專利名稱：一種對煤炭灰分離線快速分析的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種灰分檢測方法，具體說涉及一種用<y射線結合電子稱重測量 煤炭灰分的方法。
背景技術：
離線式測量分析煤炭灰分的方法，最早也最普遍使用的是燃燒測重法，即先 取一定重量葡的煤樣，然后依照規(guī)范的操作規(guī)程燃燒煤樣，最后稱量出最終剩
余的灰分物質的重量經，就可以根據(jù)下面公式計算出灰分值H:
# =皮/新X 100%
但是這種方法操作過程煩瑣，需要時間較長， 一般在4(K50分鐘之后才能得到分 析結果。
為了能夠快速得到煤樣的灰分值，現(xiàn)在有一種利用物質對Y射線吸收規(guī)律 來測量靜態(tài)煤樣灰分的檢測裝置，該裝置采用雙光子源(镅-241,銫-137)放出 兩組不同能量的Y射線，由于煤和灰分對兩組Y射線的吸收效率不同，儀器記 錄無物料時及有物料時的Y射線強度，并將其轉換成電信號，計算機根據(jù)這些 數(shù)據(jù)的變化可以計算出煤灰分含量。這種分析方式能夠把測量時間縮短為3 5 分鐘左右。
但是由于兩組不同能量的Y射線的穿透能力相差懸殊，導致如果煤樣厚度 滿足镅-241的低能Y射線的有效透射的話，則無法使銫-137的中能Y射線的 強度在透射前、后有足夠明顯的變化，導致測量精度不高。而如果要保證銫-137 的中能Y射線的強度在透射前、后有足夠明顯的變化，就必須增加煤樣的厚度， 但是這樣一來，會將镅-241的低能Y射線吸收過多，探測到的透射后的低能Y 射線強度過低，受本底和漲落效應的影響過大，導致較大的測量誤差。而為了保
證檢測精度，則需要延長測量時間以降低漲落效應的影響，無法將測量時間縮減
到最小。

發(fā)明內容
針對前述檢測方法存在的缺陷，提出一種用Y射線與壓力傳感器直接測量煤 樣，對靜態(tài)煤樣灰分進行快速分析的方法。 本發(fā)明采用的具體技術方案是
1) 取樣將煤樣自然堆積在容積尺寸固定的樣品盒內，用刮板沿樣品盒上 沿刮平；
2) 檢測裝置在固定支架下層置有同位素放射源裝置，在固定支架中層裝 有壓力傳感器，壓力傳感器信號輸出端聯(lián)接主機，在壓力傳感器上置有托盤，在 固定支架上層置有Y射線探測器，Y射線探測器的信號輸出端聯(lián)接主機；
3) 檢測與計算檢測時，將樣品盒置于托盤上，啟動放射源、Y射線探測 器、壓力傳感器主機；放射源發(fā)出的Y射線穿透煤樣后，被探測器接收到，探測 器將測量到的Y射線轉變?yōu)槊}沖信號，傳輸?shù)街鳈C中；壓力傳感器將受到的壓 力轉變?yōu)殡妷盒盘枺偻ㄟ^電壓/頻率變換電路將電壓信號轉變?yōu)槊}沖信號；主 機根據(jù)接收到的信號中分別對應壓力傳感器所承受壓力大小和Y射線強度的兩 路計數(shù)率，依據(jù)下式計算出煤樣的灰分值H:
/f-4 (lnAT20—lnW2) / (M—Mo) +丑 OVi—W10) +C
其中Mo為樣品盒中無煤樣時測量到的對應壓力的計數(shù)率； M為樣品盒中有煤樣時測量到的對應壓力的計數(shù)率； iV2o為樣品盒中無煤樣時測量到的對應Y射線的計數(shù)率； ' JV2為樣品盒中有煤樣時測量到的對應Y射線的計數(shù)率； 丄5、 C則為待定系數(shù)，該待定系數(shù)通過對已知灰分的煤樣進行測量，然
后用最小二乘法進行線性回歸求得。
本發(fā)明的特點是采用靈敏壓力傳感器直接稱量煤樣的總量，使得煤樣的厚度
可以是滿足同位素放射源镅-241最佳測量的厚度，保證高精度測量，并且結構簡
單、操作簡便，處理后可以迅速直接讀出結果并對結果進行保存。
本發(fā)明適用于需要對煤炭進行快速準確分析灰分的場合，可以用于熱電廠、
港口等需要對礦倉、料堆煤炭進行灰分分析的地方。


圖1為具體實施方式
中檢測裝置安裝結構示意圖
圖中1固定支架，2屏蔽輸出器，3放射源，4準直孔，5樣品盒，6托盤，7 壓力傳感器，8探測器，9主機，IO閃爍晶體，ll光電倍增管，12電路板。
具體實施例方式
結合附圖具體說明本發(fā)明的檢測方法。
屏蔽輸出器2被安裝在支架1的下層，屏蔽輸出器2內裝有放射源3，放射 源3為241Am同位素源。為了對放射源進行防護，使用屏蔽輸出器2對放射源所 輻射的射線進行屏蔽防護，屏蔽輸出器2開有圓錐形準直孔4，使得放射源3發(fā) 出的Y射線只能在準直孔4所束縛的空間中傳播，并且當射線輻照到樣品盒5底 部時，輻照面積剛好與煤樣相符。
壓力傳感器7固定在支架1的中層，在壓力傳感器7上，裝有托盤6，托盤 6的中間開有一個圓形孔，孔的直徑與樣品盒5的內直徑相符；并在圓形孔邊加 工有臺，臺邊的寬度與樣品盒5的壁厚相符。
探測器8固定在支架1的上層。探測器8為常規(guī)的閃爍體探測器，其內部 由下至上依次裝有閃爍晶體10、光電倍增管11、電路板12，閃爍晶體10的直 徑與樣品盒5的內直徑相符。
整臺裝置的安裝，保證閃爍晶體10的中軸、托盤6中間圓形孔的中心以及 放射源3處于同一條豎直的垂線上。
當樣品盒5被放置于托盤6上時，剛好可以卡在托盤6的圓形孔臺邊中。并 且放射源3沿準直孔4輻射出的Y射線照射到樣品盒5時，射線剛好穿過托盤 6的圓形孔，覆蓋面為圓形，其圓心及直徑分別與樣品盒5的圓心及內徑相符。 樣品盒5為鋁質的圓桶狀，可以從托盤6上取走。
使用時，在樣品盒5中自然堆積煤樣，然后用刮板沿樣品盒5上沿刮平，使 煤樣的總體積剛好等于樣品盒5的容積。然后將樣品盒5連同煤樣一并放置于托 盤6上。
壓力傳感器7能夠將受到的壓力轉變?yōu)殡妷盒盘?，并且電壓的伏值與所受到 壓力的大小成正比。電壓信號被發(fā)送到主機9后，通過電壓/頻率變換電路將電
壓信號轉變?yōu)槊}沖信號，其中脈沖信號的頻率與電壓的伏值成正比例關系，主機 9通過計數(shù)器記錄脈沖數(shù)率。
放射源3發(fā)出的Y射線照射到煤樣后， 一部分與煤樣發(fā)生相互作用，還有 一部分穿透煤樣而被探測器8接收到。而射線穿透煤樣前、后的強度，符合物質 對Y射線的吸收規(guī)律
H , e(一
其中/為透射后的射線強度，io為透射前的射線強度，W為煤樣對Y射線的吸
收系數(shù)，rf為煤樣的質量厚度。而#的數(shù)值與煤樣的灰分相關，d與煤樣的密度 相關。
探測器8將將測量到的Y射線轉變?yōu)槊}沖信號，傳輸給主機9。 儀表主機9根據(jù)接收到的分別對應壓力傳感器7所承受壓力大小和探測器8
接收到Y射線強度的兩路計數(shù)率，依據(jù)下式計算出煤樣的灰分值i/:
j (lnJV加一InJST2) / (M—JST10) +5 (M—W10) +C 其中Ww為樣品盒中無煤樣時測量到的對應壓力的計數(shù)率，M為樣品盒中有煤樣
時測量到的對應壓力的計數(shù)率,w20為樣品盒中無煤樣時測量到的對應y射線的 計數(shù)率，w2為樣品盒中有煤樣時測量到的對應Y射線的計數(shù)率；丄5、 C則為
待定系數(shù)，可以通過對已知灰分的煤樣進行測量，然后用最小二乘法進行線性回 歸求得。
主機由脈沖信號整形電路、信號接口電路、CPLD邏輯處理電路、32位的 ARM7內核嵌入式控制系統(tǒng)電路、電源電路、PC104工控板電路、觸摸工業(yè)液晶 顯示屏等組成，實現(xiàn)漢字菜單窗口操作。主機獲取信號，進行數(shù)據(jù)處理，得到煤 樣灰分值；可手動輸入煤樣編號、名稱，與測量結果共同保存；可査詢或外接打 印設備打印歷史記錄。
應用實例
樣品盒采用鋁制，呈圓桶狀，下有底，上敞口。其內容積為010X5cm。壁 厚為3mm，下底厚度為lmm。
放射源為^Am同位素源，活度為1.85x10、。
探測器為閃爍體探測器,閃爍晶體選用NaI(Tl)晶體,晶體尺寸為①10X2cm。主機采用高性能PC104工控板，寬溫彩色液晶觸摸顯示屏，實現(xiàn)漢字菜單 窗口操作。主機獲取信號，進行數(shù)據(jù)處理，得到煤樣灰分值；可手動輸入煤樣編 號、名稱，與測量結果共同保存；可査詢或外接打印設備打印歷史記錄。
通過對一組已知煤樣按常規(guī)方法標定測量，得到相應的參數(shù)如下-
A= 18.7821 B-0.8372 C = -33.3466
利用本方法對煤樣進行灰分測量，測量時間為1分鐘，測量結果與燃燒失重 法獲得結果對比，均方誤差小于0.5%。
權利要求
1一種對煤炭灰分離線快速分析的方法，其特征在于1)取樣將煤樣自然堆積在容積尺寸固定的樣品盒內，用刮板沿樣品盒上沿刮平；2)檢測裝置在固定支架下層置有同位素放射源裝置，在固定支架中層裝有壓力傳感器，壓力傳感器信號輸出端聯(lián)接主機，在壓力傳感器上置有托盤，在固定支架上層置有γ射線探測器，γ射線探測器的信號輸出端聯(lián)接主機；3)檢測與計算檢測時，將樣品盒置于托盤上，啟動放射源、γ射線探測器、壓力傳感器、主機；放射源發(fā)出的γ射線穿透煤樣后，被探測器接收到，探測器將測量到的γ射線轉變?yōu)槊}沖信號，傳輸?shù)街鳈C中；壓力傳感器將受到的壓力轉變?yōu)殡妷盒盘枺ㄟ^電壓/頻率變換電路將電壓信號轉變?yōu)槊}沖信號；主機根據(jù)接收到的信號中分別對應壓力傳感器所承受壓力大小和γ射線強度的兩路計數(shù)率，依據(jù)下式計算出煤樣的灰分值HH＝A·(lnN20-lnN2)/(N1-N10)+B·(N1-N10)+C其中N10為樣品盒中無煤樣時測量到的對應壓力的計數(shù)率；N1為樣品盒中有煤樣時測量到的對應壓力的計數(shù)率；N20為樣品盒中無煤樣時測量到的對應γ射線的計數(shù)率；N2為樣品盒中有煤樣時測量到的對應γ射線的計數(shù)率；A、B、C則為待定系數(shù)，該待定系數(shù)通過對已知灰分的煤樣進行測量，最小二乘法進行線性回歸求得。
全文摘要
一種對煤炭灰分離線快速分析的方法，是采用靈敏壓力傳感器直接稱量煤樣的總量，使得煤樣的厚度可以是滿足同位素放射源镅-241最佳測量的厚度，保證高精度測量，并且結構簡單、操作簡便，處理后可以迅速直接讀出結果并對結果進行保存。本發(fā)明適用于需要對煤炭進行快速準確分析灰分的場合，可以用于熱電廠、港口等需要對礦倉、料堆煤炭進行灰分分析的地方。
文檔編號G01N23/02GK101349658SQ200810013229
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月17日 優(yōu)先權日2008年9月17日
發(fā)明者叢浩杰, 侯朝勤, 輝 劉, 吳志強, 宋青鋒, 尚慶敏, 尹德有, 尹毅強, 偉 張, 繪 熊, 肖憲東, 晶 趙, 龔亞林 申請人:丹東東方測控技術有限公司