Устройство для контроля концентра-ции углЕРОдА B жидКОМ МЕТАллЕ Советский патент 1981 года по МПК G06F17/00 G01N25/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ УГЛЕРОДА В ЖИДКОМ МЕТАЛЛЕ

ваются противоречивыми. Поскольку тип кривой охлаждения носит случайный характер, это противоречие не удается преодолеть в известном устройстве.

Таким образом, при появлении на кривых охлаждения наклонных площадок ликвидуса данное устройство не обеспечивает достаточную надежность и точность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство содержащее последовательно соединенные кристаллизатор, датчик температуры, блок регистрации, преобразователь перемещения в код и блок синхронизации, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, счетчик пороге и реверсивный счетчик, входы сложения :ч вычитания которых соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, С1;етчик времени, управляющие входы KOTOpoio подключены соответственно к первому и второму выходам счетчика порога, а вход - соединен с выходом блока синхронизации, выход реверсивного счетчика через последовательно соединенные регистр и функциональный преобразователь подключен к выходу устройства 2.

Данное устройство обладает больщей точ ностью работы по сравнению с выщерассмотренным устройством. Однако, ему присущи те же недэстатки, что и предыдущему устройству.

Цель изобретения - повышение точноети и надежности работы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены элементы И, ИЛИ, триггер и дополнительный счетчик времени, вход которого соединен с выходом блока синхронизации, нулевой вход триггера соединен с первым выходом счетчика времени, единичный выход - подключен к первому входу элемента И, выход которого соединен с первым управляющим входом дополнительного счетчика времени, второй управляющий вход которого подключен ко второму выходу счетчика порога, третий управляющий вхо/, которого подключен ко второму выходу счетчика порога, третий управляющий вход и управляющий вход функционального преобразователя соединены с первым выходом дополнительного счетчика времени, второй выход которогои второй выход счетчика времени через элемент ИЛИ соединены с управляющим входом регистра, единичный вход триггера и второй вход элемента И юдключены к первому выходу счетчика порога.

На ф:-1г. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - участки временной диаграммы, иллюстрирующие принцип работы устройства.

Устройство содержит (фиг. 1) кристаллизатор 1, датчик 2 температуры, блок 3 регистрации, преобразователь 4 перемещения в код, генератор 5 тактовых импульсов, блок 6 синхронизации, счетчик 7 порога, реверсивный счетчик 8, регистр 9 фнукциональный преобразователь 1U, счетчик 11 времени, дополнительный счетчик 12 времени, триггер 13, элемент 14 И, элемент 15 ИЛИ, выход 16 устройства.

Блок синхронизации предназначен для распределения во времени серии кодовых импульсов и серии тактовБ1х импульсов. Такое распределение необходимо для предотвращения сбоев в работе устройства.

Счетчик 7 выполнен в виде настраиваемой реверсивной пересчетной схемы, имеющей два выхода переполнения (по сложению и по вычитанию). Счетчик 7 настраивается таким образом, что на одном его выходе переполнения, например выходе переполнения по сложению, каждый раз возникает импульс, когда в счетчике должно установится некоторое положительное число 6,, а на другом его выходе переполнения, например выходе переполнения по вычитанию, каждый раз возникает импульс, когда в счетчике должно установиться отрицательное число - б..

Счетчик 11 времени представляет собой настраиваемую нереверсивную пересчетную схему. Этот счетчик настраивается таким образом, что после его очередного сброса на одном выходе возникает импульс спустя некоторое время, равноет,, на втором выходе возникает импульс спустя некоторое время, равноеТл, причем tj меньще Т;.

Дополнительный счетчик 12 времени выполнен в виде настраиваемой нереверсивной пересчетной схемы. Этот счетчик настраивается таким образом, что после его очередного сброса на втором выходе возникает импульс спустя некоторое время, равное TI, на первом же выходе счетчика 12 возникает сигнал спустя некоторое время, равное тг, после очередного сброса этого счетчика.

Функциональный преобразователь 10 предназначен для преобразования кода содер } имого регистра 9 в код концентрации углерода в жидком металле в соответствии с заданной зависимостью между температурой ликвидуса и концентрацией углерода.

При необходимости выход устройства может быть, в частности подключен непосредственно к вычислительной машине, управляющей ходом сталеплавильного процесса к блоку цифровой индикации или к цифропечатающему устройству.

Устройство работает следующим образом.

В кристаллизатор 1 заливается проба жидкого металла, представляющего собой железноуглеродистый расплав. Изменение температу-ры расплава в процессе его охлаждения контролируется датчиком 2 темоературы. Электрический сигнал с выхода датчика 2 поступает на вход блока 3 регистрации. Перемещение каретки .блока 3, пролорциональное текущей температуре расплава, преобразуется с помощью преобразователя 4 в унитарный код -последовательность импульсов, число KOTOpbix определяется величиной перемещения. В зависимости от направления перемещения каретки, т. е. от знака приращения температуры, серия кодовых импульсов с выходов преобразователя 4 через блок 6 синхронизации поступает на шины сложения или вычитания счетчика 7 порога и реверсивного счетчика 8. В результате в реверсивном счетчике 8 образуется параллельный код, пропорциональный текущей температуре жидкого металла. Серия тактовых импульсов с выхода генератора 5 через блок 6 синхронизации поступает на вход счетчика 11 времени и вход счетчика 12 времени. Поскольку тактовые и кодовые импульсы сдвинуты во времени один. относительно другого, то это исключает возможность сбоев в работе счетчиков 11 и 12. В процессе прогрева датчика 2 температуры на участке 1 временной диаграммы (фиг. 2) счетчики U и 12 времени (фиг. 1) каждый раз сбрасываются в нуль импульсами переполнения по сложению счетчика 7, как только изменение электрического сигнала с выхода датчика 2 превысит величину, соответствующую порогу. При этом интервалы времени ti- (фиг. 2) между двумя очередными моментами сброса счетчиков 11 и 12 из-за больщой скорости изменения сигнала с выхода датчика 2 температуры остаются меньщими установленного порога по времени ti, вследствие чего на выходах переполнения этих счетчиков импульсы не возникают. При дальнейшем охлаждении пробы жидкого металла на участке П временной диаграммы (фиг. 2) импульсы с выхода переполнения по вычитанию счетчика 7 продолжают сбрасывать в нуль счетчик 11 времени. Если перед началом работы устройства триггер 13 предварительно установить в единичное состояние, то первый же импульс переполнения по вычитании счетчика 7 свободно пройдет через элемент И 14 и сбросит в нуль счетчик 12. Поскольку на всем участке II (фиг. 2) интервалы времени t,-tj между двумя очередными моментами сброса счетчика 11 продолжают оставаться меньшими порога .TI то каждый следующий импульс с выхода переполнения по В1.1читанию счетчика 7 по-прежнему свободно проходит через элемент И 14 на управляющий вход счетчика 12 и сбрасывает его и одновременно подтверждает единичное состояние триггера 13. В момент начала кристаллизации пробы жидкого металла (начало участка III временной диаграммы, фиг. 2) скорость охлаждения резко уменьшается. При этом интервал времени tg-iy между двумя очередными моментами сброса счетчика 11 времени импульсами переполнения по вычитанию счетчика 7 становится больщим порога t . В результате в момент времени t5+ « (фиг.2) на выходе переполнения счетчика 11 времени возникает импульс, которыйустанавливает триггер 13 в нулевое состояние. Одновременно на втором выходе (выходе переполнения) счетчика 12 времени, также возникает импульс, который через элемент ИЛИ 15 поступает на управляющий вход регистра 9. При этом содержимое реверсивного счетчика 8, пропорциональное температуре металла, заносится в регистр 9. В момент времени tg (фиг. 2) импульс переполнения по вычитанию счетчика 7, устанавливая по своему заднему фронту триггер 13 в единичное состояние, нё может пройти через элемент И 14, и счетчик 12 продолжает подсчет числа тактовых импульсов. Поскольку скорость охлаждения на всем участке III временной диаграммы (фи1;2) остается практически неизменной, то каждый раз на выходе переполнения счетчика 11 времени возникает импульс, прежде чем этот счетчик сбросится в нуль импульсо.м переполнения по вычитанию счетчика 7. В результате каждый раз в момент переполнения по вычитанию счетчика 7 триггер 13 находится в нулевом состоянии, что предотвращает сброс счетчика 12 времени. Таким образом, при появлении на кривой охлаждения наклонной температурной площадки ликвидуса (участка III временной диаграммы фиг. 2), счетчик 11 времени периодически сбрасывается в нуль импульсами переполнения по вычитанию счетчика 7, а счетчик 12 времени осуществляет отсчет локального времени с мо.мента tj (фиг. 2) обнаружения начала процесса кристаллизации пробы жидкого металла. Если продолжительность наклонной температурной площадки ликвидуса оказывается большей установленного порога тгг, то в момент времени ,Ha выходе счетчика 12 времени возникает сигнал. Этот сигнал поступает на третий управляющий вход счетчика 12, вследствие чего блокируется счет числа тактовых импульсов, и состояние счетчика 12, определяемое величиной , остается неизменным до начала следующего измерения. Одновременно сигнал с первого выхода счетчика 12 времени поступает также на управляющий вход функционального преобразователя 10. При этом на выход преобразователя 10 в момент времени t (фиг. 2) поступает код, соответствующий температуре металла, которая была зарегистрирована в момент времени iy.- t и занесена в регистр 9. Так как разность междузначениями температуры в момент времени tg + fi и в точке перегиба 17 кривой охлаждения (фиг. 2), являющейся точкой начала кристаллизации пробы жидкого металла, не превышает установленный порог, то код, поступающий на выход устройства. представляет собой код концентрации углерода в ж :дкoм металле. Если лее образовавшаяся на кривой охлаждения наклонная температурная площадка оказывается непредставительной и имеет продолжительность, меньшую порога Тг, то с NiOMeHTa t t.y, когда интервалы времени между двумя очередными моментами по вычитанию переполнения счетчика 7 (фиг. 1) снова становятся меньшими порога . , счетчик 12 времени сбрасывается в нуль имп льсами переполнения по вычитанию счетчика 7 порога. При этом содержимое счетчика 12 не достигает величины, соответствующей порогу вследствие чего до конца измерения на первом выходе сигнал не возникает. Отсутствие этого сигнала предотвращает передачу на выход устройства ложной информации. В том случае, когда на кривой охлаждения обрас.уется горизонтальная температурная площадка ликвидуса (фиг. 3) на участках 1 и II временной диаграммы, устройство работает так же, как в случае образования наклонной площадки. На участке III временной диаграммы (фиг. 3), соответствующему периоду кристаллизации, импульсы на выходах переполнения счетчика 7 не возникаюг, поскольку изменение температуры не превыщает порог . В результате последовательно в моменты tg и t .,0 (фиг. 3) при возникновении соответственно импульсов на выходе переполнения счетчика 12 (фиг. 1) и выходе переполнения счетчика 11 содержимое реверсивного счетчика 8 заносится ti регистр 9. В момент tio (фиг. 3) на первоу выходе счетчика 12 вре.мени возникает сигнал. При этом происходит блокировка счетчика тактовых импульсов в счетчике 12 и на выход функционального преобразователя 10 передается код концентрации углерода в жидком металле. Этот код соответствует температуре ликвидуса, зарегистрированной в момент t JO (фиг. 3), когда содержимое реверсивного счетчика 8 было занесено в регистр 9. же на кривой охлаждения появилась неопредставительная горизонтальная площадка, имеющая продолжительность, меньшую порога т, то счетчики 11 и 12 времени сбрасываются в нуль импульсами пepeпoл :eния по вычитанию счетчика 7 до момента времени t.,o (фиг. 3). При этом на выходах счетчиков 11 и 12 сигналы не возникают, что предотвращает передачу на выходе устройства ложной инфор.мации. Надлежащим выбором порогов обеспечивается обнаружение горизонтальных площадок к наклонных температурных площадок ликвидуса с достаточно большим диапазоном изменения наклона площадок, а также необходимая точность определения температуры ликвидуса. Данное устройство обнаруживает как горизонтальные, так и наклонные площадки ликвидуса и не вносят дополнительную погрешность в определении температуры ликвидуса. Это существенно повышает надежность и точность автоматического контроля содержания углерода в жидком металле по температуре ликвидуса. Формула изобретения Устройство для коптро;Гя ко11це;1трации углерода в жидком металле, содержащее пос ледовательно соединенные кристаллизатор, датчик температуры, блок регистрации, преобразователь перемещения в код и блок синхронизации, вход которого подк;иочен к выходу генератора тактовых импульсов, счетчик порога и реверсивный счетчик, входы сложения и вычитания которых соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, счетчик времени, управляющие входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам счетчика порога, а вход- соединен с выходо.м блока синхронизации, выход реверсивного счетчика через последовательно соединенные регистр и функциональный преобразователь подключен к выходу устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности работы, в него введены элементы И, ИЛИ, триггер и дополнительный счетчик времени, вход которого соединен с выходом блока синхронизации, нулевой вход триггера соединен с первым выходом счетчика времени, единичный выход - подключен к первому входу элемента И, выход которого соединен с первым управляющим входом дополнительного счетчика времени, второй управляющий вход которого подключен ко второму выходу счетчика порога, третий управляющий вход и управляющий вход функционального преобразователя соединены с первым выходо.м дополнительного счетчика времени, второй выход которого и второй выход счетчика времени через элемент ИЛИ соединены с управляющим входо.м регистра, единичный вход триггера и второй вход элемента И подключены к первому выходу счетчика порога. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 478236, кл. G 01 N 25/06, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2100227/18-24, кл. G 06 F 15/46, 1975 (прототип).

. 1