Устройство для определения скорости и объема выделяющихся газов

 

О Il И C А Н И Е <,>,!ооов!з

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Сеюз Сеаетскттк

Соцнапнстттческик

Респубттии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дояолнительиое к авт. свид-ay № 838574 (51)М. Кл.

GI 01 P 5/00 (22) Заявлено 22.09.80 (2! ) 2984455-18-10 с присоединением заявки М (23 ) П риоритет

Гэвудврстеевкъзй квттвтет (u> УДК531.767 (088. 8) Опубликовано 28.02.83. Бктллетень № 8

/ ве аелам взебретеикв и вткрытий

Дата опубликования описания 28.02.83

А. В. Трофимов, М. М. Мордасов и

/у (72) Авторы изобретения тЖМЖ ., и:! т ."< ° -., «< т

Т

ы,:„-;. -,

1 (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ

И ОБЪЕМА ВЫДЕЛЯЮШИХСЯ ГАЗОВ

15! . Изобретение относится к измерению параметров движения и может быть использовано для исследования или автоматического контроля процессов газовыделений в. лабораторных или произвоцственных условиях из жидкостей и твердых тел как под действием избыточного давления, так и разряжения.

По основному авт. св. N< 838574 известно устройство для-определения скорости и объема выделяющихся газов, содержащее измерительную камеру, измерительный преобразователь, частотомер, счетчик импульсов, исполнительный механизм, источник постоянного давления, камеру с анализируемым веществом и двухходовой кран; при этом измерительный преобразователь содержит золотниковый элемент, к выходу которого подключена измерительная камера и 2о через преобразователь давления — триггер с раздельными входами, а выход триггера соединен с входами частотомера, счетчика и исполнительного механизма золотникового элемента, причем входы золотникового элемента соединены друг с другом через двухходовой кран, один из них подключен к преобразователю давления и к источнику постоянного дав ления, а другой вход — к камере с анализируемым веществом 1 j ..

Недостатком известного устройства является малый диапазон измерения параметров газовыделений. !

1ель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения.

Указанная цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено рас» пределителем импульсов, включенным между выходом триггера и входами чаототомера и счетчика импульсов, а в преобразователе давления установлены пять элементов сравнения давлений, пять задатчиков давления, генератор линейно нарастающего давления, блок суммирования, блок памяти, три логических элемента И и три логических элемента НЕ, причем отрицательцы<. камеры

3 10 первого элемента сравнения соединены с первым задатчиком давления и с ка-мерой постоянного давления, его положительные камеры - с измерительной камерой и с выходом блока пямяти, а

Ь .выход - с первым входом триггера и через первый элемент HE - с вторым входом триггера, Выход которого соединен с управляющим входом блока памяти и через последовательно соединенные второй элемент НЕ и генератор линейно нарастающего давления с положительными камерами второго и третьего элементов сравнения, отрицательные камере) которых подключены к второму и третьему задач чикам давления, отрицательные камеры четвертого и пятого элементов сравнения соединены с измерительной камерой, их положитепьные камеры — с четвертым

,и пятым задатчиками давления, а выходы - с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходам второго и третьего элементов сравнения, а выходы — к управляющим входам распределителя импульсов, при этом выход первого элемента И через третий элемент И соединен с первым управляющим входом, блока суммирования, выход второго элемента

И соединен с вторым управляющим входом блока суммирования и через третий элемент НŠ— с вторым входом третьего элемента И, а выход блока суммирования подключен к информационному входу блока пямяти.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема возможного варианта построения преобразовате- .

as давления на элементах пневматических систем автоматики; на фиг.3 -. схема распределителя импульсов; на фиг. 4схема учета веса импульсов.

Устройство для определения скорости и объема выделяющихся газов включает в себя золотниковый элемент 1, к каналу 2 которого присоединена камера 3 постоянного давления. и вход 4 крана 5.

Вход 6 крана 5 подключен к штуцеру камеры 7 и к входу 8 золотникового элемента 1. К входу 9 золотникового, элемента 1, подключена измерительная камера 10 и вход 11 дифференциального преобразователя 12 давления, вход

13 которого подключен к камере 3 постоянного давления. Выходы преобразователя 12 давления подключены к соответствующим входам триггера 14 с раздельными входами. Частотомер 15, счетчик

00912

16 импульсов и исполнительный механизм

17 золотникового элемента 1 воспринимают импульсы от триггера 14. Канал

18 золотника 19 соединяет канал 9 с каналом 2 или 8.

Устройство дополнительно содержит распределитель 20 импульсов.

Преобразователь 12 давления выполнен в вида пятимембранного элемента 21

10 сравнения, задатчика 22, блока 23 памяти двух логических элементов НЕ

Э

I.

24 и,25, генератора 26 линейно нарастающего давления, двух блоков 27 и 28 сравнения, логического блока 29 и блои ка 30 суммирования.

Блок 27 сравнения выполнен в виде двух элементов 31 и 32 сравнения и двух задатчиков 33 и 34. Блок 28 сравнения состоит из двух элементов

20 35 и 36 сравнения и двух задатчиков

37и 38, Логический блок 29 состоит из трех логических элементов И 39 - 41 и лс гического элемента НЕ 42.

2S: Блок 30 суммирования состоит из схемы 43 суммирования и двух нормально закрытых клапанов 44 и 45.

Блок 23 памяти (фиг. 2) выполнен в виде ячейки 46 памяти, нормально щ закрытого клапана 47 и импульсатора

48, построенного на трехмембранном реле 49 с подпором, дросселе 50 и емкости 51.

Схема 43 суммирования (фиг. 2)

35 состоит из задатчика 52 и пятимембранного элемента 53 сравнения.

Распределитель 20 импульсов (фиг 3) состоит из шести логических элементов

И 54 - 59 и двух логических элементов

НЕ 60 и 61. Выходы распределителя импульсов соединены с частотомером

15 и счетчиком 16 через схему учета веса импульсов (фиг. 4), состоящую .из элементов ИЛИ 62 и 63 и пересчетных схем 64 - 67. ф$

Устройство построено на элементах промышленной пневмоавтоматики.

Устройство для определения скорооти и объема выделяющихся газов работает следующим образом.

В начальный момент времени канал

8 золотникового элемента 1 соединен через вход 9 с измерительной камерой

10 и с входом 11 преобразователя 12 давления. Газовыделение в начальный

r5 момент отсутствует. Поворотом крана

5 кратковременно сообщают вход 8 золотникового элемента 1 с камерой 3 постоянного давления, производя тем

000912 4 в виде последовательности прямоуголь ных импульсов, частота следования которых пропорциональна скорости газовы» . делений, а количество импульсов пропорционально количеству выделившегося газа.

В начальный момент времени давление в измерительной камере 10 равно давлению в камере 3 постоянного давления, т.е. Р. = P . Давление на выходе бло1О ка памяти (Р з) равно нулю. Под действием давления задатчика 22 (Р 2) реагирующий орган элемента 21 сравнения переместится вверх и давление на его выходе станет равным нулю, т.е. Р . О.

Давление на выходе элементов 31 и 32 сравнения рВВНо нулю, T,e, p gq ——

= О. Поэтому давление на выходе элементов 40 и 41 равно нулю, т.е. Р,ц» =

= Р ° = О и клапаны 44 и 45 закрыты. 1

26 Давление на выходе элементов 35 и 36 равны единице, т.е. P = Р .

Соотношение между давлениями задат иков 22, 33, 34, 37, 38 и 52 следующее:

Р22. 52 Р 31 22 Р52 ЬР

Р58 Р22 2 Р52 + ЬР Р33 РЗ+

ЬР -C00S<.

Величина Р вводится для стабильнооти работы устройства в момент переключения, чтобы не произошло срабатывание зо элементов 35 и 36 раньше элемента 21.

Сигналы Р 1= 0 и Р2 = 1 переведут триггер 14 в нулевое состояние, .е, Р„,,= О.

5 -1самым подачу в камеру 7 с анализируе мой жидкостью разряжения, при котором необходимо провести измерения. После создания над поверхностью жидкости разряжения требуемого уровня кран 5 переводят в положение, при котором каналы 2 и 8 отсоединяются -друг от друга.

Начинается процесс газовыделений.

При выделении газов из жидкости разряжение в системе уменьшается. На входы 11 и 13 преобразователя 12 давления поступает разность давлений, абсолютная величина которого растет с увеличением количества выделяющихся газов. Как только эта разность давлений достигнет некоторого максимальноФ

ro значения, определяемого настройкой преобразователя 12, на выходе преобразователя 12 появится сигнал, переводящий триггер 14 в состояние с единичным выходом. Этот сигнал поступает на вход исполнительного механизма 17, который при этом перемещает золотник

19, соединяя канал 2 с каналом 9. Происходит разгрузка емкости 10 в камеру

3 постоянного давления, т.е. происходит заряд емкостч 10 до начального давления, а вместе с этим и выброс выделяюшихся газов.

После того, как в емкости 10 давление достигает заданного значения, определяемого настройкой преобразователя 12, триггер 14 срабатывает. На его выходе появляется сигнал нулевого уровня, которым золотниковый элемент 1 переводится в начальное состояние, т.е. камера 7 соединена с акмерой 10 через каналы 8, 18 и 9. Вновь начинается процесс заполнения камеры 10 выделяющимися газами. Процесс заполнения происходит аналогично рассмотренному выше.

В случае необходимости провести измерения параметров газовыделения при некотором нацеред заданном избыточном давлении в камере 3 создается это давление, а поворотом крана 5 это давление подается в камеру 7 с анали- зируемым веществом. Процесс измерения в этом случае про..екает аналогично описанному выше.

О скорости газовыделений в устройстве судят по частоте переключения триггера 14, которая измеряется частот мером 15.

Количество выделившегося газа определяется числом импульсов, поступивших на счетчик 16 импульсов.

Информация об измеряемых параметрах на выходе устройства представлена

Газы из камеры 7 через каналы 8, 18 и 9 золотникового элемента 1 поступают в измерительную камеру 10. При

- О сигнал на выходе логического

Г,, элемента 25 будет равен единице, т.е.

P = 1 которая запустит генератор 26, 25. на выходе которого давление будет линейно возрастать. Если при малой скорости газовыделений за заданный интервал времени давление Р10 не достигнет Р22» то наступит момент времени, когда давление Р превысит давление на выходе задатчика 33. Реагирующий орган эле2Ь мента 31 переместится вниз и на выходе этого элемента появится единица, ° e. P =1, при P32=0. Ecm

Р10 (РЗ, то Р gg — 1, а Р40 — О. Гот + Р42 Р4-0 1 " Р+1 Р39 Р40

Клапан 44 открывается и давление Р52 проходит в ячейку 46 памяти, уменьшая тем оамым величину давления срабаты вания элемента 2 1, которая станет равным

Р21 сраР Р22 52

Если за заданный интервал времени

1000М2 давление в измерительной камере 10 не превысит давление срабатывания элемента 21, то давление Р2 превысит давление Р, и на выходе элементу 32 появится единица, т. е, Р32 1, Тогда РФо

Р36 РЭ2 1,а Р41 Р39 Р42

= Рз Р4О = О. Поэтому клапан 44 закроется, а клапан 45 откроется и в ячейку 46 памяти пройдет давление 2 Р 2.

° Давление срабатывания станет равным следующей величине:

Р21сраЬР22- 2 Р °

При превышении давления в измерительной камере 10 давления срабатывания элемента 21 реагирующий орган элемента 21 переместится вниз и на выходе этого элемента появится единица, т.е.

Р2 1= 1, которая переведет триггер 14 в единичное состояние (P<+= 1).

Давление Р,+= 1 запомнит в ячейке

46 памяти давление, поступающее от блока 30 суммирования и поступит на импульсатор 48.

Вследствие наличия дросселя 50 и емкости 51 происходит постепенное нарастание давления в положительной камере трехмембранного реле 49. Через заданный: громежуток времени давление в этой камере превысит давление подпора, реагирующий орган реле 49 переместится вниз и на его выходе появится единица (Р49= 1), которая откроет клапан 47. После сброса давления из камеры 10 через каналы 9, 18 и 2

35 золотникового элемента l в камеру 3 постоянного давления реагирующий орган элемента 21 поднимается вверх и на выходе этого элемента появится ноль, 40 т.е. Р21= О, который переведет триггер 14 в нулевое состояние Р „ = О.

Поэтому реагирующий орган ячейки 46 памяти под действием подпора поднимается вверх и через открытый клапан 47

45 давление в камере запоминания сбросится в атмосферу. При Р4= О давление в положительной камере реле 49 постепенно уменьшается, при достижении величины подпора реле 49 срабатывает, на

50 его выходе появится ноль, т.е. Р,,= О, который закроет клапан 47, Таким образом> импульсатор 48 сдвигает передний и задний фронты единичного импульса триггера 14 на время, величина которого настраиваетея дросселем 50. При55 менение импульсатора 48 стабилизируют пропесс сброса давления из ка». Ры 10

" меру

Начинается новый цикл заполнения камеры 10, при этом величина давления срабатывания элемента 21 равна Р

Таким образом, устройство автоматически подстраивается под величину скорости газовыделения.

Так как давление срабатывания элемента 21 может быть разной величины

2 Р 2- Р 2, Р22 2- Р ), то импульсы, поступающие от триггера 14 в час» тотомер 15 и счетчик 16 мипульсов, необходимо учитывать с разным весовым

/ коэффициентом;

Для того, чтобы в частотомере и счетчике импульсов автоматически учитывалось различие в весовых коэффициентах импульсов необходимо решить две задачи: последовательность импульсов, поступагощих от триггера 14, следует рассортировать в отдельные подпоследовательности, в которых вес импульсов одинаков, и подсчитывать количество импульсов в каждой полученной подпоследовательности и определять общее число импульсов в последовательности путем суммирования частных сумм (полученных в каждой подпоследовательности) с весовым коэффициентом.

Первую задачу решает распределителы

20 импульсов, который поступающие на вход импульсы направляет на определенный выход. На каждом выходе имнульсы имеют одинаковый вес. На первый выход U1 поступают импульсы при

Р „= Р, на второй выход U пос2 » сРаб 22 тупа пу при Р21 аб P22 P O сра на третий выход 3 поступают имйульсы при Р2 с„,а = Р22- 2 О °

В слУчае Р = Р40 О клапаны 44 и

45 закрыты. Выход блока 23 памяти равен нулю. Поэтому давление срабатывания элемента 21 Равно Р2 х= Р 2.

СРа

На первом выходе U. блока 20 появляетединиги, TaK KaK Ц -1 = Р14. Р39 Р40 =

1 0-0 = 1-1. 1 = 1. На выходах 02 и

О сигнал равен нулю.

При Р5ц — 1, Р40= 0 открыт клапан

44 (клапан 45 закрыт). Выход блока

23 памяти равен Р . Роэтому Р

= P32 Р>. На втором выходе U2 "oÿâляется единица, так как Ug Р.и Рз х

ХР = 1 1- О = 1 1-1 = 1. На осталь40 ных выходах. U< и U сигналы равны нулю.

Уч е 3 = 40 закрыт (на выходе элемента -12 пг»и 401 сигнал равен нулю), а кл;»»нп» 1 >»т:.Рыт. Выход блока памяти р:.»г » н 2» g. a

9 10009

21 о Р- 2P0 На третьем выходе О появляется единица, так как

Ug = P P Р,р= 1.1.1. На остальных выходах (/„и 3 сигналы равны нулю, Для решения второй задачи применена 5 схема пересчета. Импульсы с выхода ll3< блока 20 (фиг. 4) непосредственно проходят через логические элементы ИЛИ

62 и 63 на измерительные блоки частотомера 15 и счетчика 16 импульсов. Им- пульсы с выхода 02 блока 20 проходят на измерительные блоки счетчика 16 импульсов и частотомера 15 через пересчетные схемы 64 и 65, которые из каж= дых четырех поступивших импульсов про- >> пускают только три импульса.

Пересчетные схемы 66 и 67 из каж- . дых двух поступивших импульсов пропускают только один. 1

Таким образом, в счетчике 16 импульсов накапливается число импульсов, каждый из которых пропорционален количест- ву газа 8p . Частотомер 15 определяет частоту появления импульсов, пропорциональных количеству газа. 2$

Предлагаемое устройство обеспечивает повышенную точность измерения за счет того, что диапазон измерения изменяется с изменением скорости, так как устройство автоматически подстра- ЭО ивается под величину скорости. давлений, пять задатчиков давления, генератор линейно нарастаюшего давпе» ния, блок суммирования, блок памяти, три логических элемента И и три логических элемента НЕ, причем отрицатель- . ные камеры первого элемента сравнения соединены с первым задатчиком давления и с камерой постоянного давления, его положительные камеры - с измерительной камерой и с выходом блока памяти, а выход — с первым входом тритгера и через первый элемент НЕ - с вторым входом триггера, выход которого соединен с управляющим. входом блока памяти и через последовательно соединенные второй элемент НЕ и генератор линейно нарастающего давления с положительными камерами второго и третьего элементов сравнения, отрицательные камеры которых подключены к второму и третьему за датчикам. давления, отрицательные камеры четвертого и пятого элементов сравнения соединены с измерительной камерой, их положительные камеры - c четвертым и пятым задатчиками давления, а выходыс первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходам второго и третЬего элементов сравнения, а выходы - к управляющим входам распределителя импульсов, при этом выход первого элемента И чьрез третий элемент И соединен с пер- вым управляющим входом блока суммирования, выход второго элемента И соединен с вторым управляюшим входом блока суммирования и через третий элемент НŠ— с вторым входом третьего элемента И,а выход блока суммирования поп» включен к информационному. входу блока памяти.

Формула изобретения

ЭЗ . Устройство для определения скорости и объема выделяюшихся газов по авт. св. № 838574-, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, оно снабжено распределйтелем импульсов, включенным между выходом триггера и входами частотомера и счетчика импульсов, а в преобразователе давления установлены пять элементов сравнения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 838574, кл. („01 P 5/00, 1977 (прототип).

1000012

100ОМ2

Составитель В. Киселев

Редактор С. Пекарь Техред Ж.Кастелевнч Корректор В Бутяга

Заказ 1371/47 Тираж 871 Подписное

ДНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москю, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4