УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕСА РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1994 года по МПК G01G3/13 

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к устройствам для измерения веса расходуемого электрода в электротермических установках.

Известно устройство для определения веса расходуемого электрода, содержащее электродвигатель перемещения электрода, связанный через датчик тока с выходом преобразователя [1].

Недостатком этого устройства является ограниченная точность измерения веса расходуемого электрода, что связано с изменением момента сопротивления трения при реверсе двигателя.

Известно также устройство для определения веса расходуемого электрода, выполненное в виде гидравлического чувствительного элемента из двух сильфонов и манометра, расположенных в гидравлической системе подвески [2].

Недостатком этого устройства является конструктивная сложность чувствительного элемента.

Прототипом изобретения является устройство для определения веса расходуемого электрода, содержащее тензометрический датчик, установленный на подвижной части электродной установки и подключенный к преобразовательно-усилительному узлу, связанному с регистрирующим прибором [3].

Недостатком устройства является сложность конструкции, обусловленная трудоемкостью встраивания специального датчика в подвижную часть установки, а также трудностью выделения сигнала, пропорционального весу электрода из-за влияния силового тока печи, протекающего по конструктивным элементам датчика динамических усилий, обусловленных работой привода перемещения электрода, что приводит к снижению точности и надежности.

Цель изобретения - повышение точности и надежности определения веса расходуемого электрода.

Цель достигается тем, что в известном устройстве для определения веса расходуемого электрода электродинамической установки, который расположен подвижно в вертикальном направлении над тиглем с расплавом, размещенным в камере, содержащем тензометрический измерительный элемент с преобразовательно-усилительным узлом, тигель выполнен подвижным в вертикальной плоскости относительно оси, расположенной эксцентрично оси симметрии тигля, тензометрический измерительный элемент содержит упругий элемент с тензодатчиками, один конец которого жестко связан с камерой установки, а другой служит опорой подвижного тигля при его вертикальном положении, и введены аналого-цифровой преобразователь, два регистра, преобразователь кода, сумматор, пороговый элемент, элемент задержки и одновибратор, связанный входом через элемент задержки и пороговый элемент с выходом преобразовательно-усилительного узла, а выходом - с входом записи первого регистра и входом разрешения работы второго регистра. Выходы первого регистра подключены к входам сумматора через преобразователь кодов, а второго-непосредственно, причем входы разрядов обоих регистров соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, подключенного входом к выходу преобразовательно-усилительного узла.

В сравнении с прототипом предлагаемое техническое решение имеет новые отличительные признаки и соответствует критерию "новизна".

При поиске по патентной и научно-технической литературе не выявлены решения, содержащие признаки, сходные с признаками, отличающими предлагаемое изобретение от прототипа. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Устройство схематически изображено на чертеже.

Устройство для измерения веса расходуемого электрода 1 состоит из плавильного тигля 2, установленного с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси 3, расположенной эксцентрично оси симметрии тигля, тензометрического измерительного элемента 4, преобразовательно-усилительного узла 5, порогового элемента 6, элемента 7 задержки, одновибратора 8, аналого-цифрового преобразователя 9, регистров 10, 11, преобразователя 12 кодов и сумматора 13. Кроме того, устройство содержит дополнительный преобразователь 14 кодов и сумматор 15.

Выход преобразовательно-усилительного узла 5 соединен с входами аналого-цифрового преобразователя 9 и порогового элемента 6, который в свою очередь подключен выходом к входу элемента 7 задержки. Последний выходом подключен к входу одновибратора 8. Выход одновибратора 8 соединен с входами записи первого регистра 10 и входом разрешения работы второго регистра 11. Выходы аналого-цифрового преобразователя 9 соединены с входами разрядов регистров 10 и 11.

Первый регистр 10 через преобразователь 12 кодов соединен с первыми входами сумматора 13. Второй регистр 11 подключен выходами непосредственно к вторым входам сумматора 13. Выходы сумматора 13 являются выходами измерительного устройства, на котором вырабатывается код N₁, пропорциональный весу сплавленной части электрода G_эс. На выходах дополнительного сумматора 15, подключенного первыми входами через преобразователь 14 кода к выходам первого сумматора 13, а вторыми входами - к шине задания начального веса электрода G_эн, вырабатывается код N₂, пропорциональный весу G_эо оставшейся части электрода.

Предлагаемое устройство реализуется на стандартных элементах. Так, тензометрические датчики и усилительно-преобразовательный узел выполнены по типовым схемам, рассмотренным, например, в книге Методы и средства натурной тензометрии. Справочник. М. Л.Дайчик, Н.И.Пригоровский, Г.Х.Хуршудов. М.: Машиностроение, 1989, с. 66-67, 113-114.

Вычислительные элементы: регистры, счетчики и др. выполняются, например, на интегральных элементах серии К155 (см. Интегральные микросхемы: Справочник. Б. В.Тарабрин и др. Под ред. Б.В.Тарабрина, 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 58-102).

Устройство работает следующим образом. В исходном положении тигель 2 находится в верхнем положении, соответствующем сливу металла. Началом работы устройства можно считать момент, когда тигель 2 коснется основанием тензометрического элемента 4. До этого момента времени тензометрический элемент 4 находится в свободном состоянии и на выходе преобразовательно-усилительного узла 5 имел место минимальный сигнал U_т, меньший напряжения срабатывания U_то опорного элемента 6. При этом на выходе опорного элемента 6 вырабатывался логический сигнал нулевого уровня. На выходе одновибратора 8 также имел место сигнал нулевого уровня, который прерывал связь аналого-цифрового преобразователя 9 с сумматором 13. Такой порядок функционирования элементов устройства при наклонном положении тигля 2 принят для уменьшения погрешности измерения, которая имеет место при опускании тигля на упругий элемент тензометрического измерительного элемента 4. Таким образом, при U_т ≅ U_то связь между выходами аналого-цифрового преобразователя 9 и входами сумматора 13 прерывается и на выходах сумматора формируется код N₁, соответствующий G_эс=0.

При касании тиглем 2 тензометрического элемента 4 на выходе преобразовательно-усилительного узла 5 вырабатывается сигнал U_т>U_то. При этом динамическое значение сигнала U_т будет в связи с кратковременным упругим ударом превышать его статистическое значение, соответствующее начальному весу тигля G_тн. Для исключения влияния динамической составляющей сигнала U_т на точность измерения в устройство введен элемент 7 задержки. При появлении на выходе порогового элемента 6 сигнала логической единицы, что имеет место при U_т>U_то, сигнал логической единицы на выходе элемента 7 задержки появится с запаздыванием на время t_з, превышающее время затухания переходного процесса колебаний упругого элемента тензометрического элемента 4. Сигнал логической единицы, вырабатываемый на выходе элемента 7 задержки, запускает одновибратор 8, на выходе которого формируется короткий импульс с сигналом единицы. Этот импульс однократно записывает в регистр 10 код N_тн, соответствующий начальному весу тигля G_тн. После окончания импульса регистр 10 отключается от аналого-цифрового преобразователя 9, а на его выходах в процессе всей плавки будет вырабатываться неизменный код N_тн. В процессе плавки тигель 2 будет заполняться металлом, сплавленным с электрода, и его вес будет определяться суммой
G_т = G_тн + G_эс
На выходах сумматора 13 будет вырабатываться код N₁, пропорциональный весу сплавленной части электрода G_эс. Для этого на первые входы сумматора 13 подается дополнительный код N_тнд, который получают с помощью преобразователя кодов (дешифратора) из прямого кода N_тн, формируемого на выходах регистра 10. Дополнительный код получают путем замены нулевых сигналов основного кода на единичные, а единичных сигналов - на нулевые. На вторые входы сумматора 13 поступает изменяющийся код N_т. В результате сумматор 13 выполняет операцию вычитания
N₁ = N_т - N_тн ≡ G_эс
Выходы сумматора 13 являются одним из выходов устройства, на котором вырабатывается код N₁, пропорциональный весу сплавленной части электрода. Этот код может быть использован для подачи на цифровые индикаторы, что позволит оператору в удобной цифровой форме получать информацию о весе сплавленной части электрода G_эс, или может быть введен в ЭВМ для автоматического ведения процесса плавки.

Рассматриваемое устройство может быть использовано и для измерения веса оставшейся части электрода G_эо. Для решения этой задачи в устройство введены дополнительные преобразователь 14 кода и сумматор 15, на первые входы которого с шины (многоразрядной) задания начального веса электрода G_эн подается код N_з. На вторые входы сумматора 15 через преобразователь 14 основного кода в дополнительный подается код N₁, пропорциональный весу сплавленной части электрода G_эс. В результате на выходе сумматора 15 вырабатывается код
N₂ = N₃ - N₁ ≡ G_эо, пропорциональный весу несплавленной части электрода. Этот код также как и код N₁ может быть использован для регистрации или управления процессом плавки.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность определения веса расходуемого электрода, так как исключается влияние силового тока печи, и повысить надежность из-за отсутствия динамических усилий в измерительном узле.

(56) 1. Авторское свидетельство СССР N 158603, кл. G 01 G 23/36, 1962.

2. Авторское свидетельство СССР N 628409, кл. G 01 G 5/04, 1974.

3. Патент ФРГ N 115739, кл. 21 А 13/13, 1964.

Использование: в весоизмерительной технике для измерения веса расходуемого электрода в электротермических установках. Сущность изобретения: устройство содержит размещенный в камере плавильный тигель с расплавом, тензометрический измерительный элемент с преобразовательно - усилительным узлом, аналого - цифровой преобразователь, два регистра, преобразователь кода, сумматор, пороговый элемент, элемент задержки, одновибратор, связанный своим входом через элемент задержки и пороговый элемент с выходом преобразовательно - усилительного узла, а выходом - с входами первого и второго регистров, причем выходы первого регистра связаны с соответствующими первыми входами сумматора, выходы второго регистра через преобразователь кодов связаны с соответствующими вторыми входами сумматора, а входы второго регистра через аналого - цифровой преобразователь подключены к выходу преобразовательно - усилительного узла, причем тигель выполнен подвижным в вертикальной плоскости относительно оси. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕСА РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, содержащее размещенный в камере плавильный тигль с расплавом, тензометрический измерительный элемент с преобразовательно-усилительным узлом, при этом электрод выполнен с возможностью вертикального перемещения над тиглем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерения, в него введены аналого-цифровой преобразователь, два регистра, преобразователь кода, сумматор, пороговый элемент, элемент задержки и одновибратор, связанный своим входом через элемент задержки и пороговый элемент, с выходом преобразовательно-усилительного узла, а выходом - с входами первого и второго регистров, причем выходы первого регистра связаны с соответствующими первыми входами сумматора, выходы второго регистра через преобразователь кодов связаны с соответствующими вторыми входами сумматора, а входы второго регистра через аналого-цифровой преобразователь подключены к выходу преобразовательно-усилительного узла, причем тигель выполнен подвижным в вертикальной плоскости относительно оси, размещенной эксцентрично оси симметрии тигля, а тензометрический измерительный элемент выполнен в виде упругого элемента с тензодатчиками, один конец которого жестко связан с камерой, а другой является опорой тигля. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введена шина задания начального веса электрода, дополнительные сумматор и преобразователь кодов, связанный своими входами с выходами основного сумматора, а выходами с первыми входами дополнительного сумматора, вторые входы которого подключены к шине задания начального веса расходуемого электрода.