Устройство для автоматического отбора проб жидкости

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯАв."РСКОМЮ СИДТЛьСТУ(088,8) вф аеиам изфбрвтеиий и еткрытий(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский институт " по охране вод(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИИзобретение относится к устройствамдля отбора проб жидкости отдельными дозами,например воды из открытых водоемов и водотоков, и предназначено для использования всистеме контроля за составом сточных вод,сбрасываемых в водные объекты, и в системах5контроля за качеством природных вод, реки водоемов. Известно устройство для автоматического отбора проб воды на заданных глубинах, содержащее 10 надводный блок управления, состоящий из блока формирования управляющих сигналов, блока десятичной цифровой индикации глубиныпогружения и элемента связи. В устройство входит погруженный герметичный контейнер с элементом связи, блоком приема управляющих сигналов и датчиком давления, пробоотборники и механизмы закрывания их крышек. Вход блока десятичной цифровой индикации20 глубины погружения через элемент связи соединен с выходом датчика давления, а выход блока индикации подключен к входу блока формирования управляющих сигналов, выход которого через элемент связи соединен с входом блока приема управляющих сигналовЦНедостатками данного устройства являются отсутствие индикации о происшедшем заборе пробы, а также отсутствие контроля, если по какой-либо причине отбор пробы не произошел, что снижает достоверность про цесса пробоотбора в целом. Наиболее близким к изобретению по тех. нической сущности является устройство, которое содержит пробоотборный узел, дозатор, контейнер, вибратор, программный генератор импульсов, схему запрета, счетчик импульсов, триггер и замыкающии контакт, В этом устройстве сигнальный вход схемы запрета связан с выходом программного генератора импульсов, управляющий вход этой схемы соединен с выходом триггера, а выход связан с входами вибратора и счетчика импульсов, выход которого соединен со счетным входом триггера, а установочный вход триггера свя. зан с вторым входом счетчика импульсов и через замыкающий контакт заземлен. Этот3 1003автоматический лробоотборник обеспечиваетсравнительно точный отбор заданного количества пробы 2,Однако в известном устройстве отсутствуют контроль наполнения пробоотборногоузла отбираемой жидкостью, память о том,что в момент заполнения пробоотборнойемкости отсутствует отбираемая жидкость,автоматический режим работы пробоотборногоустройства в непрерывном циклическом режиме забора проб. Это обуславливает ограни.ченные функциональные возможности,:устройства, низкую надежность автоматическогопробоотборника в целом и как следствие -малую достоверность отбираемой пробы. 1Целью изобретения является расширение.функциональных возможностей и повышениегнадежности устройства.Поставленная цель достигается тем, чтов устройство для автоматического отбора пробсодержащее программный генератор импульсов, пробоотборный блок, введены блок памя.ти, блок управления, узел формированиявременных выдержек, блок индикации, элемент 2 И.ИЛИ и блок гальванической развязки, подключенный первым входом к потенциальному входу устройства, вторыми входами -к выходам пробоотборного блока, к первымвходам блока индикации и к первым входамблока памяти, первыми выходами - к первымвходам элемента 2 И-ИЛИ, а вторым выходом -к второму входу блока памяти, соединенноготретьим входом с первым выходом узла формирования временных выдержек и с вторымвходом элемента 2 И - ИЛИ, а выходами - свторыми вхоцами блока индикации, подключен.ного третьим входом к первому выходу программного генератора импульсов, связанноговторыми выходами с: первыми входами узлаформирования временных выдержек, подключченного вторым выходом к третьему входу49элемента 2 И.ИЛИ а вторыми входами - кпервым выходам блока управления, соединенного вторым выходом с первым входомпробоотборного блока, второй вход которогоподключен к выходу элемента 2 И-ИЛИ,Кроме того, узел формирования временныхвыдержек содержит счетчик импульсов, дваэлемента И, два триггера, два формирователяимпульсов и формирователь команд, подклю 50ченный первыми входами к первым входам4узла формирования временных выдержек, а .первым и вторым выходами соответственносоединен со счетным входом и входом обнуле.ния счетчика, соединенного соответствующимиФвыходами с входами первого элемента и второго элемента И, подключенного выходом кпервому входу второго триггера, связанноговторым входом с соответствующим вторым 030 4 входом узла формирования временныхвыдержек и с вторым входом первого триггера, прямым выходом - с вторым выходомузла формирования временных выдержек и ссоответствующим вторым входом формирователя команд, инверсным выходом через первыйформирователь импульсов - с третьим входом первого триггера, связанного четвертым вхо.дом с соответствующим вторым входом узла формирователя временных выдержек, прямымвыходом - с первым выходом узла форми.рования временных выдержек и с соответствующим вторым входом формирователя команд, а инверсным выходом через соответ.ствующий второй формирователь импульсов - с третьим входом второго триггера, причемвход второго элемента И подключен к соот.ветствующему второму входу узла формирования временных выдержек.На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема узла формирования временных выдержек; на фиг. 3 - схема блока гальванической развязки; на фиг. 4 - схема блока индикации; на фиг. 5 - схема блокауправления.Устройство содержит блок 1 памяти, прог. раммный генератор 2 импульсов, блок 3 гальванической развязки, блок 4 индикации, блок 5 управления, узел 6 формирования временных выдержек, элемент 2 И-ИЛИ 7, пробоотборный блок 8 и потенциальный вход 9.Узел 6 формирования временных выдержек содержит формирователь 10 команд, счетчик 11 импульсов, первый и второй элементы И 12 и 13, первый и второй триггеры 14 и 15, первый и второй формирователи 16 и 17 импульсов, первый выход 18, второй выход 19, первые частотные входы 20 и 21, вторые входы (блокировочный) 22, (единичный) вход 23 и 24.Блок 3 гальванической развязки содержит первые резисторы 25, стабилитрон 26, первый конденсатор 27, опто-электронный ключ 28, первые два усилителя 29 и 30, инвертор 31.Блок 4 индикации содержит первый (час. тотный) вход 32, второй (потенциальный) вход 33, третий (потенциальный) вход 34, два элемента 2 И.ИЛИ 35, вторые резисторы 36, светодиоды 37, плюсовую шину источника 38 питания.Блок 5 управления содержит переключате. ли 39 - 43, первые выходы 44 - 46, второй вы. ход 47 и четыре элемента 2 И-НЕ 48 - 51, третий формирователь 52 импульсов, вторые кон. денсаторы 53, третьи резисторы 54, диод 55, два элемента И-НЕ 56.Устройство работает следующим образом.1003030 5Для запуска устройства в автоматическом режиме служит блок 5 управления,выполняющий функции генерации управляющих сигналов (фиг. 5). Переключатель 39 необходим для выбора автоматического режима работы 5 устройства. С помощью переключателя 41, тре. тьего формирователя 52 импульсов блок 5 управления генерирует одиночный импульс пуска, необходимый для запуска узла б фор мировапия временных выдержек и поступаю щий на второй (единичный) вход 23 первого триггера 14 узла 6 формирования временных выдержек. Переключатель 43 коммутирует высокий потенциал на первом выходе 44 блока 5 управления разрешающий, работу перво го элемента И 13 по второму (блокировочно-. му) входу 22. Переключатель 42 формирует сигнал сброса в ноль по первому выходу 45 блока 5 управления триггеров 14 и 15, узла 6 формирования временных выдержек, по ступающий на второй вход 24 узла 6 формирования временных выдержек. На первый(частотный) вход 20 формирователя 10 команд (фиг. 2) с первого выхода программ. ного генератора 2 импульсов поступают 25импульсы с периодом следования, например в 2 с (для формирования выдержки трех минут на забор очередной пробы), а на первый(частотный) вход 21 формирователя 10 команд с первого Выхода программного гене . ратора 2 импульсов поступают импульсы с периодом следования, например в 1 мин (для формирования выдержки времени в 60 мин на паузу между очередными заборами проб). В момент прихода с первого выхода 5 управления импульса пуска на второй вход 23 узла 6 формирования временных вы. держек, триггер 14 устанавливается в единичное состояние. Выходной сигнал триггера 14 с единичного выхода (первый выход 18 узла 6) разрешает прохождение частотной последовательности импульсов с периодом в 2 с через формирователь 10 команд на счетный вход десятичного и-разрядного счетчи; ка 11, что и является началом формирования трехминутной выдержки времени, необходимой для очередного забора пробы пробоотборным блоком 8, т, е. высоким уровнем с первого выхода 18 узла 6 пробоотборный блок 8 устанавливается в положение отбора очеред 50 ной пробы в приемную колбу.Прямые и инверсные выходы десятичного и-разрядного счетчика 11 распаяны (через мон. тажное поле в соответствии с трехминутным алгоритмом забора пробы) на соответствующие входы первого элемента И 12. Для формиро 55 вания временной выдержки на паузу между очередными заборами проб задействоваьь дешифратор, выполненный на втором элементе И 13 и второй триггер 15, причем входы элемента И 13 запаяны (через монтажное поле в соответствии с 60 мин алгоритмом пауз между оче- редными заборами проб) на соответствующие прямые и инверсные выходы десятичного и-разрядного счетчика 11, коэффициент пересчета которого, например, может быть выбран равным 127 (семь десятичных разрядов), Длительность формируемых выдержек времени узлом 6 формирования временных выдержек определяется выражением- ТКгде Т - период соедования импульсов опорнойчастоты;К - код времени, установленный на дешифраторе (путем запайки соответстствующих выходов десятичного п-раз.рядного счетчика 11 на входы эле.ментов И 12 и 13).При совпадении высоких потенциалов кода времени на входах элемента И 12, т. е, дешифратора, триггер 14 устанавливается в нулевое состояние. В момент изменения состояния триггера 14 высоким потенциалом с его инверсного выхода через второй формирователь 17 импульсов триггер 15 устанавливается в единичное состояние, а низким потенциалом с прямого выхода триггера 14, поступающим на второй (блокировочный ) вход формирователя 10, десятичный и-разрядный счетчик 11 устанавливается в нулевое состояние и заире. щается прохождение первой частотной последовательььости (например, с периодом 2 с) на счетный вход десятичного и-разрядного счет. чика 11. Высоким потенциалом с прямого выхода триггера 15, поступающим на соответ. ствующий второй (блокировочный) вход формирователя 10 разрешается прохождение на счетный вход десятичного и-разрядного счетчика 11 импульсов другой частоты (например, с периодом следования импульсов в 1 мин), поступающей на первый (частотный) вход 21 узла б формирования временных выдержек, Таким образом, на втором выходе 19 узла 6 формирования временных выдержек появляется высокий потенциал, а на первом выходе 18 - низкий, т. е. пробоотборный блок .8 через элемент 2 И-ИЛИ переходит из режима набора пробы в режим ожидания очередного забора пробы.При совпадении высоких уровней кода времени на входах элемента И и наличии высокого уровня на втором (блокировочном) входе 22 узла б формирования временных выдержек (с первого выхода 44 блока 5 управления), установившимся на выходе элемента И 13 низким потенциалом триггер 15 сбрасывается в исходное нулевое состояние, В момент изменения состояния триггера 151003030 Таким образом, 60-минутный .цикл паузызаканчивается и начинается трехминутньйцикл забора очередной пробы, В дальнейшемвременной алгоритм работы узла 6 формирования временных выдержек повторяется в ав.томатическом, режиме, так как конец предыду-Ощего цикла формирования одновременно является началом формирования последующего.Пробоотборный блок 8 в своей конструкции имеет устройство, фиксирующее положение отбираемой, пробы (номер пробы), Например, это может быть щеточный переключатель, фиксирующий положение заборных колбс отбираемой жидкостью и выдающий сигнал (например, +5 В) в каждом положениизабора проб на потенциальный вход 34 блока 4 ин 20дикации текущего забоуа проб (фиг. 4), что при.водит к индикации соответствующего положению отбираемой пробы светодиода 37, расположенного на передней панели блока 4 индикации(фиг. 4) представляет собой например и ко. личество сборок на микросхеме К 155 ЛР 1(где и - количество каналов индикации, соответствующих количеству отбираемых пробпробоотборным блоком 8). На частотньй вход 32 параллельно по всем каналам индикации поступают импульсы с первого выходапрограммного генератора 2 импульсов с периодом следования импульсов 1 с. На потен- циальные входы 33, которых может быть взято35 и-е количество, поступает сигнал с выхода блока 1 памяти (т, е. с выхода соответствующего и-го триггера памяти).В момент нахождения пробоотборного блока 8 в определенном положении забора40 пробы с его выхода на первый вход блока 4 индикации текущего забора проб поступает сигнал (например +5 В). При наличии отбираемой .жидкости в подводящем трубопроводе .происходит визуальная фиксация о происхо 45 дящем отборе по и каналу, т, е. загорается ровным светом на передней панели блока 4 индикации светодиод 37. В случае, если сигнал о том, что отбираемая жидкое ь в момент забора и пробы отсутствует, тона потенциальном входе 9 устройства появляется высокий потенциал, который через блок 3 гальванической развязки воздействует на соответствующий триггер блока 1 памяти.Блок 1 памяти состоит из ЯЗ-триггеров, причем их количество соответствует количест. ву отбираемых проб. Если отбираемая жидкость в момент забора и пробы отсутствовала, то ЙБ-триггер соответствующего и канала В ручном режиме работы устройства оператор имеет возможность путем включения на блоке 5 управления переключателей 40 и 41 сформировать сигнал ручного пуска на втором выходе 47 блока управления, который минуя узел 6.формирования временных вы. держек прямо воздействует на пробоотборньпт блок 8, Кроме того, оператор имеет возможность после забора очередной пробы сформиро. вать на первом выходе 45 блока 5 управления с помощью переключателя 42 сигнал сброса в нулевое состояние триггеров 14 и 15 узла 6 формирования временных выдержек по второму входу 24, которым устройство подготавливается к забору последующей пробы, минуя выдержку времени на паузу между очередными заборами.Предлагаемое изобретение по сравнению с известными устройствами для автоматического высоким потенциалом с его инверсноговыхода через первый формирователь 16 импульсов триггер 14 устанавливается в единичное состояние. переходит в единичное состояние и на соот.ветствующем потенциальном входе 33 блока4 индикации (текущего забора проб) появ.ляется высокий потенциал, что приводит к миганию с частотой в 1 Гц соответствующего свесветодиода 37 блока 4 индикации (текущегозабора проб). Это позволяет обслуживающемуперсоналу зафиксировать, по какому из и каналов отбор новой пробы не произошел. Информация о неотобранных новых пробаххранится в течение одного полного циклаработы устройства. (Например, если количество.отбираемых проб равно 24, а частота отборапроб раз в один час, то информация о неотобранных новых пробах будет сохранена втечение 24 ч). При прохождении полного цикла отбора проб сброс ВЯ.триггера и каналаблока 1 памяти в нулевое состояние происходит автоматически при отсутствии высокогопотенциала на потенциальном входе 9 устройства, что соответствует наличию отбираемойжидкости в подводящем трубопроводе,Блок 3 гальванической развязки (фиг.З)предназначен для нормализации по уровнями гальванической развязки по входу сигнала,поступающего на потенциальный вход 9 уст.ройства, и сигнала о положении пробоотборного блока 8 (забор очередной пробы или паузамежду очередными заборами проб),Блок 3 представляет собой, например, выходное устройство, выполненное на усилителях29 - ЗО. Входной сигнал на усилителе 29 - 30 поступает через опто-электронный ключ 28.В качестве элемента 28; например, может бытьиспользован опто. электронный ключ типаАОД 101 В. Стабилитрон 26 стабилизирует уровеньлогического нуля на входе канала, Помехозащищенность схемы обеспечивается входнымфильтром, выполненным на резисторе 25 иемкости 27,10 много генератора импульсов, связанного вто.рыми выходами с первыми входами узлаформирования временных выдержек, подключенного вторым выходом к третьему входуэлемента 2 И-ИЛИ, а вторыми входами -к первым выходам блока управления, соединенного вторым выходом с первым входомпробоотборного .блока, второй вход которогоподключен к выходу элемента 2 И-ИЛИ,2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю .щ е е с я тем, что, узел формированиявременных выдержек содержит счетчик импульсов, два элемента И, два триггера, дваформирователя импульсов и формирователькоманд, подключенный первыми входамик первым входам узла формирования временных выдержек,а первым и вторым выходами соответственно соединен со счетнымвходом и входом обнуления счетчика, соединенного соответствующими выходами с входами первого элемента и второго элемента И,подключенного выходом к первому входувторого триггера, связанного вторым входомс соответствующим вторым входом узлаформирования временных выдержек и с вто.рым входом первого триггера, прямым выходом - с вторым выходом узла формирования временных выдержек и с соответ.ствующим вторым входом формирователякоманд, инвесрным выходом через первыйформирователь импульсов - с третьимвходом первого триггера, связанного четвертым входом с соответствующим вторымвходом узла формирования временныхвыдержек, прямым выходом - с первымвыходом узла формирования временныхвыдержек и с соответствующим вторымвходом формирователя команд, а инверсным выходом через соответствующий второйформирователь импульсов - .с третьим входомвторого триггера причем вход второго элвмента И подключен к соответствующемувторому входу узла формирования временныхвыдержек.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Мф 509816,кл, 6 01 М 1/10, 1974,2. Авторское свидетельство СССР йф 581415,кл. 6 01 й 110, 197 б 1 прототип),Формула изобретения 1. Устройство для автоматического отбора проб жидкости, содержащее программный генератор импульсов, пробоотборный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности устройства, в него .введены блок памяти, блок управления,35 узел формирования временных выдержек, блок индикации, элемент 2 И-ИЛИ и блок гальвани. ческой развязки, подключенный первым входом к потенциальному входу устройства, вто 40 рыми входами - к выходам пробоотборного блока, к первым входам блока индикации и к первым входам блока памяти, первыми выходами - к первым входам элемента 2 И-ИЛИ, а вторым выходом - к второму входу блока памяти, соединенного третьим входом с первым выходом узла формирования временных выдержек и с вторым входом элемента 2 И-ИЛИ, а выходами - с вторыми входами блока индикации, подключенного третьим входом к первому выходу програм- Й 45 9 100 ЗОЗотбора проб обеспечивает получение пробыжидкости путем контроля процесса наполненияв ручном и автоматическом режимах работыи фиксации отсутствия отбираемой для кон-., троля жидкости в момент очередного заборапробы.Возможность сохранения проб в течениевсего периода работы с постоянными характеристиками, а также замена невостребованныхпроб свежими происходит автоматически, с 1 Озаданной периодичностью. Устройство можетбыть подключено к совместной работе со средствами непрерывного контроля качества сточных вод, при этом возможен автоматическийпереход по внешнему сигналу на отбор проб 15по другой, например, ускоренной программе,с целью уточнения динамики изменения качества контролируемой жидкости,Устройство может быть использовано длявзятия лроб сточных вод перед окончательной 2 Оочисткой или перед сбросом их в водныеобъекты. С помощью предлагаемого устройстваможет определяться состояние загрязненияводы или водотока с йривязкой по временисброса загрязняющих веществ. 251003030 дактор Г,Подл исноеССР аказ 1550/30 ППф тен ВНИИП по 13035, Составитель Н. ГорбуноТехред Т.Маточка Тираж 872Государственного комитета Селам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб., д. 4 Ужгород, ул. Про Корректор В. Бутя