Анализатор содержания углерода в металле Советский патент 1986 года по МПК G01N25/06 

торого подключены к выходам соответствующих задатчиков кодов.

3. Анализатор по п. 1, отличающийся тем, что в нем блок управления содержит триггерд задатчик кодов и мультиплексор, выходы которого являются потенциальными выходами блока управления, и многовходовый элемент И, входы которого являются соответственно импульсным и потенциальными входами блока управления, подключенный своим выходом, являющимся импульсным выходом ёлока .управления, к входу триггера, выходы которого соединены с управляющими входами мультиплексора, подключенного информационными входами к выходам соответствующих задатчиков кодов.

I. АНАЛИЗАТОР СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В МЕТАЛЛЕ, содержащий последовательно соединенные кристаллизатор и датчик температуры, а также пороговый счетчик, счетчик времени, первый элемент И, блок цифровой индикации и аналого-цифровой Преобразователь, подключенный своим входом к выходу датчика температуры, первым и вторым выходами соответственно к суммирую1Л ему и вычитающему входам порогового счетчика, выход которого соединен с установочным входом счетчика времени, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности анализа, в него введены буферный счетчик, дешифратор нуля, пересчетный блок, счетчик результата и блок управления, подключенный потенциальными выходами к потенциальным входам пересчетного блока и импульсным выходом к установочному входу пересчетного блока, выход первого элемента И соединен с информационным входом пересчетного блока и с вычитающим входом буферного счетчика, суммирующий вход коTopoio подключен к третьему выходу аналого-цифрового прёобраг ователя, установочный вход подсоединен к выходу счетчика времени, а выход подсоединен через дешифратор нуля к управляющему входу блока цифровой индикации и к одному входу первого элемента И, другой вход которого подключен к четвертому выходу аналого-цифрового преобразователя, подсоединенного пятым выходом к информационному входу счетчика времени и к импульсному входу блока управления, а выход пересчетного блока подключен к входу счетчика результата, выходы которого соединены с потенi циальными входами блока управления СЛ и с информационными входами блока цифровой индикации. 2. Анализатор по п. I, отличающийся тем,что в нем блок управления содержит счетчик, два дешифратора, элемент ИЛИ, задатчик кодов и мультиплексор, выходы котороtsD го являются соответствуюп1ими потенФ циальными входами блока управления, первый дешифратор, один вход котоN9 рого является импульсным входом блоСО Од ка управления, а другие входы - потенциальными входами блока управления, подключен своим11 выходами к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого, являюпщйся импульсным выходом блока управления, соеди нен с входом счетчика, подсоединенного разрядными выходами к входам .второго дешифратора, подключенного своими выходами к управляющим входам мультиплексора, выходы которого являются потенциальпьп-«и выходами блока управления и информационные входы ко

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для физико-химического анализа железоуглеродистых металлов, и может быть использовано для автоматизации контроля содержания .углерод в жидкой стали по термограмме кристаллизации ее пробы. Цель изобретения - повышение точ ности анализа содержания углерода в металле. На фиг. 1 представлена функциональная схема анализатора содержания углерода в металле; на фиг. 2 и 3 - варианты функциональных схем бл ка управления; на фиг. 4 - пример н линейной зависимости между температурой ликвидуса ) и содержанием .углерода С, аппроксимируемой тремя отрезками прямых. Анализатор содержания углерода в металле содержит (фиг. 1) последова тельно соединенные кристаллизатор 1 и датчик температуры 2, а также аналого-цифровой преобразователь (АЩ1) 3, пороговый счетчик 4, счетчик времени 5, блок 6 цифровой индикации, элемент И 7, буферный счет чик 8, дешифратор нуля 9, лересчетный блок 10, счетчик 11 результата блок управления 12. Аналого-цифровой преобразователь 3 подключен своим входом к вьгх.оду датчика температуры 2, первым и вто рым выходами - к суммирующему и вычитающему входам порогового счетчика 4, выход которого соединен с установочным входом счетчика времени 5. Елок управления 12 подключен потенциальными выходами к потенциальHFjiM входам пересчетного блока 10 и импульсным выходом к установочному входу пересчетного блока 10. Выход элемента И 7 соединен с информационАым входом пересчетного блока 10 и с вычитающим входом буферного счетчика 8, суммирующий вход которого подключен к третьему выходу АЦП 3. Установочный вход буферного счетчика 8 подключен к выходу счетчика времени 5, а выход соединен через дешифратор нуля 9 с управляющим входом блока 6 цифровой индикации и с одним входом элемента И 7, другой вход которого подключен к четвертому выходу АЦП 3, подсоединенного пятым выходом к информационному входу счетчика времени 5 и к импульсному входу блока управления I2. Выход пересчетного блока 10 подключен к входу счетчика результатов 11, выходы которого соединены с потенциальными входами блока управления 12 и с информационными входами блока 6 цифровой индикации. Аналого-цифровой преобразователь 3 включает в себя генератор импульсов 13, реверсивньш счетчик 14, цифроаналоговый преобразователь 15,элемент сравнения 16 и два элемента И 17 и 18. Элемент сравнения 16, один вход которого является входом АЦП 3, подключен другим входом к выходу цифроаналогового преобразователя 15 и выходами - к одним входам элемента И 17 и 18, выходы которых, являющиеся первым и вторым выходами АЦП 3, .подключены к вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика 14, выход которого, являющийся третьим выходом А1Щ 3, соединен с входом цифроаналогового преобразователя 15. Первый выход генератора импульсов 13, являющийся четвертым вы ходом АЦП 3, подключен к другим вхо дам элементов И 17 и 18, а второй выход генератора импульсов 13 является пятым выходом АЦП 3. Пересчетный блок JO представляет собой управляемый делитель часто ты с переменным коэффициентом пересчета (двоичный умножитель). При этом число импyльdoв NjMx поступивших на выход пересчётного блока 10 определяется соотношением Nftb,, f- Ne, , (1) где Ng, - число импульсов, поступивших на вход пересчетного блока 10; Ко - постоянный коэффициент, оп ределяемый раэрядностью N пересчета в соответствии с отношением К,2 (например К 51 2,,если N 9, т.е. если пересчетный блок 10 дёвяти разрядный) ; К - переменный коэффициент, изменяющийся в пределах от 1 до Ко и определяющий коэфциент пересчета пересчетного блока 10. Коэффициент Ко задается параллель ным кодом на потенциальных входах пересчетного блока 10. Установочный вход этой схемы служит дпя установки ее в начальное нулевое состояние Блок управления 12 служит для фор мирования на потенциальных входах пересчетного блока 10 параллельного кода, обеспечивающего реализацию требуемой нелинейной зависимости между температурой ликвидации . содержанием урлерода С, В том случае, когда зависимость между Т Lid и С аппроксимируется для получения приемлемой точности более чем двумя участками прямых, блок управления 12 строится согласно схемы, приведенной на фиг. 2. Блок управления 12 содержит (фиг. 2) дешифратор 19, элемент ИЛИ 20, счетчик 21, дешифратор 22, задатчики кодов 23 и мультиплексор 24, выходы которого являются соответствующими потен циальными входами блока управления 12. Дешифратор 19, один вход которого является импульсным входом блока управления 12, а другие входы - его потенциальными входами, подключен выходами к соответствующим входам элемента ИЛ1-1 20, выход которого являющийся импульсным выходом блока управления 12, соединен с входом счетчика 21, подсоединенного разрядными выходами к входам дешифратора 22, подключенного выходами к управляющим входам мультиплексора 24, выходы которого являются потенциальными выходами блока управления 12. Информационные входы мультиплек-, сора 24 соединены с выходами соответствуюпргх задатчиков кодов 23. Дешифратор 13 имеет число выходов М-1, где М - число прямых, аппроксимирующих зависимость между TI,; и С (фиг. 4). В том случае, когда требуемая нелинейная зависимость мезкду Т,;аИ С . с достаточной точностью может быть аппроксимирована двумя участками прямых, блок управления 12 строится согласно схемы, представленной на фиг. 3. В этом случае блок управления 12 содержит (фиг. 3) многовходовый элемент II 25, триггер 26, задатчики кодов 27 и мультиплексор 28, выходы которого являются потенциальными выходами блока управления. Многовходовый элемент И 25 входы которого являются импульсным и потенциальными входами блока управления 12 соответственно, подключен выходом, являющимся импульсным выходом блока управления 12, к входу триггера 26, выходы которого соединены с управляющими входами мультиплексора 28, подключенного информационными входами к выходам соответствующих задатчиков кодов 27. Мультиплексор 24 (фиг. 2) как и мультиплексор 28 (фиг. 3) представляет собой коммутатор N-разрядных двоичных кодов, задаваемых задатчиками кодов 23 (фиг. 2) или 27 (фиг. 3). При этом в зависимости от того, на какой из Ы управляющих входов мультиплексора 24 (или 28) поступает разрешающий сигнал, на информационные входы мультиплексора поступает параллельный код от того или иного задатчика кодов 23 (или.27Х С помощью задатчиков кодов 23 (или 27) при настройке блока управления 12 задаются М дво1П1ных кодов, определяющих угол наклона соответствующего участка прямой, аппроксимирующей требуемую зависимость между температурсэй ликвидуса TI.;, и содеранием углерода С (фиг. 4). Анализатор содержания углерода в металле работает Следующим образом. Работа рассматривается на пример реализации зависимости между и С (фиг. 4), которая аппроксимируетс тремя отрезками прямых 29, 30 и 31 В этом случае с помощью задатчиков кодов 17 (фиг, 2) в блоке управления 12 необходимо установ ить двоичные коды трех чисел (К1, К2 и КЗ), определяющие углы наклона соответст вующих аппроксимирующих отрезков прямой 29, 30 и 31. Перед началом анализа с помощью кнопки начальной установки (не пока зана) буферный счетчик 8 устанавливается в нулевое состояние, а в счетчик результата 11 заносится код величины Со, соответствующей содержанию углерода при минимально возможной температуре лцквидуса TI, Тв (фиг. А). При этом дешифратор нуля 9 закрывает элемент И 7 и вьпслючает блок б цифровой индикации. Кроме того, с помощью этой же кнопки в блоке управления 12 устанавливается в нулевое состояние счетчик 21 (фиг. 2). В результате появляется разрещающий сигнал на первом выходе дешифратора 22, и на потенциальных выходах блока управления 12 через мультиплексор 24 передается двоичный код числа К, соответствующий углу наклона прямой 29 (фиг. 4). При охлаткдении в кристаллизаторе 1 (фиг. 1) пробы жидкой стали произ водится контроль ее температуры с помощью датчика температуры 2. Аналоговый сигнал 0 с выхода датчика температуры 2, пропорциональный текущей температуре T(t) металла, поступает иа вход А1Щ 3 (на первый вход элемента сравнения 16). На вто рой вход элемента сравнения 16с вы хода цифроаналогового преобразователя 15 поступает сигнал обратной связи, равный UO, +U, где. Uo - постоянное смещение, эквивалентное значению сигнала с выхода датчика температуры 2.при температуре TO. (минимально возможной темпе ратуре ликвидуса), а U - переменный сигнал, пропорциональный коДУ в реверсивном счетчике 14. В зависимости от того, какой из сигналов и, или Uoip больще, на одном из выхо дов элемента сравнения 16 образуется управляющий сигнал, который откр 66 вает элемент И 17 или 18. При этом импульсы с второго выхода генератора импульсов 13 через элементы И 17 или 18 поступают соответственно на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 14..В последнем образуется параллельный код, пропорциональный приращению текущей температуры T(t) металла над температурой То . В процессе следящего преобразования сигнала о текущей температуре металла в код на вход счетчика времени 5 с первого выхода генератора импульсов 13 поступает серия тактовых импульсов. Серии же кодовых импульсов, образуемых на выходах элементов И 17 и. 18, поступают на вычитающий и суммирующий входы порогового счетчика 4. Как только локальные изменения температуры в ту-или иную сторону превыщают заданный порог н-бо,на выходе порогового счетчика 4 образуется импульс, устанавливающий счетчик времени 5 в на альное (нулевое) состояние. При этом за счет сдвига по времени серии тактовых импульсов относительно серии кодовых импульсов исключается возможность одновременного прихода импульсов на информационный .вход счетчика времени 5 и его установочный вход, что предотвращает сбои в работе анализатора. После очередного сброса в нуль счетчика времени 5 импульсом с выхода порогового счетчика 4 счетчик времени 5 начинает новый отсчет времени Ato (,2,3,7.,.) путем подсчета числа тактовых импульсов. Поскольку в процессе охлаждения металла интервалы времени л to между очередными сбросами в нуль счетчика времени 5 меньше величины 1о , то на выходе счетчика 5 и тульс не образуемся. В период же кристаллизации металла (при достижении температуры ликвидуса TI.;O) изменение температуры метапла не превьппает порог t&o- о этому в этот период не происходит сброс счетчика времени 5 импульсами с выхода порогового счетчика 4. В результате по истечении заданного времени to от момента последнего сброса на выходе счетчика времени 5 образуется импульс, которьй поступает на управляющий вход буферного ,

7

счетчика 8, В последний по шинам параллельной передачи данных из реверсивного счетчика 14 заносится код, пропорциональный приращению температуры ликвидуса пробы над температурой TO .

Как только содержимое буферного счетчика 8станет отличным от нуля, дешифратор нуля 9 открывает элемент И 7. При этом cepHff 1шпульсов с второго выхода генератора 13 через открытый элемент И 7 поступает на вычитающий вход буферного счетчика 8. Одновременно импульсы с выхода элемента И 7 поступают через пересчетный элемент 10 на вычитающий вход счетчика результата 11.

Первоначально на потенциальные входы пересчетного элемента 1Q с потенциальных выходов блока управления 12 поступает двоичный код величины Kj, соответствующей углу наклона отрезку прямой 29 (фиг, 4), Поэтому число N5,y импульсов, поступающих на вычитающий вход счетчика результата 11, и число NJ, импульсов, поступающих на вычитающий вход вычитания буферного счетчика 8, связаны соотношением

К.

(2)

-- N

к7

V ПК

По мере-поступления импульсов на вычитающие входы буферного счетчика 8 и счетчика результата 11 содержимое этих счетчиков изменяется (уменьшается)от величины, пропорциональной приращению Ti.: над температурой Т„ для буферного счетчика 8, и от величины Со для счетчика результата 11 соответственно. Как только в счетчике результата 11 образуется число GI (фиг, 4), на выходе дешифратора 13 (фиг, 2) появляется импульс, который проходя через элемент ШИ 20, поступает на суммирующий вход счетчика 21. При этом на втором выходе Дешифратора 22 появляется сигнал, обеспечивающий переключение мультинлексора 24 таким -образом, что на потенциальные выходы блока управления 12 поступает уже вместо кода величины К код величины Кг, соответствующий углу наклона аппроксимирующей кривой 30 (фиг, 4). В результате изменяется код на потенциальных входах пересчетного блока 10 (фиг, 1), а значит число Njw

2672368

иьшульсов, поступающих на вычитающий вход счетчика результата II, и число Nj, импульсов, поступающих на вычитаюп;ий вход буферного счетчика 8, 5 теперь уже связаны не соотношением (2), а соотношением вида

TLT 11

(3)

8ь« - N м

Одновременно с изменением кода на потенциалыгых входах пересчетного блока 10 на установочнь1й вход пересчетного блока 10 поступает импульс с импульсного выхода блока управления 12 (с выхода элемента

IfflH 14, на фиг,2), которьй устанавливает пересчетный блок 10 в нулевое состояние. Это необходимо для исключения ошибок при пересчете, вызванных остаточным кодом в пересчетном блоке 10.

Аналогичным образом, как только в результате пересчета в счетчике результата 11 образуется число С

(фиг. 4), появляется импульс на втором выходе дешифратора 19 (фиг. 2), который поступает через элемент 1Ш11 20 на установочный вход пересчетного блока 10 (фиг, 1) и одновременно на вход счетчттеа 21 (фиг. 2). Последний изменяет свое состояние, что вызьшает появление сигнала на третьем выходе дешифратора 22, При этим изменяется код на потенциальных

выходах блока управления 12 (код KJ изменяется на код Kj), В результате изменения кода на потенциальных входах пересчетного блока Ш количество импульсов K(it,,H HIS, поступающих соответственно на вычитающие входы вычитания счетчиков (счетчика результата 11 и буферного счета 8), теперь будет связано соотношением

К.,

(4)

ьых v bt

Ко

Как только содержимое буферного счетчика 8 станет равным нулю, дешифратор нуля 9 закрывает элемент

И 7, При этом прекращается дальнейшее поступление импульсов на вычитаЮ1цие входы буферного счетчика 8 и счетчика результата 1I, причем содержимое счетчика результата 11 к

этому моменту времени станет равным содержанию углерода, соответствующему температуре ликвидуса анализируемой пробы. Одновременно сигнал с выхода дешифратора нуля 9,- поступая на управляющий вход блока 6 цифровой индикации, осуществляет включение это го блока..На индикаторных лампах последнего отображается в цифровой форме результат анализа в виде десятичного числа в процентах углерода. 3610 Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить точность анализа содержания углерода в контролируемом металле и в четыре раза по сравнению с известным анализатором за счет обеспечения более высокой адекватности аппроксимации реальной зависимости между содержанием углерода и температурой ликвидуса