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

Изобретение относится к измерению параметров движения и может быть использовано для исследования или автоматического контроля процессов газовыделений в лабораторных ил производственных условиях из жидкостей и твердых тел как под действием избыточного давления, так и разряжения. ; , , ,

По авт.св. 1000912 известно устройство для определеняи скорости и объема выделяющихся газов, содержащее измерительную камеру, измерительный преобразователь, частотомер счетчик импульсов, исполнительный механизм, источник постоянного давления, камеру с анализируемым веществом, двухходовый кран, распределитель импульсов, включенный между выходом триггера и входами частотомера и счетчика импульсов, при этом измерительный преобразователь содержит золотниковый элемент, к выходу которого подключена измерительная «амера и через преобразователь давления - триггер с разделительными входами, а выход триггера соединен с входами частотс 1ера, счетчика импульсов и исполнительного механизма золотникового элемента, причем входь1 золотникового элемента соединены друг с другом через двухходовый кран, один из них подключен к преобразователю давления и источнику постоянного давления, а другой вход к камере с анализируемым веществом. В преобразователе давления установлены пять элементов сравнения давлений, пдть задатчиков давления, генератор линейно нарастающего давления, блок суммирования, блок памяти, три логических элемента И и три логических элемента НЕ, причем отрицательные камеры первого элемента сравнения соединены с первым задатчиком давления и камерой постоянного давления, его положительные камеры - с измерительной камерой и выходом блока памяти, а выход - с первым входом триггера и через первый элемент НЕ - с вторым входом триггера, выход которого соедикен с ущ авляюшйм входом блока памяти и через последовательно соединенные второй элемент НЕ и генератор линейно нарас акясего давления - с-положительньоии камеЕьами второгч и третьего элементов сравнения, отрицательные камеры кдторых подключены к второму и третьему задатчикам давления, отрицательные камеры четвертого и пятого элементов сравнения сЬединены с измерительной камерой/ их положительные - с четвертьсм и пятым задатчикйми давления, а выходы - с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входа которых

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 вхрдом блока суммирования, выход второго элемента И соеДинен с вторым управляющим входом блока суммирования и через - третий элемент И - с вторым входом третьего элемента И, а выход блока суммирования подключен к информационному входу блока

Недостатком известного устройства является относительно малая точность определения скорости газовыделения. Это объясняется тем, что за каждый период заполнения газами измерительной камеры устройство находит оптимальную величину срабатывания первого элемента сравнения. В начале но.вого периода заполнения давление срабатывания сбрасывается и становится равным максимальному значению. Вновь начинается поиск оптимальной величины срабатывания первого элемента сравнения, что увеличивает интервал времени;-.от начала заполнени до момента опустошения измерительной камеры. Поэтому определяется средняя скорость газовьщеления за достаточно большой интервал времени накопления. Для увеличения точности определения скорости газовыделения необходимо, 4To6j3i при одинаковом количестве отбираемого газа в одной доэе время заполнения измерительной камеры было, меньше. Оно будет меньше, если после окончания периода накопления давление срабатывания не сбрасывается, а остается прежним (при условии, что скоровть газовыделения в этом интервале изменяется незначительно.

Цель изобретения - увеличение точности определения скорости газовьщеления.

Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит- ячейку памяти, два пятимёмбранных элемента сравнения, задатчик, логический элемент ИЛИ, два импульсатора, два логических элемента И и два триггера, причем выход измерительной камеры соединен с (входом ячейки памяти, положительной камерой первого пятимембранного . элемента сравнения и отрицательной камерой второго пятимембранного элемента сравнения, выход ячейки памяти соединен с отрицательной камерой первого пятимембранного элемента сравнения и положительной камерой второго пятимамбранйого элемента сравнения, задатчик соединен с второй отрицательной камерой первого пятимембранного элемента сравнения и второй отрицательной камерой второго пятимембранного элемента сравнения, а вторые положительные камер пятимембранных элементов сравнения соединены с атмосферой, выходы этих элементов соединены через логический элемент ИЛИ с одним из входов первого логического элемента И, выг ход второго трехмембранного элемента сравнения срединен через первый имцульсатр ,:Я вторым дходом первого логического элемента И с одним,. из входов первого триггера, выход которого соединен с камерой управления ячейки па мяти, выход импульса тора блока памяти соединен с одним из входов второго логического элемента И, а второй вход этого элемен та соединен с выходом второго триггера, выход второго логического элемента И соединен с клапаном блока памяти и через второй импульсатор с входами первого и второго триггеров, выход первого логического элемента И соединен с одним-из входов второго триггера. - На фиг. 1 изображена функциональ ная схема устройства; на фиг. 2 принципиальная схема возможного вар анта построения дополнительных элементов устройства на пневматических элементах автоматики. ,-,-, - - . - Устройство для определения скоро ти и объема выделяющихся газов содержит эало:хниковый элемент 1, к каналу 2 KOTopioro пр исоединена каме ра 3 постоянного давления и вход 4 крана 5. Вход 6 крана 5 подключен к штуцеру камеры 7 с анализуемым ве ществом и входу 8 золотникового эле мента 1. К входу 9 золотникового элемента 1 подключена измерительная камера ip и вход 11 дифференциально го ;преобразователя 12 давления, вход 13 -которого подключен к камере 3 постоянного давления, terxojuii преобразователя 12 давления подключены К соответствующим входам триггера с раздельньида входами 14. Частотоме 15, счетчик 1б импульсов ц исполнительный механизм 17 золотникового элемента 1 воспринимают и myльcы от триггера 14. Канал 18. золотника 19 соединяе т канал 9 с каналом 2 или 8 К выходу триггера 14 подключен распределитель 20 импульсов. Преобразователь 12 давления состоит из пятимембранного элемента 21 сравнения, задатчиков 22-27, блока 28 памяти, логических элементов НЕ 29-31, генератора 32 линейнЬ нарастающего давления, двухходовых элеме тов сравнения 33-36, блока 37 CVMмиоования, логических элементов И 38-42, ячейки 43 памяти, ДВУХ пят мембранных элементов 44 и 45 сравнения, логического элемента ИЛИ 46, двух триггеров 47 и 48 и двух импульсаторов 49 и 50. Блок 28 памяти возможно построить из импульсатора 51, ячейки 52 памяти, и нормально закрытого клапана 53. Импульсатор 49(50) возможно построить из трехмембранного реле 54 (55 ), переменного дросселя 5.6 (57) Л пневмоемкости 58 (59). Устройство для. определения скорости и объема выделяющихся газов работает следующим образом. В начальный июмент времени канад8золбтниковбто эпетлетт а Г--1 ; :$ёдйнгёй- через вход 9 с измерительной камерой 10 и входом 11 преобразователя 12 давления. Газовыделения в начальный момент отсутствуют. Поворотом крана 5 кратковременно сообщают кангш 8 с камерой 3 постоянного давления, произведя подачу в камеру 7 с анализируемым веществом давления, при котором необходимо провести измер ния, например разрежения. Далее кран 5 переводят в положение, при котором каналы 2 и 8 отсоединяются один от другого. Начинается процесс газовыделений. При выделении газов из вещества разрежение в системе уменьшается. На входы 11 и 13 преобразователя 12 давления поступает разност ь давлений, абсолютная величина которого растет с увеличением количества выделяющихся газов. Как только эта разность достигает некоторого максимального значения, определяемого настройкой преобразователи 12, на выходе последнего появляется сигнал, переводящий триггер14 в состояние с единичным выходом. Этот сигнал поступает на вход исполнительного механизма 17, который при этом перемещает золотник 19, Соединяя каналы 2 и 9. Происходит разгрузка камеры 10 в камеру 3, т.е. происходит заряд камеры 10 до начальsHoro давления, а вместе с этим и выброс, выделившихся газов. После того, как в камере 10 давление достигнет заданного минимального значения срабатывания.преобразователя 12, последний вырабатывает сигнал, переводящий Триггер 14 в состояние с нулевым выходом. Поэтому исполнительный механизм 17 переводит золотник 19 в такое положение, при котором канал 18 соединяет каналы 9и 8. Вновь начинается процесс накопления газа в камере 10. Скорость газовыделения W в устройстве определяется частотой п переключения триггера 14, измеряемой частотомером 15, iPc-Pe)V RT где РЛI Рр - соответственно минимальный и максимальный уровни срабатывания преобразователя 12; V - объем измерительной камеры 10; R -. универсальная газова постоянная} Т - абсолютная температу , ра газа. Количество вьвделившегося газа б пропорционально количеству импульс N, измеряемому счетчиком 16 импул сов JPc-Pe)V N. (г) Информация об измеряегиих парамет рах на выходе устройства представле на .в виде последовательности прямоугольных импульсов, частота которых пропорциональна скорости газовыделений, а количество - импульсов пропорционально количеству выделившего ся газа. , При работе преобразователя 12 да ления в начальный момент времени да ление в измерительной камере 10 равно давлению в камере 3 постоянно го давления Р Р, . Давление на вы ходах элементов 14, 28, 33, 34, 3840 равно нулю, а давление-на выхода элементов 35 и 36 равно единице. Газы из камеры 7 через каналы 8, 18 и 9 золотникового элемента 1 пос тупают в измерительную камеруЮ. Сигнал на выходе элемента .30 равен единице - который запустит генератор 32, на выходе которого давление будет линейно возрастать. Если за заданный интервал времени давление р не превысит давление 22 { это .будет при малой скорости газовыделения ), то наступит момент времени, когда дав.ление Pj2 превысит давление на выходе задатчика 23. Поэтому на выход элемента 33 появится сигнал . 1-1 I; РЗ Тогда РЗЭ РЗ€ Р о 1; Р 11 1 РЗЭ-РЗи-на выходе блока суммирования .37 появится сигнал Pjj. В этом случае давление срабатывания элемента 21 уменьшится и станет равным Р„. 22 0Если за заданный интервал времен давление в измерительной камере 10 не превысит давление срабатывания элемента 21, то давление Pj, превы:сит давление Р задатчика 24. На выходе элемента 34 появится сигнал 1. Тогда Р 1-1 34 1/31 /40 1 0; Рэ8 . О и на выходе ячейки памяти 52 появится сигнал , В этом случае давление срабатыв§ния .элемента 21 уменьшится и станет равным РЦсраб- Р.22 2РоПри превышении давления в измери тельной камере 10 давления срабатывания элемента 21 на выходе этого элемента появляется сигнал Р.-, 1, переводящий триггер 14 в единичное состояние ( Импульсатор 51 сдвигает сигнал Р 1 на заданный интервал времени. Нормально з.акрытый клапан 53 служит для сброса давления в- камере запоминания ячейки 52 памяти., Под действием сигнала 1 исполнительный механизм 17 перемещает золотник 19 у измерительная камера 10 через каналы -9, 18 и 2 соединяется с камерой 3. Происходит опустошение камеры 10. При Pj л-сигнал Р2-1 триггер 14 возвращается в нулевое состояние ( ), исполнительный .механизм 17 перемеща- ет золотник. 19 и вновь газы-из камеры 7 через каналы 8, 18 и 9 накапливаются в камере. 10. Начинается новый цикл заполнения камеры 10. Элементы 25, 26 и 35, 36 . необходимы для того, чтобы переключение пределов срабатывания элемента 21 происходилотолько в том случае, если количество накопленного газа в камере 10 не приведет к моментальному срабатыванию элемента 21 (.от до Р 21 1 ) после уменьшения давления P2-tcpct5 Распределитель 20 импульсов учитывает вес импульсов, поступающих от триггера 14. Это. необходимо потому, что давление срабатывания элемента 21 может быть рдзной величины (Р2г 22 О Pza поэтому импульсу с выхода триггера 14 соответствует разное количество газа, накопленное в камере. 10. Имеется ряд химических и физических процессов, характер изменения скорости газовыделения во времени которых можно условно разбить на три участка. На первом участке скорость имеет максимальное значение ( для данного процесса ) и примерно постоянна. . на втором - скорость уменьшается, .--а третьем - скорость минимальна и примерно постоянна. При исследовании т-аких процессов целесообразно на первом и третьем участках не и- менять давления срабатывания элемента 21, в результате чего избе;гается многократное определение, оптимального определения давления 21 сраб позволяет повысить точность определения скорости,При работе элементов 27, 41-50, 54-5.9 в начальный момент времени триггера 48 и 47 находятс в нулевом/ состоянии (.0). Сигнал .й.1- переводит триггер 48 в. единичное состояние (Р 48 - )- -Сигнал 48. запоминает давление Р .P((t}oB ячейке 43 памяти. Через некоторый интервал времени процесс накопления газа в камере 10 заканчивается и начинается процесс ее опустсэшенйя. На- выходах элементов 44 и 45 сигнал равен нулю, поэтому и на выходах элементов 46 и 42 сигнал также равен нулю. Триггер 47 сохран ет свое нулевое состояние. Поэтому на выходе элемента 41сигнал равен НУЛЮ и не ггооисходит сбооса давлени из ячейки 52 памяти чеоез клапан.53 Вновь начинается процесс накопления раза в камере 10. Давление останется прежним. Сигнал Р., - I .подтверждает единичное состояние триггера 48, В элементах 44 и 45 происходит сравнение текущего значения давления в камере 10 Рц{1 со 3:начеиием Р запомненное в -ячейке памяти ранее. Выходные сигналы элементов 2-7, 44 и 45 описы ваются следующей зависимостью: 1,если Px(t) РК + Pgi 0,если P(t) Р+.+ Р27ЧЗ Р 1,если ) РК - 27 . 45 1о,если P,(t) Р- - Pgt. Таким образом, если давление P(t) не отличается от давления Р 1ну, большую давления Р,-, f на величину, - P,P.,(t) Pt + Рот то т.е. Р - к 27 на выходе элемента 4б сигнал равен нулю. Поэтому триггер 47 не изменя т Своего нулевого состояния ( и , т.«. не происходит сброс давления из камеры запоминания ячейки 52 памяти и новый период запсщнения будет происходить при щ ежнем давлении срабатывания элемента 21. Если скорость газовыделения умен шится (увеличится ), то в момент времени t в камере 10 накопится меньшее (большее ) количество газа и давление P(t) будет меньше (боль ще) РК на выходе элемента 45 (.44) появится сигнал Р. 1( 1), который пройдя элемент 42 при Р5о 1, переведет.триггер 47 в единйчное состояние (). При на выходе элемента 41 появится сигнал .l,. который откроет клапан 53 и произойдет сброс давления из камеры запоминания ячейки 52 памяти Новый период заполнения камеры 10 будет происходить при ,p 22 и устройство обычным порядком: вновь найдет оптимальную величину P jcpoe и будет сохранять эту величину пос-- тониной до тех пор, пока скорость газовыделения не изменит своей ве- личины, . Таким.образом, й. ячейке 43 памяти происходит запоминание давления P(t) ; Р , с которым сравнивается давление ) в момент появления сигнала Р33 1. Проверка отклонения скорости, газовыделения от. предыдущего значения осуществляется элементами 27, 44-4б J При длительном времени накопления газа в камере 10 давление ) для больших значений времени t превысит давление Р., Необходимо сравнивать давление Р.к( t) и Р только в момент появления, сигнала Paj 1. Поэтому .для того, чтобы не произошел перевод триггера 47 в единичное состояние при боль-, ших значениях времени t, из сигнала РЗЗ 1 импульсатор 50 вырезает единичный импульс требуемой длительности, достаточный для перевода триггера 47 в единичное состряние в ьюмент времени в случае, отклог нения P,(t) за пределы интервала Р+ - PgV. Р+ + P2lb Импульсатор 49 сдвигает передний фронт сигнала fJ,. 1 на интервал времени, достаточный ддгя опустошения камеры 10 и сброса давления из ячейки 52 памяти 4 Сигнал Р49 1 переводит, триггера 48 и 47 в перво начаЛьноё состояние ( 48 элементы устройств а возвращаются.в первоначальное состояние. В предлагаемом устройстве определение скорости газовьщёления ироисхо- . дит более точно в результате того, что за период времени,, когда скорость гдзовыделения примерно постоянна, производится отбор газа из источ.ника Оптимальньами дозами. В первом периоде накопления газа определяется опти-мальное давление Р сро(5 следующих- периода не тратится время на отыскание оптимальной величины a-i сра5 и за небольшой интервал времени отетрается малая порция газа.

/

fS

Iff

СЬЕЗ //

фаг,/ 5 ffM о .J.

(Ifffil J