Газоаналитическая система

 

ГАЗОАНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, содержащая пробоотборники отходящих газов и кислородного дутья, подклкгченные к устройству пробоподготовки, переключающие клапаны, установленные на входе смесителя, соединенного с первичным измерительнЕ м преобразователем , коммутатор сигналов, микропроцессор с блоками оперативной и внешней памяти н блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам переключающих клапанов , коммутатора и микропроцессора. о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения расчета, система снабжена пневмодроссёлем, установленным в линии подачи отходящих газов, делителем , подключенным первым и вторнрм выходами к блоку внешней памяти, и сумматором, соединенным одним из выходов с первым входом делителя, третий и четвертый выходы которого связаны соответственно с первым входом Сумматора и с одним из входов блока оперативной памяти, подключенного выходом к соответствукицим входам сумматора и делителя, а выход первичного измерительного преобразователя подключен через коммуел татор к первому входу блока оперативной памяти, второй вход которого соединен с вторым выходом сумматора , при этом выход отходящих газов устройства пробоподготовки соединен непосредственно с одним из входов смесителя и через пневмо00 дроссель и переключающий клапан с другим входом смесителя, к третьему входу которого подключен выход кислородного дутья устройства пробоподготовки .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,ЯО„„! 087825

3(Ю G01 N 7 00

1 1 ч

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

:В

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3541519/23-26 (22) 21.01.83 (46) 23.04.84. Бюл. У 15 (72) С.И. Рудковский, П.Ф. Головченко, В.Ф. Иикитченко, В.И. Шацова. ленко и В.Н. Шарипов (71) Киевское научно-производственное объединение "Аналитприбор" (53) 543.27(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 734530, кл. G 01 N 3/02, 1978, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 675311, кл. G 01 Р 13/00, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

G 01 N 7/00, )980. (54) (57) ГЛЗОЛ11ЛЛИТИЧЕСКЛЯ СИСТЕМА, содержащая пробоотборники отходящих газов и кислородного дутья, подключенные к устройству пробоподготовки, переключакщие клапаны, установлен" ные на входе смесителя, соединенного с первичным измерительным преобразо" вателем, коммутатор сигналов, микро. процессор с блоками оперативной и внешней памяти и блок управления, выходы которого подключены к управ" ляющим входам переключающих клапанов, коммутатора и микропроцессора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и упрощения расчета, система снабжена пневмодросселем, установленным в линии подачи отходящих газов, делите-. лем, подключенным первым и.вторым выходами к блоку внешней памяти, и сумматором, соединенным одним из выходов с первым входом делителя, третий и четвертый выходы которого связаны соответственно с первым вхо. дом сумматора и с одним из входов блока оперативной памяти, подключенного выходом к соответствующим входам сумматора и делителя, а выход первичного измерительного преобразователя подключен через коммутатор к первому входу блока оперативной памяти, второй вход которого соединен с вторым выходом сумматора, при этом выход отходящих газов устройства пробоподготовки соединен непосредственно с одним из входов смесителя и через пневмодроссель и переключающий клапан с другим входом смесителя, к третьему входу которого подключен выход кислородного дутья устройства пробоподготовки.

1087825

20. Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является газоаналитическая система, содержащая пробоотборники отходящих газов и кислородного дутья, подключенные к устройству пробоподготовки, переключакицие клапаны, установленные иа входе смесителя, соединенного с первичным и Мерительным преобразо-вателем, коммутатор сигналов, микропроцессор с блоками оперативной и внешней памяти и блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам переключакщих клапанов, .коммутатора и микропроцессора f3), 45

4

Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано в автоматизированных системах газового анализа для управления технологическими процессами выплав- 5 ки чугуна и стали на предприятиях черной металлургии, а именно для анализа состава отходящих газов и кислородного дутья доменного и конвертерного производства.

Известно газоаналитическое устройство, содержащее газовый тракт с устройством отбора, подготовки и подачи анализируемой-пробы газа в первичный измерительный преобразователь (газоаналиэатор ), значения величин сигналов на выходе которого после соответствующей обработки zaрактеризуют процентные содержания компонентов газовой смеси в месте отбора пробы (1 ).

Недостатком известного устройства является ограниченная функциональная .возможность, так как концентрация компонентов в газовой смеси, отбираемой иэ одного исследуемого объекта (отходящие газы или кислородное дутье), не может быть определена одновременно по двум каналам.

Известно также устройство доэиро. З0 ванного смешения газовых потоков, содержащее емкость для жидкости, побудитель расхода газа и мерную емкость с каналами подачи жидкости и газа, выполненную в виде капилярsoN трубки с открытым концом, снабженной регулятором дозы и эадатчиком дозы, соединенным с системой переключения жидкости и газа 1 2 ).

Это устройство сложно по,конст- . 40 руктивному выполнению и не пригодно для экспресс-анализа.

Недостатком известной системы является сложность и невысокая точность анализа, обусловленные зависимостью от конструктивных параметров газораспределительных трактов, от точности их выполнения, от соответствия расчетных данных с реальным перераспределением потоков в результате переключения клапанов, от точности измерения и стабилизации расходов смешиваемых потоков.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение расчета.

Указанная цель достигается тем, что газоаналитическая система, содержащая пробоотборники отходящих газов и кислородного дутья, подключенные к устройству пробоподготовки, нереключакщие клапаны, установленные на входе смесителя, соединенного с первичным измерительным преобразователем, коммутатор сигналов, микропроцессор с блоками оперативной и внешней памяти и блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам переключающих клапанов коммутатора и микропроцессора, снабжена пневмодросселем, установленным в линии подачи отходящих газов, делителем, подключенным первым и вторым выходами к блоку внешней памяти, и сумматором, соединенным одним из выходов с первым входом делителя, третий и четвертый выходы которого связаны соответственно с первым входом сумматора и с одним иэ входов блока оперативной памяти, подключенного выходом к соответствующим входам сумматора и делителя, а выход первичного измерительного преобразователя подключен через коммутатор к первому входу блока оперативной памяти, второй вход которого соединен с вторым выходом сумматора, при этом выход отходящих газов устройства пробоподготовки соедийен непосредственно с одним из входов смесителя .и через пневмодроссель и переключающий клапан с другим входом смесителя, к третьему входу которога подключен выход кислородного дутья устройства пробоподготовки.

На чертеже представлена блоксхема гаэоаналитической системы.

Гаэоаналитическая система состоит из пробоотборников 1 и 2 отходящих газов и кислородного дутья, 4C,(or) М (or)

М, (к*)...м (кд)

"г

:ЕСВ М Дг

3 1 устройства 3 пробоподготовки, сме сителя 4, пневмодросселя 5, переключающих клапанов 6 и 7, первичного измерительного преобразователя 8 (масс-спектрометра), коммутатора 9 аналоговых сигналов, микропроцессора, включающего аналого-цифровой преобразователь 10 (АЦП ), блок 11 оперативной памяти с регистром 12 масс компонентов СО,.СО, Н, О, N> и Ar отходящих газов, регистром !

3 масс компонентов СО, О, И и Ar суммарной массы проб отходящих газов и кислородного дутья, регистром !

4 масс компонентов 02,. N и Аг кислородного датья и регистром 15 отношения масс, и блок !6 внешней памяти с регистрами 17 и 18, койцентраций компонентов в отходящих газах и концентраций компонентов

О, N> и Ar в кислородном дутье.

Система содержит сумматор 19 и дели" тель 20. Управление работой системы осуществляется от блока 21, подключенного к управлякщим входам переключающих клапанов 6 и 7, коммутатору .9, сумматору 19 и делителю 20.

Обозначения, символы и расчетные выражения, поясняющие суть изобретения:

СО, СО, Н, 0, N Ar;

CCO(or), С (orl, С,,! for),C for)iC for), С (or) ;

СО (ко),С,! (кд),CÄ (g*)2. 2 анализируемые компоненты и их концентрации в отходящих газах и в кислородном дутье; массы компонентов СО...Ar в отходя.щих газах, в кислородном дутье и в суммарной пробе отходящих газов и кислородного дутья соответственно;

М(юг)=Я (ог)+... +ф (or)

Ф (кА) = Ю (кд)+ M „ fgg)+ +3\ (+) массы пробы отходящих газов и пробы кислородного дутья и массы составляющих их компонентов;

087825 4

В (or7=N(or) = N<>(or)+ ... +м„(вгф Е со

М юг) (со

М foorr) масса пробы отходящих газов, смешнваемых с пробой кислородного дутьа;

jN

® +g (Ы3=М -Мо (ог)

:Е 0 02 +CO (or) 0

4И (кд)=М -.„-М for) „

2 2 2 СО!

iN

Ф (кд)=М -Ю (or) г .ЕД + ф Г )

С0 выражения для определения масс

20 1!О fKp Ç, М4Ч Гкд 1, ИА Скд 1 компонентов 0Zi N2 и Аг в кислородном дутье;

Nñ (ОГ1

С (or)=— сО м Гог) гз Яо

:СО(K*)= 2 3 выражения для вычисления концентраций компонентов СО.....Ar в отходя30 щих газах и в кислородном дутье соответственно.

Клапаны 6 и 7 переключаются в ..; противофазе с таким расчетом, чтобы с учетом выбранных сопротивления пневмодросселя 5 и расходов проб отходящих газов и кислородного дутья на выходах устройства 3 пробоподготовки расходы пробы на выходе смесителя 4 были примерно постоянными

МГог .! И (ог)+М кд). Выход смесителя 4 соединен с входом масс-спектрометра 8, в котором осуществляется идентификация значений МСО !ого ... ....М 1,(ог! масс компонентов СО...Ar в отходящих газах при переключении клапана 7 на сброс кислородного дутья и идентификации значений

Иу,....Мт 1„ масс компонентов

СО....Ar в суммарной пробе отходящих газов и кислородного дутья при переключении клапана 6 отходящих газов на сброс части отходящих газов.

Газоаналитическая система работает следукщим образом.

В работе газоаналитической системы можно выделить два режима: режим анализа отходящих газов и режим анализа суммарной пробы отходящих, 1087825

20 газов и кислородного дутья с вычислением компонентов кислородного дутья.

Режим анализа отходящих газов.

Переключающий клапан 6 закрывают, а клапан 7 открывают в направлении

"Сброс". Вся масса МЕог) пробы отходящих газов через первый и третий е входы и далее выход смесителя 4 поступает в масс-спектрометр 8, масса

МГкд) пробы кислородного дутья поступает на "Сброс". Сигналы, пропорциональные массам МС0 Еог) ....M „ for) компонентов СО....Ar отходящих. газов, с выходов массспектрометра 8 через коммутатор 9 аналоговых сигналов последовательно поступают в аналого-цифровой преобразователь 10, затем их числовые значения считывают в блок 11 оперативной памяти, где и запоминают в регистрах 12. Информацию из регистров 12 считывают на третий вход сумматора 19 и после выполнения one. рации суммирования значение М(ог) с первого выхода сумматора 19 подают на первый вход делителя 20, на второй вход которого подают значения М 0 Еог)...,Мдг Еог) масс ком.I . понентов отходящих газов. По мере выполнения операций определения кон. центраций с первого выхода делителя.

20 считывают в регистр 17 через первый вход блока 16 внешней памяти результат анализа отходящих газов — З5 значения концентраций С (or),.... ....C „(or), Режйм анализа суммарной пробы отходящих газов и кислородного дутья с вычислением компонентов кислород- 40 ного дутья.

При переключении клапанов б и 7, клапан 6 открыт, а клапан 7 закрыт в направлении Сброс . В этом случае часть пробы отходящих газов, ми- 45 нуя смеситель 4, идет на "Сброс", а примерно равная ей по массе масса

М(кд ) пробы кислородного дутья с выхода устройства 3 пробоподготовки поступает в смеситель 4, и далее вместе с оставшейся массой М (or) (массой отходящих газов) — в массспектрометр 8. Значения М2г0, M+02>

Му 1 и Муд„масс компонентов СО, 02, N> ь| Аг суммарной пробы отходящих 55 газов и кислородного дутья фиксируются в регистрах 13 блока ll опе" ративной памяти.

Далее определение концентрации

СО Екд), С1 1 Екд) и С,, (кдД компонентов О, 112 и Ar в кислородном дутье определяют в следующей после" довательности.

Подают иэ регистров !2 и 13 на второй вход делителя 20 значения

М<0 1ог), М С0 масс компонентов СО, определенных до н после смешения проб отходящих газов с кислородным дутьем, вычисляют их отношение

МСО (or)/N p и считывают его с четвертого выхода делителя 20 через третий вход блока 11 оперативной памяти в регистр 15. Так как в кислородном дутье отсутствуют практически компоненты СО, СО2 и Н, то по величине отношения Мго Гог 77МЕСО можно определить массу М (ог ) пробы отходящих газов, смешиваемых с пробой кислородного дутья, а, следовательно, можно определить и долевые

М содержания масс ф Еор)

%0 for) Есо .. у $pr) компонентов О

М MCO ar)

N2 и Ar отходящих газов в суммарной пробе, для чего из регистров 12 и 15 на второй и четвертый входы делителя

20 считывают соответственно значения

МО (or ) N „ for ) " Мг0 (or) МЫС ° после чего, по мере вычисления, с третьего выхода делителя на первый вход сумматора 19 и с регистров 13 на первый его вход последовательно попарно подают значения МО for ) ю

А 2 и М . Резул ьт аты М0 (кд) ° ° - 1"Якд)

Лг считывают с второго выхода сумматора 19 через второй вход блока 11 оперативной памяти в регистры 14, после чего эти значения из регистров 14 считывают на второй вход сумматора 19 для вычисления суммы

МСД)

Результат суммирования М кд) и значения МО Екд)...Мд Екд1 соответ2 ственно. с первого выхода сумматора

1 9 и иэ регистров 14 считывают на первый и третий входы делителя 20, с второго выхода которого через второй вход блока 16 внешней памяти в регистры 18 считывают результат анллиза по кислородному дутью: кон7 1087825 8

1 .центрации СО 1кд), Cg Гкд.) и Сдг(кд ветствунщие им датчики расходов и компонентов Ь2, N и Аг в кислород- давлений в газоходах. Требуемая ном дутье. информация О массах анализируемых

Последовательность выполнения one проб определяется по выходным сиграций определяется сигналами с выхо- S налам масс-спектрометра. Возможные .да блока 21 управления. скачкообразные (до +10X от номинального расхода ) изменения расхода

Как следует из принципа работы пробы на выходе смесителя, вызвангазоаналитической системы и рас- ные переключением клапанов 6 и 7, четных выражений, точность анализа 1О не влияют на точность анализа. Это не зависит от конструктивных пара- значительно упрощает конструкцию метров, определяющих соотношения и газовой части системы, снижает к ней расходы смешиваемых газовых проб, требования и в то же время повышает более того, для анализа не требуют- .точность анализа, определяемую в осся измерительные операции и соот- 15 ионном классом масс-спектрометра.

1087825

ВНИИПК Заказ 2646/37 .Тирам 823 Подписное

Филиал ППП атент, r.Óèrîðîä, ул.Проектная, 4