1、LOGOSINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD MIMR-XZ6直管谐振式浓（密）度计的研究与应用 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTDP01 程小舟 LOGO研发单位简介研究背景测量原理技术创新点中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD目 录P02优势分析安装方式测量精度应用实例LOGO 中钢集团马鞍山矿山研究院有限
2、公司选矿自动化是专门从事自动化技术、信息技术研发及工程实施的专业部门，是我国最早在国内黑色、有色、化工、建材等行业开展自动化技术应用研究、矿物加工过程自动控制及专用测控仪表研制的单位之一。选矿自动化成立的四十多年来，先后承担国家纵向技术攻关项目及省市级委托研发项目100余项，取得了50多项重大科技成果，其中大多数都获得省市各级科技进步奖，并在国内众多的矿山生产中得到广泛应用。我们自主研发的破碎智能控制器、磨矿控制器、在线品位分析仪、自动加药机、磨机负荷分析仪、石灰乳自动添加装置、自动加球机、矿用非射线式浓度计等矿山专用测控仪器仪表均在众多矿山得到广泛应用。1.研发单位简介中钢集团马鞍山矿山研究
3、院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTDP03LOGO2.研究背景中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD 矿浆浓（密）度是选矿生产过程中重要的指标参数，也是选矿过程自动控制所必须采集的数据之一。但矿浆浓(密)度的测量一直是选矿自动化行业的技术难题,对矿浆浓(密)度的测量精度直接影响着选矿自动化的控制水平与效果。目前，矿浆浓度在线测量仪表行业内认为比较可靠的产品是射线密度计。射线穿过被测介质后的吸收率与介质的密度存
4、在相应关系，利用这个特性研发的在线密度计有非接触、实时响应、精度较高的优点。但是由于近年来社会各阶层的环保安全意识增强，越来越重视放射源潜在的危险隐患，用户的管理压力和维护成本也大大增加，市场亟需替代射线密度计的替代产品。P04LOGO2.研究背景中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD 目前市场上常见的有差压式密度计、超声密度计等密度测量仪表。但，差压式密度计测量静态液体可以获得很好的效果，但是一旦介质流动产生了压力变化将直接影响压差与介质密度的相关性，导致测量值漂移；超声密度计对介质中的气
5、泡、振动、流动非常敏感，并且测量基准的漂移严重，实际使用过程中需要不断的标定。于是超声波浓度计也较难适应矿山工艺环境和长时间稳定可靠的运行。P05LOGO2.研究背景中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD 通过市场调研，目前市场对选矿过程浓密度的测量仪表有如下期望：无放射源 高精度、高灵敏度 免维护，密度测量值无需现场标定 在线测量，可实时输出浓度值和密度值 测量值对介质流速、介质中的气泡等干扰因素不敏感 仪表传感器尽量简单 传感器测量管材质可选，保证耐磨要求等P06LOGO3.测量原理中钢
6、集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD 在这种背景下我们推出了新型浓密度测量仪表。我们把它叫做“直管谐振式浓密度计”。直管谐振式密度计的传感器由谐振管、支固体、永磁体、线圈、谐振电路等部件组成，其中谐振电路安装在支固体内部。谐振管的材质要求具有高的弹性极限、低的滞弹性效应，并且抗氧化、防腐蚀和耐磨能力强，它是制造传感器的关键材料。P07LOGO3.测量原理中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD
7、P08仪表实体图一次仪表二次仪表 一次仪表安装于测量现场，二次仪表完成数据存储、历史曲线生产及信号远传等功能。二次仪表采用铸铝防爆盒封装，防护等级可达IP65。LOGO3.测量原理中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTDP9 谐振管被电磁激励产生振动，同时信号拾取电路将此机械振动信号转变为电信号反馈给激振电路，电路谐振与振动管固有振动频率f被测介质密度间有函数关系。其仪表内部结构原理框图如下：LOGO3.测量原理中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTIT
8、UTE OF MINING RESEARCH CO.,LTDP10仪表内部结构原理框图LOGO3.测量原理中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTDP11 传感器采用谐振原理，只需检测其谐振频率即可得到流体的密度值，精确高、稳定性好。由于采用锁相环移相跟踪技术，使传感器具有频率跟踪能力，方便传感器电路调试。温度是影响传感器性能的重要因素，所以温度补偿工作是提高传感器性能的重要条件。仪表中采用软件进行传感器的温度补偿省去了复杂的补偿硬件电路，可以发挥微处理器的智能作用，提高检测的准确度，而且适当改
9、变软件参数，可对不同的传感器特性进行补偿。LOGO4.技术创新点中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD测量方式 直管谐振式矿浆浓（密）度在线检测仪，利用检测浆液体流经谐振管时的谐振频率方式替代放射源、超声波等测量方式。谐振管被电磁激励振动，振动频率经过不同密度的矿浆后产生衰减，通过拾振器检测衰减后的振动频率，再利用频率与浆液体的密度函数关系推算出浆液体的浓密度。P12LOGO4.技术创新点中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINI
10、NG RESEARCH CO.,LTD传感器结构 比较典型的良好谐振体结构是音叉，但是如果传感器做成音叉的形式，其测量范围非常受限，测量值代表性不够好，并且接触介质的部件阻挡介质流动，很容易磨损。（一代产品）P13LOGO4.技术创新点中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD传感器结构 管道式结构尤其是直管道介质的通过性最好，不易磨损。但是对支固体结构、驱动电路提出了很高的要求。在这方面我们经过大量实验，对支固体结构材料进行了优化，使其对振动管的振动吸收降到最低，又能够很好的提供支撑，保持结构
11、的稳定性；驱动电路方面增大驱动功率，改变滤波方式，消除基频偏移导致测量精度下降的问题。P14LOGO4.技术创新点中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD耐磨性问题 选矿厂浓密度被测介质是矿粉和水的混合物，在整个选矿工艺中矿浆流速不能过低，否则极易沉淀。这对振动管材质的耐磨性提出了很高的要求。但要使谐振频率稳定，材质必须具备高弹性，这与耐磨性的硬度要求产生了矛盾。经过反复大量的实验和研究，我们选择了耐磨性好的某合金管来制造振动管，弥补了材料弹性不足的问题，另在提高谐振电路性能和支固结构的稳定性
12、之间找到平衡点，并设计补偿电路，解决了测量精度和耐磨性的问题。P15LOGO4.技术创新点中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD取样方式 矿浆是相对比重较大，一旦液体流速下降或静止，矿浆易沉淀。但流速过大，对取样管管壁和传感器的磨损严重，影响使用寿命。仪表经过设计和实验后，采用漏斗形的取样管，漏斗锥度尽可能大，这样可以很好的获取稳定的矿浆流，满足传感器的测量需要，又减小了取样管的摩擦力，同时流速也相对稳定，仪表的取样测量效果良好。P16LOGO5.优势分析中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SI
13、NOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD测量原理测量原理典型测量典型测量精度精度（g/ml）许可证许可证适用矿浆适用矿浆介质介质连续测量连续测量无需现场无需现场标定标定不易磨损不易磨损直管谐振式密度计0.0010.001不需要适用是是是射线密度计0.00250.0025需要适用是不是是差压密度计0.00050.0005不需要不适用是不是不是超声波密度计0.0050.005不需要不一定适用是不是是折射式密度计0.00050.0005不需要不适用是不是-密度推算0.000.005 5不需要适用不是是-P17LOGO5.优势分析中钢集
14、团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTDP18 由上表可见，射线密度计的主要缺点是有放射源和需要现场标定，具有安全隐患；差压式密度计主要的缺点是不适用于流动介质的密度测量，并且膜片易于磨损；超声波密度计对于介质的中的气泡，杂质等干扰因素过于敏感，测量基准容易漂移，需要经常标定，测量精度和稳定性很难满足矿浆密度测量领域的要求。折射式密度计需要测量介质具有透光性，矿浆介质无法满足测量的基本条件。相比而言，直管谐振式密度计有着不可比拟的优势，能很好的满足测量矿浆的需求。LOGO6.安装方式中钢集团马鞍山矿
15、山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD自流管道安装P19LOGO6.安装方式中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD泵送管道安装P20LOGO6.安装方式中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTDP21 一般来说，需要在被测管道上安装取样管道，取样管道进出口保持一定的压差，保证介质能够流过传感器，并且在传感器
16、出口安装阀门调节出口流量，保证传感器测量管道基本满管即可正常测量。LOGO连续7.测量精度中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD序号序号取样时间取样时间取样体积取样体积（L）取样料重取样料重(g)取样密度取样密度(g/L)测量密度测量密度(g/L)偏差值偏差值(g/L)偏差率偏差率(%)109:481.7752298.51294.93 13016.07 0.607042209:551.7752310.81301.86 13119.14 0.914085310:041.7752340.1131
17、8.37 133213.63 1.36338410:071.7752352.41325.30 13304.70 0.470423510:111.7752426.41366.99 1358-8.99-0.89859610:181.7752337.91317.13 132911.87 1.187324工业现场连续取样对比实验数据（人工取样称重测体积计算取样密度，与仪表读数比对，偏差率大部分在1%以内）P22LOGO7.测量精度中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD 除绝对的测量精度，用户往往还会
18、关心浓密度的变化趋势准确性。以下选取了直管谐振式密度计二次表记录曲线画面，可以直观体现浓密度的变化趋势，与实际生产情况对应非常准确。P23LOGO6.测量精度中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD11月1日20时50分左右开机，浓度逐步上升P24LOGO7.测量精度中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD11月1日22时，设备运行平稳，浓度稳定在25%左右P25LOGO7.测量精度中钢集团马
19、鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD11月3日8时30分左右，生产发生小事故，浓度下降到6%左右P26LOGO7.测量精度中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD11月3日14时52分左右，故障排除，恢复生产，浓度逐步上升P27LOGO7.测量精度中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD11月3日1
20、7时19分到18时19分，浓度在24%到33%之间小幅波动P28LOGO8.应用实例中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTDP29LOGO8.应用实例中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTD安装位置P30LOGO8.应用实例中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTDP31LOGO8.应用实例中钢
21、集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTDP32 在马钢姑山矿白象山选矿厂安装的直管谐振式密度计测量效果良好。密度计安装在旋流器溢流管道部位，测量溢流浓度，溢流管采用变径取样管引流的方式测量，介质流动稳定，浓度密度测量亦很稳定，正常生产时，浓度在23%34%之间变化，反应灵敏，测量值记录曲线平稳，并与实际生产情况相符。LOGO结语中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTDP33 直管谐振式浓密度计能够
22、达到和超过放射性源、超声波等原理方式密度计的测量指标。仪表克服了噪声、压力、空气、管道振动及工艺流程变化对仪器带来的干扰，提高了仪器的测量精度、稳定性。该仪表不仅可用于有色、黑色矿山选矿生产过程，还可广泛应用于医药、食品、石油、化工等诸多行业。中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司是为矿山服务的多专业综合性企业，自动化专业与选矿工艺专业结合紧密。多年来，我院在选矿自动化与仪表领域积累了丰富的成功经验。我们愿将我们的产品、经验与技术分享给社会广大企业，为广大企业的良好发展贡献我们的力量。LOGO谢 谢！中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司SINOSTEEL MAANSHAN INSTITUTE OF MINING RESEARCH CO.,LTDP34 程小舟
