Устройство для контроля концентрации углерода в жидком металле Советский патент 1980 года по МПК G01N25/06 G06F17/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для физико-химического анализа металлов и сштвов, в частности в черной металлур гии для автоматического контроля концен трации углерода в жидкой стали. Известно устройство для химического анализа проб, содержащее спектрометр, блок визуального отображения, аналоговый и цифровой преобразователи, блок вывода на шчать, блок памяти, процессор и блок связи fl. Это устройство является сложным и .федназначено для работы в совокупности с электронной вычислительной машиной. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее кристаллизатор, выход которого соединен с входом д&тчика температуры, счетчик порога, выход которого подключе н к управляющему входу счетчика времени, блок индикации, выход которого соединен с выходом устройства, элемент И. Это устройство позволяет полностью автоматизировать процесс термического контроля жидкой стали на углерод и получасть результат анализа в цифровой форме 2 Известное устройство обладает, однако, недостаточной надежностью в работе и имеет сравнительно сложную ковструхцшау вследствие применения в нем вторичного прибора с регистрирующим устройством, Наличие электромеханических узлов во вторичном приборе приводит к снижению надежности работы устройства. Во-вторых, при использовании преобразователя перемещение-унитарный код, связанного своим входом с регистрирующим устройством вторичного прибора, на выход этого тфеобразователя поступают импульсы, не синхронизированные во временя с импульсами, которые поступают с выхода генератора тактовых импульсов. Для предотарощения возможности возникновения сбоев в работе известное устройство снабжено узлом синхронизации, что усложняет конструкцию устройства. В-третьих, тфн исполхтзовании преобразователя переменюниеунитарный код, являющегося преобразова1елем pasoMiaiyroro титга, тюквляется необходимоса-ь во введении регистра для запоминания результатов анализа, что также тфиводнт к усложнению конструкции устройства. В- четвертых, выполнение фушщ.ио кшп.цого преобразователя, осуишствляюшего преобразоватю кода темтавратуры ликвидуса в код концентрации углерода, требует иначптельных атгааратурных затрат, в результате 4U1X) усложняется конструкция устройства.

)Цел1:1 изобретения упрощение и повышение надежности устройства,

Поставлешюя цещ, достигается тем, что устройство содержит функциональный аналатю-цифровой преобразоваа эль, первый вход которого соединен с выходом датчшса те№1ературы, первый выход подключен к первому ВХОДУ элемента И, второй и третий выходы соединЕНЫ cooTBeTCTBeiffio со входами счетчика порога, четвера ый выход пошипочен ко входу 6nojLa индикации, второй вход соединен со Вгорым входом элемента И, управляющим входом блока индикании и выводом счетчика времени, вход KOTopoix) иодкгаочеи к вых.оду элемента И.

Причем функдионаШэНый анало1Х5-ц.ифровой щюобразователь содерлсит элементы И, генератор импульсов, схему сравнения, анало1ч вый функционалыилй и цифроанадоГовый преобразоваа ели и {юверсивный счетчик, входы KOTOpoiX) соединены сооаъетсч-пеш-ю с выходами первого и второго элементов И, а вы:г.од - подк-шочен к четвертому выходу преобразователя и вхо ду цифроанало1Х)вого лфеобразователя, вы ход которого аналоговый функциональный преобразоватега-. соединен с шрвым входом схемы сравнения, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены со вторым входом преобразователя, третьи входы подключены к первому выходу генератора импульсов, а выходы соединены соответственно со вторым и третьим выходами преобразователя тюрпый выход которого соединен со вторы выходом генератора импульсов, а первый вход подключен ко второму входу схемы сравнения.

lia чертеже представлена схема устрой ства.

Устройство содержит кристаллизатор 1 датчик 2 температуры, фун5а1иональный

анало1хм1Ифровой преобразователь 3, счетчик 4 времени, счетчик 5 порога, элемент И 6, блок 7 индикации. Функциональный авалогонЕХИфровой преобразователь 3 представляет собой преобразователь следящего типа. Он содержит генератор 8 импульсов, элементы И 9 и 1О, реверсивный счетчик 11, цифроаналоговый преобразователь 12, аналоговый функциональный преобразовател 13 и схему 14 сравнения, . а также выход 15 устройства.

Устройство работает следукмцим обра, зом.

При охлаждении в кристаллизаторе 1 пробы жидкой стали производится контроль температуры расплава с помощью датчика 2 температуры. Алалоговый сигнал с выхода датчика 2 поступает на вход функционального анало1Х)-цифрового преобразователя 3, который осуществляет следящее преобразование сигнала температуры в код. При этом в зависимости от знака приращения темпераауры, определяемого посредством схемы 14 сравнения, импульсы от генератора 8 через элементы И 9 или 10 поступают на вход сложения или вход вычитания реверсивного счетчика 11. В реверсивном счетчике 11 образуется параллельный код, представляющий собой заданную функцию от текущей температуры жидкой стали. Эта функция отражает известную зависимость между температурой ликвидуса жидкой стали и концентрацией углерода.

Для осуществления функционального преобразования сигнала текущей темпераауры в код аналогх вый функциональный преобразователь 13 настраивается в соответствии с обратной зависимомтью

-1

(Т,),

т,

где Tj - сишал на входе преобразователя 13, а Т - сигнал на выходе преобразователя 13,

В процессе следящего преобразования текущей температуры металла в код на вход счетчика 4 времени через элемент И 6 с выхода преобразователя 3 поступает серия TaKTOBJUX импульсов, сдвинутая по времени относительно серии импульсов, которые поступают на входы элементов И 9 и 10. Серия же кодовых гаугпульсов с выходов этих апвмевтов поступает на входы сложения и вычитания счетчика 5. Счетчик 5 выполвен в виде реверсивного

счетчика, настриваемотх) таким образом, что на его выходе каждый раз воавикает импульс, если количество импульсов, поступающих на его шину сложения или вы читання, превысит число, которое определи ет порог нечувствительности к колебаниям температуры металла в период, кристаллиз аии. При изменении температуры металла в процессе его охлаждения счетчик 4 времени, который осуществляет контроль локаль Hoixi времени путем подсчета числа тактовых импульсов, постоянно сбрасывается в куль импульсами с выхода счетчика 5. При этом за счет сдвига по времени сери тактовых импульсов относительно серии кодовых импульсов исключается возмож ность одновременного поступ/юния импульсов на вход счетчика 4 и на етчз управля ющий вход для сброса, что позволяет предотвращать сбои в работе устройства. В период кристал-чизации жидкого металла, коща изменение температуры металла не превышает порог нечувствительности, спустя определенный промежуток времени с момента последнего сброса счетчика 4 времени на выходе этого счетчика возникает сигнал, являющийся ситоалом обнаружения на кривой охлалодешш температурной площадки ликвидуса. Этот сигнал поступает на вход элемента И 6, второй вход (вход запрета) аналогоцифрового преобразователя 3, В результа те происходит блокировка счета числа тактовых импульсов в счетчике времени и блокировка счета числа кодовых импульсов в реверсивном счетчике 11. Одновременно сип1ал с выхода счетчика 4 времени поступает на управляющий вход блока 7 индикации. При этом содержимое реверсивного счетчика U передается на вход блока 7 для индикации результата анализа. Полученный результат представляет собой значение концентрации углерода в стали, выраженное в цифровой форме, ПОСЛЕ окончания периода кристаллизаци температура металла начинает уменьшаться, однако содержимое реверсивного счетчика 11 по-прежнему остается таким же, как и в период кристаллизации в момент обнаружения температурной площадки ликвидуса, поскольку сигнал с выхода счетчика 4 времени продолжает блокировать счет числа кодовых импульсов в реверсив- ном счетчике 11 несмотря на существование рассогласования сигналов, поступающих с выходов датчика 2 температуры и преобразова1еля 13 ва входы схемы 14 сравнения. Таким образом, при обнаружении темтературной площадки ликвидуса режим следящего преобразователя сигнала температуры металла в код автоматически Прекратится, а информация о концентрации углерода в жидкой стали, ПЕредаквдаясн в блок 7 индикации, сохраняется до вача.ла CJKдующего измерения. При необходимости эта информация мо. жет быть, например, введена в вычислительную машину, которая управляет ходом протекания сталеплавильного процесса. Перед началом каждого измерения кнопкой начальной установки (на чертеже не показанной) или автоматически счетгаик 4 времени устанавливается в нуль. В результате прекращается блокировка счета тактовых импульсов в счетчике 4 времени и счета кодовых импульсов в реверсивном счетчике 11. При этом начинается режим следящего преобразования сигнала с выхода датчика 2 в код. Далее процесс измереш1я происходит так, как описано выше. Предлагаемое устройство можно построить полностью на электронных элементах и уменьшить обцее число функциональных блоков, что повышает надежность работы устройства и упрощает его конструкцию. Формула изобретения 1, Устройство для контроля концентрации углерода в жидком металле, содержащее кристаллизатор, выход которого соединен со входом датчика температуры, счетчик порога, выход которого подключен к управляющему входу счетчика , блок индикации, выход которого соединен с выходом устройства, элемент И, о т л ичающе е с я тем, что, с целью упрощения и повьпиения надежности, оно содержит функциональный аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого соединен с выходом датчика температуры, первый выход подключен к первому входу элемента И, второй и третий вых(хды соединены соотга етственно со входами счетчика порога, четвертый выход подклк.чек ко входу блока индикации, второй вход соединен со вторым входом элемента И, управляющим входом блока индика- ции и выходом счетчика времени, вход которого подключен к выходу элемента И.