Седиментационный гранулометр

О П И С А Н И Е (п)979962ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфюэ СфветекихСфцапетчееккхВас атал(51)М. Кл. 6 01 й 15/04 ВфаЮЮетиххый кффхтэт ьИР ае даааае кзебратенвй а епрмткВ(088.8) Опубликовано 07.12,82, Бюллетень45 Дата опубликования описания 07.12.82(72) Авторы изобретения С. И, Корищ, В. Л, Пишванов и С, В. КислыхУральский филиал Всесоюзного научно - исследоватеекогои конструкторского института "Цветметавтоматфа"-.Изобретение относится к контролю парамет ров технологических процессов;и может быть использовано на предприятиях, применяющих измельчение и классификацию исходного сырья, изготавливающих дисперсные продукты, а также при исследованиипочв - для определения5 гранулометрического состава веществ.Известно устройство для седиментационного анализа веществ. Устройство содержитосади- тельную 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 111.Недостатком устройства; является низкая точность измерения. Это обусловлено ошибкой визуального определения уровня мениска жшткости в измерительной трубке, 20Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения гранулометрического состава вещества. 2Устройство содержит осадительный цилиндр н сообщающуюся с ним измерительную трубку, электронный уровнемерм схему обработки . сигналов 2.Недостатком устройства является низкая точность измерения.Целью изобретения является повышение точности путем увеличения разрешающей спо. собности.Поставленная цель достигается тем, что вФ устройстве, содержащем осадительный цилиндр и сообщающуюся с ннм измерительную трубку, электронный уровнемер н схему обработки сигналов, схема обработки сигналов содержит. счетчик импульсов, схему сравнения кодов, регистр, формирователь меток времени, вычислительное устройство, схему автоматической коррекции из.мерительного тракта, управляемый генератор им. пульсов, синхронизатор и три ключа, при этом выход уровнемера соединен с входом счетчика, выход которого через первый ключ подкщочен к первому входу схемы сравнения кодов, вто рой вход которой соединен с первым выходом регистра, а второй выход регистра подключен25где Т, и Т - постоянные времени ЯС - цепей;К, - безразмерный коэффициент,а параметры схемы коррекции измерительноготракта выбираются так, чтобы выполнялисьследующие условия 50 ТТ 0аоаТ Т1 ЪТТ.) где Тэ - постоянная времени интегрирующей цепи; 3 979962к первому входу вычислительного устройства,второй вход которого соединен с выходомсчетчика й, 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 изме.рительного тракта, выход которой через управ.ляемый генератор импульсов соединен с управляющим входом уровнемера, причем третий 1 рвходвычислительного устройства через формирователь меток времени соединен с выходом"Равно" схемы сравнения кодов, а четвертыйвход вычислительного устройства подключен куправляющему входу первого ключа и первому 1выходу блока синхронизации, соединенному спервым коммутационным входом уровнемера,второй выход блока синхронизации подключенк входу обнуления счетчика, а третий - к второму коммутационному входу уровнемера, 11соединенному с управляющим входом третьегоключа.Уровнемер выполнен в виде автогенератор.ного измерителя с частотным выходом, запуск.которого осуществляетсяподачей импульснойкоманды на его управляющий вход, а в коле.бательный контур через ключи поочередновключаются измерительный чувствительный элемент и эталонная индуктивность путем подачикоманд на коммутирующие входы уровнемера. ЗОИзмерительный чувствительный элемент уров,немера выполнен в вице поплавка, к которомуприкреплен сердечник, содержащий пакет элек.трически изолированных пластин из ферромагнитного материала, например пермоллоя, перемещающийся внутри катушки индуктивности, причем сечение катушки выполнено прямоугольным,Схема коррекции измерительного трактасодержит последовательно соединенные форми Орователь сигнала ошибки, интегратор и усилитель с передаточной характеристикой видаи (нит,)кр) 4Т - период следования калибровочныхради о импульсов;О - напряжение сигнала ошибки (в безразмерных относительных единицах);К - 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 тр 16- ку 2. Измерение уровня жидкости в трубке 2 осуществляется с помощью электронного уровнемера 3, выходной сигнал которого в виде чередующихся во времени измерительных и ка. либровочных 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 вычислитель. ным устройством 11. Выходной сигнал схемы автоматической коррекции измерительного тракта 8 управляет длительностью импульсов управляемого генератора 15, подключенного выходом к управляющему входу 16 уравнеме. ра 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 ферро. магнитного материала, перемещающийся внутри катушки индуктивности 30 Схема 8 автоматической коррекции измерительного тракта содержит последовательно соединенные формирователь 31 сигнала ошибки, интегратор 32 и усилитель 33.1Седиментационный гранулометр работает следующим образом.5 9799При введении в осадительный цилиндр 1 (фиг, 1) твердого анализируемого вещества, вследствие различия плотностей образовавшей. ся 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 Ь д (отно. сительно первоначального уровня до введения твердого), определяемого массой твердого 10 1 вФп 1 его плотность р плотностью дисперсион.твной среды р и площадью поперечного сечения. В осадительного цилиндра 1 в соответствии с формулой 5(2) уровень жидкости в измерительной трубке 2начинает падать, сердечник 29 вдвигается вкатушку 30, частота колебаний автогенератора23 падает н в момент 1,достигает своегоминимального значения, К этому моменту ввычислительном устройстве оказывается всянеобходимая информация для расчета содержания анализируемых классов: Ь, с и текущие% - Ртв Рйс 4(1 ГтЬ щ В момент 7 из суспензии выпадают самыекрупные частицы анализируемого вещества,что приводит к уменьшению массы твердогов суспензии и соответствующему снижениюуровня жидкости в измерительной трубке 2.Каждому из последующих моментов времени 25, ьсоответствуют приращения уровня жидкости в измерительной трубке 2, пропорциональные массе твердого., находящегося в данный момент в суспензии (невыпавшего в осадок).30Вычислив по закону Стокса или определивэкспериментально моменты времени С 3, Г,соответствующие прохождению черезосадительную трубу 1 частиц определенныхэквивалентных радиусов (определенной крупности), по измеренным значениям приращенийуровня Ь с хс, Ьз, Ь, Ь, с помощьюизвестных формул и методики определяют процентное содержание классов крупности в анализируемой пробе,40Электронный измеритель 3 уровня обеспечивает преобразование уровня жидкости в иэмерительной трубке 2 в пропорциональное изменение частоты электрических колебаний. Приэтом он работает в импульсном режиме, генерируя колебания только в течение времени,определяемого длительностью команды Оэср(фиг, 3). Выходной сигнал Оэр уровнемера3 (фиг, 4) представляет собой пачки гармонических колебаний (радиоимпульсы), Для обес 50печения высокой точности и стабильности измерения уровня каждому измерению предшествует автоматическая коррекция измерительного тракта с использованием эталонного радиоимпульса Р О, позволяющая исключить влияниедестабилизирующих факторов (изменения питающих напряжений, температуры, влажности,.старения деталей и т. п.) на точность измере.ния уровня. Таким образом, уровнемер 3 ра. 62 б ботает в режиме разделения времени междуизмерительным и калибровочным сигналами.В исходном состоянии, до введения в осадительный пилиндр 1 анализируемого твердоговещества, уровень жидкости в измерительной, трубке 2 минимален (приращение уровня равнонулю), ферромагнитный сердечник 29 измери.тельного чувствительного элемента 26 оказывается максимально вдвинутым в катушку 30,Индуктивность катушки 30 при этом макси.мальна, а частота колебаний автогенератора 23после включения катушки 30 в его контур покоманде (фиг, 5), поданной на коммутирующийвход 21, оказывается минимальной, Послевведения в осадительную трубу 1 твердого уровень жидкости в трубке 2 повышается, что приводит к выдвиганию сердечника 29 из катушки 30, и росту частоты 1, 1 колебаний. Соот.ветственно растет и число колебаний йизм завремя т,(фиг. 4),изм виэмизмЧисло 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 й,ьм(т - 1), записанное в регистр 10 в момент времени (1 - 1), т. е, на предыдущем такте измерения, Если уровень жидкости в измерительной трубе растет (участок 0 - Т.,фиг. 2), то выполняется условие4 иъм (т) ) изм (т 1) (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, Посколь. ку условие (3) выполняется на интервале (О,г, фнг. 2), в момент Тв регистрЯокажется записанным число ймс,с, пропорциональное максимальному прйращению уровня в измерительной трубке 2 Ьм,Начиная с момента С, запись в регистр10 прекращается. В первом же такте послемомента С 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 Т ьи (фиг 2) Начиная с момента 2 (фиг. 2), соответствующего осаждению наиболее крупных частиц,где Т Т, Т -Оош 7 9799 значения пз, Ьо, Ь, а также момен. ты времениРезультаты вычислений, выполненных вычис. лительным устройством 11, поступают на выход гранулометра, . 5Правильная работа измерительного тракта обеспечивается благодаря привязке с помощью команды Оком.изм (фиг, 5) момента включе-. ния в контур автогенератора 23 через коммута. тор 24 измерительного чувствительного элемен- О та 26 к моменту передачи информации из счетчика 4 через ключ 5 на схему сравнения 6 и в вычислительное устройство 11, путем подачи команды Оом мтакже на управляю- щие входы 19, 34 ключа 5 и вычислительного М устройства 11.Выполнение катушки 30 прямоугольного по. перечного сечения обеспечивает максимальную протяженность линейного участка зависимости частоты колебаний генератора 23 от уровня20 жидкости в измерительной трубке 2,Рассмотрим работу схемы автоматической 1 коррекции измерительного тракта 8, обеспечи. вающей практически полное устранение влия. ния дестабилизирующих факторов и помех на 25 результат измерений гранулометрического состава веществ.В паузах между импульсами Оком.изм.когда коммутатор 24 выключен и соответственно измерительный чувствительный элемент 26 Зф отключен от автогенератора 23; а ключ 5 разомкнут и вычислительное устройство 11 за"блокировано 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 7подключаются к входу схемы автоматической стабилизации измерительного тракта 8, При этом автогенератор 23 формирует эталонныйрадиоимпульс. длительностью т з, (фиг. 4) .3Величина эталонной индуктивности 27 выби.рается так, чтобы при первоначальной настройке гранулометра за время т (фиг. 4) в счетчик 4 прошло й, импульсов4 о = о о ф (4)где 1 - первоначальное значение частоты авотогенератора 23 при включении в егоконтур эталонной индуктивности 27.При наборе в счетчике 4 числа И формируется команда включения формирователя сигнала ошибки 31 О. Выключение формирователя 31 происходит по заднему фронтукоманды Оков. калмбр (фиг. 7). Длительность импульса ошибки при этом принимается за номинальную, а схема коррекции 8 строится так, что при тец, = 1, отсутствует воздействие на управляемый генератор Й, Дестабили 62 8эирующие факторы и помехи приводят к тому, что при неизменном значении эталоннойиндуктивности 27 частота колебаний отклоняет.ся от первоначального значения о . Если вданный момент времени частота, например, возросла, то набор числа в счетчике 4 йпроизойдет раньше, передний фронт импульса ошибкисдвинется влево, а длительность импульса вырастет на величину, заштрихованную на фиг. 7горизонтально (т + ,).Импульс ошибки интегрируется интегратором32 в результате чего напряжение на выходеинтегратора увеличивается пропорционально увеличению длительности импульса ошибкиПосле усиления проинтегрированного импульсаошибки усилителем 33, выходной сигнал последнего управляет длительностью импульсовгенератора 15 до тех пор, пока увеличениечастоты автогенератора 23 не будет скомпенсировано соответствующим уменьшением длительности РадиоимпУльсов РОкб так, чтобычисло колебаний, прошедших в счетчик 4 завремя измерения, вернулось к первоначальномузначению, Таким образом, возникновение"Лишних" колебаний на интервале измерениякомпенсируется сужением самого интервала дотех пор, пока "Лишние" колебания не скомпенсируются. Аналогично уменьшение частоты относительно первоначального значения 1 о приводитк сужению импульса ошибки (наклоннаяштриховка на фиг. 7), При этом вырабатывается управляющий сигнал другого знака, которыйувеличивает длительность импульсов генератора15 до тех пор, пока "Недостающие" колебанияне войдут в интервал измерения,Управляющий сигнал запоминается схемойкоррекции 8 и воздействует также на генератор 15 при формировании измерительного радиоимпульса РО иам,Рассмотренная схема автоматической коррекции измерительного тракта 8 является импульсной системой автоматического регулирования по отклонению,Установлено, чтоустойчивость системыобеспечивается при выполнении следующих ус- ловий тти кг ош гТ г;37 гг 1Т(Ь) период следования калибровочных радио импульсов;постоянные времени ВС - цепей усилителя 33напряжение сигнала ошибки (в безразмерных относительных единицах);(2; Т 2 Формула Кг - крутизна характерисгики управляе.мого генератора 15 (в безразмерных относительных единицах),а передаточная характеристика усилителя 33должна иметь следующий вид 5К (+Рт 1(р Рт (7)Предложенное построение седиментационногогранулометра обеспечивает достижение положи;тельного эффекта, заключающегося в повыше 1 Онии точности и разрешающей способности.Повышение точности измерений достигаетсяблагодаря введению электронного уровнемерас выходным частотным сигналом в виде пачекгармонических колебаний (радиоимпульсов);При этом обеспечивается высокая регистрацияинформации благодаря представлению ее вцифровой форме с помощью счетчика числаколебаний радиоимпульса. Это позволяет рабовтать с разбавленными суспензиями, чем исклю-чаются ошибки измерения, связанные с взаимнымвлиянием осаждающихся частиц, Кроме того,использование выходного сигнала в виде пачекколебаний позволяет наиболее простым обра.зом точно зафиксировать максимальное прира 25щение уровня в измерительной трубке путемсравнения числа колебаний в последовательноидущих пачках и таким образом исключитьпогрешность в определении процентногосодержания заданных классов крупности, связанную с ошибкой регистрации максимальногоуровня в измерительной трубке.Повышение разрешающей способности достигается благодаря элиминированию влияния дестабилизирующих факторов и помех на результат 55измерения уровня в измерительной трубке. изобретенияЮ 1. Седиментационный гранулометр, содержащий осадительный цилиндр и сообщающуюся с ним измерительную трубку, электронный уровнемер и схему обработки сигналов, о т л и ч а,ющ и й с я тем, что, с целью повышения точ 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 с 1 первым выходом регистра, а второй выход регист ра подключен к первому входу вычислительного 62 10устройства, второй вход которого соединен с выходом счетчика О, вхолом 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 уст 1 эойства 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 управляющим входом третьего ключа.2, Гранулометр по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что схема автоматической коррекции измерительного тракта содержит последовательно соединенные формирователь сигнала ошибки, интегратор и усилитель с передаточной функцией видаКо (1+ Р 7)К р):Ртгде Т, и Т - постоянные времени ВС-цепей;Ко - безразмерный коэффициент;а параметры схемы коррекции измерительного тракта выбирают так, чтобы выполнялись следующие условия где Тз - постоянная времени интегрирующейцепи;Т - период следования калибровочныхрадиоимпульсов; Ц - напряжение сигнала ошибки в безразмерных (относительных) единицах;Кг - крутизна характеристики управляемого генератора в безразмерных (относительных) единицах.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Мо 433384,кл. 6 01 й 15/04, 1971,2, Авторское свидетельство СССР по заявкеИо 2684397/18 - 25, кл. 6 01 М 15/00, 1979979962 ЮОМ. Ж Составитель В, Алексеевдактор Л. Ушакова Техред Л,Пекарь Корректор С, Шекмар 348/3 Тираж 887ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/ днисн Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4