Анализатор содержания углерода в металле

. А Й НОмитет сссР Ретений и ОткРытииГОСУДАРСТВЕН ПО ДЕЛАМ ИЗ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ НИЯ иб(54) (57) 1, АН УГЛЕРОДА В МЕТ следовательно АЛИЗАТОР СОДЕРЖАНИЯ АЛЛЕ, содержащий пооединенные кристалли температуры, а также ик, счетчик времени, И, блок цифровой инго-цифровой Преобраюченный своим входом ато и датчиковый счет порог первь элемент и и анал ика ова 1 ь, поцкл К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ордена Ленина институнетики им, В.М,Глушкова(56) Авторское свидетельстК 478236, кл, С 01 И 25/06Авторское свидетельство11 752162, кл. С 01 И 25/06 к выходу датчика температуры, пе вым и вторым выходами соответств но к суммирующему и вычитающему входам порогового счетчика, выход которого соединен с установочным входомсчетчика времени, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности анализа, в него введены буферный счетчик, дешифраторнуля, пересчетный блок, счетчик результата и блок управления, подключенный потенциальными выходами кпотенциальным входам пересчетногоблока и импульсным выходом к установочному входу пересчетного блока,выход первого элемента И соединен синформационным входом пересчетногоблока и с вычитаюшим входом буферного счетчика, суммирующий вход которого подключен к третьему выходу аналого-цифрового преобразователя,установочный вход подсоединен к выходу счетчика времени, а выход подсоединен через дешифратор нуля к управляюшему входу блока цифровой индикации и к одному входу первогоэлемента И, другой вход которогоподключен к четвертому выходу аналого-цифрового преобразователя, подсоединенного пятым выходом к информационному входу счетчика времении к импульсному входу блока управления, а выход пересчетного блока подключен к входу счетчика результата,выходы которого соединены с потенциальными входами блока управленияи с информационными входами блокацифровой индикации,2. Анализатор по и, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем,что в нем блокуправления содержит счетчик, два дешифратора, элемент ИЛИ, задатчик кодов и мультиплексор, выходы которого являются соответствующими потенциальными входами блока управления,первый дешифратор, один вход которого является импульсным входом блока управления, а другие входы - потенциальными входами блока управления, подключен своимп выходами к соответствующим входам элемента ИЛИ,выход которого, являющийся импульсным выходом блока управления, соединен с входом счетчика, подсоединенного разрядными выходами к входам.второго дешифратора, подключенногосвоими выходами к управляющим входаммультиплексора, выходы которого являются потенциальными выходами блокауправления и информационные входы ко1267236 торого подключены к выходам соответствующих задатчиков кодов. 3. Анализатор по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что н нем блок управления содержит триггер задатчик кодов и мультиплексор, выходы которого янляются потенциальными выходами блока управления, и многовхо 1 О доный элемент И, входы которого янИзобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для физико-химического анализа железоуглеродистых металлов, иможет быть использонано для автоматизации контроля содержания, углеродан жидкой стали по термограмме кристаллизации ее пробы,Цель изобретения - повьипение точности анализа содержания углерода в10металле.На фиг. 1 представлена функциональная схема анализатора содержания углерода в металле, на Фиг. 2 и3 - варианты функциональных схем бло ка управления; на фиг. 4 - пример нелинейной зависимости между температурой ликнидуса Т 1, и содержанием.углерода С, аппроксимируемой тремяотрезками прямых,Анализатор содержания углерода вметалле содержит (Фиг. 1) последовательно соединенные кристаллизатор1 и датчик температуры 2, а также25аналого-цифровой преобразователь(АШ 1) 3, пороговый счетчик 4, счетчик времени 5, блок 6 цифровой индикации, элемент И 7, буферный счетчик 8, дешифратор нуля 9, пересчетный блок 10, счетчик 11 результата иблок управления 12,Аналого-циФровой преобразователь3 подключен своим входом к выходудатчика температуры 2, первым и вторым выходами - к суммирующему и вы- З 5читающему входам порогового счетчика 4, выход которого соединен с установочным входом счетчика времени5, Блок управления 12 подключен потенциальными выходами к потенциальным входам пересчетного блока 10 иимпульсным выходом к установочному ляются соответственно импульсным ипотенциальными нходами блока управ"ления, подключенныи своим выходом,являющимся импульсным выходом блокауправления, к входу триггера, выхо"ды которого соединены с управляющими входами мультиплексора, подключенного информационными входами квыходам соответствующих задатчиковкодоввходу пересчетного блока 10. Выходэлемента И 7 соединен с информационйым входом пересчетного блока 10и с вычитающим входом буферного счетчика 8, суммирующий вход которогоподключен к третьему выходу АЦП 3,Установочный вход буферного счетчика8 подключен к выходу счетчика времени 5, а выход соединен через дешифратор нуля 9 с управляющим входомблока 6 цифровой индикации и с однимвходом элемента И 7, другой вход которого подключен к четвертому выходуАЦП 3, подсоединенного пятым выходомк информационному входу счетчика времени 5 и к импульсному входу блокауправления 12, Выход пересчетногоблока 10 подключен к входу счетчикарезультатов 11, выходы которого соединены с потенциальными входами блокауправления 12 и с информационными входами блока 6 цифровой индикации.Аналого-цифровой преобразователь3 включает н себя генератор импульсов 13, реверсивный счетчик 14, цифроаналоговый преобразователь 15,элемент сравнения 16 и два элементаИ 17 и 18,Элемент сравнения 16, один входкоторого является входом АЦП 3, подключен другим входом к выходу цифроаналогового преобразователя 15 и вы"ходами - к одним входам элементаИ 17 и 18, выходы которых, являющиеся первым и вторым выходами АЦП 3,подключены к вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика14, выход которого, являющийся третьим выходом АЦП 3, соединен с входом цифроаналогового преобразователя 15, Первый выход генератора им 1267236пульсов 13, являющийся четвертым выходом АЦП 3, подключен к другим входам элементов И 7 и 18, а второй выход генератора импульсов 13 является пятым выходом АЦП 3.Пересчетный блок 10 представляет собой управляемый делитель частоты с переменным коэффициентом пересчета (двоичный умножитель), При этом число импульсов Б, поступивших на выход пересчетного блока 10 определяется соотношениемКИы = Нь (1)Ко где Ы - число импульсов, поступивших на вход пересчетногоблока 1 О;К, - постоянный коэффициент, определяемый разрядностью Мпересчета в соответствии сотношением К,=2" (например,К =512,если й =9, т.е, еслипересчетный блок 1 О девятиразрядный);К - переменный коэффициент, изменяющийся в пределах от 1до К и определяющий коэфциент пересчета пересчетно-,го блока 10.Коэффициент К задается параллельным кодом на потенциальных входах пересчетнаго блока 10. Установочный вход этой схемы служит для установки ее в начальное нулевое состояние,Блок управления 12 служит для формирования на потенциальных входах пересчетного блока 10 параллельного кода, обеспечивающего реализацию требуемой нелинейной зависимости между температурой ликвидации Т, и содержанием углерода С.В том случае, когда зависимость между Т; и С аппроксимируется для получения приемлемой точности более чем двумя участками прямых, блок управления 12 строится согласно схе-. мы, приведенной на фиг, 2. Блок управления 2 содержит (фиг, 2) дешифратор 19, элемент ИЛИ 20, счетчик 21, дешифратор 22, задатчики кодов 23 и мультиплексор 24, выходы которого являются соответствующими потен циальными входами блока управления 12, Дешифратор 19, один вход которого является импульсным входом блока управления 12, а другие входы - его потенциальными входами, подключен выходами к соответствующим входам элемента ИЛИ 20, выход которогоявляющийся импульсным выходом блока управления 12, соединен с входомсчетчика 21, подсоединенного разрядными выходами к входам дешифратора22, подключенного выходами к управляющим входам мультиплексора 24,выходы которого являются потенциальными выходами блока управления 1 О 12. Информационные входы мультиплек-,сора 24 соединены с выходами соответствующих задатчиков кодов 23. Дешифратор 13 имеет число выходов М,где М - число прямых, аппроксимирующих зависимость между Ть; и С(Фиг. 4).В том случае, когда требуемаянелинейная зависимость между Т 1; и Сс достаточной точностью может бытьаппроксимирована двумя участкамипрямых, блок управления 12 строится согласно схемы, представленнойна фиг, 3. В этом случае блок управления 12 содержит (Фиг, 3) мно говходовый элемент И 25, триггер26, эадатчики кодов 27 и мультиплексор 28, выходы которого являютсяпотенциальными выходами блока управления. Многовходовый элемент И 25входы которого являются импульсными потенциальными входами блока управления 12 соответственно, подключен выходом, являющимся импульсным выходом блока управления 12, квходу триггера 26, выходы которогосоединены с управляющими входамимультиплексора 28, подключенного информационными входами к выходам соответствующих задатчиков кодов 27.Мультиплексор 24 (фиг. 2) как и 40мультиплексор 28 (фиг. 3) представляет собой коммутатор И-разрядныхдвоичных кодов, задаваемых задатчиками кодов 23 (фиг. 2) или 27(Фиг. 3), При этом в зависимости от .45того, на какой из М управляюших входов мультиплексора 24 (или 28) поступает разрешающий сигнал, на информационные входы мультиплексорапоступает параллельный код от тогоилп иного задатчика кодов 23 (или,27),С помощью задатчиков кодов 23(или 27) при настройке блока управления 12 задаются М двоичных кодов,определяющих угол наклона соответст вующего участка прямой, аппроксимирующей требуемую зависимость междутемпературой ликнидуса Т,; и содер-1267236 10 15 20 25 30 35 45 гПри охлаждении в кристаллизаторе1 (фиг. 1) пробы жидкой стали производится контроль ее температуры спомощью датчика температуры 2, Аналоговый сигнал О, с выхода датчикатемпературы 2, гропорциональный текущей температуре Т(г) металла, поступает на вход АЦП 3 (на первыйвход элемента сравнения 16). На второй вход элемента сравнения 16 с вьгхода цифроаналогового преобразователя 15 поступает сигнал 11, обратной связи, равный 11 О 1,=11, +Б, где .- постоянное смещение, эквивалентное значению сигнала с выходадатчика температуры 2.при температуре Т, (минимально возможной температуре ликвидуса), а П - переменный сигнал, пропорциональный кодув реверсивном счетчике 14. В зависимости от того, какой из сигналовО, или 11, больше, на одном из выходов элемента сравнения 16 образуется управляющий сигнал, который открь Анализатор содержания углерода в металле работает следующим образом.Работа рассматривается на примере реализации зависимости между Т, и С (фиг. 4), которая аппроксимируется тремя отрезками прямых 29, 30 и 31. В этом случае с помощью задатчиков кодов 17.(фиг, 2) в блоке управле" ния 12 необходимо установить двоичные коды трех чисел (К 1, К 2 и КЗ), определяющие углы наклона соответствующих аппроксимирующих отрезков прямой 29, 30 и 31.Перед началом анализа с помощью кнопки начальной установки (не показана) буферный счетчик 8 устанав- ливается в нулевое состояние, а в счетчик результата 11 заносится код величины С соответствующей содер" жанию углерода при минимально возможной температуре лцквидуса Т,;1=Т, (фиг. 4). При этом дешифратор нуля 9 закрывает элемент И 7 и .выключает блок 6 цифровой индикации. Кроме того, с помощью этой же кнопки в блоке управления 12 устанавливается в нулевое состояние счетчик 21 (фиг. 2). В результате появляется разрешающий сигнал на первом выходе дешифратора 22, и на потенциальных выходах блока управления 12 через мультиплексор 24 передается двоич" ный код числа К соответствующий углу наклона прямой 29 (фиг. 4). вает элемент И 17 или 18, При этомимпульсы с второго выхода генератора импульсов 13 через элементы И 17или 18 поступают соответственно на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 14, В последнемобразуется параллельный код, пропорциональный приращению текущей температуры Т(г.) металла над температуройТо В процессе следящего преобразова"ния сигнала о текущей температуре металла в код на вход счетчика времени5 с первого выхода генератора им" пульсов 13 поступает серия тактовых импульсов, Серии же кодовых импульсов, образуемых на выходах элементов И 17 и 18, поступают на вычитающий и суммирующий входы порогового счетчика 4, Как только локальные изменения температуры в ту или иную сторону превышают заданный порог + Е на выходе порогового счетчика 4 образуется импульс, устанавливающий счет. чик времени 5 в начальное (нулевое) состояние. При этом за счет сдвига по времени серии тактовых импульсов относительно серии кодовых импульсов исключается возможность одно- временного прихода импульсов на информационный вход счетчика времени 5 и его установочный вход, что предотвращает сбои в работе анализатора.После очередного сброса в нуль счетчика времени 5 импульсом с выхода порогового счетчика 4 счетчик времени 5 начинает новый отсчет времени л 1 ( 1 =1, 2, 3, 7 ) путем подсчета числа тактовых импульсов, Поскольку в процессе охлаждения металла интервалы времени ь между очередными сбросами в нуль счетчика времени 5 меньше величины 10, то на выходе счетчика 5 импульс не образуется. В период же кристаллизации металла (при достижении температуры лик,видуса Т 1,;) изменение температуры 50металла не превышает порог +6 Чо"этому в этот период не происходитсброс счетчика времени 5 импульсамис выхода порогового счетчика 4, Врезультате по истечении заданноговремени ь, от момента последнегосброса на выходе счетчика времени 5образуется импульс, который поступает на управляющий вход буферного,(2) По иере поступления импульсов на нычитающие входы буферного счетчика 8 и счетчика результата 11 со держимое этих счетчиков изменяется (уменьшается)от величины, пропорциональной приращению Т; над температурой Т, для буферного счетчика 8, и от величины С, для счетчика ре зультата 11 соответственно. Как только в счетчике результата 11 образуется число С, (фиг. 4), на выходе дешифратора 13 (Фиг. 2) появляется импульс, который проходя через эле мент ИЛИ 20, поступает на суммирующий вход счетчика 21, При этом на втором выходе Дешифратора 22 появляется сигнал, обеспечивающий переключение мультиплексора 24 таким абра зом, что на потенциальные выходы блока управления 12 поступает уже вместо кода величины К, код величины К, соответствующий углу наклона аппроксимирующей кривой 30 (Фиг. 4). 55 В результате изменяется код на потенциальных входах пересчетного блока 10 (Фиг, 1), а значит число Ввысь 7 1267счетчика 8, В последний по шинам параллельной передачи данных из ренерсинного счетчика 14 заносится код,пропорциональный приращению температуры ликвидуса Т; пробы над температурой Т, .Как только содержимое буферногосчетчика 8 станет отличным от нуля,дешифратор нуля 9 открывает элементИ 7. При этом серия импульсов с нто Орого ныхода генератора 13 через открытый элемент И 7 поступает на вычитающий вход буферного счетчика 8,Одновременно импульсы с выхода элемента И 7 поступают через пересчетный элемент 10 на вычитающий входсчетчика .результата 11,Первоначально на потенциальныевходы пересчетного элемента 10 с потенциальных выходов блока управления 2012 поступает двоичный код величиныК соответствующей углу наклона от"резку прямой 29 (Фиг. 4)Поэтому число Иимпульсов, поступающих на вычитающий вход счетчика результата 11, и число Бимпульсов,поступающих на вычитающий вход вычитания буферного счетчика 8, связанысоотношением(3) Одновременно с изменением кодана потенциальных входах пересчетного блока 10 на установочный входпересчетного блока 10 поступает им- .пульс с импульсного выхода блокауправления 12 (с выхода элементаИЛИ 14, на Фиг, 2), который устанавливает пересчетный блок 10 в нулевое состояние. Это необходимо дляисключения ошибок при пересчете, вызванных остаточным кодом в пересчетном блоке 10,Аналогичным образом, как тольков результате пересчета в счЕтчикерезультата 11 образуется число С(Фнг, 4), появляется импульс на втором выходе дешифратора 19 (фиг. 2),который поступает через элемент1ИЛИ 20 на установочный вход пересчетного блока 10 (фиг. 1) и одновременно на вход счетчика 21 (Фиг. 2).Последний изменяет свое состояние,что вызывает появление сигнала натретьем выходе дешифратора 22. Прнэтм изменяется код на потенциальныхвыходах блока управления 12 (кодК, изменяется на код К). В результате изл 1 енения кода на потенциальныхвходах пересчетного блока 10 количество импульсов Мь и ив поступающих соответственно па вычитающиевходы вычитания счетчиков (счетчикарезультата 11 и буферного счета 8).теперь будет связано соотношением 1 ьщ- К 1 влК.1Как только содерщюмое буферного счетчика 8 станет равным нулю, дешифратор нуля 9 закрывает элемент И 7. При этом прекращается дальнейшее поступление импульсов на нычитающие входы буферного счетчика 8 и счетчика результата 11, причем содержимое счетчика результата 11 к этому моменту времени станет равным . содержанию углерода, соответствующему температуре ликвидуса анализируемой пробы. 236 8импульсон, поступающих на вычитающий вход счетчика результата 11, и число Ив импульсов, поступающих на нычитающий вход буферного счетчика 8, теперь уже связаны не соотношением (2), а соотношением вида1267236 9Одновременно сигнал с выхода дешифратора нуля 9, поступая на управляющий вход блока б цифровой индикации, осуществляет включение этого блока,.На индикаторных лампах последнего отображается в цифровой форме результат анализа в виде десятичного числа в процентах углерода. Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить точность анализа содержания углерода в контролируемом металле и в четыре раза по сравнению с известным анализатором за счет обеспечения более высокой адекватности аппроксимации реальной зависимости между содержанием углерода и температурой ликвидуса