Калибровочное устройство для настройки забойного золомера

 

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Э<51, Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 33"9523/22-03 (22) 27.10.81 (46) 15.06.83. Бюл. М 22 (72) Вик. П.Белоножко, Вас. П,Белоножко и А.В.Новиков (71) Конотопский ордена Трудового

Красного Знамени электромеханический завод "Красный металлист" (53) 622,289(088.8) (56) 1. Патент СВА Ю ч085323, кл. 250/252, опублик. 1979.

2. Пак l0.Í., Патов С.Н. Стенд для настройки многолучевых зондовых устройств гамма-гамма метода. - "Заводская лаборатория", 1979, и 6, с.549550. (54) (57) КАЛИБРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

НАСТРОЙКИ ЗАБОЙНОГО ЗОЛОИЕРА, содержа, щее станину, на нижней полке коТорой установлены ящики с пробами, а на верхней полке установлена перемещающаяся отно„„SU„„1023084 сительно проб каретка с закрепленной на ней рамкой, в которой перемещается вертикальная штанга с закрепленным на ее нижнем конце контейнером с источником излучения, центр которого расположен на горизонтальной оси, второй контейнер с вмонтированным в него детектором, центр которого также распо" ложен на горизонтальной оси, и горизонтальную направляющую, связанную с вертикальной штангой, при этом оба контейнера установлены с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси при помощи скоб, снабженных круговыми шка" лами, о т л и ч а ю щ е е с- я тем, что, с целью повышения точности на- Я стройки, устройство снабжено второй вертикальной штангой, на нижнем конце которой укреплен контейнер с детекто- . ром, при этом оба контейнера снабжены % коллиматорами, а горизонтальная направ ляющая закреплена в каретке.

Фииай

1023084

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения качества углей, горючих сланцев или торфа в местах их залегания.

Известно калибровочное устройство, содержащее источник излучения, детектор и электронный блок, размещенные в цилиндрическом корпусе (1)

Недостатком этого устройства является то, что с его помощью нельзя опти-.0 мизировать геометрические параметры золомера.

Известно калибровочное устройство для настройки забойного золомера, содержащее станину, на нижней полке ко- 1Б

1 торои установлены ящики с. пробами, а на верхней полке установлена перемещающаяся относительно проб каретка с закрепленной на ней рамкой, в которой перемещается вертикальная штанга с 20 закрепленным на ее нижнем конце контейнером с источником излучения, центр которого расположен на горизонтальной оси, второй контейнер с вмонтирован" ным в него детектором, центр которого также расположен на горизонтальной оси,и горизонтальную направляющую,свя занную с вертикальной штангой, при этом оба контейнера установлены с воэможностью вращения вокруг горизонталь- „ ной оси при помощи скоб, снабженных круговыми шкалами (2J . Недостатком данного устройства является низкая точность настройки забойного золомера, обусловленная.тем, что это устройство позволяет калибро- З- вать забойный золомер лишь по критериям высокой чувствительности к измеряемому параметру при низкой чувствительности к плотности и колебаниям

40 воздушного зазора, также тем, что забойный золомер настраивается на эти критерии лишь по пяти геометрическим параметрам - угол коллимации гаммаквантов от источника .В, угол наклона источника к материалу с, угол наклона детектора к материалу <<, расстояние от пробы до источника и детектора h< =h и расстояние от источника до детектора В. При этом откалиброванные с помощью известного устройства забойные золомеры по -своим метрологическим параметрам далеки от оптимальных.

Целью изобретения является повышение точности настройки ° 55

Указанная цель достигается тем, что калибровочное устройство для настройки забойного зогйзмера, содер2 жащее станину, на нижней полке которой установлены ящики с пробами, а на верхней полке установлена перемещающаяся относительно проб каретка с закрепленной на ней рамкой, в которой перемещается вертикальная штанга с закрепленным на ее нижнем конце контейнером с источником излучения, центр которого расположен на горизонтальной оси, второй контейнер с вмонтированным в него детектором, центр которого также расположен на горизонтальной оси и горизонтальную направляющую,связайную с вертикальной штангой, при этом оба контейнера установлены с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси при помощи скоб, снабженных круговыми шкалами, снабжено второй вертикальной штангой, на нижнем конце которой укреплен контейнер с детектором, при этом оба контейнера снабжены коллиматорами, а горизонтальная направляющая закреплена в каретке, На фиг.1 схематически показано калибровочное устройство, вид спереди; на фиг.2 - то.же, вид сверху; на фиг.3 - контейнер с коллиматором и источником излучения, разрез; на фиг.4 - второй контейнер с вторым кол- лиматооом и детектором, разрез.

Калибровочное устройство для настройки забойного золомера состоит иэ станины 1, на нижней полке 2 которой установлены вплотную друг к другу шесть ящиков 3 с пробами 4-9. На верхней полке 10 станины 1 установлена ка" ретка,.состоящая из шасси 11 на колесах 12. На внутренней стороне колеса

12 снабжены ребордами 13. На шасси закреплена поперечная направляющая 14 с делениями, на которой могут перемещаться и фиксироваться рамки l5 с горизонтальными и вертикальными лимбами (лимбы на фиг.1 и 2 не показаны), Рамки 15 снабжены вертикальными каналами l6, в которых могут перемещаться вертикальные штанги 17 и 18 с делениями и фиксироваться в любом вер. тикальном положении. На нижнем конце первой вертикальной штанги 17 закреплен с помощью скобы 19 первый контейнер 20 с вмонтированным в нем источником излучения 21 ° Контейнер 20 может вращаться вокруг горизонтальной оси. Угловое положение первого контейнера отсчитывается на круговойшкале 22 с помощью стрелки 23, Первый контейнер 20 снабжен коллиматором 24, 50

3 I 0230 который может перемещат ься (например с помощью резьбы) в контейнере 20 и фиксироваться в любом положении с по" мощью винта 25. Источник излучения 21 . закреплен с помощью стержня 26 в кон5 тейнере 20 так, чтобы его центр совпал с горизонтальной осью вращения контейнера. Коллиматор 24 внутри залит свинцом 27 для получения ограниченного четкого конического пучка гамма- 30 квантов от источнике 21. Диаметр коллимационного отверстия. в свинце 27 равен 0 миллиметров.

Иа нижнем конце второй вертикальной штанги 18 закреплен с помощью второй скобы 28 второй контейнер 29 с вмонтированным в нем детектором, состоящим из.сцинтилляционного кристалла 30, сочлененного с фотоумножителем 31. Второй контейнер 29 может

20 также вращаться вокруг горизонтальной оси. Угловое положение второго контейнера отсчитывается на круговой шкале 32 с помощью стрелки 33. Второй контейнер 29 снабжен коллиматором 34, который может перемещаться (например с помощью резьбы) в контейнере

29 и фиксироваться в любом положении с помощью винта 35. Детектор закреплен в контейнере 29 так, что центр сцинтилляционного кристалла 30 совпадает с горизонтальной осью вращения контейнера 29, Коллиматор 34 внутри залит свинцом 36 для получения ограниченного четкого конического потока гамма-квантов на кристалл 30. Диаметр З5 коллимационного отверстия в свинце 36 равен 0, миллиметров. .Пробы угля 4-9 приготовляются из низкозольного концентрата, кварцевого песка, негашенной извести, железных стружек и крошки пенопласта одинакового гранулометрического состава предпочтительно крупности 5-25 мм.

Исходную пробу 4 приготовляют путем утрамбовывания низкозольного кон- 45 центрата. После засыпки и утрамбовывания исходной пробы 4 в ящике 3 определяют ее насыпную плотность Р . Третью; пробу 6 приготовляют из смеси низкоэольного концентрата С .

-"85"90"ь и кварцевого песка С =15-103.

При этом насыпная плотность полученной смеси получается больше величины Р, . Для получения насыпной плотности второй пробы, равной P», B полученную смесь добавляют крошку пенопласта (атомный номер которого близок

84 4 к атомному номеру воздуха, предпочтительно С =903, С =10 ).

Вторую пробу приготовляют иэ смеси разрыхленного низкозольного концентрата C1=85-90 и крошки пенопласта

С =15-1Оь. После засыпки второй пробы 5 в ящик 3 определяют ее насыпную плотность Pg (предпочтительно С» 90 ь, С2=1К}.

Четвертую пробу 7 приготовляют из смеси низкозольного концентрата С,1

=85-904 и гашеной извести С -15-10ь.

Для получения насыпной плотности четвертой пробы, равной p,â нее добавляют крошку пенопласта (предпочтитель" но С =904, CAN=104) .

Пятую пробу 8 приготовляют из смеси низкозольного концентрата С --85901 и железных стружек С =15-10Ф. Для получения насыпной плотности пятой пробы равной P», e нее добавляют крошку пейопласта (предпочтительно С =901, С5=1Д).

Для приготовления первых пяти проб 4-8 используют воздушно-сухой низкозольный концентрат.

Шестую пробу 9 приготовляют увлажнением низкозольного концентрата водой до содержаний ингредиентов С,1=85903, С6-15-104, Для получения насыпной плотности шестой пробы, равной в нее добавляют крошку пенопласта. Шестую пробу после засыпки в ящик

3 предохраняют от высыхания, например, путем покрытия ее поверхности вспенвя ным полихлорвинилом, который после высыхания образует на поверхности надежный тонкий водостойкий защитныйслой полихлорвинила (предпочтительно

С1 =90, C6=10i) .

Работа калибровочного устройства осуществляется следующим образом;

Пусть, например, необходимо про,вести калибровку забойного эоломера на уголь Донецкого угольного бассейна.

Задание задачи калибровки на уголь конкретного бассейна .предполагает,что должны быть известными параметры угля, т;е. линейные корреляционные связи плотности с зольностью А, содержас ния кальция в угле Са с его зольностью А, содержания железа в угле Fe с .с егo зольностью А для донецких углей в виде линейных уравнений регрессии

Fe а+ ЬА, (1)

Са = С + dA (2) р=е+ рАс, (3) а также должны быть известными для данной совокупности углей коэффициен084

Чтобы определить методическую погрешность забойного золомера g, кро- щ ме параметров объекта контроля необходимо знать чувствительность золоме" ра к содержанию кремния в угле gg,. 0,0945

0,0945

0,0945

0,0945

0,.0945

0,0945

-0,661

0,204 0,158

0,204 0,158

0,204 0,158

-0,612 0,158

О -0,632

О О

0,5 0,289

-О 5 0,289

О -0,578

0 0

О, 129

О, 129

0 129

О, 129

О, 129

0>645

О, 109

О, 109 0,109

0,109

0, 109

0,109

-0,655 а

О О

О О

О О

О О

0 О

О 0

5 1023 ты корреляции Fe sa A .(г2). Са íà А (г ) и 0 А (г,1) и общие дисперсии изменчивости зольности D(A ), содержа.ния железа D(Fe), содержания кальция

D(Ca) и плотности 0().

Я

Известно, что угловые коэффициенты уравнений регрессии и коэффициенты корреляции юг и г1 связаны соотношениями

r 8 D(A ): 0(Fe), (4)

36 г d 0(Ас): . D(Са), (5) г * 0(Ав): 0(). (6)

Тогда соответствующие внутригруп" повые дисперсии, характеризующие некоррелированные с вольностью измене" ния Fe, Са, составляют

0 (1 е) = (i-г ) 0(Fe), (7)

D1(Ca) (I-rr)D(Ca), (8)

D (p) - (1-r б(О). (в)

Учитывая, что дяя заданного обввкта контроля (донецкий уголь) зависи" мости (11- (9) известны, а также учи" тывая то обстоятельство, что влажность угля и ее колебания некоррелированы с вольностью„ методическая погрешность забойного золомера.определится из формулы:

Утаи 1 (1-Ú-3)+ Ъ 1а 4 3()оа 1((УрД . м

+УР (Р) У У D("" ) "* ((б) Для первого единичного эксперимента усТанавливают геометрические

;к содержанию кальция 6 (.©, к содер-, жанию железа B F .к плотности 5g и к влажности 5 >. Яля определения пяти указанных чувствительностей достаточно, установив в заданные средние положения источник 2 1 и кристалл 30 с фотоумножителем ° 31, последовательно устанавливая каретку над серединами каждой из проб 4-9,измерять соответст" вующие скорости счета импульсов с фотоумножителя «(«2 « »

Затем, зная параметры каждой из шести проб рассчитывают пять требуемых чувствительностей бв,.Э («,- «2)(+ ). ад («4+ «2 Q p3 (q() г(«,- «) 100

Fe «<+ «<

2(«1 - «4) ° 100; - нтгдга

2(«д - «ь}- 100 ,в .оГта—

После расчета чувствительностей по формуле (10) определяют методическую погрешность золомера.

Таким образом, для настройки за" бойного золомера нужно поставить экстремальные эксперименты ) (например, методом симплексного планирования эксперимента). Каждый единичный эксперимент состоит в конкретной установке. 7 геометрических параметров з, р4 0(, 2, hi 6 2 И p каждый ИЗ которых может независимо изменяться и фиксироваться с помощью показанного на чертеже устройства и измерения с помощью устройства шести скоростей счета.

Исходный эксперимент (симплекс) ориентируется в 7-мерном факторном пространстве в соответствии с таблицей йараметры согласно таблице так, что 1 если например, основной уровень пер-.

84 8

- 7 .10230 вого параметра обозначить at,, а его интервал варьирования 6К„, то его значение определяется из формулы и таблицы ! откуда а(»»- о"» 3

44((23) о „= к„ t) at, i ж„= 0,5 ам„at (, .

Аналогично в соответствии с таблицей ® для первого единичного эксперимента

Pii =0,289 6PB + ;, о(„=0,204 ЬК2+Ж2, Р< =0,158 t)(< +В„Ъ „=0,129 ahÄ +h,, h4-0,109 Ь Ь2+1,, Р -0,0945- ÜÐ +Ð (14)

Аналогично для второго единичного эксперимента геометрические параметры устанавливают по данным второй строки таблицы

К « =0,5 м„+ж, P«=0,289 aP <+ P4» ф2 =0,204 Ьа2+a| 2 =0»-1534 132+ 1 > ° 2р

h32 0,129 b h<+ h, h22=0»109 Ь + h

В 0,0945 P + Pþ <15) т.е. перестраивается. по сравнению с первым единичным экспериментом- толь"., ко параметр d, 4 .. 2S

Аналогично перестройка параметров й,и Bi Aoattg= O и В1 =0,578 bp< + 1 (в соответствии с третьей строкой таблицы) .ставят третий единичный эксперимент и. т.д. до восьмого единич.ногб экспери»мента.

Для каждого: единичного эксперимента измеряют шесть скоростей счета

N1, К»,..., И6 и по формуле (11) определяют пять чувствительностей, а по формуле (10) вычисляют-.методическую погрешность 6 .

Затем сравнивают полученные 8 значений погрешности между собой. Наи- . худшим считают единичный эксперимент с максимальной погрешностью =шах.

Эту строку эксперимента вычеркивают и-находят параметры девятого единичного эксперимента по формулам. (пусть» например, вычеркнута пятая строка) 29 ь« 2+ate" t)tt4>a" tt»

"и=

7: б 4(о»»»B12» B»2 \ BI4» pl6t BITt (»ь)

j ;6) (222 - ., ))!»

После этого вйовь сравнивают все оставвиеся семь значений и вновь полученное девятое значение, находят строку с максимальной погрешностью, вычеркивают ее и находят параметры десятого единичного эксперимента по, аналогичным к (16) формулам, Последовательно вычеркивая наихудшие строки и ставя новые эксперименты,добиваются такого их сочетао !О @2о ° О P20»""1О ° hf0»

Во, которое составляет минимум методической погрешности золомера 6

Изменения угла наклона источника излучения 21 по отношению к материалу К осуществляют повтором контейнера 20, а величину угла 0 4, при этом отсчитывают по шкале 22 с.no= мощью стрелки 23.

Изменения угла коллимации гаммыквантов от источника 21 осуществляют вращением коллиматора 24 со свинцом

27 для получения пучка гамма-квантов с заданным телесным углом P s npu вершине. Фиксацию установленного в нужное положение коллиматора 24 производят с помощью вимта 25. Величина угла P(определяется диаметром отверстия s свинце 0 . и глубиной. установки источника 21 Н по формуле

Р, =2 erctg>, (17)

Угол наклона детектора (кристалл

30 и фотоумножитель 31) к материалу

g< йзменяют поворотом контеинера 2, а величину угла а 2 при.этой отсчитывают. по шкале 32 с помощью стрелки 33.

Угол коллимации детектора 1322 изме.няют вращением коллиматора 34 со свйй- . цом 36 для получения потока гаммаквантов на- кристалле 30 с заданным телесным углом Р2»при вершине. Фикса" цию установленного в нужное положеwe коллиматора 34 .производят с rioмощью винта 35.

Величина угла Pg.îëðåäåëÿåòñÿ диа- . метром отверстия в свинце 36 02, глубиной установки кристалла 30 Н2 и диаметром кристалла 0 по формуле р2 2агс t:9 2Н .. (18)

Расстояние от проб 4-9 до источника 21. h изменяют перемещением вер" тикальной штанги 17 и отсчитывают по вертикальному лимбу левой рамки 15 °

Положение штанги 17 фиксируют винтом (не показан).

Расстояние от проб 4-9 от детекто" ра Ь» изменяют перемещением вертикальной штанги 18 и отсчитывают по вертикальному лимбу правой рамки 15.

Положение штанги 17 фиксируют винтом (не показан).

9 .: 10230

Расстояние от источника 21 до детектора В изменяют перемещениями ра" мок 15 по поперечной направляющей 14 и отсчитывают по горизонтальным лимбам левой и правой рамок 15. Поло- 5 жение рамок 15 на поперечной направляющей 14 фиксируют винтами (не показаны).

Для получения шести скоростей счета и, И2,..., И в любом единичном эксперименте при зафиксированных параметрах 0 (, p, К2, р 2, h Ä h2 .и S последовательно устанавливают каретку, состоящую из шасси 11 на колесах 12, соответственно над пробами 4-9, пере- 15 мещая каждый раз каретку по стайине 1.

Экспериментальные исследования по- казали, что используя предложенное калибровочное устройство и поставив по

\. симплекс "методу последовательно около Я6

50"70 экспериментов (длительность каж дого из которых не превышает 30 мин), проводят. настройку забойного золомера по комплексному показателю - его ме" тодической погрешности. 25

Положительный эффект от применения данного устройства состоит в высокой точности настройки золомера- (известные классические методы разработки

84 золомера не позволяют настраивать его на данный объект вообще), в малом затрачиваемом на этот процесс времени (настройка золомера на данный объект контроля не превышает 30 ч). Известные классические методы калибровки золомера предполагают оптимизацию ии.:-. 5 геометрических параметров, не учитывают зависимость изменений hg npu повороте детектора на угол 42, не по3воляют коллимировать детектор на

I угол 2, не позволяют изменить h независимо от h, не позволяют определять одновременно с изменением геометрических параметров чувствительнос>М <0 Sp &Рв, с;,, 5w ð. Поэтому затрачиваемое в известных устройствах время на калибровку золомера достигает несколько месяцев работы (не менее 500 ч). И, кроме того, известные устройства не позволяют калибровать золоиер по минимуму методической погрешности6 „„ и . C их помощью калибруют золомер по максимальной комплек-ной чувствительности, так как используются лишь две пробы угля разной зольности, которые отличаются одно" временно и плотностью, и содержанием кремния, кальция и железа.

1023084

1023084

27

Н1

1023084

Составитель Л.Березкина

Техред Ж.Кастелевич Корректор В.Горняк

Редактор А.Долинич

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Заказ 4174/21 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д.,т/5