Устройство для определения скорости и объема выделяющихся газов

ОП И С А Н И Е ц,000912ИЗОБРЕТЕН ИЯ Сеюз Севетски кСоциапнстическикРеспубттии К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) П р нор итет Гевударствевай квинтетОпубликовано 28.02.83. Бюллетень8 ве авдам вэобретеикв и еткрытийДата опубликования описания 28,02.83(7) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ И ОБЪЕМА ВЫДЕЛЯЮШИХСЯ ГАЗОВ зоб етение относитс измерени т быть и араметров движения ож матичеселений оля процессов газовырных или произвоцстз жидкостей и твердых ием избыточного давжения.вт. св,838574 о для-определения выделяюшихся газов,о конт абора венител овиях и под дейст ения, так и разря По основному а звестно корости троиств объема ьзовано для исследования или автосодержащее измерительную камеру, измерительный преобразователь, частотомер, счетчик импульсов, исполнительный механизм, источник постоянногодавления, камеру с анализируемым веществом и двухходовой кран; при этомизмерительный преобразователь содержитзолотниковый элемент, к выходу которого подключена измерительная камера ичерез преобразователь давления - триггерс раздельными входами, а выход триггера соединен с входами частотомера,счетчика и исполнительного механизма 2золотникового элемента, причем входызолотникового элемента соединены другс другом через двухходовой кран, одиниз них подключен к преобразователюдавления и к источнику постоянного давления, а другой вход - к камере с анализируемым веществом 1 ,Недостатком известного устройстваявляется малый диапазон измерения параметров газовыделений.11 ель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения.Указанная цель достигается тем, чтоустройство дополнительно снабжено распределителем импульсов, включенныммежду выходом триггера и входами частотомера и счетчика импульсов, а впреобразователе давления установленыпять элементов сравнения давлений,пять задатчиков давления, генераторлинейно нарастающего давления, блоксуммирования, блок памяти, три логических элемента И и три логических элемента НЕ, причем отрицательш, . камеры3 10 первого элемента сравнения соединены с первым задатчиком давления и с ка- . мерой постоянного давления, его положительные камеры - с измерительной камерой и с выходом блока пямяти, аЬ .выход - с первым входом триггера и через первый элемент НЕ - с вторым входом триггера, выход которого соединен с управляющим входом блока памяти и через последовательно соединенные второй элемент НЕ и генератор линейно нарастающего давления с положительными камерами второго и третьего элементов сравнения, отрицательные камере) которых подключены к второму и третьему задач- чикам давления, отрицательные камеры четвертого и пятого элементов сравнения соединены с измерительной камерой, их положитепьные камеры - с четвертым ,и пятым задатчиками давления, а выходы - с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходам второго и третьего элементов сравнения, а выходы - к управляющим входам распределителя импульсов, при этом выход первого элемента И через третий элемент И соединен с первым управляющим входом, блока суммирования, выход второго элемента И соединен с вторым управляющим входом блока суммирования и через третий элемент НЕ - с вторым входом третьего элементаИ, а выход блока суммирования подключен к информационному входу блока пямяти.На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема возможного варианта построения преобразовате- . ля давления на элементах пневматических систем автоматики; на фиг.3 -. схема распределителя импульсов; на фиг, 4- схема учета веса импульсов,Устройство для определения скорости и объема выделяющихся газов включает в себя золотниковый элемент 1, к каналу 2 которого присоединена камера 3 постоянного давления. и вход 4 крана 5. Вход 6 крана 5 подключен к штуцеру камеры 7 и к входу 8 золотниковогоэлемента 1. К входу 9 золотникового , элемента 1,подключена измерительная камера 10 и вход 11 дифференциального преобразователя 12 давления, вход 13 которого подключен к камере 3 поотоянного давления, Выходы преобразователя 12 давления подключены к соответствующим входам триггера 14 с раздельными входами. Частотомер 15, счетчик 00912 416 импульсов и исполнительный механизм117 золотникового элемента 1 воспринимают импульсы от триггера 14, Канал18 золотника 19 соединяет кайал 9 сканалом 2 или 8.Устройство дополнительно содержитраспределитель 20 импульсов.Преобразователь 12 давления выполненв виде пятимембранного элемента 2110 сравнения, задатчика 22, блока 23 памяти двух логических элементов НЕ9.24 и,25, генератора 26 линейно нарастающего давления, двух блоков 27 и 28сравнения, логического блока 29 и бло 35 ка 30 суммирования,Блок 27 сравнения выполнен в видедвух элементов 31 и 32 сравненияи двух задатчиков 33 и 34. Блок 28сравнения состоит из двух элементов20 35 и 36 сравнения и двух задатчиков37 и 38,Логический блок 29 состоит из трехлогических элементов И 39 - 41 и лспо.гического элемента НЕ 42.25: Блок 30 суммирования состоит изсхемы 43 суммирования и двух нормально закрытых клапанов 44 и 45.Блок 23 памяти (фиг, 2) выполненв виде ячейки 46 памяти, нормально5 О закрытого клапана 47 и импульсатора48, построенного на трехмембранномреле 49 с подпором, дросселе 50 иемкости 51,Схема 43 суммирования (фиг, 2)35состоит из задатчика 52 и пятимембранного элемента 53 сравнения.Распределитель 20 импульсов фиг 3)состоит из шести логических элементовИ 54 - 59 и двух логических элементовНЕ 60 и 61. Выходы распределителяимпульсов соединены с частотомером15 и счетчиком 16 через схему учетавеса импульсов фиг. 4), состоящую.из элементов ИЛИ 62 и 63 и пересчетных схем 64 - 67.Устройство построено на элементахпромышленной пневмоавтоматики.Устройство для определения скорооти и объема выделяющихся газов работает следующим образом,50В начальный момент времени канал8 золотникового элемента 1 соединенчерез вход 9 с измерительной камерой10 и с входом 11 преобразователя 12давления. Газовыделение в начальный55момент отсутствует. Поворотом крана5 кратковременно сообщают вход 8 золотникового элемента 1 с камерой 3постоянного давления, производя темЪ.5 -1 самым подачу в камеру 7 с анализируемой жидкостью разряжения, при которомнеобходимо провести измерения, Послесоздания над поверхностью жидкости разряжения требуемого уровня кран 5 переводят в положение, при котором каналы 2 и 8 отсоединяются друг от друга.Начинается процесс газовыделений.При выделении газов из жидкостиразряжение в системе уменьшается, Навходы 11 и 13 преобразователя 12 давления поступает разность давлений, абсолютная величина которого растет сувеличением количества выделяющихсягазов, Как только эта разность давлений достигнет некоторого максимальноФго значения, определяемого настройкойпреобразователя 12, на выходе преобразователя 12 появится сигнал, переводящий триггер 14 в состояние с единичным выходом, Этот сигнал поступаетна вход исполнительного механизма 17,который при этом перемешает золотник19, соединяя канал 2 с каналом 9. Происходит разгрузка емкости 10 в камеру3 постоянного давления, т.е. происходитзаряд емкостч 10 до начального давления, а вместе с этим и выброс выделяюшихся газов.После того, как в емкости 10 давление достигает заданного значения,определяемого настройкой преобразователя 12, триггер 14 срабатывает. Наего выходе появляется сигнал нулевогоуровя, которы золотниковый элемент 1переводится в начальное состояние, т.е.камера 7 соединена с акмерой 10 черезканалы 8, 18 и 9. Вновь начинаетсяпроцесс заполнения камеры 10 выделяюшимися газами. Процесс заполнения происходит аналогично рассмотренноыу выше.В случае необходимости провестиизмерения параметров газовыделенияпри некотором наперед заданном избыточном давлении в камере 3 создаетсяэто давление, а поворотом крана 5 этодавление подается в камеру 7 с анали-зируемым вешеством. Процесс изыеренияв этом случае проекает аналогичноописанному выше.О скорости газовыделений в устройстве судят по частоте переключениятриггера 14, которая измеряется частотыероы 15.Количество выделившегося газа определяется числом импульсов, поступившихна счетчик 16 импульсов,Информация об измеряемых параметрахна выходе устройства представлена Газы из камеры 7 через каналы 8,18 и 9 золотникового элемента 1 поступают в измерительную камеру 10. При- О сигнал на выходе логического.,элемента 25 будет равен единице, т.е.Р = 1 которая запустит генератор 26,25.на выходе которого давление будет линейно возрастать. Если при малой скоростигазовыделений за заданный интервалвремени давление Р 1 не достигнет Р 22,то наступит момент времени, когда давление Р превысит давление на выходезадатчика 33. Реагируюший орган эле 2 Ьмента 31 переместится вниз и на выходе этого элемента появится единица,т.е. Р = 1,при этом Р 2 = О. ЕслиР 1 О ( Р., то Р 9 - 1, а Р со - О. Го 1 со да РФ 2 Р+о 1 и Р+1 РЗ 9 Р 4 ОКлапан 44 открывается и давление Р;проходит в ячейку 46 памяти, уменьшаятем оамым величину давления срабатывания элемента 21, которая станет равнымР 21 сра Р 22 52Если за заданный интервал времени 000912 бв виде последовательности прямоугольных импульсов, частота следования которых пропорциональна скорости газовы. делений, а количество импульсов пропорционально количеству выделившегося газа.В начальный момент времени давлениев измерительной камере 10 равно давлению в камере 3 постоянного давления,т.е. Р. = Р . Давление на выходе бло 1 О10 ка памяти (Рз) равно нулю. Под действием давления задатчика 22 (Р 2) реагируюший орган элемента 21 сравненияпереместится вверх и давление на еговыходе станет равным нулю, т.е. Р 2.щ О.Давление на выходе элементов 31 й 32сРавнения равно нулю, т,е, Р = Р 2 == О. Поэтому давление на выходе элементов 40 и 41 равно нулю, т.е. Р,ц == Р= 0 и клапаны 44 и 45 закрыты.Ф 120 Давление на выходе элементов 35 и 36равны единице, т,е. Р у= Р,Соотношение между давлениями задатиков 22, 33, 34, 37, 38 и 52 следующее:Р 22 Р 2, Р 3 = Р 22- Р 2+ ЬР,РЗа = Р 22 - 2 Р 52+ЬР Р)(РЗ юЬР =СОРВ 1.Величина ЬР вводится для стабильнооти работы устройства в момент переключения, чтобы не произошло срабатываниезо элементов 35 и 36 раньше элемента 21.Сигналы Р 1= 0 и Р = 1 переведут триггер 14 в нулевое состояние,т.е. Р 14. = О.давление в измерительной камере 10 не превысит давление срабатывания элемента 21, то давление Р 2 превысит давление Р, и на выходе элементу 32 появится единица, т. е. РЗ 2 = 1. Тогда Р 4 5Р 36 Р 32 1 ф Р 41 РЗЭ Р 42 - Р 39 Р 40 = О. По тому клапан 44 закроется, а клапан 45 откроется и в ячейку 46 памяти пройдет давление 2 Р 2.Давление срабатывания станет равным следующей величине;21 срсо 2252При превышении давления в измерительной камере 10 давления срабатывания элемента 21 реагирующий орган элемента 21 переместится вниз и на выходе этого элемента появится единица, т,е.Р 2= 1, которая переведет триггер 14 в единичное состояние (Р+= 1).тоДавление Р,+= 1 запомнит в ячейке 46 памяти давление, поступаюшее от блока 30 суммирования и поступит на импульсатор 48,25Вследствие наличия дросселя 50 и емкости 51 происходит постепенное нарастание давления в положительной камере трехмембранного реле 49. Через заданный:громежуток времени давление в этой камере превысит давление подпора, реагирующий орган реле 49 переместится вниз и на его выходе появится единица (Р 4= 1), которая откроет клапан 47, После сброса давления из камеры 10 через каналы 9, 18 и 235 золотникового элемента 1 в камеру 3 постоянного давления реагирующий орган элемента 21 поднимается вверх и на выходе этого элемента появится ноль,40 т.е. Р 21= О, который переведет триггер 14 в нулевое состояние Р= О. Поэтому реагируюший орган ячейки 46 памяти под действием подпора поднимается вверх и через открытый клапан 4745 давление в камере запоминания сбросится в атмосферу, При Р 4= 0 давление в положительной камере реле 49 постепенно уменьшается, при достижении величины подпора реле 49 срабатывает, на50 его выходе появится ноль, т.е. Р 9= О, который закроет клапан 47, Таким образом импульсатор 48 сдвигает передний и задний фронты единичного импульса триггера 14 на время, величина которого настраиваетея дросселем 50. При 55 менение импульсатора 48 стабилизируют пропесс сброса давления из к.ерь 10"меру 3. Начинается новый цикл заполнениякамеры 10, при этом величина давлениясрабатывания элемента 21 раена РТаким образом, устройство автоматически подстраивается под величину скорости газовыделения,Так как давление срабатывания элемента 21 может быть разной величины2 Р 2 Р 2 Р 22- 2-Р 2)1 то импульсы, поступаюшие от триггера 14 в частотомер 15 и счетчик 16 мипульсов,необходимо учитывать с разным весовым/ коэффициентом; Для того, чтобы в частотомере и счетчике импульсов автоматически учитывалось различие в весовых коэффициентах импульсов необходимо решить две задачи: последовательность импульсов, поступагоших от триггера 14, следует рассортировать в отдельные подпоследовательности, в которых вес импульсов одинаков, и подсчитывать количество импульсов в каждой полученной подпоследовательности и определять общее число импульсов в последовательности путемсуммирования частных сумм (полученных в каждой подпоследовательности) с весовым коэффициентом,Первую задачу решает распределителв 20 импульсов, который поступающие на вход импульсы направляет на определенный выход. На каждом выходе имнульсы имеют одинаковый вес. На первыйвыход 01 поступают импульсы приР.- Р, на второй выход Б пос 21 сРаб 22тупа импульсы при Р 21 аб Р 22- РОснана третий выход 138 поступают имйульсыпри Р 2 - Р 22- 2 РО,В случае Рзэ= Р 4 О= 0 клапаны 44 и45 закрыты, Выход блока 23 памятиравен нулю, Поэтому давление срабатывания элемента 21 равно Р= Р 2.СаНа первом выходе И, блока 20 появляется единица, так как И 1 - Р 4 Р 39Ж1 0 0 = 1-1 1 = 1, На выходах 02 иО сигнал равен нулю.рПри 1 Зц - 1 Р 40 0 откРыт клапан44 (клапан 45 закрыт). Выход блока23 памяти равен Рз. Роэтому Р= Р 2- Р . На втором выходе 02 появляется единица, так как О- Ри РЗ 9 хХР = 1 1 0 = 1 1 1 = 1, На осталь 40ных выходах. О и Ц 5 сигналы равнынулю,Уч е 3= 40закрыт (на выходе элемента 42 при Г 401 сигнал равен нулю), а к:нн 1т:.Рыт, Выход блока памяти ргв н 2 о. а9 10009 давление Р, - = Р- - 2 Р . На третьем выходе О появляется единица, так как ОЗ = Р,РЭР,О= 1 1 1. На остальных выходах Ц и М сигналы равны нулю,Для решения второй задачи применена Э схема пересчета, Импульсы с выхода М блока 20 (фиг. 4) непосредственно проходят через логические элементы ИЛИ 62 и 63 на измерительные блоки частотомера 15 и счетчика 16 импульсов. Имф пульсы с выхода О 2 блока 20 проходят на измерительные блоки счетчика 16 импульсов и частотомера 15 через перес- четные схемы 64 и 65, которые из каж= дых четырех поступивших импульсов про- Э пускают только три импульса.Пересчетные схемы 66 и 67 из каж- . дых двух поступивших импульсов пропускают только один.Таким образом, всчетчике 16 импуль- Эо сов накапливается число импульсовкаждый из которых пропорционален количест- ву газа Оо. Частотомер 15 определяет частоту появления импульсов, пропорциональных количеству газа. 23Предлагаемое устройство обеспечивает повышенную точность измерения за счет того, что диапазон измерения изменяется с изменением скорости, так как устройство автоматически подстра- ЭО ивается под величину скорости. давлений, пять задатчиков давления,генератор линейно нарастающего давления, блок суммирования, блок памяти,три логических элемента И и три логических элемента НЕ, причем отрицательные камеры первого элемента сравнениясоединены с первым задатчиком давления и с камерой постоянного давления,его положительные камеры - с измерительной камерой и с выходом блока памяти, а выход - с первым входом тритгера и через первый элемент НЕ - свторым входом триггера, выход крторогосоединен с управляющим, входом блокапамяти и через последовательно соединенные второй элемент НЕ и генераторлинейно нарастающего давления с положительными камерами второго и третьего элементов сравнения, отрицательные камеры которых подключены к второму и третьему задатчикам. давления, отрицательные камерычетвертого и пятого элементов сравнениясоединены с измерительной камерой, ихположительные камеры - с четвертым ипятым задатчиками давления, а выходыс первыми входами первого и второгоэлементов И, вторые входы которых подключены к выходам второго и третЬегоэлементов сравнения а выходы - к управляющим входам распределителя импульсов,при этом выход первого элемента И чьрез третий элемент И соединен с пер-вым управляющим входом блока суммиро.ваниявыход второго элемента И соединен с вторым управляющим входомблока суммирования и через третий элемент НЕ - с вторым входом третьегоэлемента И,а выход блока суммирования попвключен к информационному. входу блокапамяти. Формула изобретения ЭЗ. Устройство для определения скорости и объема выделяющихся газов по авт. св,838574, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, Оно снабжено распределйтелем импульсов, включенным между выходом триггера и входами частотомера и счетчика импульсов, а в преобразователе давления установлены пять элементов сравненияВ Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР838574, кл, 01 Р 5/00, 19771000912 едакто каз 1 1/47 Тираж 871РНИИПИ Государственнопо делам изобретений 3035, Москю, Ж, Рау исноеР о о комитета и открытий 4/ окая Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,Составитель В. Киселевкарь Техред Ж,Кастелевнч Корректор В Бутяг