Устройство для определения скорости и объема выделяющихся газов Советский патент 1983 года по МПК G01P5/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ И ОБЪЕМА ВЫДЕЛЯЮЩИХСЯ ГАЗОВ

Изобретение относится к измерению параметров движения и может быть использовано для исследования или автоматического контроля процессов газовы делений в лабораторных или производственных условиях из жидкостей и тверды тел как под действием избыточного дав ления, так и разряжения. По основному авт. св. № 838574 известно устройство для - определения скорости и объема выделяющихся газов, содержащее измерительную камеру, измерительный преобразователь, частотомер, счетчик импульсов, исполнительный механизм, источник по стоянного давления, камеру с анализируемым веществом и двухходовой кран; при этом измерительный преобразователь содержи золотниковый элемент, к выходу которо го подключена измерительная камера и через преобразователь давления - тригг с раздельными входами, а выход тригге ра соединен с входами частотомера, счетчика и исполнительного механизма ЗОЛОТНИКОВОГО элемента, причем входы золотникового элемента соединены друг с другом через двухходовой кран, один из них подключен к преобразователю давления и к источнику постоянного дав- ления, а другой вход - к камере с анализируемым веществом С } Недостатком известного устройства является малый диапазон измерения параметров газовьщелений. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения. Указанная цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено распределителем импульсов, включенным между выходом триггера и входами час- тотомера и счетчика импульсов, а в преобразователе давления установлены пять элементов сравнения давлений, пять задатчиков давления, генератор линейно нарастающего дш тония, блок суммирования, блок памяти, три логичес- ких элемента И и три логических элемента НЕ, причем отрииатолт.иькч каморы первого элемента сравнения соединены с первым аадатчяком давления н с ка- мерой постоянного давления, его положительные камеры - с измерительной камерой и с выходом блока пямяти, а ВЫХОД - с первым входом триггера н через первый элемент НЕ - с вторым входом триггера, выход которого соединен с управляющим входом блока пам5Ьти и через последовательно соединенные второй элемент НЕ и генератор линейно нарастающего давления с положительным камерами второго и третьего элементов сравнения, отрицательные камере которы подключены к второму и третьему задатчикам давления, отрицательные камеры четвертого и пятого элементов сравнения соединены с измерительной камерой, их положитедгьные камеры - с четвертым .и задатчиками давления, а выходы - с первыми входами первого и элементов И, вторые входы которы подключены к выходам второго и треть& го 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 элемент 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 блоки пямяти. На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема возможного варианта построения преобразователя давления на элементах пневматических систем автоматики; на фиг. 3 - Схема распределителя импульсов; на фиг. 4 1 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 щтуцеру камеры 7 и к входу 8 золотникового элемента 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 постоянного давления. Выходы преобразователя 12 давления подключены к соответ ствующим входам триггера 14 с раздел ными входами. Частотомер 15, счетчик 1 124 16импульсов и исполнительный механизм 17золотникового элемента 1 восхфиннают импульсы от триггера 14, Канал 18золотника 19 соединяет кайал 9 с аналом 2 или 8. Устройство дополнительно содержит аспределитель 20 импульсов. Преобразователь 12 давления выполнен виде пятимембранного элемента 21 равнения, задатчика 22, блока 23 паяти, двух логических элементов НЕ 24 и ,25, генератора 26 линейно нарастающего давления, двух блоков 27 и 28 сравнения, логического блока 29 и блока 30 суммирования. Блок 27 сравнения выполнен в виде двух Элементов 31 и 32 сравнения и двух задатчиков 33 и 34. Блок 28 сравнения состоит из двух элементов 35 и 36 сравнения и двух задатчиков 37 и 38. Логический блок 29 состоит из трех логических элементов И 39 - 41 и логического элемента НЕ 42. Блок ЗО суммирования состоит из схемы 43 суммирования и двух нормаль-но закрытых клапанов 44 и 45. Блок 23 памяти (фиг. 2) выполнен в виде ячейки 46 памяти, нормально закрытого клапана 47 и импульсатора 48, построенного на трехмембранном реле 49 с подпором, дросселе 5О и емкости 51. Схема 43 суммирования (фиг. 2) состоит из задатчика 52 и пятимем- бранного элемента 53 сравнения. Распределитель 20 импульсов (фиг 3) состоит из шести логических элементов И 54 - 59 и двух логических элементов НЕ 60 и 61. Выходы распределителя импульсов соединены с частотомером 15 и счетчиком 16 через схему учета веса импульсов (фиг. 4), состоящую из элементов ИЛИ 62 и 63 и пересчетных схем 64 - 67. Устройство построено на элементах промышленной пневмоавтоматики. Устройство для определения скорости и объема выделяющихся газов работает следующим образом. В начальный момент времени канал 8 золотникового элемента 1 соединен через вход 9 с измерительной камерой 10 и с входом 11 преобразователя 12 давления. Газовьщеление в начальный момент отсутствует. Поворотом крана 5 кратковременно сообщают вход 8 золотникового элемента 1 с камерой 3 постоянного давления, производя тем самым подачу в камеру 7 с анализиру©мой жидкостью разряжения, при котором необходимо провести измерения. После создания над поверхностью жидкости раз ряжения требуемого уровня кран 5 переводят в положение, при котором каналы 2 и 8 отсоединяются друг от друга. Начинается процесс газовыделений. При выделении газов из жидкости разряжение в системе уменьшается. На входы 11 и 13 преобразователя 12 да& ления поступает разность давлений, абсолютная величина которого растет с увеличением количества выделяющихся газов. Как только эта разность давлений достигнет некоторого максимального значения, определяемого настройкой преобразователя 12, на выходе преобразователя 12 появится сигнал, переводящий триггер 14 в состояние с единичным выходом. Этот сигнал поступает на вход исполнительного механизма 17, который при этом перемещает золотник 19, соединяя канал 2 с каналом 9. Про исходит разгрузка емкости 1О в камеру 3 постоянного давления, т.е. происходит заряд емкости 10 до начального давления, а вместе с этим и выброс выделяю щихся газов. После того, как в емкости 10 да&ление достигает заданного значения, определяемого настройкой преобразователя 12, триггер 14 срабатывает. На его выходе появляется сигнал нулевого уровня, которым золотниковый элемент переводится в начальное состояние, т.е. камера 7 соединена с акмерой 1О через каналы 8, 18 и 9. Вновь начинается процесс заполнения камеры 10 выделяю щимися газами. Процесс заполнении происходит аналогично рассмотренному выше. В случае необходимости провести измерения параметров газовыделения при некотором наперед заданном избыточном давлении в камере 3 создается это давление, а поворотом крана 5 это давление подается в камеру 7 с анализируемым веществом. Процесс измерени в этом случае протекает аналогично описанному выше. О скорости газовыдёлений в устройстве судят по частоте переключения триггера 14, которая измеряется частот мером 15. Количество выделившегося газа опре деляется числом импульсов, поступивших на счетчик 16 импульсов. Информация об измеряемых параметр на выходе устройства представлена 1 126 в виде последовательноЬти прямоугольк ных импульсов, частота следования к« торых пропорциональна скорости газовыделений, а количество импульсов пропорционально количеству выделившегося газа. В начальньШ момент времени давление в измерительной камере 10 равно давл&нию в камере 3 постоянного давления, Р Р 3 Давление на выходе бяот.е. ка памяти ( равно нулю. Под дейст вием давления задатчика 22 (Р22) реагирующий орган элемента 21 сравнения переместится вверх и давление на его выходе станет равным нулю, т.е. 1 0« Давление на выходе элементов 31 и 32 сравнения равно нулю, т.е. РЗЧ Р32 О. Поэтому давление на выходе элементов 40 и 41 равно нулю, т.е. Pji О и клапаны 44 и 45 закрыты. Давление на выходе элементов 35 и 36 равны единице, т.е. Р Pj, . Соотношение давлениями задат1ИКОВ 22, 33, 34, 37, 38 к 52 следующее: Р2,2 Р52. Р 31 Р 22- Р52 + Р Р38 Р22 - 2-Р52+ЛР, РЗЗ Рз4 . др const. Величина ДР вводится для стабильности работы устройства в момент переклк чения, чтобы не произошло срабатывание элементов 35 и 36 раньше элемента 21. Сигналы Р 21 О 2-1 переведут триггер 14 в нулевое состояние, т.е. О. Газы из камеры 7 через каналы 8, 18 и 9 золотникового элемента 1 поступают в измерительную камеру 1О. При О сигнал на выходе логического элемента 25 будет равен единице, т.е. Р„с 1, которая запустит генератор 26j на выходе которого давление будет линейно возрастать. Если при малой скорости газовыделений за заданный интервал времени давление не достигнет Р22 то наступит момент времени, когда давление Ру, превысит давление на выводе задатчика 33. Реагирующий орган эл&мента 31 переместится вниз и на выходе этого элемента появится единица, т.е. Ра 1,-при этом Рз2 Рзд 1. а Р40 О. Toi да Р42 Р40 РЗЭ Клапан 44 открывается и давление Р52 проходит в ячейку 46 памяти, уменьшая тем самым величину давления срабатььвания элемента 21, которая станет равным Р21 сра-Г. PZZ- PSZ Если за заданный интервал ремени давление в измерительной камере 10 не превысит давление срабатывания элемен та 21, то давление Р2 превысит давле ние Рз4 и на элементна 32 nostвится единица, т. е. Рз2 - Тогда Р4 ЪЬ Р32 1. « Р4 РЗЭ- Р42 Pjq РЛО Поэтому клапан 44 за роется, а клапан 45 откроется и в ячей ку 46 памяти пройдет давление Давление срабатывания станет равным следующей величине: 21 ст«бР22 При превышении давления в измерите ной камере 10 давления срабатывания элемента 21 реагирующий орган элемен та 21 переместится вниз и на выходе этого элемента появится единица, т.е. Р2 1, которая переведет триггер 14 в единичное состояние ( Давление Р 1 запомнит в ячейке 46 памяти давление, поступающее от блока ЗО суммирования и поступит на импульсатор 48. Вследствие наличия дросселя 50 и емкости 51 происходит постепенное нарастание давления в цоложительной камере трехмембранного реле 49. Через заданный промежуток времени давление в этой камере превысит давление подпо ра, реагирующий орган реле 49 перемес тится вниз и на его выходе появится единица (Р49 ) которая откроет клапан 47. После сброса давления из камеры 10 через каналы 9, 18 и 2 золотникового элемента 1 в камеру 3 постоянного давления реагирующий орга элемента 21 поднимается вверх и на выходе этого элемента появится ноль, т.е. P2-t О, который переведет триггер 14 в нулевое состояние О. Поэтому реагирующий орган ячейки 46 памяти под действием подпора поднимае ся вверх и через открытый клапан 47 давление в камере запоминания сброситс в атмосферу. При давление в положительной камере реле 49 постепен но уменьшается, при достижении величины подпора реле 49 срабатывает, на его выходе появится ноль, т.е. PJQ О который закроет клапан 47. Таким обр зом, импульсатор 48 сдвигает передний и задний фронты единичного импульса триггера 14 на время, величина которого настраивается дросселем 5О. Применение- импульсатора 48 стабилизирую щлопосс сброса давлопия из каморы Ю р тмеру 3. Начинается ноызгй пикл заполнения камеры 10, при этом величина давления срабатывания элемента 21 Р Таким образом, устройство автоматически подстраивается под величину скорости газовьщелення. Так как давление срабатывания эле-. мента 21 может быть разной величины 22 22 52 импульсы, поступающие 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, посту- паюицих от триггера 14, следует рассортировать в отдельные подпоследоватеяьности, в которых вес импульсов одинаков, и подсчитывать количество импульсов в каждой полученной подпоследовательности и определять общее число импульсов в последовательности путем суммирования частных сумм (полученных в каждой подпоследовательности) с весовым коэффициентом. Первую задачу рещает распределитель 2О импульсов, который поступающие на вход импульсы направляет на определенный выход. На каждом выходе имггуль- сы имеют одинаковый вес. На первый выход и поступают импульсы при 2-1 ераБ 22 второй выход U поступают импульсы при Р2-|сраБ и л поступают импуяьсы на третий выход - 2Ро ; при 21 сра6 22 в случае РЗЭ 40 клапаны 44 и 45 закрыты. Выход блока 23 памяти равен нулю. Поэтому давление срабатывания элемента 21 равно f2-1 соа5 22 На первом выходе Ц- блока 20 появляется единица, так как U -i Pl4 39 40 l-O-O l-ll 1. На выходах U2 и УЗ сигнал равен нулю. При РЗЭ 1 Р40 открыт клапан 44 (клапан 45 закрыт). Выход блока 23 памяти равен Р. Роэтому F -|cpci5 Рао Q- втором выходе 1/2 появляется единица, так как Uo l-1-б 1-1-1 1. На остальных выходах. U-1 и УЗ сигналы равны нулю. В случае Рзд 1, Р4о - клапан 44 затфыт (на выходе элемента 12 при AQ .-- i с:нгнал равен нулю), а клмггц тфыт. Выход блока памяти рвтмш . а 2Рр. На третье давление Р выходе Uj появляется единица, так как 1/3 J p39 40 1-1-1. На остальных выходах и и U2 сигналы равны нулю. jQля решения второй задачи применена схема пересчета. Импульсы с выхода У блока 20 (фиг. 4) непосредственно проходят через логические элементы ИЛИ 62 и 63 на измерительные блоки частотомера 15 и счетчика 16 импульсов. И1« пульсы с выхода U2, блока 2О проходят на измерительные блоки сче,тчика 16 импульсов и частотомера 15 через пересчетные схемы 64 и 65, которые 1Й кан дых четырех поступивших импульсов пропускают только три импульса. Пересчетные схемы 66 и 67 из каждых двух поступивших импульсов пропускают только один. Таким образом, в счетчике 16 импульсов накапливается число импульсов,, каждый из которых пропорпионален количеству газа QO Частотомер 15 определяет частоту появления импульсов, пропорциональных количеству газа. Предлагаемое устройство обеспечивает повышенную точность измерения за счет того, что диапазон измерения изменяется с изменением скорости, так как устройство автоматически подстраивается под величину скорости. Формула изо.бретения . Устройство для опред€Ы1ения скорости и объема выделяющихся газов по авт. св № 838574, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения. Оно снабжено распределителем импульсов, включенным между выходом триггера и входами частотомера и счетчика импульсов, а в преобразователе давления установлены пять элементов сравнения 10 1210 давлений, пять задатчиков давления, генератор линейно нарастающего давпе ния, блок суммирования, блок памяти, три логических элемента И и три логических элемента НЕ, причем отрицател ные камеры первого элемента сравнения соединены 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 триг гера и через первый элемент НЕ - с вторым входом триггера, выход крторого соединен с управляющим входом блока памяти и через последовательно соединенные второй элемен т НЕ и генератор линейно нарастающего давления с положительными камерами второго и третьего элементов сравнения,отрицатеаьные камеры которых подключены к второму и третьему задатчикам .давления,отрицательные камеры четвертого и пятого элементов сравнений соединены с измерительной камерой, их положительные камеры - с четвертым и пятым задатчиками давления, а выходы - с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых под- . ключены к выходам второго и третьего элементов сравнения, а вйходы - к управляющим входам распределителя импульсов, при этом выход первого элемента И ч&рез третий элемент И соединен с первым управляющим входом блока суммирования, выход второго элемента И со&динен с вторым управляющим входом блока суммирования и через третий элемент НЕ - с вторым входом третьего элемента И,а выкоп блока суммирования под5(лючен к информационному. входу блока памяти. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 838574, кл. G 01 Р 5/ОО, 1977 (прототип).

JU

фиг. 2

tJl

(риг.З

сригЛ

Из