Устройство для контроля влажности сыпучих материалов

(51) 5 15 4 НЫЙ НОМИТЕТОБРЕТЕНИЙ И ОТН ГОСУД АРСПО ДЕЛА СВИДЕТЕЛЬСТВ РСНО(56) Авторское свидетельство СССРИф 397824, кл. С 01 Н 23/02, 1973,Авторское свидетельство СССРВ 746558, кл. б 06 1 Ч 15/46,1980.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯВЛАЖНОСТИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, соджащее радиоизотопный источник, этлонньа блок, первые и вторые дететоры, соединенные вьмодами с первми входами соответственно первогои второго элементов И, подключеннвыходами к суммирующим входам сооветственно первого и второго ревесивных Счетчиков, а также блокуправления, подключенный первымиуправляющими выходами к управляющвходам вычислительного .блока, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности измеренивлажности, в него введены третийчетвертый элементы И, блок управния калибровкой, таймер, генератопервый и второй преобразователикод-частота, пять панных формировалей, блок выходных преобраэователи блок управления перемещением, пключенный первым командным входомпервому командному выходу блокауправления калибровкой, вторымкомандным входом - к второму команому выходу блока управления кали родькой, к первому входу блока формирования адреса и к первому командному входу блока управления, а первым и вторым выходом соответственнок первому и второму входам блока ин управления калибровкой, связанного хи- третьим командным выходом с вторымивходами первого и второго элементовИ и с первыми входами третьего ичетвертого элементов И, подключенныхвыходами к вычитающим входам соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, а вторыми входамик выходам соответственно первого и ер- второго преобразователей код - часа- тота, связанных счетными входами с к- первым выходом генератора, соединены- .ного вторым выходом с входом таймера,подключенного выходом к запускающеых му входу блока управления калибровт- кой, связанного четвертым командным Р- выходом со вторым входом блокаформирования адреса и вторым командным входом блока управления, водим ключенного синхронизирующим входомк третьему выходу генератора, вто-.рым, третьим, четвертым, пятым и я шестым управляющими выходами - к и командному входам соответственно ле- первого, второго, третьего, четверР того и пятого шинных формирователей,седьмым управляющим выходом - к те- командному входу блока памяти, а ей адресными входами через адресные од- паны - к выходам блока формированияк адреса, к адресным входам блока памяти и к адресным выходам вычислительного блока, связанного информационнд- ными входами с информационнымивыходами третьего шинного бормирорскоебъеОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН.Новоселов орректор С.Иекм филиап ППН "Патент", г, Уагород, ул. Проектная, 4 Редактор И,ЛошкаревЗаказ 3730 Тираж ВНИИПИ Государствен но делам изобрете 3035, Москва, Ж, Йодписиоого комитета СССРий и открытийауоская наб д. 451208940 этцеля,: информационньпчи выходамис информационными входами третьегошинного формирователя, соединенногошинными входами и выходами черезинформационные шины с шинными выходами первого шинного формирователя, с шинными выходамн второгошинного формирователя, с шиннымивходами и выходами четвертого шинного формирователя и шинными входами.пятого шинного формирователя, подключенного информационными выходамик входам блока выходных преобразователей, соединенного выходами с информационными выходами устройства,Изобретение относится к устройствам для обработки информации, в частности к устройствам для контроля технологических процессов, и может быть использовано для конт роля влажности сыпучих материалов радиоиэотопным методом в различных областях промьшпенности, например в черной металлургии, в аглодоменном производстве,Известно устройство для контроля влажности сыпучих материалов, содержащее блок регистрации влажности и плотности, блок регистрации только плотности, два элемента И, два 15 счетчика импульсов, блок управления, причем выхоцы блока регистрации влажности и плотности блока регистрации плотности подключены к первым входам соответственно пер вого и второго элементов И выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго счетчиков импульсов, выход второго .счетчика импульсов подключен к входу 25 блока управления, Первый и второй выходы которого подключены к вторым входам соответственно первого и второго элементов И, третий и четвертый выходы блока управления подключены ЗО к вторым входам соответственно первого н второго счетчиков импульсовЦ Однако при работе устройства возникает погрешность измерения влажности, обусловленная тем, что репричем информационные входы первогошинного формирователя соединены синформационными входами первого преобразователя код - частота и информационными выходами первого реверсивного счетчика, а информационнь 1 евходы второго шинного формирователясоединены с информационными входамивторого преобразователя код - частота и с информационными выходампвторого реверсивного счетчика, информационные входы и выходы блокапамяти соединены соответственно синформационными выходами и входамичетвертого шинного формирователя. альные радиоизотопные блоки регистрации плотности имеют чувствительность как к изменению плотности, таки к изменению влажности; отсутствуетвозможность корректировки показанийпри изменении чувствительности блоков регистрации влажности и плотности,Наиболее близким к изобретению является устройство для контроля влажности сыпучих материалов, содержащее блок регистрации влажности и плотности, блок регистрации плотности, первый и второй элементы И, первый и второй счетные блоки, блок управления, арифметический блок, запоминающий блок, блок формирования адреса, дешифратор номера аппроксимирующего отрезка и преобразователь код - фиксированное значение плотности, причем выходы блока регистрации влажности и плотности, блока регистрации плотности через первый и второй элементы И подключены соответственно к входам первого и второго счетных блоков, управляющие входы элементов И и счетных блоков подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока управления, вход преобразователя кодфиксированное значение плотности соединен с выходом второго счетно 1 блока, а выхоД подключен к первому входу блока формирования адреса, второй вход которого соединенз 12с выходом дешифрлторл номера ацпрок -сииирующего отрезка, вход которого ипервый вход арифметического блокасоединены с выходом первого счетногоблока, второй вход арифметического, блока подключен к выходу запоминающего блока, вход которого соединен свыходом блока формирования адреса,управляющие входы арифметическогоблока и блока формирования адреса.соединены соответственно .с пятыми шестым выходами блока управления 21.Однако при работе возникаетпогрешность измерения влажности,обусловленная тем, что. реальные радиоизотопные блоки регистрации плотности имеют чувствительность как кизменению плотности, так и к изменению влажности. При изменении чувствительности блоков регистрации, вызванной, например, старением чувствительных элементов, их заменой илиизменением температуры окружающейсреды, возникает систематическаяпогрешность. Измерение влажностив известном устройстве происходитне непрерывно, а циклически, с периодом, равньм времени набора информации в счетных блоках, что приводит к погрешности измерения влажности, обусловленной статистически распределенным характером излучения радиоизотопного источникаи его регистрации.Целью изобретения является повышение точности измерения влажности.Это достигается тем, что вустройство для контроля влажностисыпучих материалов, содержащее радиоизотопный источник, эталонныйблок, первые и вторые детекторы,соединенные выходами к первымивходами соответственно первого ивторого элемента И, подключенныхвыходами к суммирующим входам соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, а также блокуправления, подключенный первымиуправляющими выходами к управляющимвходам вычислительного блока, введены третий и четвертый элементы И,блок управления калибровкой, таймер, генератор, первый и второй. преобразователи код - частота,пять шинных формирователей, блоквыходных преобразователей и блокуправления перемещением, подключенный командным входом к первому08940 25 30 четвертым, пятым и шестым управляющими выходами - к командным входамсоответственно первого, второго,третьего, четвертого и пятого шинныхформирователей, седьиьм управляющимвыходом - к командному входу блокапамяти, а адресными входами черезадресные шины - к выходаи блока формироваиия адреса, к адресцыи входамблока памяти и к адресным выходам 40вычислительного блока, . свяэаццогоинформационными входами с цформационныии выходами третьего шинногоформирователя, а инфорилццоццыиивыходами - с инфориационцьми входами третьего шинного формирователя,соединенного нинныии входаии и выходами через информационные шины сшинными выходами первого шинногоформирователя,с шинныии выходлми 50 второго шинного фориировлтеля, сшинными входами и выходами четвертого шинного формирователя и шцццымивходами пятого шинного формирователя, подключенного ицфориаццоццьпчи 55 выходами к входам блока выходцьхпреобразователей, соедцценцого ыходами с инфориаццоццыиц лиходлустройства, причем информлцццц. 5 О 15 20 ко 1 линому Бык о)у бокл уцрлц,еццклццбронк ой, Р 1 орши ко 1;ц,ць 1 хо -дои - к второму кс.лицоиу ыхоублока управления клб.оцко, кпервому входу блока Форьцронлццяадреса ц к первому коилцдцоиувходу блока управления, л перцы ивторьм выходом соответс 1 леццо к цервому и второму входли блока уцрлвления калибровкой, связанного третьимкомандным выходом с вторьмц входлмипервого и второго элеиецтов И ипервыми входами третьего ц четвертого элеецтов И, подключеццх выходами к вычитающим входам соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, л вторыии входами -к выходам соответственно первогои второго преобразователя код - члс -тота, связанных счетными входами с первым выходом генератора, соединенного вторыи выходом с входом тлймера,подключенного выходом к эацусклющемувходу блока управления калибровкой,связанного четвертым командным выходом с вторым входои формированияадреса и вторым командным входомблока управления, подключеццого сицхрониэирующим входом к третьему выходу генератора, вторым, третьци, 1208940входы первого шинного формирователясоединены. с информационными входамипервого преобразователя код - частота и информационными выходами первого реверсивного счетчика, а информационные входы второго шинного Формирователя соединены с информационнымивходами второго преобразователякод - частота и информационнымивыходами второго реверсивного счет-.чика, информационные входы и выходы блока памяти соединены соответственно с информационными выходамии входами четвертого шинного формирователя.На Фиг, представлена структурнаясхема устройства для контроля влажности сыпучих материалов; на фиг.2 -структурная схема блока управлениякалибровкой и блока Формированияадреса; на Фиг,З - структурная схемаблока управления и вычислительногоблока,Устройство для контроля влажностисыпучих материалов ( Фиг.1 содержитблокрегистрации влажности и плотности, состоящий из первых 2 и вторых3 детекторов, радиоизотопного источника 4 и эталонного блока 5, первый( фиг.2) содержит триггер 39 и дешифратор 40.Блок 18 управления (фиг.З), содер-.жит блок 41 микропрограммногоуправления, микропрограммную постоянную память 42, программную постоян, где ци Ь- постоянные коэффици,енты, определяющие фоновые сигналы на выходах соответствующих блоков регистрации; О и Ь- коэффициенты, определяющие чувствительность соответственно первого и второго блоков регистрации к объемной .влажности материалов ; ц и Ь - коэффициенты, определяющие чувствительность, соответственно первого и второго блоков регистрации и объемной влажности материалаВлажность материала равна РИ =Рс(2) В режиме калибровка автоматичес 56ки определяются значения коэффициеитов слецующим оразом.Коэффициенты о Ь, определяютсяиз системы уравнений (1), которуюс учетом (2) можно переписать в виде55 и =бе а 1+7 огЫУ, (3)1 р - Ь+Ь +ЬиР,. ную память 43, блок 44 приоритетногопрерывания, кнопку 45.Вычислительный блок 26 ( фиг3)содержит арнфметико-логическое решающее устройство 46, выходной бу ферный регистр 47 данных, вьмоднойбуферный регистр 48 адреса, регистры 49-57 общего назначения.1 О Блок 1 регистрации влажности иплотности состоит иэ источника 4быстрых нейтронов, детекторовнабора счетчиков для регистрациизамедленных нейтронов, разделенных 15 на две группы 2,3, одна из которыхпокрыта кадмиевым экраном, причемконструктивно источник 4 быстрыхнейтронов и обе группы счетчиков( детекторы) 2,3 могут перемещаться 20 из рабочего положения в эталонныйблок 5. При этом устройство работает в двух режимах: калибровка и измерение.Зависимость интенсивности выход ньм сигналов блоков регистрациивлажности и плотности и только плотности может быть представлена системой уравнений1208940 При минимальной, нлажности материала (И =И 1 и его минимальной плотности )" выполняются соотношес мннния 5 1 О 5Аналогично при максимальной влажности материала (ь =ь/) можно запи- сать Поделив (5) на (6), находим соотношения между коэффициентами а,и О Ь,и Ъ 25.рации влажности и плотности восрствои реверсивного двигателя, входящего в блок 16 управления перением устанавливается в рабочее50жение например, в бункер или надконвейером с контролируемым матерналом). При этом материал облучается нбыстрыми нейтронами, которые замед ляются на ядрах атомов водорода,содержащихся во влаге. Поток замедленных нейтронов регистрируетсядвумя группами детекторов 2,3. Элементы И 6-9 при этом открыты сигнанст- едсления иещеполо" 11 Р 1 ионин 1 и= Ыо+ М 1 о и 161 р - 1 рд 1 ьчмн эффициентовч , Ьавтоматически опр чениям интенсивнос где значения к о.,ьаь деляются по эн д 1 н 1 и нн ф нИо ) (4)л 1 :т -1Р, -Р,м, Рн,ь Р,=Р -.Рсонд 1:др,(а, +аи),Д 1 р,: д Р, ( Ь, + Ьз.1 о 2.д 1 и(омин д 1 югч 14 ьзма;1 Рс ннн д 1 Ро Рмиио6 1 р -д 1 Р Основной формулой нычлажности янляется сигналов на входе каналов блока регистрации влажности и плотности в четырех калибровочных точках эталонного блока.В первой точке эталонного блока 5 сигналы на выходе блокарегист" Рации 1 И,макс " 1 Р кокс соответствуют максимальной влажности ц и максимальной плотности контролируемого материала.Во второй точке эталонного блока 5 сигналы на выходе блока 1 регистрации 1 ь,и 1 оветствуют максимальной влажности И 4н минимальной плотностиконтролируемого материала.В третьей точке эталонного блока 5 сигналы на выходе блока 1 регистрации 1, и 1 р соответствуют минимальной влажйости 1 и максимальной плотности Р контролируемого материала.В четвертой точке эталонного блока 5 сигналы на выходе блока 1 регистрации 1 щ и 1 р соото мин о матч ветствуют минимальной влажности 1 ч и минимальной плотностиконтролируемого материала.Значения интенсивностей сигналов на выходе блокарегистрации нлаж" ности и плотности в указанных точках первоначально определяются по пробам контролируемого материала с влажностью и плотностью, определяемыми известным ( например, териогравиметрическим) методом при градуировке устройства. В последующем при калибровке нейтронное поде, соответствующее полю в реальном материале, моделируется этапонным блоком 5. йство работает следующим0 1208 МО О 15 Й, М 25 ЗО 45 50 55 2маЕ лом, поступающим с блоха 17 управления калибровкой. Импульсный сигнал 1 с выхода группы детекторов 2, Нпри этом через элемент И 6 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 10, а сигналы 1 р с выхода группы детекторов 3 через элемент И 9 - на суммирующий вход реверсивного счетчика 11, Коды И и К на выходах счетчиков 10,11 при этом определяются следующим образом.На вычитающие входы счетчиков 10 11 поступают импульсные сигналы с выходов преобразователей 12,3 код - частота с частотой, определяемой соотношением где, Е- частоты импульсных сиг 2,налов на выходе преобразователей 12,13код - частота;Г,- частота на выходе генератора 14;1 - разрядность преобразователей код - частота,В начаЛьный момент времени кодый и Й, поступающие на входы преобразователей 12,3 код - частотаравны нулю и импульсные сигналы навычитающих входах реверсивных счетчиков 11 и 12, поступающие с выходовпреобразователей 12,13 код - частотачерез элементы И 7,8, отсутствуют.С увеличением кодов й и Й набранными счетчиками 10,11 частота им-пульсов на выходах преобразователей12,13 код - частота начинает увеличиваться, в свою очередь уменьшаязначение кодов Й , М . В равновесном состоянии частоты т, инавыходах преобразователеи 12 й 13код - частота равны интенсивностисигналов с выхода групп детекторов2,3, т.е.- (12)М, йир-х-,ь г Отсюда значения кодов М и Н на выходе реверсивных счетчиков 10,11 пропорциональны интенсивности 1 и 1 р В дальнейшем равновесно состояние поддерживается постовши. При , скачкообразном изменении сигналов 1 1 значение кодов й ,11, начинает изменяться с постоянной времени, определяемой разрядностью 1 преобразователей 12,13 код - частота н частотой Е генератора Гч. Таким образом, происходит непрерывное преобразование импульсных сигналов ц, и 1 с выходов блока 1 регистрации влажности и плотности, их усреднение и сглаживание.В дальнейшем значения И, и М через первый и второй шинные формирователи 21,22 с периодичностью, определяемой блоком 18 управления, поступают на информационные шины 20 и оттуда через шинный формирователь 23 - в вычислительный блок 26 для последующей обработки.В режиме калибровка осуществляется набор эталонных значений. Порядок выполнения операций в режиме калибровка определяется блоком 17 управлеиия калибровкой, Одиниз вариантов реализации блока 17 управления калибровкой изображен на фиг.2.Момент включения режима калибровка задается автоматически с помощью таймера 5 или вручную нажатиемкнопки 37. При этом на выходе 1 Б. триггера 36 формируется сигнал логической 1", на выходе элементаИ-НЕ 32 - сигнал логического "0",,закрывая элементы И 6-9. Напряжение,логической "1 с выхода триггера36 поступает на вход 1 блока 28формирования адреса, вход 1 блокауправления и на вход 2 блока 16. При поступлении на вход 1 блока 16 сигнала логической "1" реверсивиый двигатель этого блока начинает перемещать каретку с радиоизотопным источником и детекторами в эталонный блок 5, При достижении кареткой первой калибрационной точки блок 16 падает на вход блока 17 сигнал логического 0, На выходе элемента И-НЕ 32 появляется сигнал логичесикой 1 , разрешая прохождение импульсов через элементы И 6-9 с выходов детекторов 2,3 и преобразователей 12,13 код - частота на соответствующие входы счетных блоков О, 11, После выдержки времени, определяемой элементом 35, счетный триггер 39 блока формирования адреса1208940 55 переходит в первое положение, дешифратор 40 Формирует адрес записи значений интенсивности счета 1 1,м аакс иРп макс в первой калибрационной точке, а олок 18 управления формирует сигнал записи значений в запоминающий блок 27.Через время, определяемое элементом 34 выдержки времени (задержка на время записи величин 1,лл максна выходе элемента И-НЕ 31 появляется сигнал логической ", поступающий на вход 2 блока 16 и заставляющий двигатель перемещать каретку во вторую калибрационную точку.После прохождения всех калибрационных точек каретка 52 возвращает- . ся в положение измерение, о чем сообщается сигналом логического "О" на вход 2 блока 17 управления калиб-. ровкой, Формирователь 33 последнего формирует импульс, который перебрасываетК -триггер 36, сигнал логического "0" с выхода К 5-триггера, поступая на вход блока управления, переводит устройство в режим измерение.Кнопки 37, 38 блока 7 управления калибровкой служат соответственно для имитации прихода каретки 52 в калнбрационную точку и ручного перевода каретки в следующую калибрационную точку.При включении питания устройства блок 55 микропрограммного управленияформирует начальный адрес микропрограимы начального пуска, при этом 1производится установка в "0" регистров 49-57 общего назначения и формирование счетчика команд, которым служит один из регистров 49 общего назначения. На выходе регистра 48 устанавливается начальный адрес выборки программы из программной постоянной памяти 43. Выбранная команда передается в блок 41 микропрограммного управления, которыйсовместно с микропрограммной постоянной памятью 42 и вычислительныи блоком 26 производит выполнение команды. В дальнейшем вся работа устрой," ства подчинена программе, записанной в програимную постоянную памяти 43. Программа представляет собой совокупность микропрограмм, реализованных в ниде. последовательности микро-. команд, хрццнвцхсн ц лццсроцн раиицорцостонццс и ццинтц 42.Резуллтатл вьпьолцеццн операциивычисления поступают в влходцой бу Ферцый регистр 47 данных.На выходе выходцого буФерногорегистра 48 адреса кроме дацлцисчетчика командрегистра 49) арифметико-логическое решающее устрой О ство 46 может выставить адрес нчейки блока памяти 27 через вину 19адреса при обращении к этому блоку.Блок 41 микропрограммного управления по программе также формирует 15 сигналы, управляющие шиццыии Формирователями 21-25 и блоком памяти 27, Работа блока 18 управления синхроцизируется импульсаии, поступающими навход 3 с генератора 14 импульсов, 20 по которым производится выполнениекаждой микрокоманды, С блока 17управления калибровкой в блок 41микропрограммного управления поступает сигнал разрешения считывания 25 информации с выходов реверсивныхсчетчиков 10 и 11.Блок 44 приоритетного прерыванияпредназначен для организации перевода устройства из одной программы вдругую, например, когда при выполнении основной программы измерениепоступающий сигнал с блока 17 управления калибровкой переводит устройство в режим калибровка. В данном случае блок 44 приоритетного прерывания производит формирование начального адреса микропрограммы обработки прерывания. По данной микропрограмме выполняются операции по запоминанию прерванной программы и формирования счетчика команд, по содержимому которого обеспечивается выполнение другой программы.Кнопка 45 предназначена для формирования сигнала запрос прерывания,по которэиу производится прерываниетекущей программы и выполнение тестовой программы. Тестовая программапредназначена для проверки правиль,ности функционирования всего устройства. В режиме измерение вычислительным блоком 26 производится непрерыв" ное решение выражения (1 О, т,е.устройство выполняет алгоритм вычисления влажности.Вычисленное значение влажности иэ арифметического блока 26 черезшпены 11 формирователь 23 поступаетна шину 20 данных, откуда по сигналус блока 18 управления через шинныйформирователь 25 - в блок 29 выход"ных преобразователей, где преобразуется в форму, необходимую для передачи в систему управления технологическим процессом.Циклы измерение и калибровкаповторяются с периодичностью,определяемой таймером 15.Заявляемое устройство позволяетопределять влажность сыпучих материалов с учетом того, что реальные радиоизатопные блоки регистрации, например,. потока замедленныхматериалом нейтронов, имеют чувствительность как к изменению влажности,так и плотности контролируемогоматериала, при этом максийумы спектральной чувствительности каналовмогут быть разнесены на некоторуювеличину; при этом влажность материала определяется по выражению ОО).В заявляемом устройстве в отличкеот прототипа введена фуккция автоматической корректировки значений расчетных коэффициентов в зависимости от изменения реальной чувствительности блоков регистрации влаж"ности .и плотности в процессе экс плуатации.В заявляемом устройстве измерение влажности контролируемого ма-,териала происходит непрерывно,прн этом статистическая погрешность 16 определяется не. временем набораинформации или мощностью источника,как в прототипе, а разрядностьюсчетных блоков и частотой тактовыхимпульсов преобразователей код - 15.частота, на что не накладываетсятехнологических ограничений. Это позволяет повысить точностьизмерения влажности по сравнению О с прототипом за счет уменьшениякак систематической, так и случайнойсоставляющих погрешности,Введение в предлагаемое устройство процесса автоматической градуиров 5 кн без применения ручного трудасникает трудоемкость процесса эксплуатации устройства,