Устройство для контроля влажности сыпучих материалов Советский патент 1991 года по МПК G05B19/418 G06F17/00 

I

в. гг еля ,.;) информационными выходами - с информ;Гциониыми входами третьего шипног о формирователя, соединенного шинными входами и выходами через информационные тины с шинными выходами первого шинного формирователя, с шинными выходами второго шинного формирователя, с шинными входами и выходами четвертого шинного формирователя и шинньми входами пятого шинного формирователя, подключенного информационными вьгходами к входам блока выходных преобразователей , соединенного выходами с информационными выходами устройства.

20Я940

причем информационные входы первого шинного формирователя соединены с информационными входами первого преобразователя код - частота и информационными выходами первого реверсивного счетчика, а информационные входы второго шинного формирователя соединены с информационными -входами второго преобразователя код - частота и с информационными выходами второго реверсивного счетчика, информационные входы и выходы блока памяти соединены соответственно с информационными вьгходами и входами четвертого шинного формирователя.

Изобретение относится к устройствам для обработки информации, в частности к устройствам для контроля технологических процессов, и может быть использовано для конт- роля влажности сыпучих материалов радиоизотопным методом в различных областях промьшшенности, например в черной металлургии, в аглодомен- ном производстве.

Известно устройство для контроля влажности сыпучих материалов, содержащее блок регистрации влажности и плотности, блок регистрации только плотнасти, два элемента И, два счетчика импульсов, блок управления, причем Bbtxoflht блока регистрации влажности и плотности, блока регистрации плотности подключены к первым входам соответственно пер- вого и второго элементов И, выходы которьос подключены к первым входам соответственно первого и второго счетчиков импульсов, выход второго счетчика импульсов подключен к вход блока управления, первый и ВТОРОЙ выходы которого подключены к вторым входам соответственно первого и второго элементов И, третий и четверты выходы блока управления подключены к вторым входам соответственно первого и второго счетчиков импульсов С

Однако при работе устройства возникает по1 решность измерения влажности, обусловленная тем, что реальные радиоизотопные блоки регистрации плотности имеют чувствительность как к изменению плотности, так и к изменению влажности; отсутствует возможность корректировки показаний при изменении чувствительности блоков регистрации влажности и плотности.

Наиболее близким к изобретению является устройство для контроля влажности сьшучих материалов, содержащее блок регистрации влажности и плотности, блок регистрации плотности, первый и второй элементы И, первый и второй счетные блоки, блок управления, арифметический блок, запоминающий блок, блок формирования адреса, дешифратор номера ап проксимирующего отрезка и преобразователь код - фиксированное значение плотности, причем выходы блока регистрации влажности и плотности, блока регистрации плотности через первы и второй элементы И подключены соот- ветствеино к входам первого и второг счетных блоков, управляющие входы элементов И и счетных блоков подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока управления, вход преобразователя код - фиксированное значение плотности соединен с выходом второго счетно) блока, а выход поцключен к первому входу блока формирования адреса, второй вход кЬторого соедине

3

с выходом дешифратора номера аппроксимирующего отрезка, вход которого первый пход арифметического блока соединены с выходом первого счетног блока, второй вход арифметического , блока подключен к выходу запоминающго блока, вход которого соединен с выходом блока г1юрмирования адреса, управляющие входы арифметического блока и блока формирования адреса соединены соответственно с пятым и шестым выходами блока управления С 21.

Однако при работе возникает погрешность измерения влажности, обуслов/ енная тем, что. реальные радиоизотопные блоки регистрации плот ности имеют чувствительность как к изменению плотности, так и к измене кию влажности. При изменении чувствительности блоков регистрации, вызванной, например, старением чувствительных элементов, их заменой или изменением температуры окружающей среды, возникает систематическая погрешность. Измерение влажности в известном устройстве происходит не непрерьшно, а циклически, с периодом, равным времени набора информации в счетных блоках, что приводит к погрешности измерения влажности, обусловленной статистически распределенным характером излучения радиоизотопного источника и его регистрации.

Целью изобретения являе.тся повышение точности измерения влажности.

Это достигается тем, что в устройство для коитроля влажности сыпучих материалов, содержащее радиоизотопный источник, эталонный блок, первые и вторые детекторы, соединенные выходами к первыми входами соответственно первого и второго элемента И, подключенных выходами к суммирующим входам соответственно первого и второго ревер- сивньк счетчиков, а также блок управления, подключенный первыми управляющими выходами к управляющим входам вычислительного блока, введены третий и четвертый элементы И, блок управления калибровкой, таймер, генератор, первый и второй преобразователи код - частота, пять шинных формирователей, блок выходньк преобразователей и блок управления перемещением, подключенный командньм входом к первому

08940

командному ныхсду блока упрля.пепия калибропкой, вторым командным пхо- дом - к второму командному П111ходу блока управления калиб оякой, к 5 первому входу блока формироппмия адреса и к первому командному входу блока удранСпення, а первым и вторым выходом соответсп пенно к первому и второму входам блока управлп- 10 ния калибровкой, связанного третьим командным выходом с вторыми входами первого и второго элементов И и первыми входами третьего и четвертого элеч-«ентов И, подключенных вы- J5 ходами к вычитающим входам соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, а вторыми входами- к выходам соответственно первого и второго преобразователя код - час - 2Q тота, связанных счетными входами с первым выходом генератора, соединенного вторым выходом с входом таймера, подключенного выходом к запускающему входу блока управления калибровкой, 25 связанного четвертым командным выходом с вторым входом формирования адреса и вторым командньм входом блока управления, подключенного синхронизирующим входом к третьему выходу генератора, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым управляющими выходами - к командным входам соответственно первого, второго, третьего, четвертого и пятого шинных формирователей, седьмым управляющим выходом - к командному входу блока памяти, а адресными входами через адресные шины - к выходам блока фор- мировддия адреса, к адресным входам блока памяти и к адресным выходам вычислительного блока, . связанного информационными входами с информационными выходами третьего шинного формирователя, а информационными выходами - с информационными входами третьего шинного формирователя, соединенного шинными входами и выходами через информационные шины с шинными выходами первого шинного формирователя,с шинными выходами второго шинного формирователя, с шинными входами и выходами четвертого шинного формирователя и шинными входами пятого шинного формирователя, подключенного информационными 55 выходами к входам блока выходных

преобразователей, соединенного выходами с информационными вьLчoдallи устройства, причем информационщ.ге

30

35

40

45

50

У

иходы первого шинного формирователя соединены с информ ционньми входами первого преобразователя код - частота и информационными выходами перво- го реверсивного счетчика, а информационные входы второго шинного формирователя соединены с информациоиньми входами второго преобразователя код - частота и информационными выходами второго реверсивного счетг- чика, информационные входы и выходы блока памяти соединены соответственно с информационными выходами и входами четвертого шинного форми- рователя.

На фиг,I представлена структурная схема устройства для контроля влажности сьтучих материалов; на фиг.2- структурная схема блока управления калибровкой и блока формирования адреса; на фиг.З - структурная схема блока управления и вычислительного блока.

Устройство для контроля влажности сыпучих материалов (фиг.Л содержит блок 1 регистрации влажности и плот- ности, состоящий из первых 2 и вторых 3 детекторов, радиоизотопного источника 4 и эталонного блока 5, первьй 6 и второй 9, третий 7 и четвертый 8 элементы И, первый 10 и второй 11 реверсивные счетчики, первый 12 и второй 13 преобразователи код - частота, генератор 14, таймер 15, блок 16 управления перемещением, блок 17 управления калибровкой, блок 18 управления,адресные шины 19, информационные,шины 20,пять шинных формирователей 21-25, вычис- лительный блок 26, блок 27 памяти, блок 28 формирования адреса, блок 29 выходных преобразователей, информационные входы 30 устройства.

Блок 17 управления калибровкой (фиг.2| содрржит элемент ИЛИ-НЕ 31, элемент И-НЕ 32, формирователь 33 импульсов, два элемента 34,35 выдержки времени, R-S-триггер 36 и три кнопки 37-39 управления.

Блок 28 формирования адреса (фиг.2) содержит триггер 39 и дешифратор 40.

Блок 18 управления (фиг.З), содер- жит блок 41 микропрограммного управления, микропрограммную постоян ную память 42, программную постоянную память 43, блок 44 приоритетног прерывания, кнопку 45.

Вычислительный блок 26 (фиг.З) содержит арифметико-логическое решающее устройство 46, выходной бу- ферный регистр 47 данных, выходной буферный регистр 48 адреса, регистры 49-57 общего назначения.

Блок 1 регистрации влажности и плотности состоит из источника 4 быстрых иейтронов, детекторов - набора счетчиков для регистрации замедленных нейтронов, разделенных на две группы 2,3, одна из которых покрыта кадмиевым экраном, причем конструктивно источник 4 быстрых нейтронов и обе группы счетчиков (детекторы) 2,3 могут перемещаться из рабочего положения в эталонный блок 5. При этом устройство работает в двух режимах: калибровка и измерение . .

Зависимость интенсивности выходных сигналов блоков регистрации влажности и плотности и только плотности может быть представлена системой уравнений

lw-«o aiPt a,p, 1р-Ьо Ь,Яс +b, р, ,

(J)

I где . Ьо - постоянные коэффици- .енты, определяющие фоновые сигналы на выходах соответствующих блоков регистрации; ti и Ь, - коэффициенты, определяющие чувствительность соответственно первого и второго блоков регистрации к объемной .влажности материалов f «г i ко- эффициенты, определяющие чувствительность, соответственно первого и второго блоков регистрации и объемной влажности материал, f . Влажность материала равна

М :

r«w

(2)

В режиме калибровка автоматически определяются значений коэффициентов следующимобразом.

Коэффициенты «„ ,Ьв определяются из системы уравнений (1), которую с учетом {2 можно переписать в виде

Iw ao + QVf e SiWp, (3) IP : Ре JbtW/ ; .

При минимальной,, влажности материала (w и его минимальной плотности р „„ выполняются соотноше С ния

WQ WefNeHe WoMWH)

Л fPo IРоманс РоНИИ, А fc A:Ma«c

(),

ulp.(b,).

Аналогично при максимальной влажности материала ( сать

. ,Саи«гИ,), (6)

Л1 р. -APc(bi bi WK,).

J «

Поделив (5) на (6), находим соотношения между коэффициентами а,и сх Ь,и b г

ui Ai4 ip-vv o twm , f i- i-Atw«, -alvje

(7)

Wh4 Alpff-tvlo&lpK, .

Коэффициенты Q, Ь находятся следующим образом:

. AlWfA H,

а.

Д I р глин

(8)

(Wn,-Wo)Fc««H Подставляя (8 ) в С7 и Далее в СЗ), получим ,,

, I л/оглиц Alwm K MMH ,

Ьог

IРенин Гр Янин Р ,

(9)

Основной формулой вычисления влажности является

г т -i

Ар момин w f

-Wo)-n

о НИН

Рнин Р (Ю)

где значения коэффициентовq, Ь, а , Ь , а, , Ь автоматически определяются по значениям интенсивности

сигналов на входе каналов блока регистрации влажности и плотности в четырех калибровочных точках эта- лонного блока.

В первой точке эталонного блока 5 сигналы на выходе блока I регистрачии1 цмакс Гр «оке соответствуют максимальной влажности w, и максимальной плотности р „, контролируемого материала.

Во второй точке эталонного блока 5 сигналы на выходе блока 1 регистрации Рмич

соот...- -нутрии/ гчяч, J

ветствуют максимальной влажности n к минимальной плотности „,,„ контролируемого материала.

В третьей точке эталонного блока 5 сигналы на выходе блока 1 регистрации Г Ломаке Ро«акс ° ветствуют минимальной влажности ,

и максимальной плотности Р контролируемого материала,

В четвертой точке эталонного блока 5 сигналы на выходе блока 1 регистрации и соответствуют минимальной влажности w и минимальной плотности контролируемого материала.

Значения интенсивностей сигналов на выходе блока 1 регистрации влажности и плотности в указанных точках первоначально определяются по пробам контролируемого материала

с влажностью и плотностью, определяемыми известным (например, термогравиметрическим) методом при градуировке устройства. В последующем при калибровке нейтронное поле,

соответствующее полю в реальном материале, моделируется эталонным блоком 5.

Устройство работает следующим образом.

В режиме измерение блок 1 регистрации влажности и плотности посредством реверсивного двигателя, входящего в блок 16 управления перемещением, устанавливается в рабочее положение (например, в бункер или над конвейером с контролируемым материалом) . При этом материал облучается быстрьии нейтронами, которые замедляются на ядрах атомов водорода,

содержащихся во влаге. Поток замедленных нейтронов регистрируется двумя группами детекторов 2,3. Элементы И 6-9 при этом открыты сигналом, поступающим с блока 17 управления калибровкой. HMiryjibcHbtfi сигнал 1 с выхода группы детекторов 2 при этом через элемент И 6 поступают иа суммирующий вход реверсивного счётчика 0f а сигналы 1р с выхода группы детекторов 3 через элемент И 9 - на суммирующий вход реверсивного счетчика I1. Коды N, и N на выходах счетчиков 0,11 при этом определяются следующим образом.

На вычитающие входы счетчиков 10 11 поступают импульсные сигналы с выходов преобразователей 12,13 код- частота с частотой, определяемой соотношением

N,

- NOL

f.., (11)

где , - частоты импульсных сиг- налов на выходе преобразователей 12,13 код - частота; ff- частота на выходе генератора 14; . Ь - разрядность преобразов

телей код - частота. В начальный момент времени коды N и NI, поступающие на входы пре образователей 12,13 код - частота равны импульсные сигналы на вычитающих входах реверсивных счетчиков И и 12, поступающие с выходов преобразователей 12,13 код - частота через элементы И 7,8, отсутствуют, С увеличением кодов М и N набранными счётчиками 10,11 частота импульсов на выходах преобразователей 12,13 код - частота начинает увеличиваться, в свою очередь уменьщая значение кодов М $ NI. В равновесном состоянии частоты -f и f на выходах преобразователей 12 и 13 код - частота равны интенсивности сигналов с выхода групп детекторов 2,3, т.е.

, г N г , г .f -Ж.г Iw 1 - п h 1р-1г- „ь tr

Отсюда значения кодов N,и N, на выходе реверсивных счетчиков 10,11 пропорциональны интенсивности 1..и

inf

LW

fr

N,-I

fr

а

)

i2089 0 .iO

13 далы1ей ием рлнионесшн состояние поадерживается постоянно. При скачкообразном измеионии сш налов

w Р значение кодов М , NT. иачи- 5 нает изменяться с гтостоянной времени, определяемой раэряд}юстью h пре- образователей 12,13 код - частота и частотой fг генератора Г4. Таким образом, происходит непрерывное 10 преобразование импульсных сигналов р f выходов блока 1 регистрации влажности и плотности, их усреднение и сглаживание.

В дальнейшем значения N, и N 15 через первый и второй шинные формирователи 21,22 с периодичностью, определяемой блоком 18 управления, поступают на информационные шины 20 и оттуда через шинный формирователь 20 23 - в вычислительный блок 26 для последующей обработки.

В режиме калибровка осуществляется набор эталонных значений. Порядок вьтолнения операций в режиме калиб- 25 ровка определяется блоком 17 управления калибровкой. Один нз вариантов реализации блока 17 управления калибровкой изображен на фиг.2.

Момент включения режима калибров- 30 ка задается автоматически с помощью таймера 15 или вручную нажатием кнопки 37. При этом на выходе RS- ,триггера 36 формируется сигнал ло- гической I, на выходе элемента И-НЕ 32 - сигнал логического О, .закрьшая элементы И 6-9. Напряжение, логической 1 с выхода триггера 36 поступает на вход 1 блока 28 формирования адреса, вход 1 блока

управления и на вход 2 блока 16. 40

При поступлении на вход 1 блока 16 сигнала логической 1 реверсивный двигатель этого блока начинает перемещать каретку с радиоизотопным

5 источником и детекторами в эталонный блок 5. При достижении кареткой первой калибрадионной точки блок 16 падает на вход блока 17 сигнал логического О. На вьсходе элемента

50 И-НЕ 32 появляется сигнал логической 1, разрешая прохождение импульсов через элементы И 6-9 с выходов детекторов 2,3 и преобразователей 12,13 код - частота на соответ55 ствующие входы счетных блоков 10, И. После выдержки времени, определяемой элементом 35, счетный триггер 39 блока формирования адреся

1

переходит в перное положение, дешифратор 40 формирует адрес записи

значений интенсивности счета 11.

« mfnanc

И IP В нервой калибраци- онной точке, а блок 18 управления формирует сигнал записи значений в Запоминающий блок 27.

Через время, определяемое элементом 34 выдержки времени (задержка

на время записи величин Iui. , . гг лакс

И выходе элемента И-НЕ 31 появляется сигнал логической , поступающий на вход 2 блока I6 и заставляющий двигатель перемещать каретку во вторую калибра- ционную-точку.

После прохождения всех калибра- ционных точек каретка 52 возвращается в положение измерение, о чем сообщается сигналом логического О на вход 2 блока 17 управления калиб-. ровкой, формирователь 33 последнего формирует импульс, который перебра- сьшает RS -триггер 36, сигнал логического О с выхода RS-TpHr - гера, поступая на вход блока управления, переводит устройство в режим измерение. Кнопки 37, 38 блока 17 управления калибровкой служат соответственНо для имитации прихода каретки 52 в калибрационную точку и ручного перевода каретки в следующую калиб- рациоиную точку.

При включении питания устройства блок 55 микропрограммного управления

формирует начальный адрес микропрограммы начального пуска, при этом производится установка в О регистров 49-57 общего назначения и формирование счетчика команд, которым служит один из регистров 49 общего назначения. На вькоде регистра А8 устанавливается начальный адрес выборки программы из программиой постоянной памяти 43. Выбранная команда передается в блок 41

микропрограммного управления, который совместно с микропрограммной постоянной памятью 42 и вычислительным блоком 26 производит выполнение команды.

В дальнейшем вся работа устройства подчинена программе, записанной в программную постоянную памяти 43. Пропрамма представляет собой совокупность микропрограмм, реализованных в виде последовательности микро-.

to

15

20

208940

комямд, хрпияшихси к Miiicporu)(4-p,:4MMnnv постоянной п.чмяти .

Результятм вьпюлиення операции вычисления поступают в выходной буферный регистр 47 дапных.

На выходе пыходного буферного регистра 48 адреса кроме данных счетч1гка команд (регистра 49) гчриф- метико-логическое решающее устройство 46 может выставить адрес ячейки блока памяти 27 через шину I9 адреса при обращении к этому бдоку.

Блок 41 микропрограммного управления по программе также формирует сигналы, управляющие пгииными формирователями 21-25 и блоком памяти 27 .Работа блока 1 8 управления синхронизируется импульсами, поступающими на вход 3 с генератора 14 импульсов, . по которым производится выполнение каждой микрокоманды, С блока 17 управления калибровкой в блок 41 микропрограммного управления поступает сигнал разрешения считьшания информагдаи с выходов реверсивных счетчиков 10 и 11.

Блок 44 приоритетного прерьгоания предназначен для организации перевода устройства из одной программы в другую, например, когда при вьтолне- нии основной программы измерение поступающий сигнал с блока 17 управления калибровкой переводит устройство в режим калибровка. В данном случае блок 44 приоритетного прерывания производит формирование начального адреса микропрограммы обработки прерьшания. По данной микропрограмме выполняются операции по запоминанию прерванной программы и формирования счетчика команд, по содержимому которого обеспечивается выполнение другой программы.

Кнопка 45 предназначена для формирования сигнала запрос прерьтания, по которому производится прерывание текущей программы и выполнение тестовой программы. Тестовая программа предназначена для проверки правильности функционирования всего устройства.

25

30

35

40

45

50

В режиме измерение вычислительным блоком 26 производится непрерьш- Ное решение выражения (10J, т.е. устройство выполняет алгоритм вычисления влажности.

Вычисленное значение влажности из арифметического блока 26 через

13

niiituibrfi формирователь 23 поступает на шину 20 данных, откуда по сигналу с блока I8 управления через шинный формирователь 25 - в блок 29 выходных преобразователей, где преобрйзу- ется в форму, необходимую для передачи в систему управления технологическим процессом.

Циклы измерение и калибровка повторяются с периодичностью, определяемой таймером 15.

Заявляемое устройство позволяет определять влажность сыпучих материалов с учетом того, что реальные радиоизотопные блоки регистрации, например,, потока замедлешшх материалом нейтронов, имеют чувствительность как к изменению влажности, так и плотности контролируемого материала, при этом максимумы спектральной чувствительности каналов могут быть разнесены на некоторую величину; при этом влажность матери ала определяется по выражению (10).

В заявляемом устройстве в отличие от прототипа введена функция автоматической корректировки эваченхй

2089ЛО

расчетных коэффициентов в зависимое- тн от изменения реальной чувствительности блоков регистрами влажности и плотности в процессе экс- 5 плуатации.

В заявляемом устройстве измерение влажности контролируемого ма- . териала происходит непрерьгоно, при этом статистическая погрешность 10 определяется не временем набора информации или мощностью источника, как в прототипе, а разрядностью счетных блоков и частотой тактовых импульсов преобразователей код - 15 частота, на что не накладывается технологических ограничений.

Это позволяет повысить точность измерения вла:|сности по сравнению

20 с прототипом за счет уменьшения

как систематической, так и случайной составляюощх погрешности.

Введение в предлагаемое устройство процесса автоматической градуиров

2$ ки без применения ручного труда cJ{Ижaeт трудоемкость процесса экс- плуата1иш устройства.

Редактор И.Лошкарева

.3

Составитель В.Новоселов Техред М.Надь .

Заказ 3730ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фнлияп ПГП1 Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор С.Шекмар