Устройство для отбора проб Советский патент 1985 года по МПК G01N1/22 

Изобретение огносится к приборостроению, а именно к устройствам дл дозирования и отбора проб атмосферного воздуха, и может быть использо вано для контроля воздушного бассейна в городах и промьппленных цент рах. Известен пробоотборник, содержащий программный генератор импульсов и побудитель расхода, снабженный счетчиком импульсов и замыкающим контактом, причем набору заданного объема пробы в контейнере соответст вует импульс переполнения на входе счетчика импульсов, поступающих от генератора на побудитель расхода. Емкость сче-тчика устанавливается ра ной отношению заданного объема пробы в контейнере к рабочему объему дозатора. l .. Недостатком известного пробоотборника является низкая точность дозированного объема. Наиболее близким к предлагаемому является автоматический пробоотборник, содержащий программньй генератор импульсов, турбинный датчик рас хода, подключенный выходом к делителю числа импульсов, переключатель режимов, первый контакт которого по ключен к выходу делителя числа импульсов, второй контакт соединен с выходом программного генератора импульсов, а третий контакт связан с сигнальным вхйдом схемы запрета, счетчик импульсов и триггер, выход которого соединен с управляющим вхо дом схемы запрета, подключенной выходом к входам вибратора и счетчика импульсов, выход которого соединен со счетным входом триггера, а установочньй вход триггера связан ,с вто рым входом счетчика импульсов и через замьцсанлдий контакт заземлен 2j . I В момент прохождения заданного числа импульсов от датчика расхода, соответствующего заданному объему пробы, импульс переполнения запрещает дальнейшее прохождение импульсов на вход пробоотборного узла. Дозирование заданного объема в этом случае производится с помощью сравн ния числа импульсов, соответствующе расчетной (или экспериментальной) частотной характеристике датчика ра хода, с числом импульсов, поступающих от датчика в процессе отбора пробы. Недостатком данного пробоотборника является снижение точности отбора при отклонении внешних параметров от расчетных, что вызвано изменением частоты сигналов датчика при изменении внешних условий. При этом ошибка в дозировании объема пробы вызвана тем, что линейньй характер частотной характеристики датчика расхода сохраняется лишь в узком диапазоне расходов. При значительных отклонениях расходных характеристик от расчетных (что может быть вызвано изменением пневматического сопротивления поглотительного прибора, давления и температуры атмосферного воздуха и т.д..) частота импульсов изменяется непропорционально расходу. При суммировании числа импульсов датчика это дает накапливающуюся ошибку в объеме дозируемой пробы. Для уменьшения ошибки дозирования объема необходимо, чтобы значения расхода находились в зоне линейности частотной характеристики датчика расхода в окрестности значения номинального расхода.. Цель изобретения - повьш1ение точности дозирования объема пробы за счет уменьшения влияния нелинейности частотной характеристики датчика расхода. Указанная, цель достигается тем, что устройство для отбора проб, содержащее побудитель расхода, генератор импульсов с делителем частоты, выполненным в виде ряда последовательно соединенных двоичных счетчиков, выход переноса последнего из которых соединен с входом разрешения установки начальных значений всех счетчиков делителя и с побудителем расхода, датчик расхода воздуха,подключенный выходом к входу счетчика импульсов, соединенного с побудителем ра.схода, триггер и элемент задержки, дополнительно Содержит второй триггер, логические элементы И, каскад последовательно соединенньк реверсивных счетчиков, разрядный выход каждого из которых соединен с входом установки начальных значений соответствующего двоичного счетчика делителя частоты, и циклический счетчик импульсов, вход вычитания которого соединен с выходом датчика расхода, выход циклического счетчика подключен к первому входу первого триггера, подключенного выходом к первому входу второго триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с первыми входами логических элементов И, выход одного из которых подключен к входу сложения, а второго - к входу вычитания первого реверсивного счетчика в каскаде, при этом вторые входы элементов И соединены с выходом управления генератора импульсов, так товый выход которого соединен со вторым входом второго триггера непосредственно, а через элемент задержки со вторым входом первого триггера и с входом разрешения установки начальных значений циклического счетчика импульсов.

На чертеже схематически представлено устройство для отбора проб, блосхема..

Устройство состоит из генератора 1 импульсов, делителя частоты, включалощего двоичные счетчики 2, побудителя 3,расхода, датчика 4 расхода, циклического счетчика 5, первого триггера .6, второго триггера 7, логических элементов И 8 и 9, каскада последовательно соединенных реверсивных счетчиков 10 и 11, элемента задержки 12 и счетчика 13, предназн ченного для выключения побудителя расхода 3 при поступлении с датчика 4 заданного числа импульсов.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания на генератор .1 импульсов начинают вырабатываться импульсы управления, которые через, счетчики делителя частоты поступают на побудитель расхода 3, а также импульсы синхронизации, поступающие на триггер 7 и элемент задержки 12. При этом с выхода датчика расхода 4 на вход 14 циклического счетчика 5 и счетчика 13 поступают импульсы, частота которых зависит от расхода воздуха через пробоотборник. При поступлении задержанного тактового импульса от генератора 1 импульсов на вход 15 разрешения установки .начальных значений циклического счетчика 5 на его счетные выходы 16 записывается код, установленный на входах установки начальных значений. Этот код равен расчетному числу импульсов измерителя расхода, соответствующему объему воздуха, проходящему через датчик 4 за время между

двумя тактовыми импульсами (такт счета) при номинальном расходе воздуха. Это число определяется, как правило, экспериментально и является индивидуальным для каждого конкретного датчика. При поступлении импульсов от датчика 4 на вход 14 счетчика 5 в течение такта счета происходит уменьшение начального значения, записанного в счетчик со входов установки начальных значений. К моменту поступления следующего тактового импульса (такт счета) возможны два случая:

число импульсов, поступившее с датчика за такт счета, больше числа, записанного на входы установки начальных значений, что соответствует расходу при отборе пробы, большему номинального, при этом счетчик 5 вырабатывает импульс переноса по вычитанию, который запоминается первым триггером 6;

число импульсов, поступившее от датчика 4 расхода за такт счета, меньше, либо равно числу, записанному на входы установки начальных значений, при этом импульс переноса на триггер 6 не поступает, а расход воздуха меньше, либо равен номинальному.

По окончании такта счета информа- ция из триггера 6 по тактовому импулсу записывается в триггер 7, триггер 6 приводится в нулевое состояние задержанным тактовым импульсом и при поступлении следующего тактового импульса на счетчик 5 цикл повторяется

Таким образом, состояние второго триггера 7 сохраняется постоянным в течение такта счета и изменяется в конце счета в зависимости .от соотношения между номинальным и реальньм расходом воздуха через датчик 4 за такт счета. Если расход при отборе пробы превьш1ает номинальное значение, то триггер 7 запрещает прохождение импульсов от генератора 1- чере элемент И 8 на вход 17 сложения счетчика 10 в каскаде и разрешает прохождение импульсов через элемент И 9 на вход 18 вычитания счетчика 10. При этом число, записанное на разрядных выходах 19 счетчиков 10 и 11 каскада, соответственно уменьшается на , число, записанное на входах 20 установки начальных значений последовательно соединенных счетчиков 2 делиS1теля. При этом коэффициент деления импульсов генератора 1 увеличивается так как для получения импульса переноса на выходе 21 счетчиков 2 необходимо поступление большего числа импульсов на вход 22 счетчиков 2 от генератора 1. Импульс переноса с выхода 21 последнего счетчика в делителе 2 поступает на вход побудителя расхода 3 (импульс управления), а также разрешает прохождение кода на вход 23 установки начальных значений на разрядные вы5соды счетчиков делителя, приводя тем самым делитель в исходное состояние для. получения следующего импульса управления с новым, увеличенным коэффициентом деления. Таким образом, частота колебаний импульсного побудителя расхода 3 уменьшается, соответственно уменьшается расход воздуха через датчик 4, что приводит к снижению частоты импульсов поступающих с датчика 4 на счетчик 5 Этот процесс продолжается до тех пор пока частота сигнала датчика 4 в процессе отбора пробы не станет меньше номинальной, при этом на выходе счетчика 5 импульс переноса не появляется, состояние триггеров 6 и 7 изменяется на противоположное, и импульсы от генератора начинают поступать на вход 17 сложения счетчика 10, увеличивая число на входах 20 установки начальных значений счетчиков 2. Это вызывает уменьшение коэффициента деления и увеличение расхода побудителя 3. Такое поддержание заданного расхода (частоты сигналов датчика расхода) происходит до момента окончания отбора, т.е. до момента поступления заданного числа импульсов, определяющего объем пробы, на счетчик импульсов 13. При поступлении заданного числа импульсов счетчик 13 снимает питание с генератора, например с помощью реле (не показано) , и тем самым прекращает подачу импульсов на побудитель 3 Отбор пробы прекращается.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает поддержание расхода воздуха при отборе пробы близким к номинальному , тем самым уменьшая влияние нелинейности частотной характеристики датчика расхода и повышая точность дозирования объема пробы. Так, при использовании при отборе проб поглотительных приборов типа сорбционных трубок изменение пневматического сопротивления при замене трубки изменяет расход воздуха в диапазоне-0,1-0,3 дм /мин что приводит к изменению частоты датчика от 23 до 64 Гц при номинальном расходе 0,2 и номинальной частоте 40 Гц, при этом ошибка в дозировании объема пробы составляет 5%

При использовании изобретения диапазон расходов при смене поглотителей уменьшается и составляет 0,180,23 дм/мин, что находится в зоне линейности частотной характеристики датчика для номинального расхода ,0,2 . Частота датчика для границы этого диапазона составляет 36 Гц и 46 Гц. При этом в силу линей ности частотной характеристики ошибка в дозировании объема существенно снижается и составляет величину менее 1% от номинального объема.

Применение изобретения позволяет повЪгсить качество контроля за загрязнителями атмосферы за счет снижения относительной погрешности дозирования в 5 раз. 1 Работоспособность устройства обеспечивается также при использовании в счетчиках 2 вместо входа 22 сложения входа вычитания, при этом выходы элементов И 8 и 9 следует поменять местами. При использовании в счетчике 5 вместо входа 14 вычитания входа сложения установка номинального значения числа импульсов на входах установки начальных значений должна производиться в дополнительном коде.

13

управления

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ, содержащее побудитель расхода, генератор импульсов с делителем частоты, выполненным в виде ряда последовательно соединенных двоичных счетчиков, выход переноса последнего из которых соединен с входом разрешения установки начальных значений всех счетчиков делителя и с побудителем расхода, датчик расхода воздуха, подключенный вькодом к входу счетчика импульсов, . соединенного с побудителем расхода, триггер и элемент задержки, о т л и-г чающееся тем, что, с целью повышения точности дозирования объема пробы,дополнительно содержит второй триггер, логические элементы И, каскад последовательно соединенных реверсивных счетчиков, разрядный выход каждого из которых соединен с входом установки начальных значений соответствующего двоичного счетчика делителя частоты и циклический счетчик импульсов, вход вычитания которого соединен с выходом датчика расхода, выход циклического счетчика подключен к первому входу первого Т1риггера, подключенного выходом к первому входу второго триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с первыми входами ло гических элементов И, выход одного СО из которых подключен к входу сложения, а- второго - к входу вычитания первого реверсивного счетчика в каскаде, при этом вторые входы элементов И соединены с выходом управления генератора импульсов, тактовый выход которого соединен со вторым входом второго триггера непосредственно, а через элемент задержки - со вторым входом первого триггера и с входом разрешения установки начальных значений циклического счетчика импульсов.

21

23

19

18