ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛБНОЕ УСТРОЙС1 ДЛЯ ХРОМАТОГРАФА Советский патент 1968 года по МПК G06D7/00 F15C3/14 

Известны пневматические вычислительные устройства к хроматографам, содержащие формирователь импульсов, имитатор пиков, счетчик импульсов, дешифратор, блок запоминания макс 1мумов и командиый блок. Но эти приборы громоздки, а также не защищены от сбоев в случае появления ложных ииков.

Предложенное пневматическое вычислительное устройство к хроматографу отличается от известных тем, что содержит узел блокировки, выход которого соединен с выходным блоком. Вход узла блокировки соединен со счетчиком, который выполнен на преобразующем элементе и накопительной емкости, соединенных между собой через клапаны.

Такое выполнение счетчика позволяет упростить его конструкцию и расширить возможности использования при обработке многокомпонентных смесей, а введение узла блокировки новыщает надежность прибора.

Блок-схема прибора представлена на фиг. 1; на фиг. 2 - его приниипиальная схема.

Блоки предложенного устройства собраны на элементах как дискретной, так и непрерывной техники УСЭППА. При описании работы схемы приняты следующие обозначения: номер элемента состоит из римской и арабской цифр: римская цифра обозначает номер блока, в который входит элемент, арабская цифра - порядковый номер элемента в блоке.

Устройство содержит: формирователь импульсов /, преобразующий хроматографические пики в ирямоугольные единичные импульсы с длительностями, равными длительности инков; имитатор пиков // для ручной настройки устройства на выбор ключевых пиков; счетчик импульсов /// для определения порядковых номеров пиков хроматограммы; блок запоминания максимумов /К для вычисления высот хроматографнческих пиков; блок выбора пиков V для выдачи сигналов на запомииание вычислительных параметров пиков ключевых компонентов; блок оперативной памяти V для хранения вычисленных параметров ключевых пиков до окончания анализа; блок ввода коэффициеитов VII для умножения вычисленных параметров ключевых пиков на масщтабные и калибровочные коэффициенты, необходимые для дальнейщей совместной обработки (суммироваиие, определение соотношения и т. д.) вычисленных иараметров; вы.ходной блок VII для хранения параметров ключевых компонентов до поступления результатов последующего анализа и выдачи усиленных по мощности непрерывных иневматических сигналов, пропорцнональных параметрам пиков ключевых компонентов; узел блокировки IX для защиты от поступлепня на вы.ход устройства искаженной хроматографической информации; комаидиый блок X для уиравления работой вычислт-ельного устройства. Схема работает следуюидим образом. Входной иневматический сигнал РВХ с хроматографа поступает одновременно иа формирователь импульсов / и на блок запоминания максимума IV. Формирователь импульсов / состоит из элемента сравнения (ЭС-3) /-/, универсальнь1х реле (Р-ЗН) 1-2 и 1-3, переменного дросселя (ДПШ) 1-4, задатчика 1-5, постоянного дросселя 1-6 и имеет два выхода 1-7 и 1-8. Входной сигнал РВХ иоступает в одну из средних камер элемента 1-1, в другой средней камере которого посредством задатчика 1-5 и дросселя 1-6 поддерживается постоянное давление РО, являющееся «нулевым уровнем для отсчета РВХ- При /вх о сигнал на выходе элемента 1-1 будет отсутствовать. Как только РВХ превысит РО (иачало анализа компонента), на выходе элемента /-/ появится единичный дискретный сигнал. Этот сигнал будет держаться на выходе элемента 1-1 до тех пор, пока Ррх не станет меньше РО, что будет соответствовать концу выхода данного компонента смеси. Выход элемента /-/ соединен с соответствующими средними камерами реле 1-2 и 1-3 таким образом, что при отсутствии давлепия на выходе элемента /-/ выходной сигнал реле 1-2 будет равен 1, т. е. на выходе 1-7 ид1пульс PI 1, а выходной сигнал реле 1-3 равен О, т. е. на выходе 1-8 импульс Рг 0. При наличии давлеиия на выходе элемента 1-1 выходные сигналы будут равны PI 0 и PI . Таким образом, на выходах формирователя импульсов по мере прохождения отдельиых пиков анализируемой смеси будут формироваться дискретные импульсы PI и PI , причем при значении РВХ Ро, -f i 0 и PI 1, а при значении РВХ .Ро - Pi lHPi 0. Сигнал PI формирователя импульсов воспринимается счетчиком импульсов ///. Это блок состоит из универсального реле (Р-ЗН) 111-1, клапанов (К-2) 111-2, 111-3, 111-4, емкости IU-5, преобразующего элемента 111-6, задатчика (ЗУ-1) III-7, повторителя 1П-8, дросселя постоянного 1П-9 и имеет два выхода 111-10 и 111-11 соответственно с сигналами Рш и Рщ . Элементы ///-/, 111-2, 111-3 и 111-6 образуют преобазователь давлепия в расход. При PI 0 сопло клапана 111-2 открыто, а сопло клапана 1П-3 закрыто. Слчатый воздух с постояпным давлением, устанавливаемым с помощью задатчика UI-7, поступает в нижнюю полость элемента 111-6, верхняя полость которого в это время через нижпее сопло реле ///-/ сообщается с атмосферой. Под действием давления питания мембрана элемента II1-6 прогнется и займет верхнее положение, полость заполнится воздухом с давлением, определяемым настройкой задатчика. При PI 1 СОПЛО клапана 111-2 закроется, отсоединив нижнюю полость элемента 111-6 от задатчика, а сопло клапана П1-3 откроется. При этом нижняя полость элемента П1-6 подключится к накопительной емкости II1-5. Одновременно переключится реле 111-1, и в верхнюю полость элемента 1П-6 поступит единичный сипнал ,4 кгс/см-2. Воздух из нижней полости элемента III-6 будет полностью вытеснен в накопительную с.мкость III-5 вследствие того, что мембрана и внутренняя ловехность нижней полости имеют форму, обеспечивающую их взаимНое плотное прилегание по всей иоверхности. Когда PI станет равным О, соответствующие контакты переключатся, а нижняя полость элемента III-6 вновь заполнится сжатым воздухом от задатчика. При PI 1 эта порция снова будет полностью выдавлена в наконительную емкость и т. д. Поскольку давление от задатчика иостоянно и объем нижней камеры элемента III-6 также неизменен, то давление в иакопительной емкости в каждом цикле будет увеличиваться на равные величины. Действительно, количество воздуха д, которое будет вытеснено из нижней полости элемента 1П-6 в емкость 1П-5, можно определить по уравнению газового состояния: а- РзадУ RT где V- объем нижней (рабочей) полости элемеита III-6, Р зад - иостояиное давление, настраиваемое задатчиком П1-7, Т - абсолютиая температура, R - газовая постоянная. Каждая из иорций воздуха, поступивщих в накопительную емкость, вызовет иовыщение давлеиия в ней иа величину PI, равную ft . где У„ - объем накопительной емкости III-5. Величина давления PI зависит от давления задания Рзад и объема накопительной емкости ///-5. Давление Рзад подбирается из расчета, чтобы после прохождения всех пиков хроматограммы давлеиие Р щ не превышало 1,0 кгс/см. Следовательно, величина давления в накопительной емкости определяет количество п выщедших пиков хроматограммы п -р, где РН - текущее значение давления в накопительной емкости. Накопительная емкость соединена с верхней камерой повторителя 1П-8, к камере которого через дроссель 1П-9 подведено питание. В нижней кал1ере повторителя формируется выходной сигиал счетчика Рщ, равный текущему значению давления внакопптельной емкости и, следовательно, пропорциональный количествз вышедшп.х пиков хроматограммы к данному моменту времени.

Клапан III-4 предназначен для сброса в атмосферу давления из накопительной емкости по команде Я, 0 в момент окончания анализа. Когда начинается следующий аиализ, Р принимает значение, равное 1, клапап III-4 закрывается и держится закрыты.м во вре.мя всего анализа.

Входными сигналами блока запоминания максимума IV являются входной сигнал устройства Ядх ч сигнал формирователя имиульсов Р I . По величине аналогового сигнала РВХ определяют высоты пиков компонентов анализируемой смеси, а дискретный сигнал PI управляет работой блока. Блок запоминания максимума IV состоит из повторптеля с запоминанпе г (П-1М) IV-1, клапана (К-2) IV-2, емкости IV-3, повторителя со сдвигом () IV-4 и постоянного дросселя IV-5 п имеет один выход IV-6.

Снгнал PI управляет клапаном IV-2 блока.

Когда Р 0, что соответствует отсутствию пика на входе устройства, сопло клапана IV-2 открь то и емкость IV-3 соединена с входной лин11ей. Когда PI станет равным 1, что соответствует появленпю ппка на входе, сопло клапана iV-2 закроется, отсоединяя емкость IV-3 от входной линии.

Возрастающий входной сигнал РВХ через соило повторптеля IV-1 непрерывно будет поступать в емкость iV-3 и в нижние камеры повторителей IV-1 и IV-4. В момент убывания входного сигнала, благодаря положительному сдвигу (0,1-0,2 л:гс/слг2) повторителя IV-1 и разности его входного и выходного сопротивлений, происходит запоминание максимального значения входного сигнала в емкости IV-3. Скорректированный на величину сдвига (0,01-0,02 KzclcAft) заио.мненный сигнал отслеживается на выходе повторителя IV-4, питание к которому подведеио через дроссель IV-5.

Когда величина входного сигнала уменьшигся до величины , откроется нижнее сопло реле 1-3 формирователя имиульсов, соединяющее выход /-S с атмосферой.

Однако сигнал PI , управляющий клапаном IV-2, соединяющим емкость IV-3 с входной лргнией, упадет до О не мгновенно, а через некоторое время т (контакт с выдержкой времени при размыкании), определяемое настройкой переменного дросселя 1-4. Благодаря этому вычисленное значение высоты иика сохранится на выходе блока еще некоторое время т после прохождения пика. Когда РВ снова превысит РП, произойдет запоминаиие высоты очередного пика п т. д.

Таким образом, выходной сигнал блока заиоминаиия Piy состоит из последовательных импульсов, максимумы которых равны высотам пиков комионентов анализируемой смеси.

Выходной сщнал счетчика и.мпульсов Рщ воспринимается блоком выбора ииков V. Блок выбора пиков состоит из элемеитов сравнения (ЭС-3) V-1, -2 и V-3. задатчиков V-4, V-5 и V-6 и посто.яипых дросселе V-7, V-8 и V-9 и имеет три выхода V-W, V-11, V-12, на которых и.меются сигналы соответственно PV. PvPv

Сигнал Рщ од 1овред1енно иостунает в еоответству ощие средние камеры элементов V-1, V-2 и V-3, к другим средн г камерам которых подводятся постоянные давлеиня от задатчиков.

Величииы иостояи 1ых давлений в камерах элементов, настра ваемые соответственно в элементе V-1 за датчиком V-4 и дросселем V-7, в элемеите V-2 - задатчиком V-5 и дросселем V-8, п в элементе V-3 - задатчиком V-6 и дросселем V-9, оиределя отся иорядковыми номерам кл очевых компоне тов хроматограмм.

Когда Рт 0, иостоянные давления от задатч И ов разв 1вают на Л ез1бранах , закрываю Ц е вер. сопла элемептов, через которые подвод тся . Выходные спгнал л блока , PV п PV в этo случае 0.

Рщ иропор и онале количеству выИ1едт х ииков хрод атограммы. После прохождеиия К пика xpo aтoгpa мы велич на давлеИ1 я Рт KPt, где PI - давлен 1я, вызываемый прохожден е1 пика хроматограммы.

давление в ка,ере элемента сравнения, связаииой с с 1гналом Рщ , превысит величину постоянного давлен 1Я задания, то откроется верхнее соило элемента сравнен 1я, i в В з1ходной эле гента ноявится дискретный , равный 1.

образов, после прохо кден 1я каждого з ключев з1Х ппков последовательно срабаТ15 ва от соответствующ е элемент сравнен 1я, 1 ia выходе блока появля отся дискретные сигналы PV , PV и PV . Эт с гналы поступают на блок операт вной VI, а епгнал Ру вocпpии aeтcя также ко},андны.м блоком X.

Bxoдн l I сигналам блока онеративной PIV от блока заноми аиия акс 1мума и с гиалы Ру , PV и Яу от блока . Блок VI состоит из клапанов (К-2) VI-1, VI-2, VI-3 i емкостей VI-4, VI-5 1 Vf-6. Клапан VI-1 и емкость Vf-4, клапа Vf-2 и e кocть VI-5, клапан VI-3 и емкость 17-6 образу от ячейки памят, каждая

5 13 которых управляется соответствующим дискретиым сигналом Pvi v и Ру Через сопла клапанов в поступает сигнал Ру1 от блока запол инання макс 1мума.

После прохожден я каждого 3 кл Очевых

0 ОТ блока выбора последовательно поступают л 1скретные С гналь, под лейств 1С. которых закрыва отся сопла соответству ощ х клапанов в каждой 3 емкостей запом наются давления, пропорциональные высотам ключевых пиков хроматограммы. Задержка величины высоты пика в линии , необходимая для запоминания, обеспечивается настройкой неременного дросселя 1-4. Таким образом, в емкостях VI-4, VI-5 н VI-6 заноминаются значения высот ключевых НИКОВ анализируемой смеси.

На блок ввода коэффициентов VII поступают сигналы PVI , PVI и PVI от блока оператнвиой намяти и дискретные сигналы управлеиия Pt . и РХ командного блока. . Блок ввода коэффициентов VH состоит из пульсирующих емкостей VII-1, VII-2 н VH-S; переменных емкостей VII-4, V//-5 и VU-6, клапанов (К-2) W/-7, VH-S, VII-9, VII-W, VH-ll, VI1-12, Vn-13 и VU-14, повторителей , VII-16, VII-17, постоянных дросселей y//-/S, Vn-19, VIf-20 и задатчика ЗУ V//-2/. Выходнымн сигналами блока являются сигналы f VII, Яуп и PVII .

Блок содержит три независимых ячейки, каждая из которых состоит из нульсирующей и переменной емкостей, повторителя н двух клананов. Операция умножения на коэффнцнеиты заключается в переводе всего количества воздуха, заключениого в ячейках памяти, в емкости блока ввода коэффициентов, т. е. из емкости VI-4 в емкость VII-4, из емкости VI-5 - в емкость VII-5, из емкости VI-6 в емкость Vn-6. Постояниые коэффициенты, на которые умножаются заиомиеиные значения НИКОВ, определяются соотношением соответствующих объемов емкостей блока оперативной намяти и блока ввода коэффициентов.

Воздух из ячеек памяти переводится в соответствующие ячейки блока ввода коэффициентов с номощью пульсирующих емкостей, каждая из которых состоит из двух нолостей, разделенных вялой мембраной. Нижние рабочие полости пульсирующих емкостей связаны с неременными емкостями блока, к верхним подводится давление управлення.

В исходном состоянии сигналы РХ и Ях от командного блока равны 0. Клананы , VII-S и Vfl-9 закрыты и разобщают емкости блока памяти и емкости блока ввода коэффициентов. Верхние полости пульсирующих емкостей через открытое сопло клапана VII-IS связаны с линией ннтания, давление в которой равно 1,4 /сгс/сж2, а в емкостях Vn-4, VII-S и VU-6 давление равно 0,2 кгс/сжз.

Снгналы РХ и РХ , вырабатываемые командным блоком X, одновременно принимают

единичные значения. При величине РХ 1 открываются сопла клапанов УП-7, VH-8 и VII-9, в результате чего соответствующие ячейки блоков намяти и ввода коэффициентов

сообщаются между собой. Сигнал РХ 1 переключает клапаны VII-13 и VII-M, вследствие чего в верхние полости пульсирующих емкостей поступает давление от задатчика VII-2}, равное 0,2 кгс/см. Сжатый воздух кз

ячеек памяти перетекает в рабочие нолости пульсирующих емкостей.

В сообщающихся ячейках блоков VI и VII устанавливается давление 0,2 кгс/слг. Через

некоторое время сигнал РХ , а затем и РХ вновь обращаются в нуль.

При РХ 0 закрываются сопла клапанов VII-7, VII-8 н VII-9, при этом разобщаются

Q ячейки блоков VI и VII. При РХ 0 клапаны VII-13 и VII-14 переключаются, и в верхние полости нульснрующих емкостей поступает сжатый воздух под давлением 1,4 кгс/см, под действием которого воздух из рабочей ио5 лости пульсирующих емкостей полностью вытесняется в неременные емкости VII-4, VII-5 и VII-6. Верхние камеры повторителей VII-15, VII-16 и VII-17 связаны с соответствующими емкостями блока и поэтому в их выходиых лиQ ниях формируются сигналы, нронорциональные величинам давлений в переменных емкостях. Необходимая последовательность отработки

команд РХ и РХ обеснечивается командным 5 блоком.

Таким образом, выходные сигналы блока

ввода коэффициентов Рун, PVII и PVII нронорциональны высота.м пиков ключевых компонентов, умнол енным на калибровочные и

0 масштабные коэффициенты.

Выходной блок VIII воснринимает сигналы PVII , PVII и PVII блока ввода коэффициентов VII и сигнал Pt командного блока X. Блок состоит из пневматических емкостей

Vni-l Vni-2 и Vni-3; элементов сравнения (ЭС-3) VIII-4, VIII-5 и повторителей грубых (ПГ-V) Vni-7, Vni-8 и V7//-9 « клаианов (К-2) VIII-W, VIII-11 и VIII-12. Эти элементы образуют трн независимых ячейки, на выходе каждой из которых формируются давления Рвых,, Рвыхг и Рвыхз , равные входным PUII , PVII и Рун , но усиленные по мощности. Емкости и элементы сравнения предназначены для стабнлизации работы повторителей.

В исходном положении сопла клапанов VIII-10, VIII-11 и VIII-12 закрыты, и выходные сигналы блока пропорциональны параметрам ключевых пиков предыдущего анализа. После того как блок ввода коэффициентов обработает результаты текущего анализа и на выходе блока У// появятся их значения, командный блок X вырабатывает импульс Pt и эти значения сформируются на в з1ходах устройства. После исчезновения сигнала Pt запомненные значения РВЫХ, , РВЫХ. и Рвыхз будут храниться в выходном блоке до получения информации о результатах следующего анализа. Если в хроматограмме окажется не п, а большее количество пиков, то на вход узла блокировкн IX поступает сигнал Рщ от счетчика импульсов. Узел состоит из задатчика

янного дросселя IX-3, переменного дросселя IX-4, клапанов (К-2) IX-5 и 1Х-6.

При помопдн задатчнка и постоянного дросселя в одну из средних камер элемента сравнения вводится постоянное давление задания, которое определяется количеством компонентов анализируемой смеси.

Под действием давления задания верхнее сопло элемента сравнения будет закрыто и выход элемента через нижнее сопло н дроссель IX-4 будет сообщаться с атмосферой. Выход элемента сравнения соединен с управляюш,ими камерами клапанов IX-5 и IX-6. Через сопло клапана 1Х-6 на выходной блок проходит сигнал Pi 1. Когда Pt 0 (в начале следующего анализа), открываются клапаны выходного блока, пропускающие вычисленные параметры из блока У/// в выходной блок.

Если на хроматограмме появится один или несколько «ложных пиков, устройство запомнит величины не ключевых, а других ко.хшонентов. Тогда после выхода последнего пика величииа сигнала Р ш будет больше давления задания, подведенного к средней камере элемента IX-2. В результате этого откроется верхнее сопло и в выходной линии элемента появится единичный сигнал. Сопло клапана IX-6 закроется, отсоединив сигнал Pt от клапанов выходного блока. Одновременно откроется сопло клапана IX-5 и на клапанах выходного блока по-прежнему будет поддерживаться единичный сигнал. В этол случае на клапаны выходного блока поступит не сигнал Pt 0, а сигнал PIX 1. Обработанная устройством информация пе поступит на выход.

Таким образом, узел блокировки предотвращает выдачу неправильной информации в выходной блок при наличии на хроматограмлге «ложных пиков.

Входным сигналом командного блока X является сигнал PI внешнего командного устройства, управляющего работой хроматографа.

Во время анализа Р 1 в интервале между анализами - Р, 0. Командный блок также воспринимает сигнал Ру от блока выбора пиков. Блок состоит из универсальных реле (Р-ЗН), Х-1, Х-2, Х-3, Х-4, и Х-5, переменных дросселей Х-6, Х-7, Х-8 и Х-9.

Элементы Х-1 и Х-6, а также Х-2 и Х-7 образуют импульсаторы, т. е. звенья, предназначенные для отработки сигналов требуемой длительности при изменении сигнала на входе звена. Импульсатор, состоящий из элементов Х- и Х-6, .срабатывает от переднего фронта сигнала Р,, а импульсатор, состоящий из элементов Х-2 и Х-7, от заднего фронта сигнала Р, . Время отработки импульсаторов настраивается с помощью дросселей Х-6 и Х-7.

С помощью дросселей Х-8 и Х-9 настраивается время срабатывания реле Х-4 и Х-5, т. е.

р;

продолжительность единичных импульсов /-.х РХ на выходе командного блока.

В исходном полол ении Р(0, на выходах импульсаторов имеются единичные сигналы Pt и Pt , под действием которых сопла клапанов VII-W, УП-П, Vn-12, VIIJ-IO, VIlI-ll и VlU-12 закрыты. Сигналы РХ и РХ равны О, вследствие чего соила клапанов VII-7,

VII-S н УП-9 закрыты, а в верхние полости пульсирующих емкостей подается давление питания.

В начале анализа, когда Р, 1, закрывается сопло клапана III-4, отсоединяя накопительиую емкость счетчика импульсов от атмосферы, н отрабатывает импульсатор, реагирующий на передний фронт сигнала Р,,.

В рабочих ячейках блока ввода коэффициентов через открытые соила клаианов VII-W,

VII-ll и VII-12 при этом стираются ранее запомненные значения и в них устанавливаются давления 0,2 кгс/сл. После прохождения последнего ключевого пика блок выбора пиков V вырабатывает сигнал PV на его запоминание. Этот сигиал постуиит на реле А-, командного блока и вызовет появления на его выходе единичного сигнала. Влагодаря этому на выходе командного блока появятся единичные импульсы РХ и РХ и запомненные величины

пнков будут умножены на соответствующие коэффициеиты. После окончания анализа (Р; 0) срабатывает имиульсатор, реагирующий на задний фронт сигиала Р, и обработанная информация поступит в выходной блок

через открытые сопла клаианов VfII-10, VIII-11 и VI11-12.

Имитатор пиков // состоит из универсального реле (Р-ЗП) //-/ и иневлюкноики 11-2. Выходной сигнал блока Р ц служит для иастройки задатчиков блока выбора пиков на выдачу команд для запоминання величин ключевых пиков. Постоянные нодпорные давления 0,4 кгс/см и 1,0 кгс/см в соответствующих кал1ерах клапанов и реле создаются с помощью задатчиков ХП-1 и XII-2 и постоянных дросселей ХП-З и XI1-4.

Предмет изобретения

Пневматическое вычнслнтельное устройство для хроматографа, содержащее формирователь импульсов, имитатор пиков, счетчик импульсов, блок запоминания максимумов, блок выбора пиков, блок оперативной памяти, блок ввода коэффициентов, командный блок и выходной блок, отличающесс.ч тем, что, с целью упрощения и расширения функциональных возможностей устройства, оно содержит узел блокировки, выход которого соединен с выходным блоком, а вход соединен со счетчиком, который выполнен на преобразующем элементе и накопительной емкости, соедти енных между собой чеоез клапаны.