CC BY
84
Шубин И. Н., к. т. н., доцент Потемкин Н. С., магистрант Гурова Т. В., магистрант Кондратьев В. Ю., магистрант ФГБОУВПО «ТГТУ» кафедра ТТПН Тамбов
МЕТОДЫ АНАЛИЗА СМЕСЕЙ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
Аннотация: Рассмотрен ряд методов анализа качества смесей сыпучих материалов, основанных на оптическом анализе изображения с помощью ЭВМ по различной цветовой гамме исходных компонентов в смеси.
Ключевые слова: Сыпучий материал, качество смеси, методы анализа.
Shubin I. N.
Potemkin N. S.
Gurova T. V.
Kondratiev V. U.
Tambov State Technical University
METHODS OF ANALYSIS MIXTURE OF BULK MATERIALS
Abstract: Considered the methods of the quality analysis of the mixtures of bulk materials which are based on the optical image analysis using a computer for different colors of the initial components in a mixture.
Key words: Bulk materials, quality of the mixture, the methods of analysis.
Современные отрасли промышленности характеризуются все более возрастающим использованием сыпучих материалов в составе смесей. Эта тенденция характерна для целого ряда отраслей промышленности. При этом спектр смешиваемых материалов и требований к качеству смеси непрерывно расширяется. Выявление особенностей смешивания тех или иных материалов и условий, при которых достигается требуемое качество смеси, путем прямых экспериментальных исследований процесса является продолжительной и дорогостоящей процедурой, так как в каждом микрообъеме смеси возможны бесконечные количества вариантов сочетания компонентов. Поэтому для упрощения данного анализа все смеси принято условно считать двухкомпонентными и рассматривать их однородность с точки зрения содержания ключевого компонента в частях смеси [1].
В данной работе рассматривается один из методов оценки качества смеси сыпучих материалов -оптический [2-4]. Известно несколько методов оценки, каждый из которых можно условно разделить на подготовительную часть и сравнительную. Подготовительная часть этих методов включает в себя, как правило, предварительную подготовку образцов: приготовление тарировочных смесей или таблеток, для определения зависимости концентрации ключевого компонента от яркости; определение количества проб и пробоотбор; сканирование или фотографирование образцов и т. д.
Вторая часть анализа - сравнительная - подразумевает под собой экспериментальную обработку исследуемых образцов. Например, для тарировки в способе [2], в качестве зависимости, аппроксимирующей исходные данные, принята формула
y --+B,
х
где у - искомая концентрация ключевого компонента в рабочей смеси (%), x - среднее арифметическое распределения цветов в рабочей смеси, А, В - тарировочные коэффициенты (рис. 1).
70x30 Диапазон цветов: [105. .252] Среднее арифм. распределения: 187.18 Среднее квааратич. отклонение: 10.17 Коэффициент ваоиаиии. 0.05
^^MHiHflHfll ..........J ■
Рис. 1. Вид обработанного на ЭВМ фрагмента таблетки с определением диапазона цветов Для построения тарировочной кривой (рис. 2) использовались следующие таблетки: компонент 1, компонент 2, смеси с содержанием ключевого компонента (компонент 1) 20, 30, 50, 70, 80 % [5].
концентрация С,% 100
(126.44; (133.95; (141.37; (171.12, (1В7.21, (205.25; (255.00;
0) 20) 30) 50) 70) ВО) 100)
10
120
средний цвет 260
Рис. 2. График зависимости концентрации от цвета: 1 - экспериментальная кривая; 2 - аппроксимирующая кривая
Пример обработанной пробы в виде таблетки приведен на рис. 3.
I analiz
Концентрация: 53.75
Срецнеквадратическое отклонение: 3.73
Коэффициент вариации: 0.02
1 г""' ОТ ] 1
Л
Рис. 3. Пример результата анализа образца
Коэффициент неоднородности определялся по формуле:
K = У C - C J
С^п -1 £Г
где п - количество ячеек, С^ - яркость /-ой ячейки, С - среднее арифметическое значение яркости во всех п ячейках.
А согласно другому способу [4] коэффициент неоднородности смеси рассчитывался по формуле 100
Fc=м
y(s, - ScP л (k -1),
i=1
где к - число частей (ячеек); Si - отличие i-й гистограммы части (ячейки) фактического изображения от «эталонной» гистограммы критерием квазирасстояния пересечений гистограмм Свейна-Балларда; Scp -среднее арифметическое значение отличий [4]. Данный метод определения качества смешивания сыпучего материала, отличался тем, что предварительно получали «эталонную» смесь и ее цифровое изображение. Качество фактической смеси определяли разделением ее цифрового изображения на одинаковое число частей (ячеек) и их сравненивали по гистограммам яркости с изображением «эталонной» смеси (рис. 4).
Рис. 4. Цифровое изображение эталонной смеси (а) и исследуемой (б)
Все рассмотренные способы анализа смесей сыпучего материала позволяли определить коэффициент неоднородности смеси (качество смеси).
Однако общими недостатками рассмотренных методов являются их чувствительность к смесям дисперсных материалов близким по цветовой гамме, а также сложности в определении нескольких ключевых компонентов в многокомпонентных смесях. Решение этой задачи видится в повышении предела чувствительности используемого оборудования, совершенствовании методик пробоотбора и используемого математического аппарата. Тем не менее, оптические методы анализа сыпучих материалов являются наиболее перспективными в современной условиях.
Список литературы
1. Шубин И. Н. Технологические машины и оборудование. Сыпучие материалы и их свойства. Учеб. пособие / И. Н. Шубин, М. М. Свиридов, В. П. Таров. - Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2005. - 76 с.
2. Способ определения качества сыпучих материалов [Текст]: пат. 2343457 Рос. Федерация: МПК G01N 21/85 / Ткачев А. Г., Баранов А. А., Меметов Н. Р., Пасько А. А., Пасько Т. В., Шубин И. Н., Блинов С. В., Авдеева А. В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ТГТУ». - № 2007115024/28; заявл. 20.04.07; опубл. 10.01.09, Бюл. № 1.
3. Способ определения коэффициента неоднородности смесей сыпучих материалов [Текст]: пат. 2371698 Рос. Федерация: МПК G01N 1/28 / Лебедев А. Е., Зайцев А. И., Капранова А. Б., Павлов А. А., Сугак А. В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ЯГТУ». - № 2008101209/12; заявл. 09.01.08; опубл. 27.10.09, Бюл. № 30.
4. Способ определения качества смешивания сыпучих материалов [Текст]: пат. 2487340 Рос. Федерация: МПК 00Ш 21/85 / Демин О. В., Смолин Д. О., Першин В. Ф., Однолько В. Г.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ТГТУ». - № 2012102664/28; заявл. 25.01.12; опубл. 10.07.13, Бюл. № 19.
5. Шубин И. Н. Способ определения качества смеси сыпучих материалов / И. Н. Шубин, М. М. Свиридов, А. А. Баранов // Труды ТГТУ: Сб. науч. статей. - Тамбов, 2003. - С. 116-119.
