超声波浓度计在铁矿厂的研究与实践

Research and Practice on Ultrasonic Densitometer in Iron Ore Plant

郎进平

(太钢集团岚县矿业有限公司，山西 吕梁　035200)

超声波浓度计在铁矿厂的研究与实践

Research and Practice on Ultrasonic Densitometer in Iron Ore Plant

郎进平

(太钢集团岚县矿业有限公司，山西 吕梁035200)

摘要：针对铁矿生产工艺的多样性，采用矿浆管道与传感器一一对应原则，对超声波浓度计传感器重新选型。考虑到矿浆粒度的粗细，对传感器间距进行调整。按照实际工艺化验数据，对超声波浓度计进行校准。试验结果证明，超声波浓度计在铁矿厂中的测量精确度得到提升，使用零点校准法及三点标定法对超声波浓度计进行数据标定将成为铁矿厂应用的方向。

关键词：工艺参数传感器选型 零点校准两点标定三点标定精确测量

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

超声波在穿过介质后其幅值随着浓度增加呈现指数衰减，通过公式系数对其测量准确度进行校准。根据矿浆及尾矿浓度监测的实际工况，调整传感器相关参数，实现精确测量。超声波浓度计是金属矿山矿浆浓度监测的主流设备。

1测量精度影响因素

1.1　测量介质性质

测量介质性质包括矿浆的组成及其所占比例、矿浆的粒度大小、矿浆瞬时流量、矿浆中气泡的存量。以上因素对浓度计的各项技术指标起指导作用。

1.2　传感器选型

传感器的选型包括测量能力(测量超声波频率的大小)、传感器收发两端的间距及其耐磨强度。传感器选型与现场实际工况必须匹配，匹配度越高，其测量结果利用价值越强。

1.3　标定和校准

标定和校准包括标定样的有效性、标定样的化验精度、超声波浓度计零点信号值的有效性和测量方式的正确选取。标定与校准工作对技术人员的操作标准的要求性较强，实际操作越缜密，其结果更可观。

2测量精度提升措施

2.1　工艺参数

铁矿厂主要处理资源为磁铁矿、赤(镜)铁矿及褐铁矿，其次为菱铁矿，另含微量黄铁矿、黄铜矿及朱砂；脉石矿物主要为石英，镁铁闪石、阳起石、铁滑石、绿泥石及铁黑硬绿泥石等，其次为碳酸盐类矿物，包括白云石、方解石等[5]。原矿化学多元素成分分析如表1所示。

铁矿生产线相关工艺指标如表2所示。

表2　铁矿生产线相关工艺指标

在传感器测量间距不变的情况下，发射频率越小，测量能力越大(频率最小为500 kHz)；在传感器测量频率不变的情况下，测量间距越小，测量能力越大(间距最小为25 mm)[1]。流经传感器的矿浆粒度和瞬时流量则直接影响传感器的磨损情况。

综合生产工艺参数分析与实践生产中超声波浓度计的测量情况，超声波浓度计实际运用中会出现浓度测量不稳定或无法测量的现象，原因在于仪器测量能力无法满足此铁矿粉生产线实际工况的要求。

鉴于上述情况，将超声波传感器测量频率从原来的1 MHz变更为500 kHz；传感器收发间距从原来的100~293 mm更改为25~80 mm；传感器探头材质在不锈钢表面再加耐磨涂层，以防其磨损过快[6]。

2.2　浓度计参数校准

超声波浓度计传感器与转换器具有一一对应关系，相应参数已在转换器电路板中预先设置，不同传感器在工厂进行校准情况都不一样[2]。

国内暂无超声波浓度计检定规程，校准工作以实际工况与仪器自身校准程序相结合的方式进行。首先进行传感器收发端间距的准确测量，其间距是毫米级，安装过程中需采用卡尺和测量精度为0.001级的红外测距仪多次测量，取平均值并将结果设置于转换器中；然后进行超声波浓度计零点信号值校准，浓度计出厂校准值是在清水和泥浆中进行，并不符合铁矿选厂环水和矿浆环境，需重新进行校准[4]。

校准方法是基于浓度计两点标定方式，浓度计测量曲线的方程为y=ka+D(y为实际的浓度值，a为信号值,k为斜率,D为常数，可通过计算获得)。在测量波形良好情况下，信号值可以正确反映测量介质的实际浓度值。在脉冲测量方式下具有良好的波形，首先要根据实际测量工况建立正确方程式。

为使建立的曲线最大程度接近实际，则需要尽可能多取样，并且样本浓度差值越大越好，如矿浆的浓度值在(0~5%)、(20%~25%)、(40%~45%)、(60%~65%)。

生产管道内开始生产时会打环水，同时矿浆浓度有一个逐步提升的过程，而生产正常后，矿浆的浓度值比较稳定[7]。经研究，在管道内打环水或是矿浆浓度较低情况下取样化验，记录当时的信号值；在生产正常的时候取样化验，记录当时的信号值。分别得到浓度较低时样品的化验值yL(最少为连续两个样品平均值)、对应取样时信号值XL(取样过程中信号变化平均值)、浓度较高时样品的化验值yH(最少为连续两个样平均值)、对应取样时信号值XH(取样过程中信号变化平均值)。

将数值代入到y=ka+D的方程中,yL、yH与y对应，XL、XH与a对应，从而得到k、D的值。将k、D代入到0=ka0+D，得到a0的值则为X0′(校准的零点信号值)，将零点信号值录入仪表设置。

在两点标定基础上，进行三点标定：测量值为连续取样仪表测量平均值，化验值为样品平均值，偏差是以化验值为真值测量值与化验值的相对误差。人工化验值的精度一般在0.7%，超声波浓度计的测量精度为2.5%，其本身与化验值的精度有关。

以下为5组样品的测量比对分析，分别如表3~表6所示[3]。

表3　一段旋流器给矿浓度数据对比分析表

表4　二段旋流器给矿浓度数据对比分析表

表5　浮选给矿浓度数据对比分析表

表6　精矿输送浓度数据对比分析表

3结束语

超声波浓度计测量趋势与选矿厂生产实际浓度变化趋势相符前提下，测量偏差满足2.5%，实践取得了成功。经过在铁矿选厂长期研究与实践，超声波浓度计已真正服务于现场生产，测量精度满足生产工艺要求，对金属矿山选厂有很好地指导意义。根据现场生产工艺选择合适传感器频率和间距、出厂零点标定矫正、采用三点标定法设备标定、周期性标定检验并跟踪比对；通过超声波浓度计在铁矿厂的研究与实践，进一步推进了超声波浓度计在厂矿企业精确测量并稳定使用。

参考文献

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[2] 苏明旭,蔡小舒.超声衰减法测量悬浊液中颗粒粒度和浓度[J].声学学报,2004,29(3)：38-42.

[3] 苏明旭,蔡小舒.超细颗粒悬浊液中声衰减和声速的数值分析研究[J].声学学报,2002,27(3)：61-64.

[4] 应崇福.超声学[M].北京：科学出版社,1990:266-267.

[5] 李刚,林凌.与8051兼容的高性能、高速度单片机——C8051Fxxx[M].北京：北京航空航天大学出版社,2002:155-169.

[6] 刘国良,廖力清.AD9833型高精度可编程波形发生器及其应用[J].国外电子元器件,2006(6):44-47.

[7] 江泽涛,俞子荣,万光逵.超声乙醇浓度在线检测仪[J].自动化仪表,2001,22(1):25-27.

[8] 董方武.基于ZigBee的在线碱液浓度计[J].自动化仪表,2009,30(8):76-78.

[9] 陈夕松,顾新艳,李奇,等.磨矿二段球磨浓度前馈串级复合控制系统的设计[J].自动化仪表,2004,25(12):62-64.

中图分类号：TH83

文献标志码：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201507026

修改稿收到日期：2015-01-04。

作者郎进平(1973-),男，2004年毕业于太原理工大学机械及自动化专业，工程师；主要从事电气和自动化控制技术管理和应用工作。