Автоматическая система измерения концентрации пыли Советский патент 1987 года по МПК G01N5/04 

с наружной стороны патрубков 7, 8

и выполняющих роль датчиков ПОЛОЖЬ -ния Б по вертикальной оси, МС 9, 10 расположены в зоне действия соленоидов 15, 16, установленньгх с наружной стороны ЦП 7s 8 и выполняющих роль силовых органов системы, Б ниж

1

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для автоматического контроля запыленности воздуха при производстве изделий микроэлектронной техники, а также при решении экологических задач связанных с контролем загрязненности окружающей среды.

Цель изобретения - повышение точности измерения и автоматизации one- рации очистки фильтра от пыли.

На чертеже представлена блок-схема автоматической системы измерения концентрации пыли.

Система состоит из блоков 1 и 2 измерения приращения веса фильтра, выполненных в ввде бюкс 3 и 4, в которые помещены фильтры 5 и 6 (например, фибра со стеклом). Бюксы 3 и 4 расположены в цилиндрических па- трубках 7 и 8 и имеют магнитные стержни 9 и 10 с металлическими кольцами 1 и 12,, расположенными в зоне действия индуктивных преобразователей 13

и 14, установленных с наружной сто эоны патрубков 7 и 8 и выполняющих роль датчиков положения бюкс по вертикаль - Ной оси. Магнитные стержни 9 и 10 расположены в зоне действия соленоидов 15 и 16, установленных с наруж- ной стороны патрубков 7 и 8 и выполняющих роль силовых органов сис- темьь В нижней части патрубков установлены- упругие (резиновые) уплот- ннтельные кольца 17 и 18,

. На выходе индуктивных преобразователей 13 и 14 установлены регуляторы 19 и 20 и усилители 21 и 22 соленоидов. Параллельно усилителям 21 и 22 , подключены, переключатели 23 и 24 бюкс 3 и 4 из режима левитации в колебательный режим.

346971

ней части ЦП 7, 8 установлены кольца 17, 18. На выходе, ИИ 13, 14 установлены регуляторы 19, 20 и усилители 21, 22 соленоидов. Параллельно усилителям 21, 22 подключены переключатели 23 и 24 Б 3, 4 из режима левитации в колебательный режим.1 ил„

На выходе блока 1 или 2 (в зависимости от направления потока среды) установлен измеритель 25 объема (расходомер) 5 состоящий из поплавков 26 и 27, помещенных в цилиндрические патрубки 28 и 29, на которых закреплены индуктивные преобразователи 30 и 315 выполняющие роль датчиков положения поплавков по вертикальной оси, и соленоиды 32 и 33. соединенные с индуктивными преобразователями 30 и 31 через регуляторы 34 и 35 тока соленоидов 32 и 33, Поплавки имеют магнитные стержни 36 и 37.

Переключатели 38 и 39 направления тока соленоидов 15 и 16, переключатель 40 включения побудителя расхода 41 принадлежат реле 42 времени. Переключатель 43 входа дифференциального блока 44, переключатели 45 и 46 измерителя 25 объема, переключатель 47 четырех вентилей 48-51 и переключатели 23 и 24 из режима левитации бюкс 3 и 4 в колебательный режим принадлежат реле 52 блока управления последовательностью операций. Источник 53 питания соединен через переключатели 38 и 39 с обмотками соленой- дов 15 и 16 и через переключатель 43 с первым входом первого дифференциального блока 44, на второй вход которого подан сигнал, пропорциональный первоначальному весу бюк- сы. Выходы регуляторов 34 и 35 через переключатели 45 и 46 соединены с входами второго дифференциального блока 54. Выход дифференциального блока 44 соединен с входом блока 55 деления, на другой вход которого через интегратор 56 подключен выход второго дифференциального блока 54. Выход дифференциапьного блока 44

соединен также с одним из входом третьего дифференциального блока 57, на второй вход которого подан сигнал, пропорциональный максимальному значению прироста веса фильтра. Выход блока 57 через электронный ключ 58 подключен к обмотке реле 52 блока управления. Выход блока 55 деления подключен к индикатору 59.

Переключатели 38, 39 и 40 являютс первой, второй и третьей контактными группами реле 42 времени.

Переключатели 23, 24, 43, 45, 46 и 47 являются контактными группами реле 52 блока управления.

Система работает следующим образом.

Алгоритм работы системы включает в себя три последовательно выполняемых этапа, каждый из которых состоит из неполных одновременно вьшолняе- мых операций.

Этап продувки через систему определенной порции контролируемой среды в направлении слева направо (п чертежу) состоит из следующих одновременно выполняемых операций: фильтрация среды фильтром 5, регенерация фильтра 6, измерение расхода среды в процессе продувки (Q), определение объема продуваемой среды (V).

При фильтрации среды фильтром 5 бюкса 3 с фильтром 5 прижимается к уплотняющему кольцу 17 магнитной силой соленоида 15, подключенного переключателем 38 реле 42 времени к источнику 53 питания, включается побудитель 41 расхода (компрессор) переключателем 40, принадлежащим реле 42, и контролируемая среда через открытые вентили 49 и 50, включенные переключателем 47, принадлежащим реле 52, прогоняется через слой фильтра 5 по системе слева направо. При этом вентили 48 и 51 находятся в закрытом состоянии

При регенерации фильтра 6 бюкса 4 с фильтром 6 вводится в режим автоколебаний. При этом переключатель 39 реле 42 подключает соленоид 16 к системе регулирования тока с большим коэффициентом усиления. Для этого последовательно с регулятором 20 тока размыканием переключателя 24 реле 52 подключается дополнительный усилитель 22, увеличивающий общий

коэффициент усиления системы регулирования до величины, достаточной для возбуждения автоколебаний маг- нитовзаимодействующей системы магнитный стержень 10 - индуктивный преобразователь - соленоид 16. Переключатель 23 реле 52 находится при этом в замкнутом состоянии, подготавливая систему к следующему этапу работы.

При измерении расхода среды в процессе продувки переключатели 45 и 46 реле 52 находятся в положении (левом на схеме), при котором на прямой вход дифференциального блока 54 подключен сигнал тока i соленоида 32, а на инверсный вход - сигнал тока i.j соленоида 33 расходомера 25, Соленоид 32 удерживает в магнитном поле поплавок 26 нисходящего потока среды, а соленоид 33 - поплавок 27 восходящего потока среды.

Условие динамического равновесия для каждого поплавка расходомера 25 имеет вид:

для поплавка 26 нисходящего потока

Gi + k,i, (1) для поплавка 27 восходящего пото30

ка

G, - k,Q

J

(2)

где G

i

Gj - вес соответственно поплавков 26 и 27;

k - коэффициент аэродинамического сопротивления поплавков 26 и 27;

ij - токи соленоидов 32 и 33;

ko - коэффициент электромагнитной силы взаимодействия соленоидов 32 и 33 с магнитными стержнями 36 и 37;

Q - объемньгй расход очищаемой от пыли среды.

Полагая, что k, из приведенных уравнений полу- 50 чают

Q ip- (3)

Для определения объема продувае- 55 мой среды сигнал, пропорциональный расходу Q, подается с выхода дифференциального блока 54 на вход интегратора 56, где методом непрерьтного интегрирования сигнала расхода Q

по времени t определяется объем ере ды V, проходящий через слой фильтра 5 за время , устанавливаемое реле 42 времени:

V

k

:/Qdt QC , - 13.)(4)

Время Е продувки подбирают экспериментально в зависимости от параметров фильтра. Сигнал, пропорциональный объему V, подается на вход делителя блока 55 деления.

Этап определения концентрации пыли включает в себя следующие операции: измерение веса пьшИр осевшей в порах фильтра 5 и определение содержания пыли в объеме среды, пропущенной через фильтр 5 (по содержанию пыли в данном объеме судят о концентрации пыли в контролируемой среде).

По истечению установленного времени Т реле 42 переводит систему в режим измерения. Для выполнения первой операции соленоид 15 переключателем 38 подключается к регулятору 19 тока через замкнутый переключатель 23 (минуя усилитель 21). При этом бюкса 3 с фильтром 5 переходит в состояние свободного падения под действием магнитного поля соленоида 15. Одновременно переключатель 39 подключает источник 53 питания к соленоиду 16, магнитная сила которого, прижимает бюксу 4 к уплотненному кольцу 18. Переключатель 40 отклчает побудитель 41 расхода и подача контролируемой среды в систему прекращается.

При этом условие динамического равновесия для блока 1 измерения приращения веса фильтра 5 имеет вид

G, + G k,i,.

(5)

где G - первоначальный вес бюксы 3

с фильтром 5 С„ - вес пыли, осажденной на

фильтре 5;

ko - коэффициент электромагнитной силы взаимодействия соленоида 15 с магнитным стержнем 9;

i - ток соленоида 15; Сигнал, пропорциональный весу бюксы 3 с пылью ( G), через переключатель 43 реле 52 подается на первый вход дифференциального блока

1346971

44, на второй вход которого подается опорный сигнал, пропорциональный весу бюксы G kei (без пыли). В результате на выходе блока 44 вырабатьшает- ся сигнал, пропорциональный весу пы-, ли, осажденной на фильтре 5:

Gn - i) .

(6)

Этот сигнал подается на первый вход дифференциального блока 57, на второй вход которого подан сигнал, пропорциональный максимальному значению прироста фильтра 5. Сигнал на выходе блока 57 характеризует запас по возможному приросту веса пыли на фильтре 5.

Для выполнения второй операции

сигнал с выхода дифференциального

блока 44 подается также на вход делимого блока 55 деления. Блок 55 определяет концентрацию пыли П (мг/л) путем деления сигнала, пропорционального весу G,,, пыли, на сигнал,

пропорциональный объему V контролируемой среды:

П

Gn

2k IY - io

V

(7)

0 - 5

После выполнения операции деления сигнал с выхода блока 55, пропорциональный концентрации пыли, фиксируется на индикаторе 59,

5 Назначение этапа анализа запаса прироста веса пыли на фильтре состоит в том, чтобы организовать циклы работы системы. Система имеет два цикла: малый, при котором череду0 ются операции продувки среды и измерения прироста веса пыли на фильтре до. начала регенерации, т.е, без из- менения направления потока среды и большой, при котором чередуются опе5 рации изменения направления продувки среды через систему по сигналу исчерпания запаса прироста веса пыли и начала регенерации отработанного фильтра, Мальш цикл организуется при

0.помощи реле 42 времени, большой цикл при помощи реле 52 изменения направления потока контролируемой среды. Если прирост веса пыли в процессе его измерения не превышает макси5 мально допустимого значения, то сигнал запаса прироста удерживает реле 52 в отключенном состоянии и происходит повторение малого цикла: продувка - измерение.

Если сигнал прироста веса пыли превысит максимально допустимое значение, то на выходе блока 57 появляется сигнал, который переводит электронный ключ 58 в состояние логической единицы, включающей обмотку реле 52, переводящего все свои переключатели в. противоположное положение переключатель 23 размыкается, переключатель 24 замыкается, переключатели 45 и 46 переключают входы блока 54, переключатель 47 переводит вентиль 49 и 50 в закрытое состояние, а вентили 48 и 51 в открытое состояние.

Таким образом блоки 1 и 2 измерения приращения веса меняются ролям блок 1 переводится в режим регенерац фильтра, а блок 2 -.в режим отбора пыли и переходит к повторению большого цикла.

Изобретение обеспечивает повьшшни точности измерения концентрации пыли за счет полного прижатия бюксы с фильтром к уплотнительному кольцу во время продувки фильтра.

Формула изобретения

Автоматическая система измерения концентрации пыли, содержащая параллельно соединенные блоки измерения приращения веса фильтра, каждый из которых выполнен в виде индуктивного преобразователя и соленоида, размещенных с наружной стороны патрубка с отверстием внизу, в котором размещена с размещенным внутри фильтром бюкса с магнитным стержнем, установленным в зоне действия соленоида, и с металлическим кольцом, находящимся в зоне действия индуктивного преобразователя, соединенного с регулятором тока, измеритель объема анализируемой среды, установленный на выходе блока измерения приращения веса фильтра и выполненный в виде соединенных последовательно по ходу потока идентичных блоку измерения . приращения веса фильтра цилиндрических патрубков, в которых размещены

10

:и 20

15

46971«

поплавки с магнитными стержнями, блок управления последовательностью операций с электронным ключом, под- , g ключенным к управляющему входу реле, первая группа контактов которого установлена в линии подключения соленоидов блока измерения приращения веса к входу дифференциального блока, соединенного с первым входом блока деления, а вторая группа контактов этого реле размещена в цепи управления переключателем направления потока контролируемой среды, побудитель расхода и источник электропитания, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения, блок измерения приращения веса фильтра дополнительно содержит уплот- нительное кольцо, установленное в нижнем отверстии патрубка, а система снабжена усилителями тока соленоидов, установленными на выходе регуляторов тока индуктивных преобразователей 25 блока измерения приращения веса фильтров, вторым и третьим дифференциальными блоками, интегратором, подключенным входом к выходу второго дифференциального блока, а выходом - к второму входу блока деления, выход первого дифференциального блока дополнительно соединен через третий дифференциальный блок с входом электронного ключа, и реле времени, первая и вторая группа контактов которого включены соответственно в цепь переключения направления тока соленоидов блока измерения приращения веса фильтра и в цець возбуждения автоколебаний бюксы с фильтром, а третья группа контактов реле времени установлена в цепь запуска побудителя расхода, при этом третья и четвертая группы контактов реле блока управления размещены в цепи подключения соленоидов измерителя объема анализируемой среды к соответствующим входам второго дифференциального блока, а пятый замыкающий и шестой размыкающий контакты реле блока управления подключены параллельно соответствующим усилителям тока.

30

35 i

40

45

50

Изобретение относится к техни- ческой физике, в частности к автоматической системе измерения концентрации пыли, может быть использовано в микроэлектронике и позволяет повысить точность измерения и автоматизировать операции очистки фильтра от пыли. Система содержит блоки 1, 2 измерения приращения веса фильтра, выполненные в виде бюкс (Б).3,4 с помещенными в них фильтрами 5, 6. Б 3, 4 расположены в цилиндрических патрубках (ЦП) 7, 8. Б 3, 4 снабжены магнитными стержнями (МС) 9, 10 с металлическими кольцами 11, 12, расположенными в зоне действия индуктивных преобразователей (ИП) 13, 14, установленных (Л со 4; а: со