Устройство для термографического анализа состава жидкого чугуна Советский патент 1983 года по МПК G01N25/06 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для физико-химического анализа состава металлов и сплавов, в частности в черной металлургии для анализа состава жидкого чугуна. Известно устройство для термографического анализа состава углеродсодержащего расплава чугуна,состоящее из пробницы-кристаллизатора, датчика тегтературы и вторичного самопишущего прибора ClJ. Устройство позволяет по термограммам эзслаждения пробы жидкого металла рассчитать концентрацию угле рода Celt кремУия si и углеродного эквивалента fCj3 в чугуну, используя зависимости CjJ (Т - Т,) Т а + Ь с J j Т а, -ь b, с: + где oig , Oi-,a;j, jb.bj ,с, с некото рые константы; Т - температура начала кристалл зации (температура ликвидуса ); Тр - температура эвтектики (темп ратура солидуса). Величины Тд и TC определяют визу- : альйо по положению двух характерньгх температурных плсададок, зарегистриро ванных на термограмме, относительно шкалы самопишущего прибора. Данное устройство не обеспечивает возможности автоматического определе -ния концентрации углерода и кремния жидком чугуне по термограммам охлаж-тония. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения углеродного эквивалента в жидком чугуне, содержащее кристаллизатор,датчик температуры, регистрирующий прибор, преобразователь сигнала темпера туры металла в унитарный код, генера тор тактовых импульсов, узел синхронизации, пороговый счетчик, реверсив ный счетчик, счетчик времени, узел селекции, инвертор, два вентиля и триггер. Устройство обеспеч1 вает автоматическое определение в цифровой форме величины углеродного эвивалента в жидком чугуне по разности темпе ратур . Т - . Известное устройство не позволяетавтоматически получать в цифровой форме информацию о процентном содерж нии углерода и кремния в жидком чуГуне. Цель изобретения - автоматическое определение в цифровой форме концентрации углерода и кремния в жидком чугуне. t Поставленная цель достигается тем что в устройство для термографическо го анализа состава жидкого чугуна, содержащеге преобразователь сигнала температуры металла в унитарный код, выходы которого через узел синхронизации соединены с входами сложения и вычитания порогового счетчика,связанного своими выходами переполнения с входами начальной установки счетчика времени, реверсивный счетчик, подключенный своими выходами разрядов к входам узла селекции,, выход которого соединен с управляюьдим входом первого вентиля и подключен через инвертор к управляки1е.му входу второго вентиля, генератор тактовых импульсов, связанный через узел синхронизации со счетным входом счетчика времени, соединенного своим выходом переполнения с.импульсными входами первого и второго вентилей, выходы которых подключены к единичному и нулевому входам триггера, связанного одним выходом с входом блокировки счета реверсивного счетчика,дополнительно введены пересчетная схема, снабженная пятью парами выхсэдов, причем .первая пара выходов пёресчетной схег1ы подключена к входам сложения и вычитания первого реверсивного счетчика, вторая пара к импульсным входам третьего и пятого вентилей, третья - к импульснь -; входам четвертого и шестого вентилей, четвертая - к импульсным входам седьмого и девятого вентилей, пятая - к импульсным входам восьмого и десятого в&нтилей, управляющие входы третьего, пятого, седьмого и девятого вентилё1й объединены между собой и связаны с выходом элемента И, один вход которого подключен к выходу узла селекции, а другой к второму выходу триггера, управляющие входы четвертого, шестого, восьмого и десятого вентилей объединены между собой и связаны с первым выходом триггера, выходы третьего и четвертого вентилей через первый элемент ИЛИ соединены с вхойом сложения второго реверсивного счетчика выходы пятого и .шестого вентилей через второй элемент ИЛИ соединены с входом вычитания второго реверсивного счетчика, выходы седьмого и восьмого вентилей через третий элемент ИЛИ - с входом сложения третьего реверсивного счетчика, выходы девятого и десятого вентилей через четвертый элемент ИЛИ-с входом вычитания третьего реверсивного счетчика, счетные входы пересчетной схемы объединены с входами порогового счетчика,вход начальной установки пересчетной схемь связан с выходом переполнения счетчика времени, а информационные выходы реверсивных счетчиков выходами устройстявляютсява.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая принцип действия устройства.

Устройство для определения углеродного эквивалента в жидком чугуне содержит преобразователь 1 сигнала температуры металла в унитарный код генератор 2 тактовых импульсов, узе 3 синхронизации, счетчик 4 времени, пороговый счетчик 5, реверсивные счетчики 6-8, пересчетную схему 9 триггер 10, узел 11 селекции, инвертор 12, вентили 13-22, элементы ИЛИ 23-26 и элемент И 27.

.Вход преобразователя 1 является входом устройства. Выходы преобразователя 1 через узел 3 синхронизации связаны с входами сложения и / вычитания порогового счетчика 5. Счетчик 5 обеспечивает нечувствительность устройства к возможным небольшим изменениям сигнала температуры жидкого чу1;уна при появлении На термограмме плсядадок ликвМдуса и солидуса. Счетчик 5 построен таким образом, что на его выходах переполнения возникают импульсы каждый раз, когда число кодовых импульсов, поступивших на входы сложения и вычитания этого счетчика, превысит заданный порог нечувствительности + 6д. Выходы переполнения этого счетчика соединены с входами начальной установки счетчика 4 времени .

Счетный вход счетчика 4 времени через узел 3 синхронизации связан с генератором 2 тактовых импульсов. Узел 3 синхронизации предназначен для распределения во времени серий кодовых и тактовых ш.тульсов. Это необходимо для исключения сбоев в работе устройства.

Счетчик времени 4 построен таким образом, что на его выходе переполнения возникают импульсы лишь в том случае, когда интервал времени межд двумя последовательными моментами поступления импульсов с выходов переполнения . порогового счеггчика 5 в.ходы начальной установки этого счечика превысит заданный порог по времени .

Реверсивный счетчик 6 своими выходами разрядов подключен к входам узла 11 селекции. Узел селекции выполнен в виде дешифраторной схемы, построенной таким образом, что на. выходе узла 11 образуется разргаяающий сигнал, если содержимое реверсивного счетчика 6 отличается от некоторого числа величину, не превышающую порог ± f-g. В осталышх же случаях на выходе -узла селекции образуется запрещающий сигнал. Выхо этого узла соединен с входом инвертора 12, управляющим входом вентиля 13 и одним входом элемента И , Выход инвертора 12 соединен с управляющим входом вентиля 14. Импульс ше входы вентилей 13 и 14 связаны с выходом переполнения счетчика 4 времени, йлходы вентилей 13 и 14 связаны соответственно с единичным и нулевым входами триггера 10. Е циничный выход триггера 10 соединен с

0 jвходом блокировки счета реверсивного счетчика бис управляющими входами вентилей 16, 18, 20 и. 22. Нулевой выход триггера 10 подсоединен к вторйму входу элемента И 27. Выход элемента 27 соединен с управляющими

5 входами вентилей 15, 17, 191 и 21..

Пересчетная схема 9 предназначена для параллельного умножения во времени числа кодовых импульсов на пять коэффициентов о6, fj, pj J

0

72

Пересчетная схема 9 снабжена

пятью выходов в соответствии с пятью результатами умножения,представленными в унитарном коде. Она

5 может быть выполнена в виде делителя частоты или в виде совмещенного двоичного умножителя, собранного на основе одного реверсивного счетчика. При использовании в качестве

0 пересчетной схемы совмещенного двоичного умножителя k6эффициeнтыJ oi,

f ST-i Тг устанавливаются, например, посредством пассивных элементов типа переключателей, образующих

5 пять регистров двоичных кодов этих коэффициентов. При этом с помощью достаточно простых средств осуществляется параллельное умножение во времени числа кодовых иютуль.сов на пять различных коэффициентов.

0

Пересчетная схема 9 имеет также вход начсшьной установки, который подключен к выходу переполнения счетчика 4 времени.

Первая пара выходов пересчетной

5 схемы 9, на которых образуется результат умножения числа кодовых импульсов на коэффициент cL , соединена с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика 6. Вторая пара

0 выходов пересчетной схемы 9, на которых образуется результат умножения числа кодовых импульсов на коэффициент / , соединена с импульсными входами вентилей 15 и 17. Третья па5ра выходов пересчетной схемы 9, на которых образуется результат умножения числа кодовых импульсов на коэффициент (2 соединена с импульсными входами вентилей 16 и 18. Чет0вертая пара выходов пересчетной схемы 9, на которых образуется результат умножения числа кодовых импульсов на коэффициент j, соединена с импульсными входами вентилей 19 и 21. Пятая пара выходов пересчетной

5 схемы 9, на которой образуется ре- эультат умножения числа кодовых импульсов на коэффициент соединена с импульсными входами вентилей 20 и 22. Выходы вентилей 15 и 16 через элемент ИЛИ 23 подключены к входу сложения реверсивного счетчика 7. Вы ходы вентилей 17 и 18 через элемент ИЛИ 24 подключены к входу вычитания реверсивного счетчика 7. Выходы вентилей 19 и 20 через элемент ИЛИ 25 подключены « входу сложения реверсив ,ного счетчика 8.-Выходы вентилей 21 :и 22 через элемент ИЛИ 26 подключены к входу вычитания реверсивного счетчика 8. Информационные ВЫХОДЕ# .реверсивных счетчиков 6-8 являются выходами вычислительного устройства. Устройство работает следукщш/ образом. Перед началом каждого измерения кнопкой начальной-установки (на фиг. не показана) в реверсивные счетчики 6-8 заносятся числа оСд, /ь, и соответственно, пересчетная схема 9 устанавливается в начальное состояни а триггер 10 - в нулевое состояние. При этом запрещающий сигнал на едини ном выходе триггера 10 блокирует реверсивный счетчик 6, а на выходе узл 11 селекции образуется разрешающий сигнал. При охлаждении пробы жидкого чугу на осуществляется непрерывный контроль его температуры во времени.Сигнал с выхода датчика температуры поступает на вход преобразователя 1. В зависимости от знака приращения этого сигнала на одном или на другом выходах преобразователя 1 Образуется серия кодовых импульсов. Каждый кодовый импульс возникает в тот момент времени, когда приращение сигнала на выходе датчика температуры достигает определенной величины. Серия кодовых импульсов-через узел 3 синхронизации поступает на входы сложения и вычитания порогового счетчика 5 и на счетные входы пересчетной схе мы. 9. Серия тактовых импульсов от ге нератора 2 через узел 3 поступает на счетный вход счетчика 4 времени, который осуществляет отсчет локального времени. В процессе измерения пересчетная схема 9 производит умножение во врёмени общего числа кодовых имтульсов на коэффициенты d- , ь , (Ьу , , . Результаты умножения в виде пяти серий импульсов в зависимости от знака каждого коэффициента и знака приращения сигнала температуры жидкого чугуна поступают с пяти пар выходов пересчетной 9 на входы сложения или вычитания реверсивного счетчика 6 и соответствующие импульсные входы вентилей 15-22. В интервале времени О -f- t () счетчик 4 постоянно устанавливается в начальное состояние импульсаг-1и с выходов переполнения порогового счетчика 5, как только приращение сигнала на -выходе датчика температуры станет равным порогу ± g . Поскольку на этом интервале промежутки времени между двумя последовательными начальными установками счетчика 4 меньше установленного порога Тр, то импульс На выходе переполнения этого счетчика не возникает. При этом триггер 10 остается в нулевом состоянии, вследствие чего содержимое ре- , версивного счетчика 6 сохраняется прежним и равным cLf, , а вентили 16, ( 18, 20 и 22 будут . В тоже время вентили. 15, 17, 19 21 открыты для прохождения импульсов с выходов пересчетной, схег/и 9 через элементы Или 23-26 На соответствующие входы реверсивных счетчиков 7 к 8, так как на управляющие входы всех этих вентилей поступает разрешающий сигнал с выхода элемента И 27. Это приводит к тому, что к моменту t (фиг.2), когда, температура жидкого чугуна становится равной температуре ликвидуса Т, общее число импульсов, поступивших на входы счетчиков 7 и 8, будет соответственно составлять у Т. При этом содержимое счетчика 7 станет равным /э., Т , а содержимое счетчика 8 Q+ v Т . В интервале времени t - t, (фиг.2), когда вследствие процесса кристаллизации пробы металла на термограмм образуется температурная площадка ликвидуса, импульсы на выходах переполнения порогового счет.чик-а 5 не возникают, так как изменения сигнала температуры не превышают порог ± Eg .В результате по истечении промежутка времени, равного TO , с момента последней начальной установки счетчика 4 време ни в момент t + LQ t р на выходе переполнения счетчика 4 возникает импульс. Поскольку в этот момент времени на управляющий вход вентиля 13 поступает разрешающий сигнал с выхода узла 11 селекции, а на управляющий вход вентиля 14 - загцэещающий сигнал с выхода инвертора 12, то импульс переполнения счетчика 4 пройдет только через вентиль 13 и установит триггер 10 в единичное состояние. При этом снимается блокировка реверсивного счетчика 6. Одновременно на управляющие входы вентилей 15, 17, 19 и 21 поступает запрещанвдий сигнал с выхода элемента И 27, а на управляющие входы вентилей 16, 18, 20 и 22 - разролающий сигнал с единичного выхода триггера 10 (иг. 2). В этот же момент време ни импульс переполнения счетчика 4 устанавливает пересчетную схему 9 в начальное состояние, очицая ее. В интервале времени tj .2 температура жидкого чугуна снижается, и импульсы переполнения порогового счетчика 5 снова npoflOJwcaioT ус навливать в начальное состояние счетчик 4 времени, прежде чем последний переполнится. При этом импульсы с выходов пересчетной схемы в зависимости от знаков коэффициентов с , t TZ поступают на входы сложения или вычитания реверсивного счетчика 6 и через открытые вентили 16, 18, 20 и 22 на соответствукидие входы реверсивных счетчиков 7 и а. В момент времени .t (фиг.2), когда температура жидкого чугуна станет равнойтемпературе солидуса Т , на термограмме охлаждения появ ляется вторая температурная площадка. При появлении этой площадки пороговый счетчик 5 прекращает сброс счетчика 4 времени, и спустя время, равное Сд, в момент времени -i-f t 5 (фиг. 2) на выходе переполнения счетчика 4 времени возникает импульс. Поскольку общее число импульсов, поступивших на соответствующие входы реверсивного счетчика 1 в интервале времени t f 5 тавляет величину о6(Тд - Tj. то к моменту появления температурно площадки солидуса на управляющий-вх вентиля 13 поступит згшрещающий сиг нал с выхода узла 11 селекции, а на управляющий вход вентиля 14 - разре шающий сигнал с выхода инвертора 12. В момент t импульс переполнения счетчика 4 времени проходит через открытый вентиль 14 и устанавливает триггер 1-0 в нулевое состояние (фиг. 2), одновременно устанавливая в начальное состояние пересчетную схему 9. При этом на управляющие входы вентилей 15, 17, 19 и 21 посту пает по-прежнему запрещающий сигнал с выхода элемента И 27 и на управляющие входы вентилей 16, 18, 2б и 22, а также на вход блокировки счета реверсивного счетчика 6 поступает запрещающий сигнал с ед-иничного выхода триггера 10,вследствие чего подсчет числа импульсов всеми счетчиками 6-8йрекращается. Общее число импульсов, поступивших в интервале времени t J- t с выходов пересчетной схемы 9 на вхоДы реверсивных счетчиков 7 и 8 соответственно равны /г.(Т - Т) и у2 Л - TC). ;В результате в момент t - ty содержимые реверсивных счетчиков 6-8 представляют собой значения углеродного эквивалента Сероуглерода Сс и кремния Csi в жидком чугуне, равные соответственно oto,+ ct(T -Т)(14) т. + (Тд-Тс) (5) -А 3-0 Тл л ) где соотношение (It) повторяет (l), а соотношения (5) и. (6) получаются решением- системы уравнений (2)-(з) относительно с 3 и 51. Информация о содержании углеродного эквивалента, углерода и кремния из реверсивных счетчиков 6-8 может быть передана в блок цифровой индикации результатов анализа (не показан), на цифропечатающее устройство и при необходимости непосредственно введена в вычислительную машину, управляющую ходом протекания тех нологического процесса. Введение новых элементов и связей в предлагаемое устройство дает возможность автоматически в процессе анализа получать в .цифровой форме информацию о содержании углерода и кремния в жидком чугуне. Это позволяет за счет увеличения количества получаемой информации повысить эффективность термографического метода анализа жидкого металла.

/

jL

ff/ye/ef

фуг. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СОСТАВА.ЖИДКОГО ЧУГУН.А, содержащее преобразователь сигнала температуры металла в унитарный код, выходы которого через узел синхрониз ции соединены с входами сложения и вычитания порогового счетчика, связанного своими выходами переполнения с входами начальной установки счетчика времени, реверсивный счетчик, подключенный своими выходами разрядов к входам узла селекции, выход которого сое динен суправляющим входомпервого вен-i тиля и подключен через инвертор к управлякадему входу второго вентиля, генератор тактовых импульсов, связанный через узел синхронизации со счетныг входом счетчика времени, соединенного своим выходом переполнения с импульсными входс1ми первого и второго вентилей, выходы которых подключены к единичному и 1улевому входам триггера, связанного одним выходом с входом блокировки счета реверсивного счетчика, отличающееся тем, что, с целью автоматического определения в цифровой форме концентрации углерода и кремния, оно дополнительно содержитпересчетную схему, .снабженную пятью парами выходов,причем первая пара выходов пересчетной схемы подключена к входам сложения и вычитания первого реверсивного счетчика, вторая пара - к импульсныгл входам третьего и пятого вентилей, третья - к импульсным входам четвертого и шестого вентилей, четвертая к импульсным входам седьмого и девятого вентилей, пятая - к импульсным . входам восьмого и десятого вентилей, управляющие входы третьего, пятого, седьмого и девятого вентилей объединены между собой и связаны с выходом элемента И, один вход которого подключен к выходу узла селекции, а другой - к второму выходу триггера, (Л управляющие входы четвертого,шестого, восьмого и десятого вентилей объединены между собой и связаны с первым выходом триггера, выходы третьего и четвертого вентилей через первый элемент ИЛИ соединены с входом сложения второго реверсивного счетчика, выходы пятого и шестого вентилей через второй ИЛИ - с входом вычитания второго реверсивного счетчика, выходы седьмого и восьмого вентилей- через третий элемент ИЛИ С входом сложения третьего реверсив;ного счетчика, выхо;да1 девятого и деся Гтого ветилей через четвертый элемент ИЛИ - с входом вьлчитания третьего реверсивного счетчика, счетные входы пересчетной схемы объедняены с входами порогового счетчика, вход начальной установки пересчетной (Схемы связан с выходом переполнения счетчика времени, а информационные выходы реверсивных счетчиков являются выходами устройства.