Вычислительное устройство для термографического анализа кислорода в жидкой стали Советский патент 1981 года по МПК G01N25/06 G06F17/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в черной металлургии для физико-химического анализа металлов и сплавов, в частности для определения в цифровой форме концентрации кислорода в жидкой стали. Известно устройство для контроля концентрации углерода в жидком метал ле, .содержащее кристсшлизатор с датчиком температуры, блок регистрации, преобразователь перемещение-код, рас ширитель сигналов, генератор тактовых импульсов, счетчик порога, реверсивный счетчик, счетчик времени, функциональный преобразователь, триг гер, злёменты И, сигнализатор повторения анализа, блок переключателей и счетчик цикла 1. Однако данное устройство при ана лизе кислорода требует проведе- ния дополнительных вычислений, что снижает его производительность. Наиболее близким к изобретению является устройство, которое содержит кристаллизатор с датчиком температуры металла, регистрирующий прибо выход которого связан с преобразователем перемещение-унитарный код, под ключенньзм через узел синхронизации ко входам сложения и вычитания порогового и реверсивного счетчика, счетчик времени, вход которого через узел синхронизации связан с генератором тактовых импульсов, шины начальной установки подключены к выходам переполнения порогового счетчика, а выход переполнения - к управляющему входу регистра, соединенного информационным входом с выходами разрядов реверсивного счетчика, а выходом с функциональным преобразователем. К выходу функционального преобразователя может быть подключен блок цифровой индикации для отображения полученного результата. В процессе регистрации термограммы кристаллизации устройство обеспечивает автоматический поиск температурной площадки ликвидуса. При обнаружении такой площадки в регистр устройства из реверсивного счетчика заносится код, соответствующий температуре ликвидуса металла, который . отображается блоком цифровой индикации 2 . Недостаток известного устройства состоит в том, что при его использовании для термографического анализа кислорода в жидкой стали возникает необходимость в проведении дополнительных вычислений, связанных с определением разности температур ликвидуса раскисленной и нераскисленной проб, что снижает нгщежность анализа за счет возможных ошибок, вносимых оператором при вычислении, и оперативность самого анализа.

Цель изобретения - повышение производительности к надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок регистрации, вход которого является входом устройства, а выход через преобразователь перемещениекод подключен к первому и второму входам узла синхронизации, третий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, первый и второй выходы узла синхронизации соединены с входами сложения и вычитания счетчика порога, третий выход подключен к счетному входу счетчика времени, .входы установки которого -соединены соответственно с выходами счетчика порога, реверсивный счетчик, выход которого подключен к входу блока индикации, выход которого является выходом устройства, введены два триггера, элемент И, ИЛИ и узел формирования импульса начальной установки, вход которого соединен с вторым выходом блока регистрации/ а выход подключен к первому входу первого триггера, второй вход первого триггера и счетный вход второго триггера соединены с выходом счетчика времени, первый выход первого триггера соединен с первылда входами первого, второго, третьего и четвертого элементов И, второй выход подключен к первому входу пятого элемента И, первый вход шестого элемента И соединен с выходом узла формирования импульса начальной установки, первый выход второго триггера соединен с вторыми входами первого и третьего элементов И, второй выход соединен с вторыми входами второго, четвертого, пятого и шестого элементов И, третьи входы первого и четвертого элементов И соединены с первым выходом узла синхронизации, второй ваход которого подключен к третьим входам второго и третьего элементов И, выходы первого и второго элемент9В И соединены соответственно с входами первого элемента-ИЛИ, выходы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к входам второго элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственно к входу сложения и к входу вычитания реверсивного счетчика, выход шестого элемента И подключен к информационному входу реверсивного счетчика, выход пятого элемента И соединен с управляющим входом блока индикации

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства, на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая принцип действия устройства.

Устройство содержит кристаллизатор 1, внутри которого расположен датчик 2 температуры металла, механический блок 3 регистрации, преобразователь 4 перемещение-код, узел 5 синхронизации, счетчик б порога, счетчик 7 времени, генератор 8 тактовых импульсов, триггеры 9 и 10, узел 11 формирования импульсов начальной установки, элементы И 1217, элементы ИЛИ 18 и 19, реверсивный счетчик 20, блок 21 индикации, термогрс1ммы 22 и 23.

Устройство работает следующим обргзом.

В исходном состоянии кнопкой начальной установки триггер 10 устанавливается в нулевое состояние. При этом с нулевого выхода этого тригге.ра на управляквдий вход элемента И 17 а также на выходы элементов И 13 и 15 поступает разрешающий потенциал. Одновременно с единичного выхода триггера 10 на входы элементов № 12 и 14 поступает, запрещакиций потенциал.

В кристаллизатор 1 набирают пробу нераскисленной стали. Датчик 2 температуры контролирует изменение температурил пробы во времени. Сигнал от датчика 2 поступает на вход блока 3, на диаграммной ленте которого регистрируется термограмма кристаллизации пробы М(еталла {фиг.2. Как только каретка блока 3 сходит с начального положения (точка А фиг.2 на выходе узла 11 формирования импулса начальной установки образуется импульс. Этот имйульс, поступая на нулевой вход триггера 9, устанавливает последний в нулевое состояние. Разрешающий сигнал с нулевого выхода триггера 9 поступает на входы элементов И 12-15. Импульс с выхода узла 11 поступает также через элемен И 17 на информационный вход реверсивного счетчика 20. При этом в последний заносится код некоторой заданной константы а

В процессе регистрации термограммы кодовые импульсы с выходов преобразователя 4 через узел 5 синхронизации поступают на входы сложения и вычитания счетчика 6. Тактовые импульсы генератора 8 через узел 5 синхронизации поступают на вход счетчика 7 времени. Узел 5 синхронизации предназначен для распределения во времени кодовых и тактовых импульсов , что предотвращает сбои в работе устройства.

Счетчик б построен таким образом, что на его выходах переполнения каждый раз образуется импульс, если на вход счетчика б поступит число кодовых импульсов, соответствующее некоторому порогу t Q . При этом импульсы переполнения счетчика 6 срабатывают в нуль счетчик 7 времени.

Счетчик 7 времени может переполниться лишь тогда, когда интервал времени между двумя его очередными сбросами импульсами переполнения порогового счетчика б превысит некоторый порог по времени fg

На участках и В С термограм мы 2 (фиг.2), на которых отсутствует температурная площадка, счетчик 7 времени переполняться не будет, так как он будет сбрасываться в нуль импульсами с выходов переполнения счетчика б через интервалы времени меньшие, чем порог. В связи с этим на участках A-jB , и триггеры 9 и 10 останутся в нулевых состояниях и на входы элементов И 13 и 15 будут подаваться разрешающие сигналы с нулевых выходов триггеров. В результате на участке кодовые импульсы, соответствующие положительному приращению температуры, с выхода преобразователя 4 поступали через узел 5 синхронизации и элемент 15 И на вход вычитания реверсивного счетчика 20. На участке кодовые импульсы, соответствующие отрицательному приращению температуры, со второго выхода преобразователя 4 поступают через узел 5 синхронизации и элемент 13 И на вход сложения реверсивного счетчика 20.

На участке термограммы, соответствующем температурной площадке ликвидуса нераскисленной стгши, приращение температуры в ту и другую строну не превышает величины Ifio . При этом счетчик б переполняться не будет и по истечении промежутка времени fg от момента последнего сброса счетчик 7 времени переполнится. Импульс переполнения счетчика 7 времени , поступая на единичный вход три гера 9 и счетный вход триггера 10, устанавливает триггецмл в единичные состояния. Запрещающий сигнал с нулевого выхода триггера 9 блокирует элементы И 12-15, в связи с чем поступление кодовых импульсов на входы реверсивного счетчика 20 прекращается. В момент блокировки в реверсивном счетчике содержится код, соответствующий величине , равной К,а-ЬТ,П)

где Т - температура ликвидуса нерас кисленной пробы, соответствующая точке и термограммы 22 (фиг. 2),

Ь - коэффициент пропорциональности , задавае алх характеристикой преобразователя 4.

На участке 0 Е термограммы, соответствующем, охлаждению пробы нераскаленной стали ниже температуры ликвидуса, состояние триггеров не изменяется, и в реверсивном счетчике

,будет сохраняться код, соответствующий величине К.

На втором этапе анализа производят замену кристаллизатора 1, в который набирают анализируемую пробу металла, предварительно раскисленную,, например , алюминиевой проволокой . При этом регистрируется термограмма 23 кристаллизации (фиг.2, на которой температурная площадка ликвидуса расположена на уровне температуры Т2, больше, чем Т .

В момент схода каретки блока 3 с начального положения точка А2 термограммы 23 фиг.2 на выходе узла 11 формируется импульс, устанавливающий триггер 9 в нулевое состояние . При этом блокировка со вход;ов элементов И 12-15 снимается. Поскольку элемент и 17 закрыт запрещакицим сигналом с нулевого выхода триггера 10, то импульс с выхода узла 11 на информационный вход счетчика 20 не поступает и в точке Ai содержимое счетчика не изменяется.

На участках и , на которых отсутствует температурная площадка, счетчик 7 временисбрасывается импульсами переполнения счетчика б. На этих участках триггер 9 остается в нулевом состоянии, а триггер 10 в единичном. Таким образом, на участке ( кодовые импульсы, соответствуюоше положительному приращению температуры, с выхода преобразователя 4 поступают через узел 5 синхронизации и элемент 12 И на вход сложения реверсивного счетчика 20, а на участке 0 кодовые импульсы, соответствующие отрицательному приращению температуры, со второго выхода преобразователя 4 поступают через узел 5 сихронизации и элемент 14 И на вход вычитания реверсивного счётчика 20. На участке ( , соответствукмцем температурной площадке ликвидуса, прреицение температуры не превышает и по истечению промежутка времениi g от момента последнего сброса счетчик 7 времени переполнится. При этом тригер 9 устанавливается в единичное состояние, тем самым блокируя элементы И 12-15, а триггер 10 снова устанавливается в исходное нулевое состояние .

В г.трмент блокировки элементов И 12-15 в реверсивном счетчике 20 содержится код, соответствующий величине K/I, равной

К(а-(.ЬдТ,(2)

Здесь

где T/j - температура ликвидуса раскисленной пробы жидкой стали, соответствуквдая точке D Q термограммы 23 (фиг.2). В этот же момент времени на оба вхюда элемента 16 И.поступают разрешающие сигналы с выходов триггеров 9 и 10,,вследствие чего на

управляющий вход блока 21 индикации поступает сигнал, обеспечиваюший передачу кода величины реверсив ного счетчика на вход блока 21. В результате в блоке 21 в цифровой форме отображается результат анализа непосредственно в процентах кислорода „ Эта же информация может быть передана в управляющую вычислительную машину для управления процессом плавки стали.

Рассмотренное устройство позволяет полностью автоматизировать термографический анализ кислорода в жидкой стали, ускорить процесс анализа и повысить его надежность. Поскольку результаты анализа представлены в цифровой форме непосредственно в про.центах кислорода, то на базе данного устройства может быть построена система управления процессом плавки стали, использующая информацию об окисленнос;ти металла по ходу плавки. Все это в конечном итоге повысит производительность сталеплавильного процесса и качество выплавляемого металла

Формула изобретения

Вычислительное устройство для термографического анализа кислорода в жидкой стали, содержащее блок регистрации, вход которого является входом устройства., а выход через преобразователь перемещение-код подключен к первому и второму входам узла синхронизации, фетий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, первый и второй выходы узла синхронизации соединены соответственно с входами сложения и вычитания счетчика порога, третий выход подклю чей к счетному входу счетчика времени, входы установки которого соединены соответственно с выходами счетчика порога, реверсивный счетчик, выход которого подключен к входу блока индикации, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и надежности, в него введены два триггера, элемент И, ИЛИ и узел формирования импульса начал.ьной установки, вход которого соединен с вторым выходом блока регистрации , а выход подключен к первому входу первого триггера, второй вход первого триггера и счетный вход второго триггера соединены с выходом счетчика времени, первый выход первого триггера соединен с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого элементов И, второй выход подключен к первому входу пятого элемента И, первый вход шестого элемента И соединен с выходом узла формирования импульса начальной установки, первьай выход второго триггера соединен с вторыми входалш первого и третьего элементов И, второй выход соединен с вторыми входами второго, четвертого, пятого и шестого злементов И, третьи входы первого и четвертого элементов И соединены с первым. выходом узла синхронизации, второй выход которого подключен к третьим входам второго и третьего элементов И, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с входа1 ш первого элемента ИЛИ, выходы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к входам второго элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственно к входу сложения и к входу вьгчитания реверсивного счетчика, выход шестого элемента И подключен к информационному входу реверсицного счетчика, выход пятого элемента И соединен с управляющим входом блока индикации.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 596956, кл. G Об F 15/46, 1974.

2,Авторское свидетельство СССР № 478236, кл. G 01 N 25/06, 1973. (прототип).