Электроаспиратор Советский патент 1985 года по МПК G01N1/22 

бысокая частота

Oi СП

СО

О)

Изобретение относится к приборостроению, а более конкретно к устройствам отбора проб воздуха для последующего лабораторного анализа, и может быть использовано при анализе загрязненности атмосферного воздуха или состава газов в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известен автоматический пробоотборник, содержащий программный генератор импульсов, побудитель расхода, счетчик импульсов, триггер, замыкающий контакт, схему запрета, турбинный датчик расхода, делитель числа импульсов, вход которого связан с выходом турбинного датчика расхода, и переключатель режимов, первый контакт которого подключен к выходу делителя числа импульсов, второй контакт соединен с выходом программного генератора импульсов, а третий контакт связан с сигнальным входом схемы запрета.

В этом пробоотборнике в момент поступления в счетчик от датчика заданного числа импульсов, соответствующего требуемому объему пробы, вырабатывается импульс переполнения, который запрещает дальнейшее прохождение импульсов на вход пробоотборного узла 1.

Однако применение турбинного датчика в режиме работы с изменяющимися расходами не позволяет достичь постоянства величины объема пробы, так как частотная характеристика датчика (зависимость частоты следования импульсов датчика от расхода) всегда обладает зоной нечувствительности и, следовательно, является зависимостью, представляющей собой прямую линию, не проходящую через начало координат (зависимость частоты импульсов турбинного датчика от расхода воздуха через него).

Наиболее близким по технической сущнос ти к изобретению является электроаспиратор, содержащий побудитель расхода с частотно-импульсным управлением от генератора импульсов с делителем частоты, выполненным в виде ряда последовательно соединенных двоичных счетчиков, датчик расхода воздуха с частотно-импульсным выходом, подключенным к входу счетчика импульсов, соединенного с побудителем расхода, элемент задержки, два триггера, 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, а выход циклического счетчика подключен к первому входу первого триггера, выход первого триггера подключен к первому входу второго триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с первыми входами логических элементов И, выход одного из которых подключен ко входу сложения, а второго - к выходу вычитания первого аз реверсивных счетчиков в каскаде, вторые входы элементов И соединены с выходом управления генератора импульсов, связанного тактовым выходом непосредственно с вторым входом второго триггера и через элемент задержки - с вторым входом первого триггера и входом установки начальных значений циклического счетчика импульсов 2.

0 Недостатками известного электроаспиратора являются сложность конструкции, а также низкая надежность, обусловленная большим количеством счетчиков.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повыщение надежности с одновременным сохранением точности дозирования. Указанная цель достигается тем, что известный электроаспиратор, содержащий побудитель расхода, датчик расхода воздуха с частотно-импульсным выходом, счетчик

0 импульсов, делитель частоты, два логических элемента И и генератор импульсов, подключенный одним выходом к входу схемы запрета и к R-входу триггера, а другим выходом - к первому входу первого логического элемента И, соединенного вторым

5 входом с инверсным выходом триггера, прямой выход которого связан с одним из входов второго логического элемента И,,снабжен логическим элементом ИЛИ, входы которого соединены с выходами элемента И, а выход логического элемента ИЛИ подключен

к одному из входов счетчика импульсов, соединенного другим входом с первым выходом схемы запрета, при этом выход первого логического элемента И дополнительно связан через делитель частоты с S-входом триггера, а соответствующий вход второго логического элемента И соединен с выходом датчика расхода, вход которого подключен к выходу побудителя расхода, соединенного управляющим входом с вторым выходом схемы запрета.

На черетеже представлена блок-схема электоаспиратора.

Электроаспиратор состоит из побудителя 1 расхода, датчика 2 расхода воздуха с частотно-импульсным выходом, генератора 3

5 импульсов, имеющего выходы высокой и низкой частоты, счетчика 4 импульсов, схемы 5 запрета, RS-триггера 6, двух логических элементов И 7 и 8, логического элемента ИЛИ 9 и делителя 10 частоты.

Электроаспиратор работает следующим

0 образом.

Побудитель 1 расхода обеспечивает проте кание газовой смеси через датчик 2 расхода, который на своем выходе генерирует импульсы напряжения с частотой, пропорциональной расходу.

5 . Для того, чтобы стабилизировать значение отбираемого объекта при изменении расхода, необходимо повысить (увеличить) частоту следования импульсов датчика 2

на величину, характеризующую зону нечувствительности датчика 2.

Для этого в течение короткого времени в последовательность импульсов датчика 2 добавляется пачка высокочастотных импульсов, количество которых таково, что усредненная частота следования импульсов, поступающих на счетчик 4, повыщается на величину fo- При этом число импульсов, при котором отбор пробы прекращается (Ncr), должно быть увеличено по сравнению с исходными в соответствии с соотнощением

Ner(f:+fo),

гдef| kQl-fo-частота следования импульсов датчика; , QI - расход воздуха; - величина, характеризующая зону нечувствительности датчика по расходу; Vi - отбираемый объем, опреде -ляемый как ti; ti - время отбора; Ntj.- количество импульсов, записанное в счетчике за время отбора ti.

Для начала отбора пробы схемы 5 запрета не пропускает импульсы управления от генератора 3 на входы побудителя 1 расхода, и газовый поток не протягивается через магистраль электроаспиратора. В момент начала отбора схема 5 запрета переводится в положение, разрешающее прохождениеимпульсов низкой частоты генератора 3 на побудитель 1 расхода (элементы начальной установки схемы 5 запрета не показаны). При поступлении импульсов на побудитель 1 расхода начинается протягивание воздуха, через газовую магистраль аспиратора и на выходе датчика 2 возникают импульсы, частота которых зависит от расхода воздуха. При этом в начальный момент триггер 6 находится в положении, когда на его прямом выходе логическая «1, что разрешает прохождение импульсов датчика 2 через элементы И 7 и ИЛИ 9 на счетчик 4 импульсов и импульсов высокой частоты от генератора 3 через элементы И 8 и ИЛИ 9 на счетчик 4.

Таким образом, в этом положении счетчик 4 производит подсчет импульсов датчика расхода. При поступлении очередного импульса низкой частоты (1 Гц) на R-вход триггера 6, последний опрокидывается и на его прямом выходе возникает логический «О, запрещающий поступление импульсов отдатчика расхода через элемент И 7и ИЛИ 9 на счетчик 4. При этом на инверсном выходе триггера 6 возникает логическая «1, разрешающая прохождение импульсов высокой частоты (32 кГц) через элемент И 8 на делитель 10, а также на элемент ИЛИ 9 и далее на счетчик 4. При поступлении на вход делителя 10 и счетчик 4 импульсов заданного числа импульсов (равного

коэффициенту деления делителя), на выходе делителя 10 возникает импульс, опрокидывающий триггер 6 в первоначальное положение, при котором разрешается прохождение импульсов от датчика 2 на элемент ИЛИ 9 и счетчик 4 и запрещается прохождение импульсов высокой частоты от генератора 3 на счетчик 4 до поступления очередного импульса низкой частоты. Таким образом, за время между двумя импульсами низкой частоты на счетчик 4 поступает дополнительно заданное число импульсов, численно равное коэффициенту деления делителя 10. Поскольку высокая частота выбирается значительно выше частоты датчика расхода (в 1000 раз), добавление

пачки из 10-40 импульсов практически не вносит искажений в сигнал датчика расхода. Низкая частота выбирается, исходя из конкретных требований общей продолжительности отбора таким образом, что период

0 низкочастотного сигнала составляет 0,1% от общей продолжительности отбора. При этом погрешность, возникающая из-за возможного совпадения по времени импульса от датчика расхода и пачки высокочастотных импульсов, также не превосходит 0,1%. Например, для 20-минутного отбора, используемого на сети наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха, низкая частота имеет значение 1 Гц.

На выходе датчика 2 во врем-я отбора

0 пробы возникает последовательность частотных импульсов (частотой 5-50 Гц в зависимости от расхода), на R-вход триггера 6 поступает низкочастотный сигнал ( Гц), подключающий высокую частоту на вход элемента И 8. На выходе элемента И 8 возникают пачки высокочастотных импульсов с периодом между пачками, равным периоду низкочастотного сигнала. На прямом выходе триггера 6 возникает сигнал управления прохождением импульсов датчика 2 равный логическому «О в момент прохождения пачки высокочастотных импульсов и логической «1 - в остальное время. На вход счетчика 4 поступает «смесь сигналов - .сигнала от датчика 2 высокочастотного сигнала, причем частота «смеси равна сумме частоты сигнала датчика 2 и задаваемой частоты fo, равной коэффициенту деления делителя 10, что сдвигает частотную характеристику датчика в начало координат и повышает тем самым точность дозирования объема пробы.

Таким образом, электроаспиратор прост в

0 эксплуатации и позволяет точно дозировать заданный объем пробы.

Для его эксплуатации необходимо экспериментальным путем получить частотную характеристику датчика 2 и определить по ней значение fo, выбрать требуемое значение

5 расхода Q и дозируемого объема V в зависимости от конкретных условий отбора, расчитать число импульсов ., устанавливаемое в счетчик 4 по приведенной выше

5 1165916

зависимости, установить значение коэффици-лем 1 расхода перед R-входом триггера 6

ента деления делителя 10, равное fo, зна-может быть установлен дополнительный дечения высокой и низкой частоты необходи-литель частоты.

МО выбирать в зависимости от конкретныхПрименение изобретения позволяет расусловий отбора, например, для 20-минутногос ширить диапазон условий отбора пробы не отбора эти значения составляют 32 кГцповышая погрешности дозирования, что в и 1 Гц соответственно.целом повышает точность анализа содержаПри необходимости одновременно увели-ния вредных примесей в атмосферном возчить частоту сигнала управления побудите-духе.

ЭЛЕКТРОАСПИРАТОР, содержащий побудитель расхода, датчик расхода воздуха с частотно-импульсным выходом, счетчик импульсов, делитель частоты, два логических элемента И и генератор импульсов, подключенный одним выходом к входу схемы запрета и к R-входу триггера, а другим выходом - к первому входу первого логического элемента И, соединенного вторым входом с инверсным выходом триггера, прямой выход которого связан с одним из входов второго логического элемента И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности дозирования, электроаспиратор снабжен логическим элементом ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов И, а выход логического элемента ИЛИ подключен к одному из входов счетчика импульсов, соединенного другим входом с первым выходом схемы запрета, при этом выход первого логического элемента И дополнительно связан через делитель частоты с S-входом триггера, а соответствующий вход второго логического элемента И соединен с выходом датчика расхода, вход которого подключен к выходу побудителя расхода S. соединенного управляющим входом с вто(Л рым выходом схемы запрета.