Устройство для вычисления содержания углерода в жидкой стали

Номер патента: 1262525

Автор: Файнзильберг

Скачать ZIP архив.

Текст

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 11 4 Й 06 г 15/4 НИЕ ИЗОБРЕТЕН СВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСН ернеССР 1973 ИЯ СОвыч пользо Ж ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Ордена Ленина институттики им. В.М. Глушкова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНЖАНИЯ УГЛЕРОДА В ЖИДКОЙ СТАЛИ(57) Изобретение относится клительной технике и может ис 801262 ваться в металлургии для определениясодержания углерода в жидкой сталипо термограмме кристаллизации пробы.Целью изобретения является повышениеточности работы устройства. Устройство содержит кристаллизатор, датчиктемпературы, калибратор, аналого-цифровой преобразователь, блок синхронизации, генератор тактовых импульсов, счетчик порога, реверсивныйсчетчик, счетчик времени, регистр,эадатчик кода, блок индикации, кварцевую трубку, спай термопары, плавкую вставку, элементы И, резистор,триггеры, автоматический потенциометр, задающий узел, каретку, фотосчитыватели, фотоприемник, триггерыШмитта, формирователи импульсов, элементы И, делитель частоты. 6 ил.62525 2 О 15 20 25 30 35 топриемники и излучатели располагают 40 ся по разные стороны счетных дорожек на прямой, перпендикулярной направ 45 5012Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для физико-химического анализа железоуглеродистых металлов, вчастности, в черной металлургии дляавтоматического контроля содержанияуглерода 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 подключеныдатчик температуры и калибратор;на фиг. 3 - вариант выполнения аналого-цифрового преобразователя; нафиг, 4 - временные диаграммы, иллюстрирующие принцип действия аналогоцифрового преобразователя; на фиг.5 вариант выполнения блока синхронизации; на фиг. 6 - временная диаграмма,иллюстрирующая принцип действия блока синхронизации.Устройство содержит кристаллизатор 1; 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 1 О, задатчик11 кода, бдок 12 индикации, кварцевую трубку 13, спай 14 термопары,плавкую вставку 15, элемент И 16,резистор 17, триггер 18, автоматический потенциометр 19, задающийузел 20, каретку 21, фотосчитыватель22, фотоприемники 23 и 24, триггеры25 и 26 йитта, формирователи 2730 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 огнеупорногоматериала (фиг.2), в которую вмонтирована кварцевая трубка 13, Внутриэтой трубки располагается спай 14термопарного датчика температуры исигнализатор реперной точки, выпол.ненный в виде плавкой вставки 15 изтокопроводящего материала с известной температурой плавления, например,из металла яли железоуглеродистогорасплава известного состава. Геометрические размеры вставки 15 выбирают 5ся такими, чтобы ее теплоемкостьбыла равна теплоемкости спая 14 термопары. Тем самым обеспечивается одинаковая тепловая инерционность датчика температуры и плавкой вставки калибратора. Плавкая вставка 15 имеет два вывода, одним из которых она подключена к,входу логического нуля, адругим - 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 метал" ла 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 узел20 представляет собой основу с двумясчетными дорожками, на которых расположены чередующиеся прозрачные и непрозрачные элементы, причем элемен" ты одной счетной дорожки сдвинуты по оси задающего узла на 1/4 шага относительно элементов другой счетной дорожки (фиг.З).Фотосчитыватель 22 содержит на два фотоприемника 23 и 24 и два излучателя ( на фиг.З не показаны). фолению перемещению фотосчитывателя. Электронный блок аналого-цифрового преобразователя предназначен для определения направления перемещения каретки 21 и формирования соответственно кодовых импульсов К+ или К 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 установки2625254да фотоприемника 23 ( фиг, 4,С) Врезультате при таком направлении движения каретки формируются только кодовые импульсы К+. При движении каретки справа налево, соответствующемотрицательному приращению температуры,сигнал с выхода фотоприемника 23 на1/4 периода опережает сигнал с выхода фотоприемника 24 (фиг.4 сЦ , Поэто 10 му при таком направлении движенияформируются только кодовые импульсы ККодовые импульсы К 1. и К с выходов аналого-цифрового преобразователя15 4 (фиг.1) через блок 5 синхронизациипоступают на входы сложения или вычитания реверсивного счетчика 7 и счетчика 8, В результате в реверсивномсчетчике 7 образуется параллельный20 код, пропорциональный текущей температуре жидкой стали.Серия тактовых импульсов с выходагенератора 6 через блок 5 синхронизации поступает на вход счетчика 9 25 времени. Поскольку тактовые и кодовыеимпульсы сдвинуты во времени .друготносительно друга, то. это исключаетвозможность сбоев в работе устройства.Принцип синхронизации кодовых итактовых импульсов с помощью блока5 синхронизации иллюстрируется временной диаграммой ( фиг.6) на которойприняты следующие обозначения: 6тактовые импульсы от генератора 6,Т и Т, - сигналы на единичном и нулевом выходах триггера 41 соответственно (фиг,5, 1 и Й - соответственно импульсы на выходах элементов 40 И 46 и 47 соответственно, К - кодовый импульс, соответствующий положительному приращению температуры, Т -сигнал на единичном выходе триггера42, Ч - сигнал на выходе элементов 4 И 48 Тз и Т - сигналы на единичном и нулевом выходах триггера 43соответственно, К+ - синхронизированный кодовый импульс, образуемыйна выходе элемента И 49.При поступлении тактовых импульсов от генератора на счетный входтриггера 41, последний последовательно изменяет свое состояние. Сигналы 3не показана) триггер 18 калибратора 1,фиг.2) и триггеры 42-45 блока синхронизации ( фиг,5) устанавливаются в нулевое состояние, а в кристаллиза тор 1 (фиг.1) заливается проба жид кой 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.З) иллюстрируется временными диаграммами (фиг.4), на которых приняты следующие обозначения: Е и Е - сигналы на выходах фотоприемников 23 и 24 сооветственно, Я и Д, - сигналы на единичном и нулевом выходах триггера 25 Шмидта соответственно, (:1, Я - сигналы на единичном и нулевом выходах триггера 26 Шмидта соответственно, С., - Я - сигналы на выходах формирователей 27-30, соответственно, К+ и К - кодовые импульсы, которые образуются соответственно на выходах элементов ИЛИ 39 и 40.При изменении сигнала, поступающего на вход автоматического потенциометра 19 (фиг.З) 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 другапо фазе на 1/4 периода. При этом при движении каретки слева направо, соответствующем положительно 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 навходы элементов И 46 и 47. На вторыевходы этих же элементов поступаюттактовые импульсы от генератора. В1262 результате на выходах укаэанных элементов образуются две серии импульсов з, и Ь , сдвинутых друг отиосительно друга на половину периода. Частотаследования импульсов серан та равна настста Г саааГсваннягимпульсов серии б , причем0,5, где Г - частота следования импульсов, поступающих от генератора.Импульсы серии 5, 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 состояниитриггеры 42-45 находятся в нулевомсостоянии. При поступлении очередного кодового импульса с выхода аналого-цифрового преобразователя, например, кодового импульса, соответствую щего положительному приращению аналогового сигнала, этот импульс поступает на единичный вход триггера 42.В результате на единичном выходеэтого триггера образуется управляющий сигнал, который поступает на вход ния на вход элемента И 48 очередного 35 этого элемента образуется импульс Ч 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 сК+, 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 совпаде 50 ния во времени кодового и синхрониэи рующего импульсов. Это может привести к возникновению на выходе элемен-та И 48 "неполноценного" импульса с частотой следования, определяе30 элемента И 48. После изменения сост тояния триггера 42 в момент поступлесинхрониэирующего импульса на выходе40 45 525 в(см, фиг,б), например к возникновению импульса недостаточной продолжитехтьности нли 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 узе 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-цифрового 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 4 (фиг.2) датчика происходит нагрев плавки вставки 15 сигнализатора реперной точки, причем ввиду одинаковой тепловой инерционности термоспая 4 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 вход71262 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 б, поступающий с выхода блока 5 синхронизации (с выхода делителя 52 частот) на вход элемента И 6, 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. 5Таким 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 25 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 всчетчик 7 код, заданный задатчиком 7 и соответствующий эталонному зна 40 чению сигнала датчика 2 при температуре реперной точки. Благодаря этому содержимое реверсивного счетчика 7 будет автоматически скорректировано до требуемой величины, В резуль 45 тате при дальнейшем поступлении кодовых импульсов на входы сложения и вычитания реверсивного счетчика 7 в этом счетчике уже образовывается параллельный код, пропорциональный50 текущему значению сигнала датчика 2 с учетом введенной поправки в моментсрабатывания калибротора.В процессе охлаждения пробы жидкой стали каждый раз, когда локаль 55 ные изменения сигнала датчика 2 пре-. вышает установленный порог, на соответствующем выходе переполнения счет)25 8чика 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 51 1 ( 1 = 1,2, 3, ) от момента предшествующего сброса. При этом до тех пор 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 1 О, 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 изобретенияУстройство для вычисления содержания углерода в жидкой стали, содержащее аналого-цифровой преобразователь, вход которого является информационным входом устройства, авыходы подключены соответственно к первому и второму входам приращений блока синхронизации, выходы синхронизированных сигналов приращениякоторого подключены соответственно квходам 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 1 Овыход переполнения счетчика времениподключен к входу разрешения записирегистра, выходы разрядов которогосоединены с входами блока индикации,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью попыщения точцости работы,в него введены задатчик кода, выходы которого соединены соответственнос входами разрядов реверсивного счетчика, и калибратор, включающий триггер, элемент И и резистор, первый вывод которого соединен с входом логическоц единицы устройства, второйвывод резистора и первый вход элемента И соединены с входом калибровочной температуры устройства, второйи третий входы элемента И соединенысоответственно с нулевым выходомтриггера и с тактовым выходом блокасинхронизации, выход элемента И подключен к единичному входу триггера ик ус -тацовочному входу реверсивного счетчика..Сабо Техред И.Попович Корректор А. Тяск акто каз 54 ир одписное го нии и 5, Ра Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 48 ВНИИПИ по д 130357 У осударстве ам изобрет Москва Житета ССС крытий кая наб.,

Смотреть

Заявка

3868727, 18.03.1985

ОРДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ КИБЕРНЕТИКИ ИМ. В. М. ГЛУШКОВА

ФАЙНЗИЛЬБЕРГ ЛЕОНИД СОЛОМОНОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G06F 17/00, G01N 25/06

Метки: содержания, жидкой, углерода, стали, вычисления

Опубликовано: 07.10.1986

Код ссылки

<a href="http://patents.su/8-1262525-ustrojjstvo-dlya-vychisleniya-soderzhaniya-ugleroda-v-zhidkojj-stali.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для вычисления содержания углерода в жидкой стали</a>

Похожие патенты