Research and Practice on Ultrasonic Densitometer in Iron Ore Plant

郎進平

(太鋼集團嵐縣礦業(yè)有限公司，山西 呂梁　035200)

超聲波濃度計在鐵礦廠的研究與實踐

Research and Practice on Ultrasonic Densitometer in Iron Ore Plant

郎進平

(太鋼集團嵐縣礦業(yè)有限公司，山西 呂梁035200)

摘要：針對鐵礦生產(chǎn)工藝的多樣性，采用礦漿管道與傳感器一一對應原則，對超聲波濃度計傳感器重新選型?？紤]到礦漿粒度的粗細，對傳感器間距進行調(diào)整。按照實際工藝化驗數(shù)據(jù)，對超聲波濃度計進行校準。試驗結(jié)果證明，超聲波濃度計在鐵礦廠中的測量精確度得到提升，使用零點校準法及三點標定法對超聲波濃度計進行數(shù)據(jù)標定將成為鐵礦廠應用的方向。

關(guān)鍵詞：工藝參數(shù)傳感器選型 零點校準兩點標定三點標定精確測量

Abstract：Aiming at the diversity of iron ore production processes, by using the one to one principle for slurry pipeline and sensor, the model of ultrasonic concentration sensor is re-selected. Considering the thickness degree of slurry granularity, the spacing of sensors is adjusted. In accordance with the assay data of practical technological process, the ultrasonic densitometer is calibrated. The test results prove that the measurement accuracy of ultrasonic densitometer in iron ore plant is upgraded, and the zero point calibrating method and three-point calibrating method will become the applicable direction for data calibration of ultrasonic densitometers in iron ore plant.

Keywords：Process parametersSensor selectionZero calibrationTwo point calibrationThree point calibrationAccurate measurement

0引 言

超聲波在穿過介質(zhì)后其幅值隨著濃度增加呈現(xiàn)指數(shù)衰減，通過公式系數(shù)對其測量準確度進行校準。根據(jù)礦漿及尾礦濃度監(jiān)測的實際工況，調(diào)整傳感器相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)精確測量。超聲波濃度計是金屬礦山礦漿濃度監(jiān)測的主流設(shè)備。

1測量精度影響因素

1.1　測量介質(zhì)性質(zhì)

測量介質(zhì)性質(zhì)包括礦漿的組成及其所占比例、礦漿的粒度大小、礦漿瞬時流量、礦漿中氣泡的存量。以上因素對濃度計的各項技術(shù)指標起指導作用。

1.2　傳感器選型

傳感器的選型包括測量能力(測量超聲波頻率的大小)、傳感器收發(fā)兩端的間距及其耐磨強度。傳感器選型與現(xiàn)場實際工況必須匹配，匹配度越高，其測量結(jié)果利用價值越強。

1.3　標定和校準

標定和校準包括標定樣的有效性、標定樣的化驗精度、超聲波濃度計零點信號值的有效性和測量方式的正確選取。標定與校準工作對技術(shù)人員的操作標準的要求性較強，實際操作越縝密，其結(jié)果更可觀。

2測量精度提升措施

2.1　工藝參數(shù)

鐵礦廠主要處理資源為磁鐵礦、赤(鏡)鐵礦及褐鐵礦，其次為菱鐵礦，另含微量黃鐵礦、黃銅礦及朱砂；脈石礦物主要為石英，鎂鐵閃石、陽起石、鐵滑石、綠泥石及鐵黑硬綠泥石等，其次為碳酸鹽類礦物，包括白云石、方解石等[5]。原礦化學多元素成分分析如表1所示。

鐵礦生產(chǎn)線相關(guān)工藝指標如表2所示。

表2　鐵礦生產(chǎn)線相關(guān)工藝指標

在傳感器測量間距不變的情況下，發(fā)射頻率越小，測量能力越大(頻率最小為500 kHz)；在傳感器測量頻率不變的情況下，測量間距越小，測量能力越大(間距最小為25 mm)[1]。流經(jīng)傳感器的礦漿粒度和瞬時流量則直接影響傳感器的磨損情況。

綜合生產(chǎn)工藝參數(shù)分析與實踐生產(chǎn)中超聲波濃度計的測量情況，超聲波濃度計實際運用中會出現(xiàn)濃度測量不穩(wěn)定或無法測量的現(xiàn)象，原因在于儀器測量能力無法滿足此鐵礦粉生產(chǎn)線實際工況的要求。

鑒于上述情況，將超聲波傳感器測量頻率從原來的1 MHz變更為500 kHz；傳感器收發(fā)間距從原來的100~293 mm更改為25~80 mm；傳感器探頭材質(zhì)在不銹鋼表面再加耐磨涂層，以防其磨損過快[6]。

2.2　濃度計參數(shù)校準

超聲波濃度計傳感器與轉(zhuǎn)換器具有一一對應關(guān)系，相應參數(shù)已在轉(zhuǎn)換器電路板中預先設(shè)置，不同傳感器在工廠進行校準情況都不一樣[2]。

國內(nèi)暫無超聲波濃度計檢定規(guī)程，校準工作以實際工況與儀器自身校準程序相結(jié)合的方式進行。首先進行傳感器收發(fā)端間距的準確測量，其間距是毫米級，安裝過程中需采用卡尺和測量精度為0.001級的紅外測距儀多次測量，取平均值并將結(jié)果設(shè)置于轉(zhuǎn)換器中；然后進行超聲波濃度計零點信號值校準，濃度計出廠校準值是在清水和泥漿中進行，并不符合鐵礦選廠環(huán)水和礦漿環(huán)境，需重新進行校準[4]。

校準方法是基于濃度計兩點標定方式，濃度計測量曲線的方程為y=ka+D(y為實際的濃度值，a為信號值,k為斜率,D為常數(shù)，可通過計算獲得)。在測量波形良好情況下，信號值可以正確反映測量介質(zhì)的實際濃度值。在脈沖測量方式下具有良好的波形，首先要根據(jù)實際測量工況建立正確方程式。

為使建立的曲線最大程度接近實際，則需要盡可能多取樣，并且樣本濃度差值越大越好，如礦漿的濃度值在(0~5%)、(20%~25%)、(40%~45%)、(60%~65%)。

生產(chǎn)管道內(nèi)開始生產(chǎn)時會打環(huán)水，同時礦漿濃度有一個逐步提升的過程，而生產(chǎn)正常后，礦漿的濃度值比較穩(wěn)定[7]。經(jīng)研究，在管道內(nèi)打環(huán)水或是礦漿濃度較低情況下取樣化驗，記錄當時的信號值；在生產(chǎn)正常的時候取樣化驗，記錄當時的信號值。分別得到濃度較低時樣品的化驗值yL(最少為連續(xù)兩個樣品平均值)、對應取樣時信號值XL(取樣過程中信號變化平均值)、濃度較高時樣品的化驗值yH(最少為連續(xù)兩個樣平均值)、對應取樣時信號值XH(取樣過程中信號變化平均值)。

將數(shù)值代入到y(tǒng)=ka+D的方程中,yL、yH與y對應，XL、XH與a對應，從而得到k、D的值。將k、D代入到0=ka0+D，得到a0的值則為X0′(校準的零點信號值)，將零點信號值錄入儀表設(shè)置。

在兩點標定基礎(chǔ)上，進行三點標定：測量值為連續(xù)取樣儀表測量平均值，化驗值為樣品平均值，偏差是以化驗值為真值測量值與化驗值的相對誤差。人工化驗值的精度一般在0.7%，超聲波濃度計的測量精度為2.5%，其本身與化驗值的精度有關(guān)。

以下為5組樣品的測量比對分析，分別如表3~表6所示[3]。

表3　一段旋流器給礦濃度數(shù)據(jù)對比分析表

表4　二段旋流器給礦濃度數(shù)據(jù)對比分析表

表5　浮選給礦濃度數(shù)據(jù)對比分析表

表6　精礦輸送濃度數(shù)據(jù)對比分析表

3結(jié)束語

超聲波濃度計測量趨勢與選礦廠生產(chǎn)實際濃度變化趨勢相符前提下，測量偏差滿足2.5%，實踐取得了成功。經(jīng)過在鐵礦選廠長期研究與實踐，超聲波濃度計已真正服務于現(xiàn)場生產(chǎn)，測量精度滿足生產(chǎn)工藝要求，對金屬礦山選廠有很好地指導意義。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)工藝選擇合適傳感器頻率和間距、出廠零點標定矯正、采用三點標定法設(shè)備標定、周期性標定檢驗并跟蹤比對；通過超聲波濃度計在鐵礦廠的研究與實踐，進一步推進了超聲波濃度計在廠礦企業(yè)精確測量并穩(wěn)定使用。

參考文獻

[1] 劉敏.超聲回波衰減增益補償測沙技術(shù)研究[J].泥沙研究,2001(2):44-47.

[2] 蘇明旭,蔡小舒.超聲衰減法測量懸濁液中顆粒粒度和濃度[J].聲學學報,2004,29(3)：38-42.

[3] 蘇明旭,蔡小舒.超細顆粒懸濁液中聲衰減和聲速的數(shù)值分析研究[J].聲學學報,2002,27(3)：61-64.

[4] 應崇福.超聲學[M].北京：科學出版社,1990:266-267.

[5] 李剛,林凌.與8051兼容的高性能、高速度單片機——C8051Fxxx[M].北京：北京航空航天大學出版社,2002:155-169.

[6] 劉國良,廖力清.AD9833型高精度可編程波形發(fā)生器及其應用[J].國外電子元器件,2006(6):44-47.

[7] 江澤濤,俞子榮,萬光逵.超聲乙醇濃度在線檢測儀[J].自動化儀表,2001,22(1):25-27.

[8] 董方武.基于ZigBee的在線堿液濃度計[J].自動化儀表,2009,30(8):76-78.

[9] 陳夕松,顧新艷,李奇,等.磨礦二段球磨濃度前饋串級復合控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].自動化儀表,2004,25(12):62-64.

中圖分類號：TH83

文獻標志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201507026

修改稿收到日期：2015-01-04。

作者郎進平(1973-),男，2004年畢業(yè)于太原理工大學機械及自動化專業(yè)，工程師；主要從事電氣和自動化控制技術(shù)管理和應用工作。