Устройство для вычисления содержания углерода в жидкой стали

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться в металлургии для определения содержания углерода в жидкой стали по термограмме кристаллизации пробы. Целью изобретения является повьппение точности работы устройства. Устройство содержит кристаллизатор, датчик температуры, калибратор, аналого-цифровой преобразователь, блок синхронизации , генератор тактовых импульсов , счетчик порога, реверсивный счетчик, счетчик времени, регистр, задатчик кода, блок индикации, кварцевую трубку, спай термопары, плавкую вставку, элементы И, резистор, триггеры, автоматический потенциоi метр, задающий узел, каретку, фотосчитыватели , фотоприемник, триггеры (Л Шмитта, формирователи импульсов, элементы И, делитель частоты, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 06 F 15/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ1

3ii

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,!."

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3868727/24-24 (22) 18.03.85 (46) 07.10.86. Бюл. 11 37 (71) Ордена Ленина институт кибернетики им. В.М. Глушкова (72) Л.С. Файнзильберг (53) 681.326 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 596959, кл. t 06 F !5/46, 01 PJ 25/06, 1974.

Авторское свидетельство СССР к- 813216, кл. Q Ol N 25/06, 6 05 F 15/46, 1977, Авторское свидетельство СССР

11 - 478236, кл. 6 Ol М 25/06, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В ЖИДКОЙ СТАЛИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может использо„„SU„„1262525 А 1 ваться в металлургии для определения содержания углерода в жидкой стали по термограмме кристаллизации пробы.

Целью изобретения является повьппение точности работы устройства. Устройство содержит кристаллизатор, датчик температуры, калибратор, аналого-цифровой преобразователь, блок синхронизации, генератор тактовых импульсов, счетчик порога, реверсивный счетчик, счетчик времени, регистр, эадатчик кода, блок индикации, кварцевую трубку, спай термопары, плавкую вставку, элементы И, резистор, триггеры, автоматический потенциометр, задающий узел, каретку, фотосчитыватели, фотоприемник, триггеры

Шмитта, формирователи импульсов, элементы И, делитель частоты. 6 ил. (!

О

25

55

3 l2

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для физико-химического анализа железоуглеродистых металлов, в частности, в черной металлургии для автоматического контроля содержания углерода в жидкой стали по термограмме кристаллизации ее пробы.

Цель изобретения — повышение точ" ности работы устройства.

На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2 — конструкция кристаллизатора, к которому подключены датчик температуры и калибратор; на фиг. 3 — вариант выполнения аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 4 — временные диаграммы, иллюстрирующие принцип действия аналогоцифровoro преобразователя; на фиг.5вариант выполнения блока синхронизации; на фиг. 6 — временная диаграмма, иллюстрирующая принцип действия блока синхронизации.

Устройство содержит кристаллизатор ); датчик 2 температуры, калибратор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, блок 5 синхронизации, генератор 6 тактовых импульсов, реверсивный счетчик 7, счетчик 8 порога, счетчик 9 времени, регистр 10, задатчик

ll кода, бдок 12 индикации, кварцевую трубку 13, спай 14 термопары, плавкую вставку 15, элемент И 16, резистор 17, триггер 18, автоматический потенциометр 19, задающий узел 20, каретку 21, фотосчитыватель

22, фотоприемники 23 и 24, триггеры

25 и 26 )))митта, формирователи 27

30 импульсов, элементы И 31-38, элементы ИЛИ 39 и 40, триггеры 41-45, элементы И 46-51, делитель 52 частоты.

Кристаллизатор 1 представляет собой сменную пробницу из огнеупорного материала (фиг.2), в которую вмонтирована кварцевая трубка 13. Внутри этой трубки располагается спай 14 термопарного датчика температуры и сигнализатор реперной точки, выпол.ненный в виде плавкой вставки 15 из токопроводящего материала с известной температурой плавления, например, из металла яли железоуглеродистого расплава известного состава. Геометрические размеры вставки 15 выбираются такими, чтобы ее теплоемкость была равна теплоемкости спая 14 термопары. Тем самым обеспечивается оди62525 1 наковая тепловая инерционность датчика температуры и плавкой вставки калибратора. Плавкая вставка 15 имеет два вывода, одним из которых она подключена к,входу логического нуля, а другим — к входу элемента И 16 и через резистор 17 — к входу логической единицы.

Аналого-цифровой преобразователь

4 (фиг.)), используемый в устройстве, строится по принципу преобразования сигнала о текущей температуре металла в число-импульсный (унитарный) код. Аналого-цифровой преобразова" тель может быть выполнен, например, согласно схемы (фиг. 3) . В этом случае преобразователь содержит два блока: электромеханический и электронный. Электромеханический блок содержит автоматический потенциометр 19, вход которого является входом аналого"цифрового преобразователя, задающий узел 20, расположенный параллельно оси перемещения каретки 21 автоматического потенциометра, и подвижный фотосчитыватель 22, механически связанный с кареткой 21. Задающий узел

20 представляет собой основу с двумя счетными дорожками, на которых расположены чередующиеся прозрачные и непрозрачные элементы, причем элементы одной счетной дорожки сдвинуты по оси задающего узла на 1/4 шага относительно элементов другой счетной дорожки (фиг.3).

Фотосчитыватель 22 содержит на два фотоприемника 23 и 24 и два излучателя (на фиг.3 не показаны). Фотоприемники и излучатели располагают40 ся по разные стороны счетных дорожек на прямой, перпендикулярной направлению перемещению фотосчитывателя.

Электронный блок аналого-цифрового преобразователя предназначен для определения направления перемещения каретки 21 и формирования соответственно кодовых импульсов К+ или K

Триггеры 25 и 26 предназначены для преобразования сигналов от фотопркемников 23 и 24 в сигналы прямоугольной формы. Каждый из формирователей

27 — 30 предназначен для формирования импульсов на положительном фронте сигналов с единичных и нулевых выходов триггеров 25 и 26 соответственно.

Перед началом очередного цикла анализа кнопкой начальной установки

4 да фотоприемника 23 (фнг.4,Q),. В результате при таком направлении движения каретки формируются только кодовые импульсы К+. При движении каретки справа налево, соответствующем отрицательному приращению температуры, сигнал с выхода фотоприемника 23 на

1/4 периода опережает сигнал с выхода фотоприемника 24 (фиг.4d) . Поэта)О му при таком направлении движения формируются только кодовые импульсы К.

Кодовые импульсы К . и К с выходов аналого-цифрового преобразователя

)5 4 (фиг.)) через блок 5 синхронизации поступают на входы сложения или вычитания реверсивного счетчика 7 и счетчика 8. В результате в реверсивном счетчике 7 образуется параллельный

20 код, пропорциональный текущей температуре жидкой стали.

Серия тактовых импульсов с выхода генератора 6 через блок 5 синхронизации поступает на вход счетчика 9

25 времени. Поскольку тактовые и кодовые импульсы сдвинуты во времени друг относительно друга, то. это исключает возможность сбоев в работе устройства.

Принцип синхронизации кодовых и тактовых импульсов с помощью блока

5 синхронизации иллюстрируется временной диаграммой (фиг.б) на которой приняты следующие обозначения: 6 тактовые импульсы от генератора 6, Т и Т, — сигналы на единичном и нулевом выходах триггера 4) соответственно (фиг.5, э и Q — соответст1 венно импульсы на выходах элементов

40 И 46 и 47 соответственно, К вЂ” кодовый импульс, соответствующий положительному приращению температуры, Т вЂ” сигнал на единичном выходе триггера

42, Ч вЂ” сигнал на выходе элементов

45 И 48, Тз и T> — сигналы на единичном и нулевом выходах триггера 43 соответственно, К+ — синхронизированный кодовый импульс, образуемый на выходе элемента И 49.

При поступлении тактовых импульсов от генератора на счетный вход триггера 41, последний последовательно изменяет свое состояние. Сигналы

3 ) не показана) триггер 18 калибратора (фиг.2) и триггеры 42-45 блока синхронизации (фгп,5) устанавливаются в нулевое состояние, а в кристаллиза тор 1 (фиг.)) заливается проба жидкой стали, где происходит ее охлажде ние. С помощью датчика 2 осуществляется контроль текущей температуры металла в период его охлаждения и кристаллизации. Сигнал от датчика 2 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 4, который преобразует этот сигнал в число-импульсный (унитарный) код — последовательность кодовых импульсов К+ и К, образуемым в зависимости от знака приращения сигнала на первом или втором выходе преобразователя при элементарных приращениях сигнала.

Принцип формирования кодовых импульсов К+ и К с помощью аналогоцифрового преобразователя (фиг.3) иллюстрируется временными диаграммами (фиг.4), на которых приняты следующие обозначения: Е и E — сигналы на выходах фотоприемников 23 и

24 сооветственно, Q и Q, — сигналы на единичном и нулевом выходах триггера 25 Шмидта соответственно, Q>, Q — сигналы на единичном и нулевом выходах триггера 26 ())мидта соответственно, С ., — Я вЂ” сигналы на выходах формирователей 27-30, соответ— ственно, K+ и К вЂ” кодовые импульсы, которые образуются соответственно на выходах элементов ИЛИ 39 и 40.

При изменении сигнала, поступающего на вход автоматического потенциометра 19 (фиг.3) фотосчитыватель

22, механически связанный с кареткой

21, перемещается относительно задающего узла 20, повторяя все движения каретки. В результате световой поток, попадающий от излучателя на фотоприемники 23 и 24 модулируется непрозрачными элементами соответствующий счетной дорожки. На выходе фотоприемников 23 и 24 образуются переменные электрические сигналы, которые вследствие пространственного сдвига элементов первой и второй счетных дорожек сдвинуты друг относительно друга по фазе на 1/4 периода. При этом при движении каретки слева направо, соответствующем положительно- 5 му приращению температуры, сигнал с выхода фотоприемника 23 на 1/4 периода отстает по фазе от сигнала с выхос единичного и нулевого выходов триггера 41 поступают соответственно на входы элементов И 46 и 47. На вторые входы этих же элементов поступают тактовые импульсы от генератора. В

1262 результате на выходах укаэанньix элементов образуются две серии импульа1 сов 4 и Ь, сдвинутых друг отиосительно друга на половину периода.

Частота t следования импульсов се1 рнн та равна настста f сааасввння

% г импульсов серии 6, причем

0,5 „, где f„ — частота следования импульсов, поступающих от генератора.

Импульсы серии Q поступают через делитель 52 частоты на выход блока синхронизации, на котором образуется рабочая серия тактовых импульсов Сг, 10 мой коэффициентом пересчета делителя 52.

Импульсы серии Сг (синхрониэирующие импульсы поступают на входы элементов И 48-51. В исходном состоянии триггеры 42-45 находятся в нулевом состоянии. При поступлении очередного кодового импульса с. выхода аналого-цифрового преобразователя, например, кодового импульса, соответствую- 25 щего положительному приращению аналогового сигнала, этот импульс поступает на единичный вход триггера 42.

В результате на единичном выходе этого триггера образуется управляющий сигнал, который поступает на вход ния на вход элемента И 48 очередного

35 этого элемента образуется импульс (Этот импульс устанавливает триггер

43 в единичное состояние. Сигнал с нулевого выхода триггера 43 закрывает элемент И 48, а сигнал с единичного выхода триггера 43 поступает на вход элемента И 49.

В момент поступления следующего по счету сннхронизирующего импульса на выходе элемента И 49 формируется синхронизированный кодовый импульс с

К+, который поступает на выход блока синхронизации и одновременно устанавливает в исходное (нулевое) состояние триггера 42 и 43, подготавливая их тем самым к приему очередного кодового импульса.

При работе блока синхронизации возможен случай частичного совпаде50 ния во времени кодового и синхрониэи- 55 рующего импульсов. Это может привести к возникновению на выходе элемен- та И 48 "неполноценного" импульса с частотой следования, определяе- 15

30 элемента И 48. После изменения сос» тояния триггера 42 в момент поступлесинхрониэирующего импульса на выходе

525 ь (см. фиг. 6), например к возникновению импульса недостаточной продолжитехтьности нлгг недостаточной амппитуды. При возникновении такого "неполноценного" импульса триггер 43 (фиг.5) может продолжать оставаться в нулевом состоянии до тех пор, пока на вход элемента И 48 не поступит очередной синхрониэирующий импульс.

Поскольку в момент поступления очередного синхрониэирующего импульса состояние триггера 43 ул е не может изменяться, то на выходе элемента И

48 в указанный момент времени образуется второй (" полноценный ) импульс.

Этот импульс устанавливает триггер

43 в единичное состояние. В момент поступления следующего по счету синхрониэирующего импульса на выходе элемента И 49 формируется синхронизированный кодовый импульс, который поступает на выход блока синхронизации и одновреяенно устанавливает триггеры 42 и 43 в исходное (,нулевое состояние. Аналогичным образом на триггерах 44 и 45 и элементах И 50 и 51 осуществляется синхронизация кодовых импульсов, соответствующих отрицательному приращению аналогового сигнала.

Как видно из описания принципа действия блока синхронизации для обеспечения его надежной работы необходимо, чтобы частота следования синхронизирующих импульсов была не менее чем в три раза выше, чем максимально возможная частота следования кодовых импульсов от аналого-цифро— вого преобразователя.

В начальный период очередного цикла анализа происходит прогрев датчика 2 до исходной температуры залитой в кристаллизатор 1 пробы жидкой стали. При этом одновременно с нагревом термоспая 14 (фиг.2) датчика происходит нагрев плавки вставки 15 сигнализатора реперной точки, причем ввиду одинаковой тепловой инерционности термоспая 14 и вставки 15 их температуры в каждый момент времени одинаковым.

Как только температура плавкой вставки 15 становится равной ее температуре плавления, материал вставки расплавляется, вследствие чего разрывается электрическая цепь, связывающая вход элемента И !6 с шиной логического нуля. Поскольку на вход

1262 элемента И 16 через регистр 17 поступает сигнал логической единицы, а на его третий вход также поступает сигнал логической единицы с нулевого выхода триггера 18, то в этот момент времени импульс рабочей серии G, поступающий с выхода блока 5 синхронизации (с выхода делителя 52 частоTfl) на вход элемента И 16, проходит через открытый элемент И 16 на выход калибратора и одновременно устанавливает триггер 18 в единичное состояние. Тем самым предотвращается возможность прохождения последующих импульсов на выход калибратора. 15

Таким образом, появление импульса на выходе калибратора свидетельствует о том, что температура плавкой вставки !5 (а значит и температура термоспая 14 датчика температуры) достигла реперной точки. Если в этот момент времени сигнал, поступающий с выхода датчика 2 (фиг.1) на вход аналого-цифрового преобразователя, соответствует эталонной градуировке 21 датчика 2, то в реверсивном счетчике 7 будет вполне определенный код, соответствующий реперной точке. Если же характеристика датчика 2 отлична от эталонной градуировки, то в момент срабатывания калибратора содержимое реверсивного счетчика 7 отлично от кода, соответствующего эталонному значению сигнала датчика 2 при температуре реперной точки. Однако в момент срабатывания калибратора 3 на вход реверсивного счетчика 7 поступает импульс, который заносит в счетчик 7 код, заданный задатчиком 7 и соответствующий эталонному зна40 чению сигнала датчика 2 при температуре реперной точки. Благодаря этому содержимое реверсивного счетчика

7 будет автоматически скорректировано до требуемой величины. В резуль45 тате при дальнейшем поступлении кодовых импульсов на входы сложения и вычитания реверсивного счетчика 7 в этом счетчике уже образовывается параллельный код, пропорциональный

50 текущему значению сигнала датчика 2 с учетом введенной поправки в момент срабатывания калибротора.

В процессе охлаждения пробы жидкой стали каждый раз, когда локаль55 ные изменения сигнала датчика 2 пре-. вышает установленный порог, на соответствующем выходе переполнения счет) 2 ) 8 чика 8 возникает импульс, который поступая на вход начальной установки счетчика 9 времени, сбрасывает последний в нуль. Поскольку на вход счетчика 9 времени постоянно поступают тактовые импульсы, то к моменту очередного сброса этого счетчика его содержимое пропорционально интервалу времени at 4 (3 = 1,2, 3, ...) от момента предшествующего сброса. При этом до тех по1) проба стали находится в жидком состоянии, интервалы времени меньше порога установленного в счетчике 9 времени, и этот счетчик не переполняется. Когда же температура металла становится равной температуре ликвидуса и начинается процесс кристаллизации, дальнейшее охлаждение металла из-за выделения скрытой теплоты кристаллизации на некоторое время прекращается. В результате очередной интервал времени становится больше порога и счетчик 9 времени переполняется. Импульс переполнения счетчика 9 поступает на вход регистра 1О, занося в последний содержимое реверсивного счетчика 7, соответствующее температуре ликвидуса анализируемой пробы металла. В блоке 12 индикации отображается результат очередного замера в виде десятичного числа в процентах углерода.

Формула изобретения

Устройство для вычисления содержания углерода в жидкой стали, содержащее аналого-цифровой преобразователь, вход которого является информационным входом устройства, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам приращений блока синхронизации, выходы синхронизированных сигналов приращения которого подключены соответственно к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика и счетчика порога, при этом тактовый вход блока синхронизации соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход реверсивного счетчика подключен к информационному входу регистра, выходы переполнения счетчика порога подключены соответственно к первому и второму установочным входам счетчика времени, счетный вход которого соединен с тактовым выходом блока синхронизации, 1262525

in выход переполнения счетчика времени подключен к входу разрешения записи регистра, выходы разрядов которого соединены с входами блока индикации, отличающееся тем, что, с целью попыщения точности работы, в него введены задатчик кода, выходы которого соединены соответственно с входами разрядов реверсивного счетчика, и калибратор, включающий триг- 10 гер, элемент И и резистор, первый вывод которого соединен с входом лги.ической единицы устройства, второй вывод резистора и первый вход элемента И соединены с входом калибровочной температуры устройства, второй и третий входы элемента И соединены соответственно с нулевым выходом триггера и с тактовым выходом блока синхронизации, выход элемента И под ключен к единичному входу триггера ик ус— тановочному входу реверсивного счетчика.

1262525

1262525

yuzE

Составитель A. Жеренов

Техред И.Попович Корректор А. Тяско

Редактор А..Сабо

Заказ 5430/48 Тираж 671 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

)13035, Москва„ Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул. Проектная, 4