Седиментационный гранулометр

 

<п1979962

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союэ Сееетеких

Социалистических

Вес ттттбл»»

l (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Зая влево 26.05.80 (21) 2930423/18 — 25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 01 N 15 04

ЬФаархтххххь и "e»

СИР ав давая кзебратених н епрмткй (53) УДК 539.215 (088.8) Опубликовано 07.12 82 Бюллетень № 45

Дата опубликования описания 07.12.82 (72) Авторы изобретения

С. И. Корищ, В. Л. Пишванов и С. В. Кислых

Уральский филиал Всесоюзного научно — исследовате 6кога и конструкторского института "Цветметавтоматфа"- (7I) Заявитель! м- 1 (54) СЕДИМЕНТАЦИОННЫЙ ГРАНУЛОМЕТР

Изобретение относится к контролю параметров технологических процессов;и может бьць использовано на предприятиях, нрименяющих измельчение и классификацию исходного сырья, изготавливающих дисперсные продукты, а также при исследовании почв — для определения

5 гранулометрического состава. веществ.

Известно устройство для седиментационного анализа веществ. Устройство содержит осадительную трубу, сообщающуюся с измерительной трубкой, снабженной шкалой. Измеряя уровень мениска жидкости в измерительной трубке в различные моменты времени после введения в осадительную трубу анализируемого вещества, опредеЛяют путем вычисления его хранулометрический состав (1).

Недостатком устройства; является низкая точность измерения. Это обусловлено ошибкой визуального определения уровня мениска жшткости в измерительной трубке. 20

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения гранулометрического состава вещества.

Устройство содержит осадительный цилиндр и сообщающуюся с ним измерительную трубку, электронный уровнемер и схему обработки . сигналов (2) .

Недостатком устройства является низкая точность измерения.Целью изобретения является повышение точности путем увеличения разрешающей способности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем осадительный цилиндр и сообщающуюся с ним измерительную трубку, электронный уровнемер и схему обработки сигналов, схема обработки сигналов содержит. счетчик импульсов, схему сравнения кодов, регистр, формирователь меток времени, вычислительное усгройство, схему автоматической коррекции измерительного тракта, управляемый генератор импульсов, синхронизатор и три ключа, при этом выход уровнемера соединен с входом счетчика, выход которого через первый ключ подкюпочен к первому входу схемы сравнения кодов, второй вход которой соединен с первым выходом регистра, а второй выход регистра подключен

2 !

I где Т> и T> — постоянные времени RC — цепей;

К,> — безразмерный коэффициент, а параметры схемы коррекции измерительного тракта выбираются так, чтобы выполнялись следующие условия

ТТ 0

2 ОШ Г (Т Т

Ъ

Т

Т где Тэ — постоянная времени интегрирующей цепи;

3 979962 к первому входу вычислительного устройства, второй вход которого соединен с выходом счетчика N, управляннцим входом второго ключа, выход которого подсоединен к входу регистра, а вход подключен к выходу "Больше" схемы сравнения кодов, и через третий ключ— с входом схемы автоматической коррекции измерительного тракта, выход которой через управляемый генератор импульсов соединен с управляющим входом уровнемера, причем третий 1ð вход вычислительного устройства через формирователь меток времени соединен с выходом

"Равно" схемы сравнения кодов, а четвертый вход вычислительного устройства подключен к управляющему входу первого ключа и первому 1 выходу блока синхронизации, соединенному с первым коммутационным входом уровнемера, второй выход блока синхронизации подключен к входу обнуления счетчика, а третий — к второму коммутационному sxoay уровнемера, соединенному с управляющим входом третьего ключа.

Уровнемер выполнен в виде автогенераторного измерителя с частотным выходом, запуск . которого осуществляется: подачей импульсной команды на его управляющий вход, а в колебательный контур через ключи поочередно включаются измерительный чувствительный элемент и эталонная индуктивность путем подачи команд на коммутирующие входы уровнемера. 30

Измерительный чувствительный элемент уров>, немера выполнен в вице поплавка, к которому прикреплен сердечник, содержащий пакет электрически изолированных пластин из ферромагнит. ного материала, например пермоллоя, перемещающийся внутри катушки индуктивности, причем сечение катушки выполнено прямоугольным.

Схема коррекции измерительного тракта содержит последовательно соединенные формирователь сигнала ошибки, интегратор и усилитель с передаточной характеристикой вида и (н т,) к„р>

Т вЂ” период следования калибровочных радиоимпульсов;

0 — напряжение сигнала ошибки (в безразмерных относительных единицах);

К вЂ” крутизна характеристики управляемого генератора (в безразмерных относительных единицах) .

На фиг. 1 показана структурная схема предложенного гранулометра; на фиг. 2 — 7— графики, поясняющие его работу.

Устройство содержит осадительный цилиндр

1 и сообщающуюся с ним измерительную тр1 6ку 2. Измерение уровня жидкости в трубке 2 осуществляется с помощью электронного уровнемера 3, выходной сигнал которого в виде чередующихся во времени измерительных и калибровочных радиоимпульсов подается на вход счетчика 4. Выходы счетчика 4 подключены через первый ключ 5 к схеме сравнения кодов 6, через второй ключ 7 — к схеме автоматической коррекции измерительного тракта

8, через третий ключ 9 — к регистру 10, а также непосредственно к вычислительному устройству 11. Выход "Больше" 12 схемы сравнения кодов 6 соединен с управляющим входом ключа 9,.выход "Меньше" 13 схемы 6 подключен к входу формирователя меток времени 14, выход которого соединен с вычислительным устройством 11. Выходной сигнал схемы автоматической коррекции измерительного тракта 8 управляет длительностью импульсов управляемого генератора 15, подключенного выходом к управляющему входу 16 уравнемера 3. Управление устройствами, входящими в состав гранулометра, осуществляется с помощью синхронизатора 17, выходы 18 которого подключены к управляющим входам 19, 20 и 34, ключей 5, 7 и вычислительного устройства 11 и к коммутирующим входам 21 и

22 уровнемера 3, а также к входу 35 обнуления счетчика 4. Электронный уровнемер 3 выполнен в виде автогенераторного измерителя

23 с частотным выходом, запуск которого осуществляется подачей импульсной команды на вход 16, а в колебательный контур автогенератора 23 через коммутаторы 24 и 25 поочередно включаются измерительный чувствительный элемент 26 и эталонная индуктивность 27, Измерительный чувствительный элемент 26 выполнен в виде поплавка 28, к которому прикреплен сердечник 29, содержащий пакет электрически изолированных пластин из ферромагнитного материала, перемещающийся внутри катушки индуктивности 30. Схема 8 автоматической коррекции измерительного тракта содержит последовательно соединенные формирователь 31 сигнала ошибки, интегратор 32 и усилитель 33.

Седиментационный гранулометр работает следующим образом.

5 9799

При введении в осадительный цилиндр 1 (фиг. 1) твердого анализируемого вещества, вследствие различия плотностей образовавшейся в цилиндре 1 суспензни и находящейся в трубке 2 дисперсионной среды (жидкости) уровень жидкости в измерительной трубке 2 повышается (фиг. 2), достигая в момент С, максимального приращения h д„ (относительно первоначального уровня до введения твердого), определяемого массой твердого 10

"1-ВУ и его плотность р плотностью дисперсионтв ной среды р и площадью поперечного сечения. 8 осадительного цилиндра 1 в соответствии с формулой!

5 (2) уровень жидкости в измерительной трубке 2 начинает падать, сердечник 29 вдвигается в катушку 30, частота колебаний автогенератора

23 падает н в момент i N äîñòèòàåò своего минимального значения. К этому моменту в вычислительном устройстве,, оказывается вся необходимая информация для расчета содержания анализируемых классов: Ь,,„„,с и текущие тв Ри мсЮкс п1т g - (1 р тЬ

В момент 7< из суспензии выпадают самые э0 крупные частицы анализируемого вещества, что приводит к уменьшению массы твердого в суспензии и соответствующему снижению уровня жидкости в измерительной трубке 2.

Каждому из последующих моментов времени соответствуют приращения уровня жидкости в измерительной трубке 2, пропорциональные массе твердого., находящегося в данный момент в суспензии (не выпавшего в осадок).

Вычислив по закону Стокса или определив экспериментально моменты времени С3, с, соответствующие прохождению через осадительную трубу 1 частиц определенных эквивалентных радиусов (определенной крупности), по измеренным значениям приращений уровня hy gc. Ьз, h ..., hn с помощью известных формул и методики определяют процентное содержание классов крупности в анализируемой пробе.

Электронный измеритель 3 уровня обеспечивает преобразование уровня жидкости в иэмерительной трубке 2 в пропорциональное изменение частоты электрических колебаний. При этом он работает в импульсном режиме, генерируя колебания только в течение времени, определяемого длительностью команды 0 пр (фиг. 3). Выходной сигнал 0зр уровнемера

3 (фиг. 4) представляет собой пачки гармонических колебаний (радиоимпульсы). Для обес50 печения высокой точности и стабильности измерения уровня каждому измерению предшествует автоматическая коррекция измерительного тракта с использованием эталонного радиоимпульса P U позволяющая исключить влияние дестабилизирующих факторов (изменения питающих напряжений, температуры, влажности,. старения деталей и т. п.) на точность измерения уровня. Таким образом, уровнемер 3 ра62 6 ботает в режиме разделения времени между измерительным и калибровочным сигналами.

В исходном состоянии, до введения в осадительный цилиндр 1 анализируемого твердого вещества, уровень жидкости в измерительной, трубке 2 минимален (приращение уровня равно нулю). Ферромагнитный сердечник 29 измерительного чувствительного элемента 26 оказывается максимально вдвинутым в катушку 30. Индуктивность катушки 30 при этом максимальна, а частота колебаний автогенератора 23 после включения катушки 30 в его контур по команде (фиг. 5), поданной на коммутирующий вход 21, оказывается минимальной. После введейия в осадительную трубу 1 твердого уровень жидкости в трубке 2 повышается, что приводит к выдвиганию сердечника 29 из катушки 30, и росту частоты f м колебаний. Соответственно растет и число колебаний Виям за время t,(ôèã. 4). изб изб деизм

Число Мизм(т) на данном такте измерения записывается в счетчик 4 и через ключ 5 поступает на первый вход схемы сравнения 6.

На второй вход схемы сравнения 6 поступает число N„ (t — 1), записанное в регистр 10 в момент времени (t — 1), т. е. на предыдущем такте измерения. Если уровень жидкости в измерительной трубе растет (участок 0 — 71 ., фиг. 2), то выполняется условие 4 иъм () изм (— ) (3)

При этом появляется разрешающая команда на выходе "Больше" 12 схемы сравнения 6, и число из счетчика 4 переписывается в регистр

10, после чего счетчик 4 обнуляется. Поскольку условие (3) выполняется на интервале (О, 1, фнг. 2), в момент 71 в регистр окажется записанным число N, пропорциональное максимальному прйращению уровня в измерительной трубке 2 hù,„„ Начиная с момента, запись в регистр

10 прекращается. В первом же такте после момента 1 появится разрешающая команда, на выходе "Равно" 13 схемы сравнения 6.

Эта команда запустит формирователь меток, времени 14, который выдаст команды регистрации чисел, записанных в счетчике 4 в моменты п (фиг. 2).

Начиная с момента 2 (фиг. 2), соответствующего осаждению наиболее крупных частиц, где Т

Т11 Т2

Оош

7 9799 значения пз, h<. h„а также моменты времени 7., Результаты вычислений, выполненных вычислительным устройством 11, поступают на выход грануломет ра.. 5

Правильная работа измерительного тракта обеспечивается благодаря привязке с помощью команды Оком.„эм (фиг, 5) момента включе-. ния в контур автогенератора 23 через коммута. тор 24 измерительного чувствительного элемен- lO та 26 к моменту передачи информации из счетчика 4 через ключ 5 на схему сравнения

6 и в вычислительное устройство 11, путем подачи команды Оком измтакже на управляю- щие входы 19, 34 ключа 5 и вычислительного М устройства 11. Выполнение катушки 30 прямоугольного поперечного сечения обеспечивает максимальную протяженность линейного участка зависимости частоты колебаний генератора 23 m уровня 20 жидкости в измерительной трубке 2.

Рассмотрим работу схемы автоматической1 коррекции измерительного тракта 8, обеспечивающей практически полное устранение влияния дестабилизирующих факторов и помех на 25 результат измерений гранулометрического состава веществ.

В паузах между импульсами U« . „зм, когда коммутатор 24 выключен и соответственно измерительный чувствительный элемент 26 щ отключен от автогенератора 23; а ключ 5 разомкнут и вычислительное устройство 11 заблокировано по входу 34, синхронизатор выра- батывает команду Оком. калибр (фиг 6), по которой в контур автогенератора 23 через коммутатор 25 включается эталонная индуктивность 27, а выходы счетчика 4 через ключ 7 подключаются к входу схемы автоматической стабилизации измерительного тракта 8. При этом автогенератор 23 формирует эталонный радиоимпульс. длительностью t „, (фиг. 4) .

Величина эталонной индуктивности 27 выби- рается так, чтобы при первоначальной настройке гранулометра за время t (фиг. 4) в счетчик 4 прошло йо импульсов

No = fo to (4) где f — первоначальное значение частоты aso тогенератора 23 при включении в его контур эталонной индуктивности 27.

При наборе в счетчике 4 числа И формируется команда включения формирователя сигнала ошибки 31 Оо„, . Выключение формирователя 31 происходит по заднему фронту команды Оком. калмбр (фиг. 7). Длительность импульса ошибки при этом принимается за номинальную, а схема коррекции 8 строится так, что при та, = t» отсутствует воздействие на управляемый генератор Й. Дестабили62 8 эирующие факторы и помехи приводят к тому, что при неизменном значении эталонной индуктнвности 27 частота колебаний отклоняется от первоначального значения о . Если в данный момент времени частота, например, возросла, то набор числа в счетчике 4 й„произойдет раньше, передний фронт импульса ошибки сдвинется влево, а длительность импульса вырастет на величину, заштрихованную на фиг. 7 горизонтально (t +,).

Импульс ошибки интегрируется интегратором

32, в результате чего напряжение на выходе интегратора увеличивается пропорционально уве личению длительности импульса ошибки

После усиления проинтегрированного импульса ошибки усилителем 33, выходной сигнал последнего управляет длительностью импульсов генератора 15 до тех пор, пока увеличение частоты автогенератора 23 не будет скомпенсировано соответствующим уменьшением дли - тельности РадиоимпУльсов РОк „„б так, чтобы число колебаний, прошедших в счетчик 4 за время измерения, вернулось к первоначальному значению. Таким образом, возникновение

"Лишних" колебаний на интервале измерения компенсируется сужением самого интервала до тех пор, пока "Лишние" колебания не скомпенсируются. Аналогично уменьшение частоты относительно первоначального значения 1о приводит к сужению импульса ошибки (наклонная штриховка на фиг. 7). При этом вырабатывается управляющий сигнал другого знака, который увеличивает длительность импульсов генератора

15 до тех пор, пока "Недостающие" колебания не войдут в интервал измерения.

Управляющий сигнал запоминается схемой коррекции 8 и воздействует также на генератор 15 цри формировании измерительного радиоимпульса РО @ata, Рассмотренная схема автоматической коррекции измерительного тракта 8 является импульсной системой автоматического регулирования по отклонению, Установлено, что устойчивость системы обеспечивается при выполнении следующих условий тт и

2 oUI r т T <2 (е)

Ъ

72)—

Т (Ь) период следования калибровочных радио импульсов; постоянные времени RC - цепей усилителя 33; напряжение сигнала ошибки (в безразмерных относительных единицах);

9799

ТТ 0 К (2;

Т

Т27

Формула

Кг — крутизна характерисгики управляемого генератора 15 (в безразмерных относительных единицах), а передаточная характеристика усилителя 33 должна иметь следующий вид 5 к (+Рт„1 р7 (7) рт

Предложенное построение седиментационного гранулометра обеспечивает достижение положи; тельного эффекта, заключающегося в повыше10 нии точности и разрешающей способности.

Повышение точности измерений достигается благодаря введению электронного уровнемера с выходным частотным сигналом в виде пачек гармонических колебаний (рапиоимпульсов);

При этом обеспечивается высокая регистрация информации благодаря представлению ее в цифровой форме с помощью счетчика числа колебаний радиоимпульса. Это позволяет рабов тать с разбавленными суспензиями, чем исключаются ошибки измерения, связанные с взаимным влиянием осаждающихся частиц. Кроме того, использование выходного сигнала в виде пачек колебаний позволяет наиболее простым образом точно зафиксировать максимальное прира2S щение уровня в измерительной трубке путем сравнения числа колебаний в последовательно идущих пачках и таким образом исключить погрешность в определении процентного содержания заданных классов крупности, связанную с ошибкой регистрации максимального уровня в измерительной трубке.

Повышение разрешающей способности достигается благодаря элиминированию влияния дестабилизирующих факторов и помех на результат $$ измерения уровня в измерительной трубке. изобретения

1. Седиментационный гранулометр, содержащий осадительный цилиндр и сообщающуюся с ним измерительную трубку, электронный уровнемер и схему обработки сигналов, о т л и ч а,юшийся тем, что, с целью повышения точ- 45 ности путем увеличения разрешающей способности, схема обработки сигналов содержит счетчик импульсов, схему сравнения кодов, регистр, схему автоматической коррекции измерительного тракта, управляемый генератор импульсов, синхро-50 низатор и три ключа, при этом выход уровнемера соединен с входом счетчика, выход которого через первый ключ подключен к первому входу схемы сравнения кодов, второй вход которой соединен d первым выходом регистра, а второй выход регист- $$ ра подключен к первому входу вычислительного

62 10 устройства, второй ахоп которого соединен с выхопом счетчика U, входом второго ключа, выход которого подсоединен к входу регистра, а управляющий вход подключен к выходу

"Больше" схемы сравнения кодов, и через третий ключ — с входом схемы автоматической коррекции измерительного тракта. выход которой через управляемый генератор импульсов соединен с управляющим входом уровнемера, причем третий. вход вычислительного устройства через формирователь меток времени соединен с выходом "Равно" схемы сравнения кодов, а четвертый вход вычислительного устройства подключен к управляющему входу первого ключа и первому выходу синхронизатора, сое-. диненному с первым коммутационным входом уровнемера, второй выход синхронизатора подключен к входу обнуления счетчика, а третий— к второму коммутационному входу уровнемера, соединенному с управлятощим входом третьего ключа.

2. Гранулометр по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что схема автоматической коррекции измерительного тракта содержит последовательно соединенные формирователь сигнала ошибки, интегратор и усилитель с передаточной функцией вида о ("+ Р7.,)

К /р)=

Рт2 где Т> и Т вЂ” постоянные времени RC-цепей;

Ко — безразмерный коэффициент; а параметры схемы коррекции измерительного тракта выбирают так, чтобы выполнялись следующие условия где Тз — постоянная времени интегрирующей цепи;

Т вЂ” период следования калибровочных радиоимпульсов;

Ц вЂ” напряжение сигнала ошибки в безразмерных (относительных) единицах;

Кг — крутизна характеристики управляемого генератора в безразмерных (относительных) единицах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 11 433384, кл. G 01 N 15/04, 1971.

2, Авторское свидетельство СССР по заявке

Р 2684397/18 — 2э, кл. G 01 М 15/00, 1979 (прототупи) .

979962 р.Г

Составитель В. Алексеев

Техред Л.Пекарь Корректор С. Шекмар

Редактор Л. Ушакова

Заказ 9348/32

Тираж 887

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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