Устройство для измерения концентрации пыли в воздухе Советский патент 1989 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения концентрации ныли и может быть иснользовано для контроля загряз-, ценности окружаю01ей среды.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых концентраций и повышение точности измерения за счет обеспечения адаптивных режимов преоб-jg разования информации и очистки пьезоэлектрического элемента.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

После указанного программирован счетчиков таймера 11 подается кома да Пуск. Начинает работать ПИЧК5 Микроэвм 10 контролирует код выходах буфера 6 и вводит в регист

Устройство содержит чувствитель- fs 12 значение (l, двоичный

ный элемент в виде пьезоэлектрического цилиндра I, задающий колебательный контур 2 чувствительного элемента, источник 3 постоянного напряжения, аналоговый ключ 4, преобразователь 5 20 изменения частоты колебательного контура в код (ПИЧК), буфер 6, RS-триг- гер 7, элемент ИЛИ 8, задающий генератор 9, микроэвм 10, программируемый таймер 1, запоминающий регистр 25 12, компаратор 13 и схема И 14.

Устройство работает следуюпщм образом.

До команды Пуск все позиционные элементы схемы (триггеры, счетчики) ЗО находятся в нулевом состоянии и на пьезоэлектрический цилиндр 1 не поступает высокое напряжение. В программируемый таймер 11 вводится управляющая программа.

Программируемый таймер 11 содержит три счетчика. Первый и третий счетчики служат для измерения верхних значений концентрации, а первый и второй счетчики - для измерения ниж- 0 них значений концентрации пыли по информативному параметру - времени осаяс- дения определенной массы пьши на чувствительный элемент.

35

код, соответствующий, например, зн чению 100 бит ). Отдельным разрядом вводится в регистр 12 управляющий сигнал. В этом случае после ввода в регистр 12 указанного кода выход компаратора 13 устанавливается в а по положительному перепаду управ ющего выходного сигнала регистра опрокидывается RS-триггер 7 и срабатывает схема И 14. В результате этого снимается блокировка со всех счетчиков программируемого таймера II и производится замыкание ключа в результате чего высокое напряжен от источника подается к внешней ст ке пьезокерамического цилиндра.1, Под изменением массы пьезокерамиче кого цршиндра 1 за счет осевщих пы нок меняется частота его колебаний а соответственно и код на выходе преобразователя 5. Этот код ЛИ; со ветствует изменению на f ; собстве Hoii частоты колебательного контура 2. По мере увеличения массы осевши пылинок он приближается к значению кода , установленному на выходе регистра 12, Установочное значение кода М д выбирается исходя из задан ной точности в определении концент рации пили. С момента подачи высоко напряжения на пьезоэлектрический ци линдр 1 начинается и отсчет времени осаждения на его внутренние стенки дозированной массы пылинок. Снимает ся блокировка со всех управляющих входов счетчиков программируемого таймера 11, В начале процесса осажд ния начинает заполняться импульсами от генератора 9 первый его счетчик Работа программируемого таймера 11 и устройства в целом сувдественно от личается в зависимости от того, в каком поддиапазоне измерения находи ся анализируемая концентрация пыли.

Для режиме измерения на высоких концентраций первый и второй счетчики программируемого таймера 11 программируются с коэффтщентом деления , а третий счетчик .используется только как счетчик событий - в данном случае в качестве счетчика переменного числа п цигшов измерения поддиапазона верхних значений концентрации пьши. В диапазоне нижних значений концентрации пыли измерение концентрации С j,-производится за один цикл, а во втором диапазоне измерение С л производится за п циклов.

58 2

До команды Пуск подача импульсов от задающего генератора 9 на счет- ньш вход первого счетчика таймера 11 блокирована путем подачи на первый управляюишй вход таймера логического сигнала низкого уровня от элемента ИЛИ-В, При этом блокированы второй и третий счетчики таймера 11.

После указанного программирования счетчиков таймера 11 подается команда Пуск. Начинает работать ПИЧК5. Микроэвм 10 контролирует код на выходах буфера 6 и вводит в регистр

12 значение (l, двоичный

0 5

О

0

5

5

0

5

код, соответствующий, например, значению 100 бит ). Отдельным разрядом вводится в регистр 12 управляющий сигнал. В этом случае после ввода в регистр 12 указанного кода выход компаратора 13 устанавливается в 1, а по положительному перепаду управляющего выходного сигнала регистра 2 опрокидывается RS-триггер 7 и срабатывает схема И 14. В результате этого снимается блокировка со всех счетчиков программируемого таймера II и производится замыкание ключа 4, в результате чего высокое напряжение от источника подается к внешней стенке пьезокерамического цилиндра.1, Под изменением массы пьезокерамического цршиндра 1 за счет осевщих пыпи- нок меняется частота его колебаний, а соответственно и код на выходе преобразователя 5. Этот код ЛИ; соответствует изменению на f ; собствен- Hoii частоты колебательного контура 2. По мере увеличения массы осевших пылинок он приближается к значению кода , установленному на выходе регистра 12, Установочное значение кода М д выбирается исходя из заданной точности в определении концентрации пили. С момента подачи высокого напряжения на пьезоэлектрический цилиндр 1 начинается и отсчет времени осаждения на его внутренние стенки дозированной массы пылинок. Снимается блокировка со всех управляющих входов счетчиков программируемого таймера 11, В начале процесса осаждения начинает заполняться импульсами от генератора 9 первый его счетчик. Работа программируемого таймера 11 и устройства в целом сувдественно отличается в зависимости от того, в каком поддиапазоне измерения находится анализируемая концентрация пыли.

в первом поддиапазоне - поддиапазоне нижних концентраций анализ концентрации пьти проивзодится за один

1453258

цикл. После поступления в первьй счет- с значению и не з.еньшается чик количества ИМПУЛЬСОВ г. ШПП с течением времени. микроЭВМ 10 зачик количества импульсов на его выхеде вырабатывается короткий положительный импульс, возвращающий триггер 7 в исходное состояние. При этом блокируется управлягспщй вход третьего счетчика программируемого тайуера I1, первый вход элемента ИЛИ 8, а второй счетчик таймера программируемого получает приращение +1. При достижении N

uNj выхода ПИЧК

вращается в О. В результате этого выход схемы И 14 устанавливается в О, блокируется генератор 9 и элемент Ш1И 8, т.е. прекращается подача счетных импульсов на вход счетчиков программируемого таймера 1I. Одновременно этот момент является сигналом готовности, по которым микроэвм 10 осуществляет съем показаний третьего счетчика и в случае нулевого значения снимает показания первого и второго счетчиков програмьшруемого таймера 11, затем производит обраmi4K5 через буфер 6. При этом, как только /IN.Ov или становится близким к нулевому значению и не уменьшается

10

- .. .j i-iiiix V, UL i. IV/ J CL

дает временную паузу равную TI 1/V, где 1 - длина цилиндра 1; V - скорость движения пылинки, по истечении которой формируется конец цикла очистки. Тем самым гарантируется полное сдувание всех осажденных пылинок за пределы рабочего объема гщлиндра.

Начало следующего цикла измерения

1 дилла измерения

текущим значением 15 аналогично предыдущему. В регистр 12

ПМГТЯПЯ ТГХ П I А ЛР VrnO/ Тта ТТг лячя

осуществляется ввод const и управляющего сигнала высокого логического уровня, в результате чего приводятся в действие аналоптаным 20 образом все узлы устройства. Исключением является лишь то, что в случае, когда в процессе очистки в результате загрязнения чувствительного элемента 1 начальное значение кода на 25 выходе ПИЧК5 не достигло О, то и отсчет времени произойдет в последующем цикле с другой отметки, а это согласно программы, будет учтено мик- роЭВМ 10 при расчете концентрации

- г- - -f- « Jifi Hciv-4cie концентпапии

ботку данных в соответствии с форму- 30 пьши. В случае, когда загрязнение

ufK

Изад

QS

Т mi

где К - коэффициент размерности;

N,

зпд цифровой эквивалент значеm

ГТХ-1Т ,,, , -ir i

чувствительного элемента превьшает предусмотренные программой допустимые нормы - вырабатывается аварийный сигнал.

35 Для высоких концентраций пыли измерение производится за несколько циклов, разделенных циклами очистки. При этом срабатывает компаратор 13 и схема И 14 в тот момент, когда 40 первый счетчик программируемого таймера 11 не перешел точки переполнения. В этом случае третий счетчик программируемого таймера 11 получает приращение +1. МикроЭВМ по сигналу 45 готовности производит в соответствии с программой съем показаний счетчиков программируемого таймера 11 при чем сначала третьего, а затем второ- состояние третьего гчртим я

ся цикл очистки, в процессе которого gO °™ично от нуля, а второго сдуваются пыпь с внутренних стенокнулевое, то микроЭВМ 10 не ,цилиндра 1. Наряду с этиь, после окон- вает показания счетчиковГа чания съема данных микроЭВМ 10 засы- шает команды, ocyщecтвляющIie цикл

очистки, а затем последующий цикл 55 измерения и так до тех пор, пока не произойдет переполнение первого счет- чшса программируемого таймера I, а второй его счетчик зарегистрирует приращение +1,

ния 4f const;

-количество импульсов, зарегистрированных первым и вторым счетчиками таймера 11;

Т - период частоты следования

импульсов генератора 9; i S - массовая чувствительность

датчика.

С установкой в О выхода схемы И 4 размыкается ключ 4 и снимается подача высокого напряжения на пьезоэлектрический цршиндр 1 - начинаетлает в регистр. 12 нулевой иЛи близкий к нулю код заданного значения 4ад5 также управляющий сигнал нулевого логического уровня. В течение цикла, очистки микроЭВМ 1 О отслеживает уменьшение значения лИ, выходе

1453258

с значению и не з.еньшается с течением времени. микроЭВМ 10 заmi4K5 через буфер 6. При этом, как только /IN.Ov или становится близким к нулевому значению и не уменьшается

с значению и не з.еньшается с течением времени. микроЭВМ 10 за

- .. .j i-iiiix V, UL i. IV/ J CL

дает временную паузу равную TI 1/V, где 1 - длина цилиндра 1; V - скорость движения пылинки, по истечении которой формируется конец цикла очистки. Тем самым гарантируется полное сдувание всех осажденных пылинок за пределы рабочего объема гщлиндра.

Начало следующего цикла измерения

1 дилла измерения

аналогично предыдущему. В регистр 12

аналогично предыдущему. В регистр 12

ЛР VrnO/ Тта ТТг лячя

осуществляется ввод const и управляющего сигнала высокого логического уровня, в результате чего приводятся в действие аналоптаным образом все узлы устройства. Исключением является лишь то, что в случае, когда в процессе очистки в результате загрязнения чувствительного элемента 1 начальное значение кода на выходе ПИЧК5 не достигло О, то и отсчет времени произойдет в последующем цикле с другой отметки, а это согласно программы, будет учтено мик- роЭВМ 10 при расчете концентрации

« Jifi Hciv-4cie концентпапии

пьши. В случае, когда загрязнение

В этом цикле по концу измерения в) отличие от всех предыдущих циклов RS-триггер 7 устанавливается в О

целью расширения диапазона измеряемых концентраций и повышения точности измерения за счет обеспечения

и блокирует третий счетчик. МикроЭВМ g адаптивных режимов преобразования ин10 снимает показания всех счетчиков и производит вычисление концентрации пыли согласно формулы

формации и очистки пьезоэлектрическо- го элемента, устройство дополнительно снабжено программируемым таймером, элементом ИЛИ и запоминающим регист вГК

. N3,

ql:i7i i l %,

lOOO+m,-- количество импульсов,

зарегистрированных первым счетчиком; т . - показания третьего

счетчика, равного количеству циклов измерен- ния.

20 выходы запоминающего регистра соединены с вторыми входами компаратора, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй, вход элемента И и S-вход триггера соединены с

Формула изобретения

Устройство для измерения концентрации пыли в воздухе, содержащее задающий генератор, блок управления, элемент И, RB-триггер, чувствительный 25 управляющим выходом запоминающего ре- пьезоэлектрический элемент, выполнен- гистра, выход элемента.И подключен к ный в виде цилиндра и подключенный к

входу задающего колебательного контура, выход которого соединен с вхоуправляющим входам аналогового ключа, микроэвм и задающего генератора, а также к первому входу элемента ИЖ

дом преобразователя изменения часто- 30 и третьему счетному входу программи- ты колебательного контура в код, ис- руемого таймера, первый счетный вход точник пастоянного напряжения, выход которого соединен с выходом задающе- которого подключен к входу аналогово- го генератора, а второй счетный вход го ключа, выход которого соединен с чувствительным пьезоэлектрическим элементом, причем группа выходов преобразователя изменения частоты колебательного контура в код подключена к первой группе входов компаратора.

подключен к выходу программируемого 35 таймера и R-входу RS-триггера, выход которого соединен с третьим управляю- шдм входом таймера и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому и второму управляющим

отличающееся

тем, что, с 40 входам программируемого таймера.

целью расширения диапазона измеряемых концентраций и повышения точности измерения за счет обеспечения

g адаптивных режимов преобразования информации и очистки пьезоэлектрическо- . го элемента, устройство дополнительно снабжено программируемым таймером, элементом ИЛИ и запоминающим регист0 ром, а блок управления выполнен в виде микроэвм, шина данных которой соединена с выходами преобразователя изменения частоты колебательного контура в код и информационными входами

5 программируемого таймера и запоминающего регистра, а шина управления подключена к управляющим входам программируемого таймера и запоминающего регистра, при этом информационные

0 выходы запоминающего регистра соединены с вторыми входами компаратора, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй, вход элемента И и S-вход триггера соединены с

25 управляющим выходом запоминающего ре- гистра, выход элемента.И подключен к

и третьему счетному входу программи- руемого таймера, первый счетный вход которого соединен с выходом задающе- го генератора, а второй счетный вход

подключен к выходу программируемого таймера и R-входу RS-триггера, выход которого соединен с третьим управляю- шдм входом таймера и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому и второму управляющим

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения концентрации пыли и может быть использовано для контроля загрязненности окружающей среды. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых концентраций и по- вьшзение точности измерения за счет обеспечения адаптивных режимов преобразования информации и очистки пьезоэлектрического элемента. Устройство содержит программируемый таймер, буфер, элемент 1ШИ и запоминающий регистр. Клок управления выполнен в виде микроэвм, двунаправленная шина данных которой связана соответственно с выходами буфера, информационными двунаправленными входами программируемого таймера и с входа- ми запоминаюв1его регистра. Шина управления соединена соответственно с управляющими входами буфера, таймера и запоминающего регистра, при этом входы буфера соответственно соединены с входами преобразователя измене - ния частоты колебательного контура в код. Информационные выходы запоминающего регистра соединены с вторыми входами компаратора, выход-которого подключен к одному из входов элемента И, другой вход которого и вход R RS-триггера соединены с управляющим выходом регистра. Выход элемента И соединен с управляющими входами аналогового ключа, микроэвм п задающего генератора, с одним из входов яле- мента ИЛИ и с третьим счетным входом .таймера, первый счетный вход которо- го подключен к выходу задающего генератора, а второй счетный вход соединен со своим выходом и с входом S RS-триггера, выход которого подключен к третьему управляющему- входу таймера и к другому входу элемента ИЛИ, выход последнего соединен с первым и вторым управляющими входами таймера. В устройстве в процессе работы адаптивно без повышения частоты задающего генератора достигается расширение диапазона измерения в сторону высоких концентраций пыли, причем это осуществляется с той же заданной точностью. Кроме того, устраняется возможность повторного осаждения частиц на чувствительный элемент путем адаптивного регулирования длительности цикла очистки, а также учитьшает- ся (при вычислении) влияние остаточного осадка на чувствительный элемент. I ил. ID (Л 4 СП сд 00