Рентгеноабсорционный анализатор серы в нефти и жидких нефтепродуктах Советский патент 1991 года по МПК G01N23/00 

Изобретение относится к устройствам для измерения концентрации элементов в органической жидкости, в основе действия которых лежит процесс взаимодействия радиоактивного излучения с анализируемым веществом, и предназначено для измерения содержания серы в нефти и нефтепродуктах.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия анализатора.

На фиг.1 представлена структурная схема анализатора; на фиг.2 - структурная схема.вычислительного устройства; на фиг.З - структурная схема блока ввода алгоритма; на фиг.4 - принципиальная схема реверсивного счетчика и коммутатора; на фиг.5 и 6 - принципиальные схемы блока ввода алгоритма и блока установки данных; на фиг.7 - схема арифметического блока.

Рентгеноабсорбционный анализатор серы содержит источник 1 излучения кад- мий-109, измерительную кювету 2, пропорциональный рентгеновский счетчик 3, блок 4 детектирования, амплитудный дискриминатор 5, блок б питания, реверсивный счетчик 7, таймер 8, генератор 9 тактовых импульсов, коммутатор 10, блок 11 установки данных, вычислительное устройство 12 и блок 13 индикации.

Выход амплитудного дискриминатора соединен с первым входом коммутатора 10, второй вход коммутатора 10 соединен с первым выходом таймера 8, третий вход коммутатора 10 - с первым выходом реверсивного счетчика 7, первый выход коммутатора 10с первым входом реверсивного счетчика 7, второй выход коммутатора 10 - с вторым входом реверсивного счетчика 7, третий вход реверсивного счетчика 7 соединен с первым выходом блока 11 установки данных, второй выход реверсивного счетчика 7 - с первым входом вычислительного устройства 12, четвертый вход реверсивного счетчика 7 - с первым выходом вычислительного устройства 12, вход блока 11 установки данных соединен с вторым выходом вычислительного устройства 12, второй выход блока 11 установки данных - с вторым входом вычислительною устройства 21, третий вход вычислительного устройства соединен с вторым выходом таймера 8, четвертый вход вычислительного устройства 12 - с выходом генератора 9 тактовых импульсов и входом таймера 8, третий выход вычислительного устройства 12 - с входом блока 13 индикации, вход таймера 8 соединен с выходом генератора 9 тактовых импульсов и четвертым входом вычислительного устройства 12.

Вычислительное устройства 12 (ВЧ, фиг.2) содержит блок 14 ввода алгоритма (БВА), первый вход которого соединен с вторым выходом таймера 8 и является третьим входом ВЧ, второй вход блока 14 ввода алгоритма соединен с выходом генератора 9 тактовых импульсов и является четвертым входом ВЧ, первый выход блока 14 ввода алгоритма соединен с четвертым входом реверсивного счетчика 7 и является первым выходом ВЧ, второй выход блока 14 ввода алгоритма соединен с входом блока 11 установки данных и является вторым выходом ВЧ, третий выход блока 14 ввода алгоритма соединен с первым выходом арифметического блока 15, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 11 установки данных и является вторым входом ВЧ, третий вход арифметического блока 15, соединен с вторым выходом реверсивного счетчика 7, и является первым входом ВЧ, выход арифметического блока 15, который является третьим выходом ВЧ, соединен с блоком 13 индикации.

Блок ввода алгоритма (фиг.З) содержит триггер 16 управления, схему И 17, счетчик 18 команд, распределитель 19 команд, формирователь 20 стробирующего сигнала и формирователь 21 разрешающего сигнала. Первый вход триггера 16 управления является первым входом БВА, второй вход триггера 16 управления соединен с четвертым

выходом распределителя 19 команд, первый выход триггера 16 управления - с первым входом схемы И 17, второй выход триггера 16 управления - с вторым входом счетчика 18 команд, второй вход схемы И 17

является вторым входом БВА. Выход схемы И 17 соединен с первым входом счетчика 18 команд и входом формирователя 20 стробирующего сигнала, первый выход счетчика 18

команд соединен с вторым входом распределителя 19 команд, второй выход счетчика 18 команд - с входом формирователя 21 разрешающего сигнала, выход которого соединен с третьим входом распределителя 19

команд, выход формирователя 20 стробирующего сигнала соединен с первым входом распределителя 19 команд, первый и второй выходы распределителя 19 команд являются соответственно первым и вторым выходами БВА, третий выход распределителя 19 команд является третьим выходом БВА.

Анализатор работает следующим образом,

Предлагаемый анализатор позволяет

быстро измерить истинное значение фона NCJ непосредственно перед анализом каждой пробы. Для этого источник радиоактивного излучения изолируется от пропорционального счетчика с помощью

свинцового экрана, который помещается между источником и счетчиком. Перед началом измерения фона по команде Сброс анализатор приводится в состояние готовности. На кодовом переключателе блока 11

установки данных устанавливаются нули. По команде Пуск таймер 8 выдает сигнал начала измерения, который с первого выхода поступает на второй вход коммутатора 10 и обеспечивает прохождение импульсов

в реверсивный счетчик 7, Одновременно по команде Пуск вырабатывается сигнал записи содержимого переключателя (первый выход блока 11 установки данных) в реверсивный счетчик 7 по третьему входу. Нулевое состояние реверсивного счетчика 7 формирует сигнал (первый выход), который поступает на третий вход коммутатора 10 и открывает первый выход для прохождения на первый вход реверсивного счетчика измеряемых импульсов фона для суммирования. После окончания времени экспозиции, равного 100 с, таймер 8 вырабатывает сигнал, который поступает на второй вход коммутатора 10 и блокирует прохождение импульсов на первый вход реверсивного счетчика 7. Набранное в счетчике 7 число импульсов высвечивается на цифровом табло, после чего свинцовый экран убирают. Полученное значение фона устанавливается на кодовом переключателе фона блока 11 установки данных. Быстрое изме- рение и коррекция естественного фона перед каждым анализом позволяет повысить точность определения концентрации серы. Величина фона записывается с помощью блока 11 установки данных в память реверсивного счетчика 7 по третьему входу. Импульсы No, соответствующие интенсивности источника гамма-излучения при пустой кювете, или импульсы N, соответствующие гамма-излучению, про- шедшему через пробу, с выхода амплитудного дискриминатора поступают на первый вход коммутатора 10, который передает эти импульсы с второго выхода на второй вход реверсивного счетчика 7. По этому входу происходит вычитание записанного в реверсивный счетчик 7 импульсов фона. После компенсации импульсов фона реверсивный счетчик 7 переходит через нулевое состояние и вырабатывает сигнал, который с пер- вого выхода реверсивного счетчика 7 поступает на третий вход коммутатора 10. По этому сигналу коммутатор 10 переключает сигнал с вычитаемого второго входа реверсивного счетчика на первый вход сложения, и импульсы с первого выхода коммутатора 10 поступают на первый вход реверсивного счетчика 7. Время ti 12, в течение которого ведется набор импульсов реверсивным счетчиком 7 в режиме вычитания фона и сложения, определяется таймером 8. В момент ti с первого выхода таймера 8 поступает сигнал, по которому коммутатор 10 подключается к второму входу реверсивного счетчика 7. В момент t2, соответствующий окончанию экспозиции, сигнал с таймера 8 блокирует прохождение импульсов на реверсивный счетчик 7. После окончания таймерного времени анализатор переходит в режим обработки полученной информации. Б режиме автоматической обработки информации используются реверсивный счетчик 7, блок 11 установки данных, блок 14 ввода алгоритма, арифметический блок 15. таймер 8 и генератор 9 тактовых импульсов. В этом случае структурная схема устройства и его работа реализуют вычисление концентрации серы с помощью выражения

-М, (1)

р N - Мф где р - плотность углеводорода, г/см°

.3.

No,N - число зарегистрированных гам- ма-кзэнтов при отсутствии пробы и прошедших через нее за время экспозиции соответственно;

N ф- число импульсов фона;

Ki,K- калибровочные коэффициенты.

Реверсивный счетчик осуществляет регистрацию импульсов, пропорциональных числу гамма-квантов, поступающих от радиоактивного источника кадмия-109 и окру- жагащего фона Ыф. Применение реверсивного счетчика позволяет вычитать импульсы фона Ыф из числа импульсов, зарегистрированных реверсивным счетчиком при отсутствии пробы No и при наличии пробы N, т.е. N0-, Ы-Ыф.

.Таким образом, реализуется часть выражения (1). Вводятся обозначения:

No - No1,(2)

N- N1(3)

Введенные обозначения используются в выражении (1), которое принимает вид

Ki

Ni

Р м1 (4)

Выражение (4) используется в предлагаемом анализаторе автоматического вычисления концентрации серы. Значения величин KL К, р , N01 и Nф в анализатор с помощью блока установки данных. Причем значение фона Ыф поступает непосредственно на информационные входы реверсивного счетчика. Блок ввода алгоритма вырабатывает определенную последовательность команд, с помощью которых в арифметический блок вводятся величины Ki, К, р, No1 и N1 и осуществляют математические действия в соответствии с выраже- нием (4). Вычислительное устройство вычисляет концентрацию серы в процентах. Полученный результат выводится на цифровую индикацию.

Время, затрачиваемое анализатором на счет импульсов N-Мф и автоматическое вычисление концентрации в пробе углеводорода составляет 120 с.

Таким образом, изобретение позволяет повысить,точность и экспрессность анализа

за счет оптимальной для данного типа измерений процедуры измерения и учета фона, а также автоматической обработки результатов измерений и вычисленной искомой величины.

Рассмотрим кратко работу анализатора по принципиальным схемам.

В исходном состоянии реверсивного счетчика (фиг.4) на счетных выходах D7-D12 присутствует логический О, на выходах D1- D3 -логическая 1, на выходе 04.1 -логическая 1, на выходе Q D6.1 - логическая Г, на выходах 1-10 D13-D18 и входах 019- D28 - логическая 1, на выходах 019- D28 - логический О, на входах D29-D38 - логическая 1, Работа реверсивного счетчика начинается по команде Пуск, С момента пуска вырабатывается сигнал Запись, который поступает на вход С младших разрядов D7-D9, и двоично-десятичный код фона Мф, установленный на информационных входах 1-4, заносится в эти счетчики, Со счетных выходов D7-D9 записанный код N(| устанавливается на входах D1-D3. Таймер 8 вырабатывает сигнал Разрешение, который поступает на второй вход D4.2 м определяет начало счета, В начале счета реверсивный счетчик работает на вычитание количества импульсов, соответствующих импульсам фона . Состояние счетчиков D7-D9 контролируется схемой оыделения нулевого состояния D1-D3, D4.1-D5.1. При N ф высокий потенциал сигнала Разрешение открывает по второму входу D4.2, на первый вход которой поступают счетные импульсы N с амплитудного дискриминатора 5. С выхода D4.2 счетные импульсы проходят через D5.3 по второму входу на вычитающий вход 7 счетчика D7, При реверсивный счетчик переходит в режим суммирования. В этом случае на счетных выходах D7-D9 устанавливается логический О, на выходах D1-D3 - уровень логической 1, который через D4.1 переключает по первому входу D5.1. С выхода D5.1 перепад напряжения с высокого уровня на низкий переключает D6.1. В результате на выходе QD6.1 устанавливается низкий уровень напряжения, который закрывает D5.3, а высокий уровень напряжения с выхода О, открывает 05,2 для фохождения счетных импульсов на сумми- оующий вход 0,7. Импульсы, поступающие на вход счетчика в процессе суммирования, ме несут фоновых импульсов, поэтому они обозначены через N , Во время счета импульсов информация со счетных выходов реверсивного сметчика поступает на элемен- гы D13-D18, с помощью которых осуществляется преобразование двоично-десятичного

кода в десятичный. После окончания времени счета, равного 100с, заканчивается действие сигнала Разрение. На втором входе D4.1 устанавливается логический О, который блокирует прохождение счетных импульсов. Анализатор переходит в режим автоматического вычисления.

8 режиме автоматического вычисления используются блок 14 ввода алгоритма,

0 блок 11 установки данных и арифметический блок 15,

В исходном состоянии блока 14 ввода алгоритма (фиг,5) на выходе Q триггера управления 06,2 присутствует логический О,

5 на выходе 039.3 -логическая 1, на первом и втором выходах 041 - логический О, на выходе D42.1 - логический О, на выходе D42.3 и D42.4 - логическая 1, на выходах 1-39 D43-D45 - логическая 1.

0 В режиме автоматического вычисления на вход S D6.2 поступает команда Автоматическое вычисление (АВ). На выходе Q D6.2 устанавливается уровень логической , который открывает схему D39.1 по пер5 вому входу для прохождения по второму входу импульсов с генератора 9 с частотой f 2 Гц на вход С1 счетчика команд 040, Каждый импульс, поступающий на 040, является командой для организации вычисле0 иия алгоритма выражения (4). Порядковый номер очередной команды преобразуется в двоичный код и с выходов D40 параллельно поступает на входы элементов D43-D45. Одновременно команда с выхода 039.1 по5 ступает на второй вход D39.2 формирователя 20 стробирующего сигнала, С помощью этого формирователя входной сигнал задерживается по переднему фронту на время т - 0,3 RC, необходимое для установки

0 кодовых потенциалов на входах D43-D45, и поступает на входы W0 для стробирования входного кода. Выбор элемента распределителя команд для записи входного кода определяется присутствием сигнала Раз5 решение 1 (Р1), Р2 или РЗ, соответствующего логическому О, на одном из входов WiD43-D45, который формируется элементами 041-039.4 и D42.1-D42.4. Сигнал Р1 на втором входе элемента 043

0 определяется при установке анализатора а исходное состояние в начале измерений, В этом случае уровни логического О с выходов 041 после инвертирования на D39.4 и D42.2 поступают на входы 042.1 как логиче5 ские 1, и на выходе 042.1 поддерживается логический О для преобразования двоичного кеда команд на первых 16 выходах дешифраторов 043-045. С приходом 16-го импульса на вход С1 040 сигнал Р1 заканчивается и вырабатывается сигнал РЦ, который по четвертому входу открывает D44 для преобразования двоичного кода команд на вторых шестнадцати выходах. 8 этом случае с четвертого выхода D40 логическая 1 переключает 041 по входу С1 и на его первом выходе устанавливается высокий уровень, который после инвертирования на D39.4 переключает D42.1 по первому входу, и на выходе устанавливается логическая 1. Одновременно логическая 1 с первого выхода D41 поступает на второй вход D42.3, а с второго выхода D41 логический О через инвертор 042,2 как логическая 1 поступает на первый вход D42.3 и на его выходе устанавливается логический 0, соответствующий сигналу РЦ. С приходом 32-го им- пульса на 040 логическая 1 с его четвертого выхода переключает D41. На первом выходе D.41 логический О инвертируется на D39.4, и высокий уровень устанавливается на первом входе 042,4. Логическая 1 с второго выхода 041 переключает элемент 042.4 по второму входу, и на его выходе устанавливается сигнал РЗ для преобразования кода в D45. Каждая команда после преобразования устанавливает логический О на определенном выходе D43-D45. Этот сигнал определяет действие данной команды и последовательность вы- пол нения, установленную распределителем команд.

Распределение команд распределителем 19 производится в соответствии с программой вычисления выражения (4).

С первого выхода распределителя 19 команд команда поступает на четвертый вход реверсивного счетчика 7 для его поразрядного опроса. Команды опроса устанавливаются на выходах 8-13 элемента D44 и поступают на входы W преобразователей D13-D18, Выходы однозначных чисел преобразователей соединены с входами соответствующих схем ИЛИ D19-D28, выходы последних соединены с входами D29-D38, По командам Опрос последовательно опрашивается каждый разряд. Десятичный код разряда поступает на соответствующую схему ИЛИ с последующим инвертированием на D29-D38. С выходов инверторов информация поступает в вычислительное устройство.

С второго выхода распределителя 19 команд команды поступают на блок 11 установки данных, в который перед началом анализа предварительно занесены значения величин No1, Ki, К, р. В процессе автоматического вычисления команды, поступающие в блок установки данных в определенной последовательности, поразРЙДНО вводят в вычислительное устройство 12 значения N0, KL К, р.

Блок установки данных состоит из кодовых переключателей П1 П5, схем ИЛИ D46- D85 и инверторов D86-D126.

Переключатель П1 предназначен для установки числа импульсов No и имеет шесть десятичных разрядов, переключатели П2-П4 предназначены для установки KL

К, р соответственно и имеют по пять десятичных разрядов и запятой, переключатель П5 предназначен для установки фона Мф и имеет три десятичных рззряда. Переключатели П1-ПЧ - линейного типа, переключатель П5 - с двоично-десятичным преобразованием кода. Разряды переключателей подключены к соответствующим выходам D43-D45. Уровень логического О на определенном выходе D43-D45 разрешэет псохождение потенциала на переключатель. Например, при поступлении первой команды на элемент 043 на его первом выходе возникает импульс логического О и устанавливается на переключателе П1 шестого разряда числа N01. 8 зависимости от положения переключателя, определяющего выбор контакта от О до 9, соответствующего установленному на нем числу, на выходе разряда устанавливается уровень

логического О и поступает на вход той схемы ИЛИ () которая объединяет однотипные контакты данного числа разрядов переключателя. На каждый переключатель приходится по десять схем ИЛИ.

Число входов схем ИЛИ определяется количеством разрядов переключателя. С выхода схемы ИЛИ логическая 1 поступает на вход одного из инверторных элементов D86-D126, обладающих высокой нагрузочной способностью. Одноименные разряды десятичных чисел объединены на выходах этих элементов по схеме монтажного ИЛИ. Численное значение разряда, в нашем случае шестого, как логический О поступает

на соответствующий вход вычислительного устройства 12. Переключатель П5 преобразует десятичный код в двоично-десятичный код 1-2-4-8, который поступает непосредственно на потенциальные входы реверсивного счетчика 07-09.

С третьего выхода распределителя 19 команд команды поступают в арифметический блок 15 для осуществления математических действий над вводимыми

величинами.

После выделения последней команды распределитель 19 команд вырабатывает сигнал Стоп, который с выхода 39 045 переключает по второму входу триггер 16

управления, выполненный на элементе D6.2, и логический О на выходе Q этого триггера блокирует прохождение импульсов с генератора 9 через схему И15, выполненную на D39.1, на счетчик команд D40. Логическая Г на выходе Q D6.2 устанавливает D40 и D41 в исходное состояние.

Арифметический блок 15 (фиг.7) состоит из инверторов D127-D146, схемы электронных ключей D147-D162 и вычислительного элемента D163. Выходы 1-10 D29-D38 реверсивного счетчика и выходы 11-20 блока установки данных объединены на входах 1-10 D127-D136 арифметического блока, образуя схему монтажного ИЛИ, С выхода одного из элементов D127-D136 десятичный код числа в виде логической 1 поступает на вход электронного ключа, который посредством монтажного И (шины1 -9) замыкает соответствующие входы D163 м обеспечивает ввод числа в вычислительный элемент.Команды математических действий с выходов 21-30 (фиг.5) поступают на входы 11-20 элементов D137-D146 и с их выходов с помощью электронных ключей и монтажного И в D163, С выходов вычислительного элемента информация выводится на блок 13 индикации, Показание цифрового индм- катора соответствует содержанию серы в пробе и выражается в процентах с точностью 1 .

Таким образом производится определение концентрации серы в пробе,

Формула изобретения

Рентгеноабсорбционный анализатор серы в нефти и жидких нефтепродуктах, включающий источник излучения кадмий109, измерительную кювету, яоследователь- но соединенные пропорциональный рентгеновский счетчик, блок детектирования, амплитудный дискриминатор, а также блок

питания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия анализатора, в него дополнительно введены коммутатор, реверсивный счетчик, блок установки данных, вычислительное устройство, блок индикации, таймер, генератор тактовых импульсов, причем выход амплитудного дискриминатора соединен с первым входом коммутатора, второй вход коммутатора соединен с первым выходом

таймера, третий вход коммутатора соединен с первым выходом реверсивного счетчика, первый выход коммутатора соединен с первым входом реверсивного счетчика, второй выход коммутатора соединен с вторым входом реверсивного счетчика, вход блока установки данных соединен с вторым выходом вычислительного устройства, первый выход блока установки данных соединен с третьим входом реверсивного

счетчика, второй выход блока установки данных соединен с вторым входом вычислительного устройства, второй выход реверсивного счетчика соединен с первым входом вычислительного устройства, третий вход

вычислительного устройства соединен с вторым выходом таймера, четвертый вход вычислительного устройства соединен с выходом генератора тактовых импульсов и входом таймера, первый выход вычислительного устройства соединен с четвертым входом реверсивного счетчика, третий выход вычислительного устройства соединен с блоком индикации.

Изобретение относится к устройствам для измерения концентрации элементов в органической жидкости, в основе действия которых лежит процесс взаимодействия радиоактивного излучения с анализируемым веществом, и предназначено для измерения содержания серы в нефти и нефтепродуктах. Цель изобретения является повышение точности и быстродействия анализа. Устройство содержит источник гамма-излучения кадмий-109, измерительную кювету для пробы, блок детектирования с пропорциональным счетчиком, усилитель, амплитудный дискриминатор, коммутатор, реверсивный счетчик, аычислительный блок, блок установки данных, блок индикации, таймер и генератор тактовых импульсов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство реализует оптимальную для проводимого типа измерений процедуру учета фона, а также быстрое вычисление измеряемой величины с помощью вычислительного блока. Выходы коммутатора подсоединены к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика, один из выходов которого подсоединен к входу управления коммутатора. Значение фона измеряется перед анализом каждой пробы, затем это значение, наряду с другими начальными данными, заносится в блок установки данных. При анализе пробы значение фона переносится в реверсивный счетчик, а импульсы блока детектирования через коммутатор подаются на вход вычитания, после зануления реверсивный счетчик переключает коммутатор и остальные импульсы блока детектирования подаются на вход сложения. 7 ил. s Ј Os 00 о 00

У

Фиг, 1

Фиг. 2

Фиг.З

Т

ВыхоЗ на бычислигпельное ус/пройс/л$о-йых.2 Щи г. 4

iВход 2

Фиг. 5

Ш,

6Р

Г

Ш)ЬШЬЬ$ б№

П1

№

бййййййййй :

2

Выходы команд „ОПРОС на S13-DI8

Команды

S математически к действий

П2

.1

тГ

/73

nit

Я

П5

иъ

Пизе

и5ш //

:

т

22

б№

I

Б-i

&//./

ВыхГЗО

П

)55

/10-

, I

3Б-Б«1 J

Б

у §

§ I I

«о

ИьиЙО

D/25 № U

№7

Фиг. 6.