал на дно и стенки ячеек. Кроме того чистка таких узких ячеек затруднительна.

Вторым важным фактором при оценки ячеек является возможность получение в них однородности контролируемого продукта обогащения, т. е. известная компенсация возможных изменений гранулометрического состава → 0. Это обычно достигается уплотнением материала в ячейке специаль­ными устройствами. Уплотнение в ячейках дискретных влагометрических систем может осуществляться либо созданием давления на материал (грузовое уплотнение), либо с помощью вибратора, воздействующего на днище или стенки ячейки[90]. Проведенные нами испытание [91] показали, что грузовое уплотнение материала подобных ячейках может служить источником дополнительных погрешностей, так как при большой рабочей высоте ячеек действие уплотняющих устройств на материал оказывается различным при различных влажностях.

В работе показывается, что вибрационное уплотнение пробы в яче0йке по сравнению со свободной засыпкой увеличивает влияние гранулометрического состава мелких фракций на емкость ячейки и ухудшает воспроизводимость результатов повторных измерений.

Следует также заметить, что при вибрационном уплотнении, особенно мелкодисперсных материалов невысокой влажности, происходит интенсивная электризация, что вносит дополнительные погрешности.

Третьем фактором, с которым необходимо считаться при оценки рассматриваемых ячеек, является возможность работы с пробами, не требующими предварительного взвешивания или отмеривание, что могло бы существенно замедлить процесс измерения. Достигается это избыточной загрузкой материала. Объем ячейки делается таким, что материал заполняет не только межэлектродные пространства, но и значительный объем над рабочей частью ячейки, причем этот дополнительный объем должен в 2-3 раза превосходить объем рабочий, что увеличивает и без того значительные габариты рассматриваемых ячеек. Однако и это не обеспечивает хорошей воспроизводимости результатов измерений, так как значительные габариты электродов ячеек создают поле, охватывающее не только рабочий, но и дополни­тельный объем материала, и в распределение поля вносятся таким образом существенные и невоспроизводимые изменения.

В значительной мере свободной от рассмотренных недостатков является ячейка рассеянного поля, изображается на рис. 1.3

Ее характерными особенностями являются односторонний контакт с ма­териалом и значительно большая длина электродов, чем их ширина и расстояние между ними. Электрическое поле такой ячейки сущест­венно неоднородно даже в однородных материалах. Проведенные исследования показали, что для пары или множества плоских электродов поле ощутимой величины существует лишь в приэлектродной области.

Рис.1.3 Ячейка с плоскими кольцевыми электродами

Напряженность электрического поля , создаваемого системой из двух плоских электродов (рис. 79, а), в любой точке, лежащей на оси y и удаленной от плоскости электродов на рас­стояние Δ, определяется из выражения

, (1.7)

Где U — напряжение между электродами; к — модуль эллиптического интеграла; К (k) — эллиптический интеграл первого рода.

Рис. 1.4 К определению напряженности поля ячейки с двумя плоскими электродами: а — геометрические соотношения; б — семейство кривых. , получение при различных значениях

Рис. 1.5. К определению напряженности поля ячейки с множеством плоских

электродов:а – геометрические соотношения; б – семейство кривых для расчета напряженностей в точках, лежащих на оси у;
в — семейство кривых для расчета напряженностей в точках, лежащих на оси, смещенной относительно оси у на расстояние x=r2

Графики зависимости при различных значениях r1 и r2 приведены на рис. 1.5, б.

Напряженность электрического поля , создаваемого системой из множества плоских электродов (рис. 1.5, а), в любой точке, лежа­щей на оси у или отстоящей от неё на x=r2 и удаленной от плоскости электродов на расстоянии Δ, находится соответственно из выражений (1.8) и (1.9):

; (1.8)

(1.9)

Графики для определения и приводятся
соответственно на рис. 1.5, б и в.

Приведенные на рис. 1.4 и 1.5 графики показывают, что электриче­ское поле ячейки существует практически лишь в тонкой при электродной области, и на расстоянии напряженность поля можно считать равной нулю. Обычно величина 2r2 в таких ячейках составляет не более 20—25 мм и поэтому заполнение ячейки материалом на высоту 25—30 мм может считаться вполне достаточным для того чтобы уровень материала не влиял на результаты измерений. Кроме того, широкое свободное пространство над электродами позволяет быстро и легко очищать ячейку после проведения измерений.

В таких ячейках хорошо уплотняется проба благодаря созданию давления на крышку ячейки. Это также связано с небольшой высо­той загрузки и тонкостью рабочего слоя ячейки. Единообразие пере­дачи давления в тонких слоях практически всегда сохраняется, и воспроизводимость измерений для поджатых проб в таких ячейках получается очень высокой.

На рис. 1.6 а и б приводятся соответственно результаты проведенных нами испытаний влияния уплотнения материала в ячейке на емкость ячейки, заполняемой апатитовым или нефелиновым кон­центратами различной влажности. Испытания проводились в ячейке с тремя кольцевыми плоскими электродами шириной 4 мм и расстоя­нием между ними 3 мм.