Газоаналитическая система Советский патент 1984 года по МПК G01N7/00 G05B19/02 

Изобретение относится к аналити ческой технике и может быть исполь зовано в автоматизированных системах газового анализа для управления технологическими процессами выплавки чугуна и стали на предприятиях черной металлургии, а именно для анализа состава отходяпщх газов и кислородного дутья доменного и конвертерного производства. Известно газоаналитическое устройство, содержащее газовый тракт с устройством отбора, подготовки и подачи анализируемой пробы газа в первичный измерительный преобразова тель (газоанализатор ), значения величин сигналов на выходе которого после соответствующей обработки характеризуют процентные содержания компонентов газовой смеси в месте отбора пробы С1. Недостатком известного устройств является ограниченная функциональна возможность, так как концентрация компонентов в газовой смеси, отбира емой йз одного исследуемого объекта (отходящие газы или кислородное дутье), не может быть определена одновременно по двум каналам. Известно также устройство дозиро ванного смешения газовых потоков, содержащее емкость для жидкости, побудитель расхода газа и мерную емкость с каналами подачи жидкости и газа, выполненную в виде капилярной трубки с открытым концом, снабженной регулятором дозы и задатчиком дозы, соединенным с системой переключения жидкости и газа 2 . Это устройство сложно по,крнструктивному выполнению и не пригодно для зкспресс-анализа. . Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является газоаналитическая система, содержащая пробоотборники отходящих газов и кислородного дутья, подключенные к устройству пробоподготовки, переключающие клапаны, установленные на входе смесителя, соединенного с первичным измерительным преобразователем, коммутатор сигналов, микро процессор с блоками оперативной и внешней памяти и блок управления, выходы которого подключены к управлякхцнм входам переключающих клапано коммутатора и микропроцессора . Недостатком известной системы является сложность и невысокая точность анализа, обусловленные зависимостью от конструктивных параметров газораспределительных трактов, от точности их выполнения, от соответствия расчетных данных с реальным перераспределением потоков в результате переключения клапанов, от точности измерения и стабилизации расходов смешиваемых потоков. Целью изобретения является повышение точности и упрощение расчета. Указанная цель достигается тем, что газоаналитическая система, содержащая пробоотборники отходящих газов и кислородного дутья, подключенные к устройству пробоподготовки, переключакщие клапаны, установленные на входе смесителя, соединенного с первичным измерительным преобразователем, коммутатор сигналов, микропроцессор с блоками оперативной и внешней памяти и блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам переключающих клапанов коммутатора и.микропроцессора, снабжена пневмодросселем, установленным в линии подачи отходящих газов, делителем, подключенным первым и вторым выходами к блоку внешней памяти, и сумматором, соединенным одним из выходов с первым входом делителя, третий и четвертый выходы которого связаны соответственно с первым входом сумматора и с одним из входов блока оперативной памяти, подключенного выходом к соответствующим входам сумматора и делителя, а выход первичного измерительного преобразователя подключен через коммутатор к первому входу блока оперативной памяти, второй вход которого соединен с вторым выходом сумматора, при зтом выход отходящих газов устройства пробоподготовки соединен непосредственно с одним из входов смесителя и через пневмодроссель и переключающий клапан с другие входом смесителя, к третьему входу которого подключен выход кислородного дутья устройства пробоподготовки. На чертеже представлена блоксхема газоаналитической системы. Газоаналитическая система состоит из пробоотборников 1 и 2 отходящих газов и кислородного дутья.

устройства 3 пробоподготовки, сме сителя А, пневмодросселя 5, переключающих клапанов 6 и 7, первичного измерительного преобразователя 8 (масс-спектрометра), коммутатора 9 аналоговых сигналов, микропроцессора, включающего аналого-цифровой .преобразователь 10 (АЦП, блок 11 оперативной памяти с регистром 12 масс компонентов СО, СО, Н, 0, N2 и Аг отходящих газов, егистром

13масс компонентов СО, 0, N2 и Аг суммарной массы проб отходящих газов и кислородного дутья, регистром

14масс компонентов , и Аг кислородного датья и регистром 15 отношения масс, и блок 16 внешней памяти с регистрами 17 и 18, концентраций компонентов в отходящих газах и концентраций компонентов 0, N 2 и Аг в кислородном дутье. Система содержит сумматор 19 и делитель 20. Управление работой системы осуществляется от блока 21, подключенного к управляющим входам переключающих клапанов 6 и 7, коммутатору 9, сумматору 19 и делителю 20.

Обозначения, символы и расчетные выражения, поясняклцие суть изобретения: СО, СО, Н, 0, N.J, Аг;

. .

VM;

,,С ДКА анализируемые компоненты и их концентрации в отходящих газах ив кислородном дутье;

co -Vf. ...

массы компонентов СО...Аг в отходя- .щих газах, в кислородном дутье ив суммарной пробе отходящих газов и кислородного дутья соответственно;

,..

N м СкА МдДкА

массы пробы отходящих газов и пробы кислородного дутья и массы составляющих их компонентов;

Л

ji - (МсоСог.... .)

М

Гсо

асса пробы отходящих газов, смешиаемых с пробой кислородного дутья }

,,

Cor)

м

со

м.

TCP

,.,. j

V

SДr-« M Ж

Сог

СО

выражения для определения масс MO Скд 3, %2Скд , Мд Сад 3 компонентов О

Ы2и Аг в кислородном дутье;

2

СО

СллСог M orJ СКА

О/КА}

i

выражения для вычисления концентраций компонентов СОАг в отходящих газах и в кислородном дутье соответственно.

Клапаны 6 и 7 переключаются в .;, противофазе с таким расчетом, чтобы с учетом выбранных сопротивления пневмодросселя 5 и расходов проб отходящих газов и кислородного дутья на выходах устройства 3 прОбоподготовки расходы пробы на выходе снесителя 4 бьши примерно постоянными мСогЗ « М(ог +МСкдЗ. Выход смесителя 4 соединен с входом масс-спектрометра 8, в котором осуществляется идентификация значений orj... .... 3 масс компонентов СО,..Аг в отходящих газах при переключении клапана 7 на сброс кислородного дутья и идентификации значений

2сй HZAr компонентов

М

СО....АГ в сукмарной пробе отходящих газов и кислородного дутья при переключении клапана 6 отходящих газов на сброс части отходящих газов.

Газоаналитическая система работает следукщим образом.

В работе газоаналитической системы можно выделить два режима: режим анализа отходящих газов и режим анализа суммарной пробы отходящих

газов и кислородного дутья с вычислением компонентов кислородного дутья.

Режим анализа отходящих газов.

Переключающий клапан 6 закрывают а клапан 7 открывают в направлении Сброс. Вся масса MforJ пробы отходящих газов через первый и третий входы и далее выход смесителя 4 поступает в масс-спектрометр 8, масса МГкд пробы кислородного дутья поступает на Сброс. Сигналы, пропорциональные массам .... ....Мд,.огЗ компонентов СО....Аг отходящих газов, с выходов массспектрометра 8 через коммутатор 9 аналоговых сигналов последовательно поступают в аналого-цифровой преобразователь 10, затем их числовые значения считывают в блок 11 оперативной памяти, где и запоминают в регистрах 12. Информацию из регистров 12 считывают на третий вход сумматора 19 и после вьшолнения операции суммирования значение с первого выхода сумматора 19 подают на первый вход делителя 20, на второй вход которого подают значения .... масс компонентов отходящих газов. По мере вьтолнения операций определения концентраций с первого выхода делителя 20 считывают в регистр 17 через первый вход блока 16 внешней памяти результат анализа отходящих газов значения концентраций С- ог,.... ....

Режим анализа суммарной пробы отходящих газов и кислородного дуть с вычислением компонентов кислородного дутья.

При переключении клапанов 6 и 7, клапан 6 открыт, а клапан 7 закрыт в направлении Сброс. В этом случае часть пробы отходящих газов, минуя смеситель 4, идет на Сброс, а примерно равная ей по массе масса J пробы кислородного дутья с выхода устройства 3 пробоподготовки поступает в смеситель 4, и далее вместе с оставшейся массой М orj ;; (массой отходящих газов) - в массспектрометр 8. Значения 2IOz . масс компонентов СО, 0 N- и Аг суммарной пробы отходящих газов и кислородного дутья фиксируются в регистрах 13 блока 11 оперативной памяти.

Далее определение концентрации 0 tbflj, С(у|, СкдД и Сд ГкдЗ компонентов Оо, Ил и Аг в кислородном дутье определяют в следующей последовательности.

Подают из регистров 12 и 13 на второй вход делителя 20 значения

ZCO компонентов СО, определенных до и после смешения проб отходящих газов с кислородным дутьем, вычисляют их отношение считывают его с четвертого выхода делителя 20 через третий вход блока 11 оперативной памяти в регистр 15. Так как в кислородном дутье отсутствуют практически компоненты СО, С02 и Н2, то по величине отношения MCO можно определить массу Mfor пробы отходящих газов, смешиваемых с пробой кислородного дутья, а, следовательно, можно определить и долевые

/W содержания масс tor

М

Ico

компонентов О-.,

Мл JorJ

Ar -MpoM

N и Аг отходящих газов в суммарной пробе, для чего из регистров 12 и 15 на второй и четвертый входы делителя 20 считывают соответственно значения %Сог.... и Mj..p, после чего, по мере вычисления, с третьего выхода делителя на первый вход сумматора 19 и с регистров 13 на первый его вход последовательно noijapHO подают значения MQ-forJt

Тгг,Л..

, и м« г„.. Ico

и . Результаты M(j кд.. . считывают с второго выхода сумматора 19 через второй вход блока 11

оперативной памяти в регистры 14, после чего эти значения из регистров 14 считывают на второй вход сумматора 19 для вычиспения суммы МСкд.

Результат суммирования и

значения MQ .. .Мд, кд J соответственно с первого выхода сумматора 1:9 и из р1егистров 14 считывают на первый и третий входы делителя 20,

с второго выхода которого через второй вход блока 16 внешней памяти в регист1 1 18 считывают результат -анализа по кислородному дутью: концентрации Со,, (кд, С Скд и компонентов С)2, N и Аг в кислородном дутье.

Последовательность выполнения oneрац|1й определяется сигналами с .да блока 21 управления.

ft

Как следует из принципа работы гаэоаналитической системы и расчетных шлражений, точность анализа не зависит от конструктивных параметров , определяющих соотношения и расходы смешиваемых газовых проб, более того, для анализа не требуются измерительные операции и соответствукщие им датчики расходов и давлений в газоходах. Требуемая информация о массах анализируемых проб определяется по выходным сигналам масс-спектрометра. Возможные скачкообразные (до +10% от номинального расхода ) изменения расхода пробы на выходе. ;смеситёлЯ( вызванные переключением клапанов 6 и 7 не влияют на точность анализа. Это значительно упрощает конструкцию газовой части cиcтe a, снижает к ней требования и в то же время повышает точность анализа, определяемую в основном классом масс-спектрометра.

8-T-i

ГАЗОАНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, содержащая пробоотборники отходящих газов и кислородного дутья, подклкгченные к устройству пробоподготовки, переключающие клапаны, установленные на входе смесителя, соединенного с первичным измерительнЕ м преобразователем, коммутатор сигналов, микропроцессор с блоками оперативной и внешней памяти н блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам переключающих клапанов, коммутатора и микропроцессора. о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения расчета, система снабжена пневмодроссёлем, установленным в линии подачи отходящих газов, делителем, подключенным первым и вторнрм выходами к блоку внешней памяти, и сумматором, соединенным одним из выходов с первым входом делителя, третий и четвертый выходы которого связаны соответственно с первым входом Сумматора и с одним из входов блока оперативной памяти, подключенного выходом к соответствукицим входам сумматора и делителя, а выход первичного измерительного преобразователя подключен через коммуел татор к первому входу блока оперативной памяти, второй вход которого соединен с вторым выходом сумматора, при этом выход отходящих газов устройства пробоподготовки соединен непосредственно с одним из входов смесителя и через пневмо00 дроссель и переключающий клапан с другим входом смесителя, к третьему входу которого подключен выход кислородного дутья устройства пробоподготовки.

VJ

E г