Pomiar gęstości ośrodka w osadzarce z użyciem gęstościomierza radiometrycznego z licznikiem impulsów

• Autorzy: Cierpisz S. , Joostberens J.

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2017-02-13

Warianty tytułu

EN

Measurement of a Media Density in a Jig Using Radiometric Density Meter with a Counter of Pulses

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Gęstościomierze radiometryczne są stosowane do monitorowania różnych procesów technologicznych. Większość z nich wykorzystuje absorpcję promieniowania gamma. Podstawowym elementem gęstościomierza jest głowica pomiarowa, która składa się ze źródła promieniowania gamma (137Cs) oraz detektora, zwykle w postaci licznika scyntylacyjnego. Sygnał z detektora jest ciągiem impulsów, który zawsze jest sygnałem stochastycznym o rozkładzie Poissona, niezależnie od charakteru sygnału wejściowego. Serie impulsów z detektora są często zliczane w czasie ts za pomocą licznika. W takiej sytuacji licznik powinien być traktowany jako rodzaj cyfrowego filtru dolnoprzepustowego, którego parametrem jest czas pomiaru ts. W czasie ustalonym (w przybliżeniu stała wartość gęstości w czasie) dłuższy czas ts zwiększa dokładność pomiaru. Natomiast, kiedy gęstość istotnie zmienia się w czasie błąd dynamiczny rośnie z nadmiernym wydłużaniem czasu pomiaru. Głównym problemem filtracji jest więc dobór wartości czasu pomiaru ts, minimalizującego dynamiczny błąd pomiaru zgodnie z przyjętym kryterium. W przypadku znajomości przebiegu zmian gęstości w czasie można eksperymentalnie dobrać czas pomiaru, wykorzystując narzędzia do badań symulacyjnych. W takiej sytuacji znany przebieg gęstości należy traktować jako sygnał odniesienia. W przypadku wzbogacania węgla w osadzarce, gęstościomierz radiometryczny może być zastosowany do stabilizacji gęstości rozdziału i kształtu przebiegu gęstości ośrodka. W artykule przedstawiono metodę doboru czasu pomiaru ts z wykorzystaniem wyznaczonych zmian gęstości ośrodka w czasie trzech kolejnych cykli pulsacji w osadzarce. Omówiono problemy oraz wady i zalety związane z cyfrowym przetwarzaniem sygnału z detektora, realizowanym wyłącznie za pomocą licznika impulsów. Model zmian gęstości ośrodka w czasie trzech cykli pulsacji został zidentyfikowany na podstawie wyników badań przemysłowych, a jego równanie zostało podane w artykule. Doboru parametru licznika impulsów tj. czasu pomiaru ts, przy minimalizacji przyjętego kryterium, dokonano symulacyjnie. Wyniki badań symulacyjnych stabelaryzowano i przedstawiono w formie graficznej.

EN

Radiometric density meters are used to monitor many different technological processes. Most of them use gamma-ray absorption. Basic element of the meter is a measuring head that consists of a radiation source (137Cs) and a detector usually in the form of a scintillation counter. The output signal from the detector is the sequence of pulses which is always a stochastic signal with Poisson distribution, regardless of the character of the input signal. The series of pulses are often counted during the time ts in a counter. In that situation the counter should be considered as a kind of a low-pass digital filter whose parameter is a time of measurement ts. The longer the time of measurement ts, the higher the accuracy of the monitor in steady state. When density varies, the dynamic error of measurement increases with the excessive lengthen of measurement time ts. The main filtration problem is a selection of value of the measurement time to minimise the dynamic error of measurement according to accepted criterion. The measurement time can be determined experimentally by simulation when the shape of density changes is known. In that situation, the known shape of density should be treated as a reference signal. In case of coal separation process in a jig the radiometric densitometer can be used to stabilize the separation density and the shape of density dynamic changes. The paper presents the method of selection of the measurement time using the computed changes density of three following cycles in the jig. Problems, advantages and disadvantages associated with using only the counter for digital signal processing from the detector of radiometric densitometer are discussed. Model of the density changes, during three cycles of the separation process in a jig, was identified based on results of industrial tests and its equation is given in the paper. Selection of the counter parameter, that is the measurement time, was done by the simulation minimizing the value of accepted criterion. Simulation results were tabulated and presented in the graphic form.

Słowa kluczowe

PL

gęstościomierz radiometryczny; licznik impulsów; cyfrowe przetwarzanie sygnału; wzbogacanie węgla w osadzarce

EN

radiometric density meter; counter of pulses; digital signal processing; coal separation process in a jig

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 18, nr 2
• Strony: 119--126
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Cierpisz S.

• ITI EMAG Katowice, Leopolda 31, 40-189 Katowice

autor

Joostberens J.

• Politechnika Śląska, Gliwice, Wydział Górnictwa i Geologii, Katedra Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa, Akademicka 2, 44- 100 Gliwice

Bibliografia

• 1. Cierpisz. S. (2002). Automatyczna regulacja w układach zawiesinowych wzbogacalników węgla. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• 2. Cierpisz. S. (2012). Automatyczna regulacja procesu wzbogacania węgla w osadzarkach. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• 3. Cierpisz. S. (2001). Komputerowe systemy monitoringu i sterowania w zakładach wzbogacania węgla. Inżynieria Mineralna - Journal of the Polish Mineral Engineering Society, str. 23–32.
• 4. Cierpisz S. (2005). Parametry jakości węgla – pomiary i sterowanie. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• 5. Cierpisz. S., Gola M., Kryca M., Sobierajski W. (2014). Radiometryczny gęstościomierz OS-C dla osadzarki – zasada działania. Konferencja Przeróbka Kopalin, str. 41–52.
• 6. Cierpisz S., Cierpisz T., Król S., Joostberens J., Piwowar E. (1999). Automatyczna regulacja procesu flotacji węgla w Zakładzie Wzbogacania Węgla Kopalni „Sośnica”. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, 7/346, str. 7–14
• 7. Cierpisz S., Kryca M., Sobierajski W. (2015). Miernik naturalnego promieniowania węgla w osadzarce. Konferencji EMTECH 2015, Zakopane.
• 8. Cierpisz S., Joostberens J. (2016). Monitoring of coal separation in a jig using a radiometric density meter, Measurement (Elsevier), Volume 88, pp. 147–152.
• 9. Cierpisz S., Joostberens J. (2016). Optimization of a Radiometric Density Meter for Monitoring of a Coal Separation Process in a Jig. 17th IFAC Symposium on Control, Optimization and Automation in Mining, Mineral and Metal Processing, Vienna (Austria), pp. 45–50.
• 10. Cierpisz S., Sobierajski W. (2014). Dynamiczne własności radiometryczne gęstościomierza dla osadzarki. Konferencja Przeróbka Kopalin, str. 104–111.
• 11. Clarkson C., Hornsby D., Walker. D. (1993). Automatic Flotation Control using On-Stream Ash Analysis, Coal Preparation Vol. 12, pp 41–64.
• 12. Joostberens J. (2017). Model symulacyjny gęstościomierza radiometrycznego. Systemy i wspomagania w inżynierii produkcji. Wydawnictwo P.A. Nova, Volume 6, issue 2.
• 13. Loveday, G., Jonkers, A. (2002). The Apic jig and the ScanJig controller take the guess-work out of jigging. Proceedings of the 14th ICPC. Johannesburg, RSA, 247–251
• 14. Lyman. G.J. (1992). Review of jigging principles and Control. Coal Preparation, 11, 1992, pp. 145–165.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).