Устройство для определения скорости и объема выделяющихся газов

 

— -- -щ с<»м э ай ярри f gg ели 1 ° е б„бдee feHR МЬА

3@8 С C1 5 OO UI

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (61) 1000912 .::. . - .t4eHiа,сравнения и с положительной (21) 3335987/18-10. . . : †.::камерой второго пятимеыбранного эле-. (22) 07 09.81 -:- . . - Мента сравнения, задатиик :соединен . (48) О7.05.83. Бкйь -Ф 17 . :: — .с второй отрицательной камерой пер(72) М.И. Иордасов, .A.B.- Трофим в :. -...вого пятимембранного элемента сраВи В.м. тютюнник:: : .. . :..кения и второй отрицательной .кайерой (53)..532.574(088-8)., - : ;;:- -.= ; второго пятимембранноГо: :.элаайта, (56) 1. Авторское свидетельство CQCP:-. сравнения, .а вторые положительнйе по:заявке Ф 2984455/16-10 - -: -,:.. ;.;камеры пятимембранных элементов :сравкл . G 81 P "5/ОО, 22Я9.62. . -: : .нення соединены.с атмосферой. -::выходы из -этих элементов соединецы-через (54)(57) УСТРОВ. ТВО ДЙЯ- ОНРЕЛБДЕВИЯ,: "..:лсгиЧеский элемент ИЛИ.с одним Иэ .

СКОРОСТЕЙ И::08ЪЕИА ВЬЩЕИЯЕй(ИХСАН ..:ГЮОВ; . .:входов первого логического элемента по авт. св.: В 1ОО0912 -o T л Й ч а "...: И..выход второго трехмембраниого., ю щ е-.е с я: тем,. что, с целью - ;: :элемента сравнения соединен "через увеличения; точности -опРеделе»ния,: : .: :.:йервый импульсатор.с. вторым входом; скоростй -вмделения газов, .устРойст-. : ---., первого логйческого элемента И="и . с .::® . во дополнительно снабжено ячейкой : ;.. однйм из входов первого".трйггера, памяти, двумя пятимейбранными- эле-.: выход которого соединен:с: камерой ментами сразнейня„ э@датчиком ло-.= -,,-ynpaaaeaag ячейки памяти. нйх6д им - - гическим элемейтом:ИЛИ,, дВУмя им" :: - :пульсатора блока памнтй:соединен:.е, пульсаторами, двумя логйческнми .эле--: одним из входов.второге логического ментами И и-.двумя .трйггерамй причем,--.:--элемента И, а второй щНщ -, аого эле- . Я.. выход йэмерительной:камеры соединен;.;.-.:..:-::мента соединен с-выходом:вт щого с., входом ячейки йайяти :, .;с.:п0йожи-. - . триггера,- выход второго.лохчиВеского . . тельной камерой .периса-;.nятнмeМбрaH; --: †: Элемента И соединен.с клапанои биока ного;элемента аравнения и-. ф:.отрца- : .- . памяти и через второй,::ййпулЬсатор, ного элемента:сравнена,;- выход ячей-:. Ров„ а выход первого логического ми:памяти соединен, c:отрицательной: :, . - элемента и-соединен:с -однйм:.из вхо- камерой первого пятивюеМбранного- эле-,. -"дов .второго триггера.

1016745

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

По авт,св. 9 1000912 известно устройство для определеняи скорости и объема выделяющихся газов, содержащее измерительную камеру, измерительный преобразователь, частотомер, счетчик импульсов, исполнительный механизм, источник постоянного давления, камеру с анализируемым веществом, двухходовый кран, распределитель импульсов, включенный между выходом триггера и входами частотомера и счетчика импульсов, при этом измерительный Преобразователь содержит золотниковый элемент, к выходу которого подключена измерительная камера и через преобразователь давления - триггер с:разделительными входами, а выход триггера соединен с входами частотомера, счетчика импульсов и исполнительного механизма золотникового элемента, причем входы золотнчкового элемента соединены друг с другом через двухходовый кран, один из них подключен к преобразователю давления и источнику постоянного давления, а другой вход к камере с анализируемым веществом, 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 отрицательные камеры первого элемента сравнения соединены с первым задатчиком давления и камерой постоянного давления, его положительные камеры - с измерительной камерой и выходом блока памяти, а выход — с первым входом триггера и через первый элемент НЕ - с вторым входом триггера, выход которого соединен с управляющйм 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 кбторых подключены к второму и третьему зацатчикам давления, отрйцатвльйые камеры четвертого и пятого элементов сравнвния соединены с. измерительной камерой, их положительные 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 третье-. .го 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 И вЂ” c вторым

l0 Входом третьего элемента И, а выход блОка суммирования подключен к информационному входу блока памяти (1), Недостатком известного устройства является относительно малая точность 15 определения скорости газовыделения.

Это объясняется тем, что за каждый период заполнения газами измерительной камеры устройство находит оптимальную величину срабатывания перво20 го элемента сравнения. В начале нового периода заполнения давление срабатывания сбрасывается и становится равным максимальному значению.

Вновь начинается поиск оптимальной величины срабатывания первого элемента сравнения, что увеличивает интервал времени:.,от начала заполнения до момента опустЬаения измерительной камеры. Поэтому определяется средняя скорость газовыделения эа достаточно большой интервал времени накопления.

Для увеличения точности определения скорости газовыделения необходимо, чтобы при одинаковом количестве отбираемого газа в одной дозе время заполнения измерительной камеры . было меньше. Оно будет меньше, если после окончания периода накопления давление срабатывания не сбрасывается, а остается прежним (при условии, 40. что скороеть газовыделения в этом интервале изменяется незначительно ).

Цель изобретения - увеличение точности определения скорости газовыделения.

45 Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит ячейку памяти, два пятимембранных элемента сравнения, эадатчик, логический элемент KIN, два импульсатора, два логических элемента И и два триггера, причем выход измерительной камеры соединен с входом ячейки памяти, положительной камерой первого пятимембранного, элемента сравнения и отрицательной камерой второго пятимембранного элемента сравнения, выход ячейки памяти соединен с отрицательной камерой первого пятимембранного элемента сравнения и поло)кительиой камерой

6О второго пятимвмбранйого элемента сравнения, задатчик соединен с .вто.рой отрицательной камерой первого пятимембранного элемента сравнения и второй отрицательной камерой вто65 рого пятимембранного элемента срав1016745 нения, а вторые положительные камеры пятимембранных элементов сравнения .соединены с атмосферой, выходы этих элементов соединены через логический элемент ИЛИ с одним из входов первого логического элемента И, вы-. ход второго трехмембранного элемента сравнения соединен через первый имцульсатор с. вторым входом первого логического элемента И с одним . из входов первого триггера, выход которого соединен с камерой управления ячейки памяти, выход импульса тора блока памяти соединен с одним из входов второго логического элемента И, а второй вход этого элемен- 15 та соединен с выходом второго триггера, выход второго логического элемента И соединен с клапаном блока памяти н через второй импульсатор с входами первого и второго 2О триггеров, выход первого логическоге элемента И соединен с одним.из входов второго триггера.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг..2 — 75 принципиальная схема возможного варианта построения дополнительных элементов устройства на пневматических элементах автоматики.

Устройство для определения скорос- ЗО ти и объема выделяющихся газов содержит золотниковый элемент 1, к каналу 2 которого присоединена камера-.З постоянного. давления и вход 4 крана 5. Вход 6 крана 5 подключен к штуцеру камеры 7 с анализуемым веществом .и входу 8 золотникового элемента 1. К входу 9 золотникового элемента 1 подключена измерительная камера 10 и вход 11 дифференциально- 40 го:преобразователя 12 давления, вход 13 .которого подключен к камере

3 постоянного давления. Выходы преобразователя 12 давления подключены к соответствующим входам триггера а раздельными входами 14. Частотомер

15, счетчик 16 импульсов и исполнительный механизм 17 золотннкового . элемента 1 воспринимают импульсы от триггера 14. Канал: 18. золотника 19 соединяет канал 9 с каналом 2 или 8, К выходу триггера 14 подключен распределитель 20 импульсов.

Преобразователь 12 давления состоит. из пятимембранного элемента 21 сравнения, задатчикав 22-27, блока

28 памяти, логических элементов НЕ . 29-31, генератора 32 линейно нарастающего давления, двухходовых элементов сравнения 33-36, блока 37 с ммиоования логических элементов

И 38-42 ячейки 43 памяти, двух пятимембранйых элементов 44 и 45 сравнения логического элемента ИЛИ 46, двух триггеров 47 и 48 и двух импульсаторов 49 н 50. 65

Блок 28 памяти возможно построить .нз импулъсатора 51, ячейки 52 памяти, и нормально закрытого клапана 53.

Импульсатор 49(50 ) возможно построить из трехмембранного реле 54 (55 ), переменного дросселя 56 (57) .и пневмоемкости 58 (59).

Устройство для определения скорости н объема выделяющихся газов работает следующим образом. В начальный момент времени канал.

8 .золЬтни йован элЬмеМт Х" - ЬсУедйием.=::" через вход 9 с измерительной камерой

10 и входом 11 преобразователя 12 давления. Газовыделения в начальный момент отсутствуют. Поворотом крана

5 кратковременно сообщают канал 8 с камерой 3 постоянного давления, произведя подачу в камеру 7 с анализируемым веществом давления, при котором необходимо провести измерФ-. ния, например разрежения. Далее кран

5 переводят в положение, при котором каналы 2 и 8 отсоединяются один от другого. Начинается процесс газовыделений.

При выделении газов из вещества разрежение 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 достигает некоторого максимального значения, определяемого настройкой преобразователя 12, иа выходе последнего появляется сигнал, переводящий триггер"14 в состояние с единичным выходом.

Этот сигнал поступает на вход исполнительного механизма 17, который при этом перемещает золотник 19, соединяя каналы 2 и 9. Происходит разгрузка камеры 10 в камеру 3, т.е. происходит заряд камеры 10 до начального давления, а вместе с этим и выброс выделившихся газов.

После того, как. в камере 10 давление достигнет заданного минимального значения срабатывания,преобразователя 12, последний вырабатывает сигнал, переводящий триггер 14 в состояние с нулевым выходом. Поэтому исполнительный механизм 17 переводит золотник 19 в такое положение, при котором канал 18 соединяет каналы

9 и 8. Вновь начинается процесс накопления газа в камере 10.

Скорость газовыделения )) в устройстве определяется частотой р переключения триггера 14, измеряемой частотомером 15, Рс ) e)

ЯТ где p, p - соответственно минимальный и максимальный уровни срабатывания преобразователя 12;

1016745

Ч вЂ” объем измерительной камеры 10;

Н вЂ . универсальная газовая постоянная;

Т - абсолютная температура газа.

Количество выделившегося газа В пропорционально количеству импульсов й, измеряемому счетчиком 16 импульсов (с Ре) „„ рт

Информация об измеряемых параметрах на выходе устройства представле- на,в виде последовательности прямоугольных импульсов, частота которых пропорциональна скорости газовыделений, а количество-импульсов про- . порционально количеству выделившегося газа.

При работе преобразователя 12 давления в начальный момент времени давление в измерительной камере 10 равно давлению в камере 3 постоянного давления Р =P . Давление на вы1О ходах элементов 14 28, 33, 34, 3840 равно нулю, а давление на выходах элементов 35 и 36 равно единице.

I àýû из камеры 7 через каналы 8, 18 и 9 эолотникового элемента 1 поступают в измерительную камеру 10.

Сигнал на выходе элемента .30 равен единице (P О =1 ), который запустит генератор 32, на выходе которого давление будет линейно возрастать.. З5

Если эа заданный интервал времени давление Р„ не превысит давление

Р,, задатчйка 22 (это будет при ма.лой скорости газовыделения ), то наступит момент времени, когда дав- 4Q .ление Р 2 превысит давление на выходе задатчика 23. Поэтому на выходе элемента 33 появится сигнал Р3 =1. тогДа РЗ9 = Рэб Рзз = 1 1 = 1; Р3 =

Р = 0 = 1ю Рзэ = Рзз Р3 = 1 1 =1 и йа выходе блока суммирования 37 появится сигнал Р . В этом случае давление срабатывания элемента 21 уменьшится и станет равным Р „

21сраб

22 0 5О

Если за заданный интервал времени давление в измерительной камере 10 не превысит давление срабатывания элемента 21, то давление Р превысит давление Р задатчика 4. На выходе элемента 34 появится сигнал

Рз, --- 1. Тогда P =. Р . РЗ+ =1 ° 1

1; Р 3„= Р4о= 1 = 0; Р = Р -Р „=

1 ° 0 = 0 и на выходе ячейки памяти

52 появится сигнал 2РО,, В этом случае давление срабатывания элемента ОО

21 уменьшится и станет равным

Р21 сра5 Р-22 2РО .

При превышении давления в измерительной камере 10 давления срабатывания элемента 21 на выходе этого 65 элемента появляется сигнал Р „= 1, переводящий триггер 14 в единичное состояние (Р14 = 1). Импульсатор 51 сдвигает сигнал Р =. 1 на заданный интервал времени. Нормально закрытый клапан 53 служит для сброса давления в камере запоминания ячейки 52 памяти., Под действием сигнала

Р = 1 исполнительный механизм 17 перемещает золотник 19 и измерительная камера 10 через каналы 9, 18 и

2 соединяется с камерой 3. Происходит опУстошение камеры 10. При P „0 =P> .сигнал Р = О, триггер 14 возвращается в йулевое состояние (P, =0 ), исполнительный механизм 17 перемещает золотник. 19 и вновь газы.из камеры 7 через каналы 8, 18 и 9 накапливаются в камере 10.

Начинается новый цикл заполнения камеры 10. Элементы 25, 26 и 35, 36 . необходимы для того, чтобы переключение пределов срабатывания элемента 21 происходило только в том случае, если количество накопленного газа в камере 10 не приведет к моментальному срабатыванию элемента

21 (от Р21=.0 до P 2„= 1 ) после уменьшенйя давления Р2„

Распределитель 20 импульсов учитывает "вес" импульсов, поступающих от триггера 14. Это необходимо потому, что давление срабатывания элемента ?1 может быть разной величины (Р, P > — P >к,Р 22 — 2Р О ) и поэтому имйульсу с выхода триггера 14 соответствует разное количество. газа, накопленное в камере 10.

Имеется ряд химических и физических процессов, характер изменения скорости газовыделения во времени которых можно условно разбить на три участка. На первом участке скорость имеет максимальное значение (для данного процесса ) и примерно постоянна. на втором — скорость уменьшается,;.а третьем — скорость минимальна и примерно постоянна. При исследовании таких йроцессов целесообразно на первом и третьем участках не и менять давления срабатывания элемента 21, в результате чего избегается многократное определение оптимального определения давления

Р2 сраб, что позволЯет повысить точность определения скорости.

Прн работе элементов 27, 41-50, 54-59 в начальный момент времени триггера 48 и 47 находятс т в нулевом состоянии (Р 8 — — Р4- — - .0) . Сигнал

Р =, 1 переводит три ггер 4 8 в единйчное состояние (Р 48 = 1 )..Сигнал

Р 8 = 1 запоминает давление Р

К

= Р { )ов ячейке 43 памяти. Через некоторый. интервал времени процесс накопления газа в камере 10 заканчивается и начинается процесс ее опус

10-16745

7 8 тошения. На- выходах элементов 44 и будет происходить при Р 8- =Р

45 сигнал равен нулю, поэтому и на и устройство обычным порядком Вновь выходах элементов 46 н- 42 сигнал . найдет оптимальную величину Р«> также равен нулю. Триггер 47 сохраня- и будет сохранять эту величину йосет свое нчлевое состояние. Поэтомч тоянной до тех нор, пока скорость на выходе элемента 41 сигнал равен: 5 газовыделения не изменит своей венчлю и. не происходит обидоса давления личины. из ячейки 52 памяти через -клапан.53. Таким обРазом, в ячейке 43 памяВновь начинается .щэоцесс накоп- - ти происходит запомйнание давления ления газа -в камере.10. Давление . . P<(t ) = P „, c которым сравниваетР . © -останется прежним, Сигнал. 10 .ся давление Р,(й) в момент появле.Р = 1 .нодтверждает единичное сос- . ния сигнала Рз --. 1. проверка отклоTQ$fHHB триггера 48, В элементах 44 ... нения скорости газовыделения от . и 45 происходит:сравйение текущего предыдущего значения осуществляет" зйачения давлеякя .в..камере 10 (Р,(t)) ся-" элементами 27, 44-46; При длитель" со-значением Р = Р„,(. ),:запомнен- д ном времени накопления газа в каменое в..ячейке памяти райее.,Выходные ре 10 давление р,() для больших сигналы элементов 2,7, 44 и.45 описы- значений времени t превысит давление ваются следующей -зависимостью: Р.+„. Необходимо сравнивать давление

Pк(t) и P+ только в момент появлеК

)1,, Сли р. () >-P„+ р: . ния сигнала РЗ вЂ”вЂ” 1. Поэтому для того, р = (Q.,еси р (t) р+ + р .(3) чтобы не произошел перевод триггера к K- 2

47 в единичное состояние при боль 1если Рк() < Р к Р27 .. ших значениях времени t, из сигнала

+ : Лесли Рк(t) р к" -Р М Р = 1 импульсатор 50."вырезает"

33

Таким образом,::есл -давление еДиничный импульс требуемой длительр () не отличается от-давления р+ - ности, достаточный для перевода на величину, mye:-давления р „., триггера 47 в единичное состояние т -е - р+ P: gp (t) g Р+ + р, то - -. в момент времени . в случае..откло-. на выхОоде элемента 46. сигнал Равен — Ненил Рк(tz) за пРеделы интеРвала

:нулю. поэтому триггер 47 не изменя-. - .- .-(к Pig-:P < + .Р21) °

+ + ет своего нулевого состояния (p, =0) 30 —. Импульсатор 49 сдвигает передний и р =р P4.-0, т.е.. не происходйт .: Фронт сигнала Р4,— — 1. на интервал

41 41 ° ° сброс давления из .камеры запомина- : времени. достаточный для опустошения ячейки 52 памяти и новый период - ния камеры 10 и сброса давления из заполненйя будет. прОисходить при . = Ячейки 52 памяти. Сигнал Р = 1. прежнем давлении срабатывания эле- "35:переводит триггера 48 и 47 в первомента 21. ... . - начальное состояние (Р, 1.= Р 8= 0) .

Бали скорость газовыделения умень- Элементы- устройства возвращаются, в шится (увеличится ), то в момент -, первоначальное состояние. времейи t в камере 10 накопится ., . В предлагаемом устройстве опредеменьшее (большее ) кэличество газа- 4Q ление скорости газовыделения нроисхо. и давление Р (t} будет меньше (боль- - дит более точно в результате того, .: .ше ) Р .:Тогда на выходе элемента .. Что эа период времени,. когда скорость .К.

45 (44) появится сигнал .Р =1{Р+- газовыделения примерно постоянна, =1)., который:прОйдя элемент 42 при . Производится отбор газа из источника

Р8е=, 1., переведет триггер 47 в еди- 45 оптимальными дозами. В первом периоде ничное .состояние (Р =1). При Р;р1 накопления газа определяется опти-. на выходе элемента 41 появится сйг- — мальное давление Р,,„б . В следуюнал Р - =.1,. которйй откроет клапан - .. щих периода не тратится время на

41 . У

53 и произойдет сброс давления as-- . отыскание оптимальной величины Р „ камеры запоминания ячейки 52 памяти. и за небольшой интервал времейи отоиНовый период заполнения камеры 10 рается малая порция газа.

1016745

Составитель Е. Сыс

Техред Л. Пекарь

Редактор А. Курах

Корректор Г. Решетник

Заказ 3380/46 1ираж 873 Подписное

ВНИИПИ. Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. . д. 4/5

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