DE3028963A1 - Verfahren und einrichtung zum messen des feuchtegehalts von schuettgut - Google Patents
Verfahren und einrichtung zum messen des feuchtegehalts von schuettgutInfo
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Description
HITACHI, LTD., Tokyo, Japan
Verfahren und Einrichtung zum Messen des Feuchtegehalts von Schüttgut
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen des Feuchtegehalts von körnigem oder
stückigem Schüttgut durch Streuung und Absorption von Strahlung.
Die Einstellung der Feuchte in Schüttgut, z. B. in Kohle oder in Sintergemischen, die in der Stahlindustrie zum Einsatz
kommen, ist für die erfolgreiche Produktion von Stahl hoher Güte unerläßlich, da das Kohleverhältnis und die Güte
des Stahls davon abhängen, wie der Feuchtegehalt eingestellt ist. Zu diesem Zweck wird bisher in großem Umfang
für die Messung des Feuchtegehalts ein Feuchtemesser verwendet, der mit Neutronenstreuung arbeitet.
Es ist bekannt, daß bei einem Verfahren zur Feuchtemessung, bei dem für die Bestimmung der Schüttgut-Feuchte nur
Neutronenstreustrahlung eingesetzt wird, die Streuintensität
der Neutronen nicht nur durch die Schüttgut-Feuchte,
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sondern auch durch die Schüttdichte des Guts beeinflußt wird. Die Schüttdichte schwankt in Abhängigkeit von
der Korngrößenverteilung oder der Feuchteverteilung des
Schüttguts, so daß es unmöglich ist, die Ist-Schüttdichte zu bestimmen. In der US-PS 3 786 251 ist ein Verfahren
angegeben, bei dem der Einfluß der Schüttdichte auf die Bestimmung der Schüttgut-Feuchte vermindert wird. Dabei
wird zusätzlich zu den Neutronen Gammastrahlung eingesetzt, und der Meßwert der Gammastrahlen wird dazu genutzt,
den Meßwert der Neutronen so zu kompensieren, daß der Einfluß der Schüttdichte auf das Resultat der Feuchtemessung
kompensierbar ist.
Da jedoch bei dem vorstehend angegebenen System ein Neutronen-Detektor
und ein Gammastrahlen-Detektor getrennt voneinander angeordnet sind und die vom Neutronen-Detektor
erfaßte Position eine andere als die vom Gammastrahlen-Detektor erfaßte Position ist, ist der durch
Kompensation erhaltene Wert für den Feuchtegehalt nicht immer genau.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung zum Messen des Feuchtegehalts von
Schüttgut, bei dem der Schüttgut-Feuchtegehalt genauer als bisher bestimmbar ist.
Das Verfahren nach der Erfindung zum Messen des Feuchtegehalts von Schüttgut ist gekennzeichnet durch Vorsehen
einer Neutronen- und Gammastrahlungsquelle an einer Seite des Schüttguts, durch Vorsehen einer Strahlungsdetektor-Einheit
zum Erfassen sowohl der Neutronen als auch der Gammastrahlen an der anderen Seite des SChüttguts gegenüber
der Strahlungsquelle, durch Trennen und Zählen der das Schüttgut durchdringenden Neutronen und Gammastrahlen,
und durch Errechnen des Feuchtegehalts des Schüttguts auf der Basis der Zählwerte der Neutronen und der Gammastrahlen,
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Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist, daß eine Strahlungsquelle eingesetzt wird, die Neutronen und
Gammastrahlen emittiert, und daß eine Strahlungsdetektor-Einheit verwendet wird, die sowohl die Neutronen als auch
die Gammastrahlen erfassen kann. Da somit ein einziger Detektor sowohl die Neutronen als auch die Gammastrahlen
erfaßt, können der Feuchtegehalt und die Schüttdichte an der gleichen Position eines Schüttguts bestimmt werden,
und das Meßergebnis ist somit sehr genau. Wenn zum Erfassen der Neutronen und der Gammastrahlen gesonderte Strahlungsdetektoren
eingesetzt werden, ist es - wie bereits gesagt - unmöglich, eine Messung an derselben Stelle durchzuführen,
und ferner ist es erforderlich, zwischen den beiden Detektoren einen beträchtlichen Abstand vorzusehen, um
eine gegenseitige störende Beeinflussung zu vermeiden. Daher ist es vorzuziehen, eine einzige Strahlungsquelle zu
verwenden, die sowohl die Neutronen als auch die Gammastrahlen emittiert. Alternativ können die Neutronen und
die Gammastrahlen von gesonderten Strahlungsquellen ausgehen. In diesem Fall ist es aber erforderlich, die Neutronenquelle
und die Gammastrahlenquelle relativ zueinander so anzuordnen, daß sie so nahe wie möglich beieinander
liegen. Als Strahlungsquelle, die sowohl Neutronen als auch Gammastrahlen emittiert, ist z. B. Cf 252 einsetzbar. Als
Strahlungsquelle, die nur Neutronen emittiert, ist z, B. Am-Be 24-1 einsetzbar, und als Strahlungsquelle, die nur
Gammastrahlen emittiert, sind z. B. Cs 137 und Co 60 einsetzbar.
Nach der Erfindung wird also ein körniges, stückiges od. dgl. Schüttgut mit Neutronen und Gammastrahlen, die bevorzugt
von einer einzigen Strahlungsquelle ausgehen, bestrahlt, und bevorzugt eine einzige Strahlungsdetektor-Einheit
erfaßt die durch das Schüttgut durchgelassenen
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Neutronen und Gammastrahlen, so daß der Feuchtegehalt des Schüttguts genau bestimmbar ist, ohne von der Schüttdichte
des Guts beeinflußt i.u werden.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel des
Feuchtemeßverfahrens nach der Erfindung;
Fig. 2 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Feuchtemeßverfahrens;
Fig. 3 das Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens; und
Fig. 4- weitere Ausführungsbeispiele des Feuchte-
und 5 meßverfahrens.
Nach Fig. 1 ist eine Strahlungsquelle IA-, die schnelle
Neutronen und Gammastrahlen aussendet, auf einer Seite eines Trichters 12 angeordnet, in den Schüttgut 10 aufgegeben
wird, dessen Feuchtegehalt zu bestimmen ist; Strahlungsdetektoren 16, die sowohl die schnellen Neutronen
als auch die Gammastrahlen erfassen können, sind auf der anderen Seite des Trichters 12 der Strahlungsquelle
IA- gegenüber angeordnet. Die Strahlungsquelle IA- ist in
einem Gehäuse 18 mit ausreichender Abschirmung untergebracht, und die emittierten schnellen Neutronen sowie die
Gammastrahlen durchdringen den Trichter 12 und das Schüttgut 10 und werden von den Strahlungsdetektoren 16 erfaßt.
Oeder Strahlungsdetektor 16 besteht aus einem Stilbenoder
einem Flüssigkeits-Szintillator und einem Fotovervielfacher mit hoher Auflösung, so daß er sowohl die
Neutronen als auch die Gammastrahlen mit jeder erwünschten Empfindlichkeit erfassen kann. Am geeignetsten als
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Strahlungsquelle für das Strahlendurchlaß-I-Ießverfahren
ist Gf 252, das ein spontan spaltbares Nuklid ist; es
emittiert eine sehr große Anzahl Neutronen, und die Energie der Gammastrahlen ist hoch. Der einzige Nachteil von
Cf 252 ist, daß seine Halbwertszeit nur ca. 2,7 Jahre beträgt, so daß eine Kompensation für das Abklingen der
Aktivität erforderlich ist. Dieses Abklingen kann jedoch in noch zu erläuternder Weise automatisch kompensiert werden
.
Der Feuchtegehalt M des Schüttguts 10 kann aus den nachstehenden
Gleichungen errechnet werden.
Der Meßwert der Neutronen ergibt sich aus
Nn = Nnoe^nl"lR +'Un2'°2x) (1)
mit N : Zählwert der durchgelassenen Neutronen,
N : Zählwert durchgelassener Neutronen in Abwesenheit von Schüttgut,
μ ,: Massenabsorptionskoeffizient von Schüttgut
(Neutronen),
μ ~: Massenabsorptionskoeffizient von Wasser
(Neutronen),
P1 : Schüttdichte des Guts,
ρ_ : Dichte von Wasser,
R : Dicke des Schüttguts,
χ : Feuchtegehalt, ausgedrückt als Dicke des Wassers.
Der Meßwert der Gammastrahlen ist gegeben durch
= N e-^yi'l* + JVz*2x) (2)
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mit Ny : Zählwert der durchgelassenen Gammastrahlen,
N^ : Zählwert der durchgelassenen Gammastrahlen in
Abwesenheit von Schüttgut, /ίγι· Massenabsorptionskoeffizient des Schüttguts
(Gammastrahlen) ,
Py->'· Massenabsorptionskoeffizient von Wasser (Gammastrahlen).
Py->'· Massenabsorptionskoeffizient von Wasser (Gammastrahlen).
Der Wert von χ wird aus den Gleichungen (1) und (2) wie folgt bestimmt:
Der Wert von p, wird aus der Gleichung (2) wie folgt errechnet:
Daher wird der Feuchtegehalt M des Schüttguts 10 wie folgt ausgedrückt:
M = -ζ-*
· 100 (Gew.-%) (5).
Hp1 + χ
Aus den vorstehenden Gleichungen ist ersichtlich, daß der Feuchtegehalt M des Schüttguts auf der Grundlage des Werts
der Schüttdichte /0 , errechnet bei einer gleichbleibenden
Dicke R des Schüttguts 10, errechenbar ist. Im übrigen ändern sich der Wert der durchgelassenen Neutronen N und
der Wert der durchgelassenen Gammastrahlen Ny , die in Ab-
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Wesenheit des Schüttguts gezählt wurden, in Abhängigkeit vom Abklingen der Aktivität der Strahlungsquelle 14 oder
von einer Änderung der Wandstärke des Trichters 12 infolge von Abrieb, Ablagerungen von Stoffen an der Trichterwand
usw. Der Wert der Neutronen N und der Wert der Gammastrahlen Hy , die vor Aufgabe des Schüttguts in den
Trichter 12 durch diesen durchgelassen wurden, sollen jedoch vorher erfaßt werden, um den Ausgleich von U
und Hy infolge des Abklingens der Aktivität der Strahlungsquelle
oder der Änderung der Trichter-Wandstärke zu erleichtern.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich
die Position der Feuchtemessung gegenüber derjenigen nach Fig. 1. In Fig. 2 wird der Feuchtegehalt an einer Position
einer Austragschurre 22 eines Trichters 12 durch einen einzigen Strahlungsdetektor 16 erfaßt, der gegenüber einer
Strahlungsquelle 14 angeordnet ist. Ein Trichterauslauf
20 wird geöffnet, um Schüttgut 10 durch die Austragschurre 22 auf einen Bandförderer 24 abzugeben, der das Schüttgut
10 zur nächstfolgenden Station fördert. Die Zeit, die benötigt wird, eine Partie des Schüttguts 10 vollständig
auf den Bandförderer 24 aufzugeben, ist zwar durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Bandförderers 24 begrenzt,
die erforderliche Feuchtemessung kann aber innerhalb dieser
Zeit, die ca. 30 s beträgt, erfolgreich durchgeführt werden. Das in Fig. 2 veranschaulichte Verfahren ist gegenüber
demjenigen nach Fig. 1 vorteilhafter und kann die gestellte Aufgabe in kostengünstiger Weise lösen. Ein
erster Vorteil ist, daß die von der Strahlungsquelle 14 zu emittierende Strahlungsmenge verminderbar ist, da der
Abstand zwischen der Strahlungsquelle 14 und dem Strahlungsdetektor 16 kleiner als in Fig. 1 und der Weg der vom Schüttgut
absorbierten Strahlung kurzer als in Fig. 1 ist. Ferner
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ist es ein Vorteil, daß der einzige Strahlungsdetektor 16 an der Messung des Feuchtegehalts der Schüttgut-Partie,
die in den Trichter aufgegeben wird, teilnehmen kann, da sich das gesamte Schüttgut an der Position der Feuchtemessung
vorbeibewegt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Fig. 2 erläutert.
Nach beendetem Wiegen wird der Trichterauslauf 20 geöffnet,
und die Partie Schüttgut 10 wird aus dem Trichter 12 innerhalb eines Zeitraums von ca. 30 s abgegeben. Nachdem
das Schüttgut 10 vollständig abgegeben ist, wird der Trichterauslauf 20 wieder geschlossen. Die nächste Partie
Schüttgut wird in den Trichter 12 aufgegeben, und es wird erneut ein Wiegevorgang durchgeführt. Das Schüttgut wird
partienweise verarbeitet, wobei der vorgenannte Zyklus wiederholt wird.
Im ersten Schritt wird die von der Strahlungsquelle 14 emittierte Neutronen- und Gammastrahlung zum Strahlungsdetektor
16 gerichtet, und zwar in der Phase, in der der Trichterauslauf 20 geschlossen und das Schüttgut 10 in der
Austragschurre 22 nicht vorhanden ist. In einem Neutronen-Gammastrahlen-Trennglied
bzw. n-jf-Trennglied 30, das z. B. ein Impulsform-Diskriminator ist, werden die Neutronen
und die Gammastrahlen so aetrennt, daß sie von einem Neutronen- bzw. n-Zähler 4-02 und einem Gammastrahlen- bzw.
γ-Zähler 404 in einem Rechenprozessor 40 zählbar sind. Die
Zählwerte werden in einem Neutronen- bzw. η -Speicher 406 und in einem Gammastrahlen- bzw. γ -Speicher 408 gespeichert.
Diese Werte werden für jede Partie gezählt und erneuert, um die Funktion einer sog. automatischen Null-Einstellung
zu erfüllen, so daß die von der Änderung der
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Trichter-Wandstärke, der Änderung der Ablagerungsmenge
an der Trichterwandung und dem Abklingen der Aktivität der Strahlungsquelle abhängenden Faktoren vollständig
kompensierbar sind. Ein Taktsignalgeber 410 erzeugt ein
Taktsignal nach Maßgabe des Öffnens und Schließens des Trichterauslaufs 20 und führt das Taktsignal verschiedenen
Elementen zu.
Wenn dann der Trichterauslauf 20 geöffnet wird und die Abgabe
des Schüttguts 10 beginnt, gelangt die durch das Schüttgut 10 durchgelassene Neutronen- und Gammastrahlung
in den Strahlungsdetektor 16. Die Zahl der durch das Schüttgut 10 durchgelassenen Neutronen hängt vom Feuchtegehalt
und der Schüttdichte des Schüttguts 10 ab, während die Intensität der Gammastrahlen von der Schüttdichte
des Guts 10 abhängt. Die Zählwerte der Neutronen und der Gammastrahlen, die bis zur vollständigen Abgabe des
Schüttguts 10 erhalten werden, werden in einem n-Ileßwert-Speicher
4-12 bzw. in einem y-l-leßwert-Speicher 414 gespeichert.
Die in dem n-l-leßwert-Speicher 414 gespeicherte
Information und die in dem η -Speicher 406 gespeicherte automatische Null-Information werden einem Feuchtegehalt-Rechenglied
416 zugeführt, das den mittleren Feuchtegehalt Mp errechnet. Gleichermaßen wird die in dem J<-Meßwert-Speicher
4-08 gespeicherte automatische Null-Information
einem Schüttdichte-Rechenglied 4-18 zugeführt, das die mittlere Schüttdichte ρ errechnet. Dann wird auf der Basis
des Werts von ρ die Schüttdichte in einem Schüttdichte-Kompensations-Rechenglied
420 kompensiert, das den wahren mittleren Feuchtegehalt M errechnet, der auf einer Anzeigeeinheit
50 angezeigt wird.
Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 sind die
Neutronen-Gammastrahlen-Quelle und der zugehörige Strahlungsdetektor auf gegenüberliegenden Seiten der Abgabe-
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schurre des Trichters angeordnet, so daß die Gesamtheit der Schüttgut-Partie, die in den Trichter aufgegeben wird,
vollständig erfaßt wird, während sich das Schüttgut abwärts an der Feuchtemeßstelle vor beibewegt, so daß der
mittlere Feuchtegehalt der gesamten Partie errechenbar
ist. Ferner werden die durch die Abgabe schurre des Trichters
in Abwesenheit von Schüttgut in dieser Abgabe schurre durchgelassenen Neutronen und die Gammastrahlen erfaßt,
so daß die sog. automatischen Nullwerte gespeichert werden,
die während der späteren Berechnungen als üezugsinformation dienen. Daher können Änderungen der Trichter-Wandstärke
und Ablagerungen an den Trichterwandungen automatisch
ausgeglichen werden, und die Meßergebnisse sind
unbeeinflußt von der Trichter-Wandstärke und Ablagerungen
an der Trichterwandung.
Die Fig. A- und 5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele. Die
Strahlungsquelle 14· kann in den Trichter 12 eingesetzt sein,
und die von ihr emittierten Neutronen und Gammastrahlen
können von Strahlungsdetektoren 16 außerhalb des Trichters
12 erfaßt werden. Dabei wird die Gesamtfeuchte des Schüttguts 10 erfaßt, während das Schüttgut 10 im Trichter 12
bleibt. Eine Mehrzahl Strahlungsdetektoren 16 kann außerhalb
des Trichters 12 entsprechend Fig. A- angeordnet sein, oder es kann ein einziger Strahlungsdetektor 16 vorgesehen
sein, der die jeweils drei Strahlungsdetektoren 16
umfassenden Gruppen nach Fig. A- ersetzt; der einzelne
Strahlungsdetektor 16 kann längs einer Leitschiene 60 verschiebbar
sein (vgl. Fig. 5). üei der Anordnung nach Fig. wird die Anzahl Strahlungsdetektoren 16 verringert.
Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß bei dem angegebenen Verfahren eine Strahlungsquelle, die schnelle
Neutronen und Gammastrahlen emittiert, und ein Strahlungs-
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detektor, der sowohl die Neutronen als auch die Gammastrahlen
erfassen kann, vorgesehen sind, so daß die Neutronen und die Gammastrahlen auf denselben Punkt eines
Schüttguts gerichtet werden können, dessen Feuchtegehalt zu bestimmen ist; der Feuchtegehalt kann genau erfaßt
werden, ohne durch die Schüttdichte des Guts beeinflußt zu werden.
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■ns-
Leerseite
Claims (7)
- AnsprücheΠ) Verfahren zum Messen des Feuchtegehalts von Schüttgut, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:- Vorsehen einer Neutronen- und Gammastrahlungsquelle an einer Seite des Schüttguts,- Vorsehen einer Strahlungsdetektor-Einheit zum Erfassen sowohl der Neutronen als auch der Gammastrahlung an der anderen Seite des Schüttguts gegenüber der Strahlungsque He ,- Trennen und Zählen der das Schüttgut durchdringenden Neutronen und Gammastrahlung, und- Errechnen des Feuchtegehalts des Schüttguts auf der Basis der Zählwerte der Neutronen und der Gammastrahlung
- 2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,- daß eine einzige Strahlungsquelle eingesetzt wird, die sowohl Neutronen als auch Gammastrahlung emittiert, und- daß die einzige Strahlungsquelle Cf 252 ist. - 3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,- daß die Strahlungsquelle nur Neutronen emittiert, und- daß als Strahlungsquelle Am-Be 24-1 eingesetzt wird.81-(A 4878-02)-Schö030067/0000 BAD - 4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,- daß die Strahlungsquelle nur Gammastrahlung emittiert, und- daß dafür entweder Cs 137 oder Co 60 eingesetzt wird. - 5. Verfahren zum Messen des Feuchtegehalts von Schüttgut, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:- Aufgeben von Schüttgut in einen Behälter,- Vorsehen einer Neutronen und Gammastrahlung emittierenden Strahlungsquelle an einer Seite einer Austragschurre des Behälters,- Vorsehen einer Strahlungsdetektor-Einheit zum Erfassen sowohl der Neutronen als auch der Gammastrahlung an der anderen Seite der Austragschurre gegenüber der Strahlungsquelle ,- Trennen und Zählen der Neutronen und der Gammastrahlung, während sich das Schüttgut durch die Austragschurre bewegt, und- Errechnen des Feuchtegehalts des SChüttguts auf der Basis der Zählwerte der Neutrcnen und der Gammastrahlung,
- 6. Verfahren nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch den weiteren Schritt:- Zählen der Neutronen- und der Gammastrahlungswerte in Abwesenheit von Schüttgut in der Austragschurre des Behälters. - 7. Einrichtung zum Messen des Feuchtegehalts von Schüttgut, gekennzeichnet durch- eine Neutronen- und Gammastrahlungsquelle (14),- eine Strahlungsdetektor-Einheit (16) zum Erfassen sowohl der Neutronen als auch der Gammastrahlung,030 067/0900 BAD Original- wobei sich das Schüttgut (10) zwischen der Strahlungsquelle (IA-) und der Strahlungsdetektor-Einheit (16) befindet,ein Trennglied (30) zum Trennen des Ausgangs der
Strahlungsdetektor-Einheit (16) in ein Neutronen- und ein Gammastrahlungs-Ausgangssignal,einen Neutronenzähler (A-02) und einen Gammastrahlungszähler (A-OA-), die die Neutronen- bzw. die Gammastrahlunys-Ausuangssignale des Trennglieds (30) zählen,
ein erstes Neutronen-Speicher glied (4-06) und ein erstes Gammastr ahlen-Spe icher glied (4-08) zum Speichern der Ausgangssignale des Neutronenzählers (4-02) bzw. des Gammastrahlenzählers (A-OA-), wobei diese Ausgangssignale in Abwesenheit von Schüttgut erhalten wurden,
ein zweites Neutronen-Speicher glied (A-12) und ein zweites Gammastrahlungs-Speicherglied (A-IA-) zum Speichern der Ausgangssignale des Neutronenzählers (A-02) und des
Gammastrahlungszählers (A-OA-), die in Anwesenheit von
Schüttgut erhalten wurden,ein Rechenglied (A-16) zum Errechnen des Feuchtegehalts des SChüttguts (10) auf der Basis der Ausgangssignale des ersten und des zweiten Neutronen-Speicherglieds
(406, 214),ein Rechenglied (A-18) zum Errechnen der Schüttdichte des Schüttguts (10) auf der Basis der Ausgangssignale des ersten und des zweiten Gammastrahlungs-Speicherglieds (A-08, A-IA-) , undein Kompensationsglied (.A-20), das das Ausgangssignal
des Feuchtegehalt-Rechenulieds (416) auf der Basis des Ausgangssignals des Schüttdichte-Rechenglieds (A-18)
kompensiert.006770900
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