Устройство для приготовления газовых смесей Советский патент 1990 года по МПК G01N30/88 

05 СП

а

Изобретение относится к газовому анализу. Целью изобретения является повышение точности приготовления градуировочных газовых смесей в автоматическом режиме, а также расширение функциональных возможностей за счет создания искусственных атмосфер заданного состава с их одновременной аттестацией. В устройство, содержащее детектор, усилитель, счетчик импульсов, дешифратор, блок ключей, аттенюатор, регистратор, введены дифференциатор, пиковый детектор, сумматор, компаратор, источник постоянного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, распределитель, блок регистров памяти, блок широтно-импульсных модуляторов, блок электропневмоклапанов, таймер, пробоотборник, распределительная колонка, блок баллонов. Принцип действия устройства состоит в использовании итерационной процедуры периодического разделения проб газовой смеси, находящейся в ресивере, количественного анализа отбираемых проб, определения количеств компонентов, которые необходимо добавить в ресивер для получения в нем смеси заданного состава, и добавления в ресивер компонентов в количествах, пропорциональных вычисленным, с помощью электропневмоклапанов, открывающихся на необходимые временные интервалы. 1 ил.

Изобретение относится к газовому анализу и может быть использовать дш приготовления градуировочных газовых смесей, а также искусственных атмосфер заданного состава.

Целью изобретения является повышение точности приготовления градуи- ровочных газовьрс смесей.в автоматическом режиме, а также расширение .функциональных возможностей-за счет создания искусственных атаосфер заданного состава с их одновременной аттестацией.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство состоит из блока баллонов, состоящего из-п баллонов 1.1, 1.2,...,1.п с компонентами приготавливаемой газовой смеси, блока электропневмоклапанов 2.1,2.2,...,2.п, ресивера 3, пробоотборника 4, распределительной колонки 5, детектора 6, усили геля 7, rawiepa 8, блока гпиротно- | мпульсл ых модуляторов 9.1,9.2,..., J9.n .(1 1№0 , блока регистров 10.1, |10.2,„..,10.п памяти, распределите- hn 11, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 12, регистратора 13, дифференцирующей схемы 14, пикового детектора 15, формирователя 16 импуль- ра, счетчика 17 имп льсов, дешифрато Ьа 18 блока 19 ключе, аттенюатора 0, сумматора 21, источника 22 ре- гулируемого напряжения, компаратора 23,

I Принцип действия устройства сое- гонт н использовании итерационной процедзфы периодического разделения проб газовой смеси, находящейся в ресивере, с ПОМ01ЧЫО пробоотборника 4, распределительной колонки 5.и детек- jTopa 6, количественного анализа отбираемых проб, определения количеств рсомпонечтов, которые необходимо доба |вить в ресивер с целью получения сме |си в нем заданного состава, и добав- |пения в ресивер компонентов в коли- |чествах, пропорциональных вычислен- |Ным, с помощью электропне:вмоклапанов открывающихся на необходимые временные интервалы.

Устройство работает следующим образом.

Вначале с помощью электропневмо- клапанов 2.1,... ,7..п, открывающихся на заранее устан овленное время, в ре

сивере 3 достигается первое приблилсе

ние требуемой эталонной смеси, состоящей из компонентов,находящихся в балло ках 1.1,...,1.п.

Если один из компонентов, к-й , взят за опорный, по сравнению с которым определяются концентрации остальных (п-1)-х компонентов, то в первом приближении смеси концентрации этих ()-х компонентов задаются заведомо меньшими необходимых. Задание концентраций осуществляется кодами, записьгааемыми в регистры 10,1,.., ...,10.п памяти. Затем включают тай- мер 8, задав в нем необходимое время хроматографического анализа. Таймер 8 включает пробоотборник 4, а также устанавливает в нуль счетчик 17 импульсов.

По ходу первого анализа анализируемая проба разделяется в колонке 5 после детектору 6 сигнал усиливается усилителем 7, дифференцируется дифференцирующей схемой 14 и опреде

ляется момент выхода вершины пика сигнала, соответствующего конкретному компоненту пробы, пиковым детектором 15. В этот момент формирователь 16 импульса формирует счетный импульс, подсчитываемый счетчиком 17 импульсов. Таким образом, код, снимаемый со счетчика 17, определяется числом вышедших к данному моменту пиков сигнала пикового детектора.

Код преобразуется дешифратором в единичный и через блок 19 ключей коммутирует аттенюатор 20. Коэффициенты передачи К...К аттенюатора выбирА- ются заранее равными необходимым концентрациям компонентов эталонной смеси, соответствующих последовательно ВЫХОДЯ1ЦИМ пикам сигнала пикового детектора. Сигнал с выхода аттенюатора поступает на инверсный вход сумматора 21, на прямой вход которого поступает сигнал с выхода усилителя 1, В момент выхода амплитуды К-го пика, соответствующего опорному компоненту пробы, сигнал l cj(, снимаемый с выхода усилителя 7, равен

V

(1)

где К - коэффициент градуировки цепи пробоотборник 4 - колонка 5 - детектор 6 - усилитель 7; ,- количество К-го компонента

в анализируемой пробе. Сигнал с выхода аттенюатора 20 при этом равен

.

(2)

где Kg - коэффициент передачи аттенюатора;

UQ - напряжение, поступающее на аттенюатор с источника 22 напряжения. На выходе сумматора сигнал равен

Ди к,х,,- .

(3)

в этот момент оператор подбирает с помощью регулируемого источника постоянных напряжений величину напряжения UQ, чтобы рассогласование ликвидировать и 0. Отсюда

о 1-;

(4)

Рассогласование оператор уменьшает на основании выходного сигнала

компаратора 23 (нуль-органа). После первого анализа оператор включает таймер 8 в автоматический режим. При ,этом по мере выхода в j-м цикле ите- I рационной процедуры приготовления эталонной смеси i-ro хроматографичес- кого пика сигнал на выходе усилителя 7 равен

16

и.

.М

(5)

где

Xjj.- абсолютная концентрация i-ro компонента пробы.

Сигнал Uq; с выхода аттенюатора при этом равен

с,

,

,

(6)

г Де Xgj - сигнал, соответствующий эталонной концентрации i-ro компонента пробы. Сигнал на выходе сумматора при

этом равен

UU; К(Х.- ) К,йХ., (7)

- количество i-ro компонен- которое, нужно добавить

При выборе коэффициента К в удовлетворянщим условию К 1, дым циклом концентраций компон тов подготавливаемой пробы пос но приближается к эталонным, з коэффициентами передачи аттеню ра 20.

Если пренебречь изменением в ресивере при единичном добав дозы компонентов (при достаточ 25 шом объеме ресивера), то итера ный процесс приготовления газов смеси описывается разностным ур нием

20

та,

в ресивер для достижения ЗО Х.П-ц1 Х-ГП +К(Х. -Х-ГП) его эталонной концентрации. . 5 IL-J .

Сигнал и; в момент выхода вершины i-ro пика (по команде, поступающей с формирователя 16 импульса) преобразуется аналого-цифровым преобразователем 12 в код N, j который, щзоходя через распределитель 11, запоминается в i-M регистре 10.i блока регистров .

Таким образом, по окончании j-ro анализа в i-м регистре-10.1 записывается код

35

19 эталонная концентраци понента Xj- (требуемая центрация в эталонной си);

iDJ концентрация на j ге итерационной проце уравнением вида .

т.е

40 (1-K)..

Это уравнение описывает перех ный процесс дискретного экспонен ального фильтра при единичном вх 45 ном сигнале. Следовательно, конц рация Xpj изменяется по дискрет рованной экспоненте, приближаясь величине Хд.

N; %К,ЛХ;,

(8)

да N коэффициент хфеобразователя

А1Ц1.

По окончании анализа таймер запускает ШИМ 9. При этом i-й ШИМ преобразует код в длительность импульса ;

; . , (9)

где К л. - коэффициент передачи DIHM.

Импу,;гьс, формируемый i-м ШИМ, открывает клапан 2.i блока клапанов на время сJ , что приводит к добавле- нию в ресивер 3 i-ro компонента в количестве

.; KiX;,

(10)

где К Р;

К„ 10

КкР,,

давление в i-м баллоне; коэффициент передачи газового клапана.

Следовательно, i-й компонент после j-ro цикла добавится в подготавливаемую смесь в ресивер в количест-. ве, пропорциональном его недостаче Д Х|. После этого таймер снова включает пробоотборник 4 и цикл анализа повторяется.

При выборе коэффициента К в (10), удовлетворянщим условию К 1, с каждым циклом концентраций компонентов подготавливаемой пробы постепенно приближается к эталонным, заданным коэффициентами передачи аттенюатора 20.

Если пренебречь изменением давлений в ресивере при единичном добавлении дозы компонентов (при достаточно боль- 5 шом объеме ресивера), то итерационный процесс приготовления газовой сме- смеси описывается разностным уравнением

5

0

35

19 эталонная концентрация компонента Xj- (требуемая концентрация в эталонной сме- си);

iDJ концентрация на j-м шаге итерационной процедуры, уравнением вида .

т.е

40 (1-K)..

Это уравнение описывает переходный процесс дискретного экспоненциального фильтра при единичном вход- 45 ном сигнале. Следовательно, концентрация Xpj изменяется по дискретизи- рованной экспоненте, приближаясь к величине Хд.

Для того, чтобы концентрация опор- 50 «ото компонента Х, не изменялась в : этом итерационном процессе, управление соответстмующим клапаном блокируется путем блокировки записи соответствующего кода NK-B регистре 10.К JJ памяти с использованием стандартных цепей управления регистрации памяти. Регистратор 13 регистрирует процесс анализа и приготовления эталонной газовой смеси.

Устройство позволяет повысить производительность труда на предгфиятиях г|це готовят градуировочные газовые и искусственные атмосферы за С|чет проведения процесса приготов- Л|ения в автоматическом режиме. Кро- Ие того, не затрачивается труд хрома- т|ографистов на проверку качества смеси, а также повьйчается качество при- готовленных смесей за счет того, что исключаются субъективные ошибки, и вследствие применения автоматической коррекции состава смеси до тех пор, пока концентрация каждого из компо- нентов не будет соответствовать заданной. ,

1

ормула изобретения

Устройство для приготовления газо- смесей, содержащее последователь- ijo соединенные детектор и усилитель, формирователь импульса, выход fjoro соединен с первым входом счетчика импульсов, выход которого соеди- 1|ен с последовательно включенными де- и ифратором, блоком ключей выход которого соединен с первым входом атте- (юатора, регистратор, о тли ч а- 4 Щ е е с я тем, что, с целью повы- точности приготовления граду- йровочных газовых смесей в автоматическом режиме, а также расширения функциональных возможностей за счет создания искусственных атмосфер заданного состава с их одновременной . аттестацией, в устройство дополнительно введены последовательно соединенные дифференциатор и пиковый детектор, сумматор, компаратор, источник постоянного напряжения, аналого- цифровой преобразователь, распределитель, блок регистров памяти, блок широтно-импульсных модуляторов, блок

электропневмоклапанов, таймер, пробоотборник, распределительная колонка, блок баллонов, выходы которого соединены газовой линией с входами блока электропневмоклапанов, выходы КОТОР1ЛХ соединены газовой линией с входами ресивера, выход которого газовой линией соединен с входом пробоотборника, который соединен га- узовой линией последовательно с разделительной колонкой и детектором, выход усилителя соединен с входом диффренциатора, входом регистратора и прямым входом сумматора, выход которого соединен с входом компаратора и информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с информационными входами распределитепя, выходы которого соединены с входами блока регистров памяти, выходы которого соединены с информационными входами блока ши- ротно-импульсных модуляторов, выходы которого соединены с электрическими входами блока электропневмоклапанов, первый выход таймера соединен с управляющими входами блока широтно-им- пульсных модуляторов, второй выход таймера соединен с управляющим входом пробоотборника и управляющим входом счетчика импульсов, выход дифференциатора соединен с входом пикового детектора, выход которого соединен с входом формирователя импульса, выход которого соединен с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя и распределителя, выход источника постоянного напря/1сения соединен с вторым входом аттенюатора, выход . которого соединен с инверсным входом сумматора, выход компаратора является сигнальным входом устройства.