способ определения содержания железа в оперативных пробах рудного материала и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения содержания железа в оперативных пробах рудного материала, согласно которому помещают оперативную пробу рудного материала постоянного объема в измерительную зону индуктивного или индукционного датчика, фиксируют значение сигнала Е на его выходе и определяют содержание железа в оперативной пробе с учетом зафиксированного значения сигнала Е по градуировочному уравнению регрессии с использованием содержания железа х, предварительно полученному при химанализе градуировочных проб рудного материала с помощью упомянутого датчика, отличающийся тем, что каждую оперативную и градуировочную пробу взвешивают и определяют массу М рудного материала в пробе, делят значение сигнала Е на значение М и найденные в результате деления значения y=E/M используют при предварительном получении градуировочного уравнения регрессии х/y и при определении содержания железа в оперативной пробе по данному уравнению.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее индукционный датчик с намагничивающей, компенсационной и приемными катушками, генератор, выход которого подключен к согласно-последовательно соединенным намагничивающей и компенсационной катушкам индукционного датчика, усилитель, вход которого подключен к встречно-последовательно соединенным приемным катушкам индукционного датчика, множительное устройство, сумматор, первый и второй задатчики константы и регистрирующее устройство, вход которого подключен к выходу сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому задатчику константы и к выходу множительного устройства, первый вход которого подключен к второму задатчику константы, отличающееся тем, что оно содержит датчик массы и делительное устройство, при этом первый вход делительного устройства подключен к выходу усилителя, второй вход - к выходу датчика массы, а выход - к второму входу множительного устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного определения содержания железа в пробах рудного материала при добыче и переработке железорудного сырья.

Известен [1] способ определения содержания железа в пробах рудного материала, в котором используется индуктивный или индукционный датчик, внутри которого в измерительной зоне имеется полость, в которую устанавливается кювета постоянного объема с рудным материалом.

Выходной сигнал датчика пропорционален магнитной восприимчивости рудного материала и содержанию магнитного железа в рудном материале. Выходные сигналы датчика сравнивают с данными химанализа контрольных градуировочных проб и на их основе строят градуировочную характеристику - зависимость выходного сигнала датчика от данных химанализа.

Недостатком этого известного способа-аналога является недостаточная точность, что связано с тем, что взаимосвязь выходного сигнала датчика и данных химанализа носит не однозначный, а корреляционный характер.

Для построения градуировочной характеристики - взаимосвязи серии выходных сигналов датчика и соответствующих им данных химанализа в градуировочных пробах рудного материала, - используют известный способ построения корреляционного уравнения (уравнения регрессии), изложенный в [2,3].

Учитывая известность индуктивных и индукционных датчиков [1] и способа построения уравнений регрессии [2,3] , можно считать, что известен способ определения содержания железа в оперативных пробах рудного материала, согласно которому помещают оперативную пробу рудного материала постоянного объема в измерительную зону индуктивного или индукционного датчика, фиксируют значение сигнала E на его выходе и определяют содержание железа в оперативной пробе с учетом зафиксированного значения сигнала E по градуировочному уравнению регрессии с использованием содержания железа X, предварительно полученному при химанализе градуировочных проб рудного материала с помощью упомянутого датчика - общие признаки с предложенным способом.

Технический эффект предложенного способа заключается в повышении точности определения содержания железа в оперативных пробах рудного материала.

Указанный технический эффект достигается тем, что в предлагаемом способе определения содержания железа в оперативных пробах рудного материала, согласно которому помещают оперативную пробу рудного материала постоянного объема в измерительную зону индуктивного или индукционного датчика, фиксируют значение сигнала E на его выходе и определяют содержание железа в оперативной пробе с учетом зафиксированного значения сигнала E по градуировочному уравнению регрессии с использованием содержания железа X, предварительно полученному при химанализе градуировочных проб рудного материала с помощью упомянутого датчика, что в этом способе каждую оперативную и градуировочную пробу взвешивают и определяют массу M рудного материала в пробе, делят значение сигнала E на значение M и найденные в результате деления значения Y=E/M используют при предварительном получении градуировочного уравнения регрессии X/Y и при определении содержания железа в оперативной пробе по данному уравнению.

Указанный технический эффект достигается также тем, что устройство для осуществления способа, содержащее индукционный датчик с намагничивающей, компенсационной и приемными катушками, генератор, выход которого подключен к согласно-последовательно соединенным намагничивающей и компенсационной катушками индукционного датчика, усилитель, вход которого подключен к встречно-последовательно соединенным приемным катушкам индукционного датчика, множительное устройство, сумматор, первый и второй задатчики константы и регистрирующее устройство, вход которого подключен к выходу сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому задатчику константы и к выходу множительного устройства, первый вход которого подключен ко второму задатчику константы, что это устройство содержит датчик массы и делительное устройство, при этом первый вход делительного устройства подключен к выходу усилителя, второй вход - к выходу датчика массы, а выход - ко второму входу множительного устройства.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления поясняется чертежами фиг. 1 - 5:

фиг. 1 - пример градуировочной характеристики по общему железу по способу-прототипу,

фиг. 2 - то же, но по предлагаемому способу,

фиг. 3 - пример градуировочной характеристики по магнитному железу по способу-прототипу,

фиг. 4 - то же, но по предлагаемому способу,

фиг. 5 - устройство для осуществления способа.

Предлагаемый способ определения содержания железа в оперативных пробах рудного материала сводится к следующей последовательности действий:

1. Предварительно экспериментально получают градуировочную характеристику используемого индукционного или индуктивного датчика (например, индукционного датчика [1]). Для этого выполняют следующие действия:

1.1 На объекте рудного материала, на котором необходимо определять содержание железа в оперативных пробах (например, на транспортирующем рудный материал конвейере обогатительной фабрики) отбирают n градуировочных проб (например, n = 50 проб) рудного материала;

1.2. Проводят химанализ каждой пробы, при этом получают значения содержания железа по химанализу: X₁, X₂...X_n. (Химанализ может быть проведен на железо общее или/и на железо магнитное);

1.3. Взвешивают каждую пробу, при этом получают значения M₁, M₂,...M_n;

1.4. Вводят каждую пробу в измерительную зону индукционного датчика и фиксируют сигнал E на выходе датчика, при этом получают значения E₁,...E₂,.. .E_n;

1.5. Для каждой градуировочной пробы делят значение сигнала E на выходе датчика на значение массы M пробы, при этом получают значения Y₁=E₁/M₁, Y₂= E₂/M₂,...Y_n=E_n/M_n;

1.6. Определяют средние арифметические значения рядов чисел X и Y по формуле





1.7. Определяют вспомогательные промежуточные значения, удобные для последующего вычисления уравнений регрессии







1.8. Определяют коэффициент регрессии B_X/Y

B_X/Y=Q_XY/Q_Y

1.9. Уравнение регрессии



приводят к виду

X=B_X/YY+C (1)

где



В качестве примера на фиг. 1 - 4 приведены уравнения регрессии, построенные в осях X - Y, на которых нанесены точки, соответствующие отдельным градуировочным пробам. Полю точек, соответствующих отдельным пробам, соответствует градуировочная характеристика (линия регрессии), показанная жирной линией.

1.10. Помимо уравнения регрессии могут быть, хотя и не обязательно, но полезно для оценки эффективности предлагаемого способа, определены:

- коэффициент корреляции между рядами значений X и Y

(2)

- среднее квадратичное отклонение S_X/Y между рядами значений X и Y

(3)

2. Отбирают оперативную пробу рудного материала, наполняют рудным материалом кювету постоянного объема.

3. Взвешивают рудный материал в кювете, т.е. определяют массу M_i пробы.

4. Устанавливают кювету с рудным материалом в измерительную зону индукционного датчика и фиксируют сигнал на выходе датчика - сигнал E_i.

5. Делят значение сигнала E_i на значение массы M_i рудного материала, т. е. получают значение Y_i=E_i/M_i.

6. По значению Y_i и уравнению (1) определяют значение X_i, которое и является содержанием железа в рудном материале оперативной пробы: = X_i.

Устройство для реализации предложенного способа представлено на фиг. 5. Устройство содержит индукционной датчик 1, кювету 2, генератор 3, датчик массы 4, усилитель 5, делительное устройство 6, множительное устройство 7, сумматор 8, регистрирующее устройство 9 и задатчики констант 10 и 11.

Индукционный датчик 1 содержит намагничивающую 12, компенсационную 13 и приемные 14 и 15 катушки. Внутри индукционного датчика находится платформа 16, сочлененная с датчиком массы 4. На платформу 16 устанавливается кювета 2 с рудным материалом оперативной пробы. Намагничивающая 12 и компенсационная 13 катушки соединены последовательно-согласно и подключены к генератору 3. Приемные катушки 14 и 15 соединены последовательно-встречно и подключены к входу усилителя 5.

В исходном состоянии, когда кювета не заполнена рудным материалом, на выходе индукционного датчика 1, а именно, на выходе последовательно-встречно соединенных приемных катушек 14 и 15 имеется сигнал 0.

Устройство работает следующим образом. Кювету 2 с рудным материалом устанавливают на платформу 16 внутри датчика 1. На выходе датчика 1 формируется сигнал E (напряжение или ток), который усиливается усилителем 5 и поступает на вход делимого делительного устройства 6, на второй вход которого подается сигнал с выхода датчика массы 4 (сигнал M). На выходе делительного устройства 6 формируется сигнал Y=E/M, поступающий на вход множительного устройства 7, к первому входу которого подключен задатчик константы 10 - коэффициента регрессии B_X/Y. На выходе множительного устройства 7 формируется сигнал B_X/YY, который поступает на первый вход сумматора 8, ко второму входу которого подключен задатчик константы 11 (константа C). На выходе сумматора 8 формируется сигнал B_X/YY+C, что, согласно уравнению (1), является величиной X, т.е. содержанием железа = X в пробе рудного материала. Этот сигнал фиксируется регистрирующим устройством 9. Таким образом, предложенный способ реализован с помощью устройства на фиг. 5.

Технический эффект предложенного способа заключается в повышении точности определения содержания железа в оперативных пробах рудного материала.

Повышение точности определения содержания железа в оперативных пробах рудного материала установлено экспериментально следующим образом. На шахте Таштагольского РУ Кемеровской области было отобрано 34 градуировочных пробы рудного материала. По каждой пробе сделан химанализ на железо общее и на железо магнетитовое. Каждая проба подвергнута анализу на экспериментальном образце устройства для осуществления предлагаемого способа. В качестве сигнал E используется выходной ток I индукционного зонда.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены градуировочные характеристики по железу общему соответственно по способу-прототипу и по предлагаемому способу. Даже на глаз видно, что по предлагаемому способу точки, соответствующие отдельным пробам, легли более линейно относительно линии регрессии. Расчеты дают следующие результаты.

Коэффициент корреляции по способу-прототипу R=0,970, а по предлагаемому способу R= 0,987, т.е. увеличился на значение 0,017, что свидетельствует об увеличении точности определения содержания железа в пробе рудного материала.

Среднее квадратичное отклонение по способу-прототипу S_X/Y=2,394, а по предлагаемому способу - S_X/Y= 1,565, т.е. уменьшилось в 1,53 раза. Столь существенное уменьшение среднего квадратичного отклонения подтверждает повышение точности предлагаемого способа.

На фиг. 3 и фиг. 4 представлены градуировочные характеристики по железу магнетитовому соответственно по способу-прототипу и по предлагаемому способу. Расчеты дают следующие результаты.

Коэффициент корреляции по способу-прототипу R=0,974, а по предлагаемому способу R= 0,991, т.е. увеличился на значение 0,017 (на такое же значение, что и по железу общему).

Среднее квадратичное отклонение по способу-прототипу S_X/Y=2,466, а по предлагаемому способу - S_X/Y=1,419, т.е. уменьшилось в 1,74 раза, что еще более эффективно, чем по железу общему. Столь существенное уменьшение среднего квадратичного отклонения подтверждает повышение точности предлагаемого способа.

Источники информации

1. Авт.св. СССР N 477377, G 01 V 3/00, 1972.

2. И. В. Дунин-Барковский, Н.В. Смирнов. Теория вероятностей и математическая статистика в технике. - М.: ГИТТЛ, 1955, с. 556.

3. Н. Драйпер, Г.Смит. Прикладной регрессионный анализ: в 2 кн., кн. 1, пер. с англ., 2-ое изд. перераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 1986, с. 366.