Автоматическая система измерения концентрации пыли

О)ОЗ СОВЕТСК ЦИАЛИСТИЧСПУБЛИК 19) 111) а 4 Л а л а ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ИДЕТЕЛЬСТ А ВТОРСНОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) атЪегг О. Сопсепггагдоп йероцяя 1 егез ведцгея раг )ац 8 ея./.Т,е Иоцче 1 АцотаТ 1 ятпе, лад, 1983. Авторское свидетельство СССР 1125507, кл. С 01 М 5/04, 198(54) АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫПИ(57) Изобретение относится к техни-ческой физике, в частности к автоматической системе измерения концентрации пыли, может быть использовано вмикроэлектронике и позволяет повыситьточность измерения и автоматизироватьоперации очистки фильтра от пыли.Система содержит блоки 1, 2 измеренияприращения веса фильтра, выполненныев вице бюкс (Б).3,4 с помещенными вних фильтрами 5, 6, Б 3, 4 расположены в цилиндрических патрубках (ЦП)7, 8. Б 3, 4 снабжены магнитнымистержнями (МС) 9, 10 с металлическимикольцами 11, 12, расположенными взоне действия индуктивных преобразователей (ИП) 13, 14, установленных134691 10 1 20 25 35 с наружной стороны патрубков 7, 8и выполняющих роль датчиков положения Б по вертикальной оси, МС 9, 10расположены в зоне действия соленоидов 15, 16, установленных с наружной стороны ЦП 7, 8 и выполняющихроль силовых органон системы, В нижИзобретение относится к технической физике и может быть использованодля автоматического контроля запыленности воздуха при производствеизделий микроэлектронной техники, атакже при решении экологических задач,связанных с контролем загрязненностиокружающей среды,Цель изобретения - повышение точности измерения и автоматизации операции очистки Фильтра от пыли.На чертеже представлена блок-схемаавтоматической системы измерения кон-.центрации пыли.Система состоит из блоков 1 и 2измерения приращения веса фильтра,выполненных в виде бюкс 3 и 4, вкоторые помещены Фильтры 5 и 6 (например, фибра со стеклом), Бюксы 3и 4 расположены в цилиндрических патрубках 7 и 8 и имеют магнитные стержни 9 и 10 с металлическими кольцами 11и 12, расположенными в зоне действияиндуктивных преобразователей 13и 14, установленных с наружной стороны патрубков 7 и 8 и выполняющих рольдатчиков положения бюкс по вертикальной оси. Магнитные стержни 9 и 10расположены в зоне действия соленоидов 15 и 16, установленных с наруяной стороны патрубков 7 и 8 и выполняющих роль силовых органов системы В нижней части патрубков установлены упругие (резиновые) уплотнительные кольца 17 и 18. На выходе индуктивных преобразователей 13 и 14 установлены регуляторы 19 и 20 и усилители 21 и 22 соленоидов. Параллельно усилителям 21 и 22 , 40 подключены переключатели 23 и 24 бюкс 3 и 4 из режима левитации в колебательный режим,ней части ЦП 7, 8 установлены кольца 17, 18. На выходе ИП 13, 14установлены регуляторы 19, 20 и усилители 21, 22 соленоидов, Параллельно усилителям 21 22 подключены переключатели 23 и 24 Б 3, 4 из режималевитации в колебательный режим,1 ил На выходе блока 1 или 2 (в зависимости от направления потока среды) установлен измеритель 25 объема (расходомер), состоящий из поплавков 26 и 27, помещенных в цилиндрические патрубки 28 и 29, на которых закреплены индуктивные преобразователи 30 и 31, выполняющие роль датчиков положения поплавков по вертикальной оси, и соленоиды 32 и 33, соединенные с индуктивными преобразователями 30 и 31 через регуляторы 34 и 35 тока соленоидов 32 и 33. Поплавки имеют магнитные стержни 36 и 37. Переключатели 38 и 39 направления тока соленоидов 15 и 16, переключатель 40 включения побудителя расхода 41 принадлежат реле 42 времени. Переключатель 43 входа дифференциального блока 44, переключатели 45 и 46 измерителя 25 объема, переключатель 47 четырех вентилей 48 - 51 и переключатели 23 и 24 из режима левитации бюкс 3 и 4 в колебательный режим принадлежат реле 52 блока управления последовательностью операций. Источник 53 питания соединен через переключатели 38 и 39 с оомотками соленоидов 15 и 16 и через переключатель 43 с первым входом первого дифференциального блока 44, на второй вход которого подан сигнал, пропорциональный первоначальному весу бюксы. Выходы регуляторов 34 и 35 через переключатели 45 и 46 соединены с входами второго дифференциального блока 54. Выход дифференциального блока 44 соединен с входом блока 55 деления, на другой вход которого через интегратор 56 подключен выход второго дифференциального блока 54. Выход дифференциального блока 44соединен также с одним из входомтретьего дифференциального блока 57,на второй вход которого подан сигнал, пропорциональный максимальномузначению прироста веса фильтра. Выход блока 57 через электронный ключ58 подключен к обмотке реле 52 блокауправления. Выход блока 55 деленияподключен к индикатору 59. Переключатели 38, 39 и 40 являются первой, второй и третьей контактными группами реле 42 времени.Переключатели 23, 24, 43, 45, 46 и 47 являются контактными группами реле 52 блока управления.Система работает следующим образом.Алгоритм работы системы включает в себя три последовательно выполняемых этапа, каждый из которых состоит из неполных одновременно выполняемых операций.Этап продувки через систему определенной порции контролируемой среды в направлении слева направо (по чертежу) состоит из следующих одновременно выполняемых операций: фильтрация среды фильтром 5, регенерация фильтра 6, измерение расхода среды в процессе продувки Я), определение объема продуваемой среды (ч).При фильтрации среды фильтром 5 бюкса 3 с фильтром 5 прижимается к уплотняющему кольцу 17 магнитной силой соленоида 15, подключенного переключателем 38 реле 42 времени к источнику 53 питания, включается побудитель 41 расхода (компрессор) переключателем 40, принадлежащим реле 42, и контролируемая среда через открытые вентили 49 и 50, включенные переключателем 47, принадлежащим реле 52, "прогоняется" через слой фильтра 5 по системе слева направо. При этом вентили 48 и 51 находятся в закрытом состоянии.При регенерации фильтра 6 бюкса 4 с фильтром 6 вводится в режим авто- колебаний. При этом переключатель 39 реле 42 подключает соленоид 16 к системе регулирования тока с большим коэффициентом усиления. Для это-. го последовательно с регулятором 20 тока размыканием переключателя 24 реле 52 подключается дополнительный усилитель 22, увеличивающий общий(2) Сз 1 з ф звес соответственно поплавков 26 и 27;коэффициент аэродинамического сопротивленияпоплавков 26 и 27;токи соленоидов 32и 33;коэффициент электромагнитной силы взаимодействия соленоидов 32 и33 с магннтными стержнями 36 и 37;объемный расход очищаемой от пыли среды. где С , С1 с, к 35 45 Полагая, что С.=Ь,=С; 1 с =1 с=из приведенных уравнений полу чают 1 с,е =( -).21 сз(3)Для определения объема продувае мой среды сигнал, пропорциональныйрасходу Ц, подается с выхода дифференциального блока 54 на вход интегратора 56, где методом непрерывногоинтегрирования сигнала расхода Я коэффициент усиления системы регулирования до величины, достаточнойдля возбуждения автоколебаний магнитовзаимодействующей системы магнитный стержень 10 - индуктивный преобразователь - соленоид 16. Переключатель 23 реле 52 находится при этомв замкнутом состоянии, подготавливая 10 систему к следующему этапу работы.При измерении расхода среды впроцессе продувки переключатели 45и 46 реле 52 находятся в положении(левом на схеме), при котором на 15 прямой вход дифференциального блока54 подключен сигнал токасоленоида 32, а на инверсный вход - сигналтокасоленоида 33 расходомера 25.Соленоид 32 удерживает в магнитном 20 поле поплавок 26 нисходящего потокасреды, а соленоид 33 - поплавок 27восходящего потока среды.Условие динамического равновесиядля каждого поплавка расходомера 25 25 имеет вид:для поплавка 26 нисходящего потокаС + к= 1 с 3. (1)для поплавка 27 восходящего потока305 13469 по времени Т определяется объем среды Ч, проходящий через слой фильтра 5 за время , устанавливаемое реле 42 времени:г.Ч = ГОД = (С = (з. - 1 )с (4)гк 71644, на второй вход которого подается опорный сигнал, пропорциональный вес бюксы С, = 11 (без пыли). В результате на выходе блока 44 вырабатывается сигнал, пропорциональный весу пыли, осажденной на Фильтре 5:Времяпродувки подбирают экспериментально в зависимости от параметров Фильтра. Сигнал, пропорциональный объему Ч, подается на вход делителя блока 55 деления.Этап определения концентрации пыли включает в себя следующие операции: измерение веса пыли, осевшей в порах фильтра 5 и определение содержания пыли в объеме среды, пропущенной через фильтр 5 (по содержанию пыли в данном объеме судят о концентрации пыли в контролируемой среде).По истечению установленного времени Г реле 42 переводит систему в режим измерения, Для выполнения первой операции соленоид 15 переключателем 38 подключается к регулятору 19 тока через замкнутый переключатель 23 (минуя усилитель 21). При этом бюкса 3 с фильтром 5 переходит в состояние свободного падения под действием магнитного поля соленоида 15. Одновременно переключатель 39 подключает источник 53 питания к соленоиду 16, магнитная сила которого. прижимает бюксу 4 к уплотненному кольцу 18. Переключатель 40 отключает побудитель 41 расхода и подача контролируемой среды в систему прекращается,При этом условие динамического равновесия для блока 1 измерения приращения веса фильтра 5 имеет вид+ С= Кгде С - первоначальный вес бюксы 3с фильтром 5,"С - вес пыли, осажденной нафильтре 5;1 с, - коэффициент электромагнитной силы взаимодействиясоленоида 15 с магнитнымстержнем 9;- ток соленоида 15;Сигнал, пропорциональный весу бюксы 3 с пылью (С+ С), через переключатель 43 реле 52 подается на первый вход дифференциального блока10 Сп = 10 Ь, - 1). (6) Этот сигнал подается на первыйвход дифференциального блока 57,на второй вход которого подан сигнал,пропорциональный максимальному зна 15 чению прироста фильтра 5. Сигнална выходе блока 57 характеризуетзапас по возможному приросту веса пы-,ли на фильтре 5,Для выполнения второй операции20 сигнал с выхода дифференциальногоблока 44 подается также на вход делимого блока 55 деления, Блок 55 определяет концентрацию пыли П (мг/л)путем деления сигнала, пропорционального весу С пыли, на сигнал,пропорциональный объему Ч контролируемой среды:Сп 21 с 1, - 1 о(7) 30ЧПосле выполнения операции делениясигнал с выхода блока 55, пропорциональный концентрации пыли, фиксируется на индикаторе 59.Назначение этапа анализа запасаприроста веса пыли на фильтре состоит в том, чтобы организовать циклы работы системы, Система имеет два цикла: малый, при котором череду ются операции продувки среды и измерения прироста веса пыли на фильтре до. начала регенерации, т,е. без изменения направления потока среды и большой, при котором чередуются опе рации изменения направления продувкисреды через систему по сигналу исчерпания запаса прироста веса пыли и начала регенерации отработанного фильтра, Малый цикл организуется при помощи реле 42 времени, большой цикл при помощи реле 52 изменения направления потока контролируемой среды.Если прирост веса пыли в процессе его измерения не превышает макси 5 б малько допустимого значения, тосигнал запаса прироста удерживает реле 52 в отключенном состоянии и происходит повторение малого цикла: продувка - измерение, 1346971Если сигнал прироста веса пыли превысит максимально допустимое значение, то на выходе блока 57 появляется сигнал, который переводит электронный ключ 58 в состояние логической единицы, включающей обмотку реле 52, переводящего все свои переключатели в.противоположное положение". переключатель 23 размыкается, 10 переключатель 24 замыкается, переключатели 45 и 46 переключают входы блока 54, переключатель 47 переводит вентиль 49 и 50 в закрытое состояние, а вентили 48 и 51 в открытое 15 состояние.Таким образом блоки 1 и 2 измерения приращения веса меняются ролями: блок 1 переводится в режим регенерации фильтра, а блок 2 в ,в режим отбора 20 пыли и переходит к повторению большого цикла,Изобретение обеспечивает повьшение точности измерения концентрации пыли за счет полного прижатия бюксы с25 фильтром к уплотнительному кольцу во время продувки фильтра. Формула изобретения30Автоматическая система измерения концентрации пыли, содержащая параллельно соединенные блоки измерения приращения веса фильтра, каждый из которых выполнен в виде индуктивного преобразователя и соленоида, размещенных с наружной стороны патрубка с отверстием внизу, в котором размещена с размещенным внутри фильтром бюкса с магнитным стержнем, установ ленным в зоне действия соленоида, и с металлическим кольцом, находящимся в зоне действия индуктивного преобразователя, соединенного с регулятором тока, измеритель объема 45 анализируемой среды, установленный на выходе блока измерения приращения веса фильтра и выполненный в виде соединенных последовательно по ходу потока идентичных блоку измерения приращения веса фильтра цилиндрических патрубков, в которых размещены поплавки с магнитными стержнями, блок управления последовательностью операций с электронным ключом, подключенным к управляющему входу реле, первая группа контактов которого установлена в линии подключения соленоидов блока измерения приращения веса к входу дифференциального блока, соединенного с первым входом блока деления, а вторая группа контактов этого реле размещена в цепи управления переключателем направления потока контролируемой среды, побудитель расхода и источник электропитания, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности измерения, блок измерения приращения веса фильтра дополнительно содержит уплотнительное кольцо, установленное в нижнем отверстии патрубка, а система снабжена усилителями тока соленоидов, установленными на выходе регуляторов тока индуктивных преобразователей блока измерения приращения веса фильтров, вторым и третьим дифференциальными блоками, интегратором, подключенным входом к выходу второго дифференциального блока, а выходом - к второму входу блока деления, выход первого дифференциального блока дополнительно соединен через третий дифференциальный блок с входом электронного ключа, и реле времени, первая и вторая группа контактов которого включены соответственно в цепь переключения направления тока соленоидов блока измерения приращения веса фильтра и в цепь возбуждения автоколебаний бюксы с фильтром, а третья группа контактов реле времени установлена в цепь запуска йобудителя расхода, при этом третья и четвертая группы контактов реле блока управления размещены в цепи подключения соленоидов измерителя.объема анализируемой среды к соответствующим входам второго дифференциального блока, а пятый замыкающий и шестой размыкающий контакты реле блока управления подключены параллельно соответствующим усилителям тока.