SU1267236A1 - Анализатор содержани углерода в металле - Google Patents

Abstract

I. АНАЛИЗАТОР СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В МЕТАЛЛЕ, содержащий последовательно соединенные кристаллизатор и датчик температуры, а также пороговый счетчик, счетчик времени, первый элемент И, блок цифровой индикации и аналого-цифровой Преобразователь , подключенный своим входом к выходу датчика температуры, первым и вторым выходами соответственно к суммирую1Л ему и вычитающему входам порогового счетчика, выход которого соединен с установочным входом счетчика времени, о т л и ч а ющ и и с   тем, что, с целью повышени  точности анализа, в него введены буферный счетчик, дешифратор нул , пересчетный блок, счетчик результата и блок управлени , подключенный потенциальными выходами к потенциальным входам пересчетного блока и импульсным выходом к установочному входу пересчетного блока, выход первого элемента И соединен с информационным входом пересчетного блока и с вычитающим входом буферного счетчика, суммирующий вход коTopoio подключен к третьему выходу аналого-цифрового прёобраг овател , установочный вход подсоединен к выходу счетчика времени, а выход подсоединен через дешифратор нул  к управл ющему входу блока цифровой индикации и к одному входу первого элемента И, другой вход которого подключен к четвертому выходу аналого-цифрового преобразовател , подсоединенного п тым выходом к информационному входу счетчика времени и к импульсному входу блока управлени , а выход пересчетного блока подключен к входу счетчика результата, выходы которого соединены с потенi циальными входами блока управлени  СЛ и с информационными входами блока цифровой индикации. 2. Анализатор по п. I, отличающийс  тем,что в нем блок управлени  содержит счетчик, два дешифратора , элемент ИЛИ, задатчик кодов и мультиплексор, выходы котороtsD го  вл ютс  соответствуюп1ими потенФ циальными входами блока управлени , первый дешифратор, один вход котоN9 рого  вл етс  импульсным входом блоСО Од ка управлени , а другие входы - потенциальными входами блока управлени , подключен своим11 выходами к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого,  вл юпщйс  импульсным выходом блока управлени , соеди нен с входом счетчика, подсоединенного разр дными выходами к входам .второго дешифратора, подключенного своими выходами к управл ющим входам мультиплексора, выходы которого  вл ютс  потенциальпьп-«и выходами блока управлени  и информационные входы ко

Description

торого подключены к выходам соответствующих задатчиков кодов.

3. Анализатор по п. 1, отличающийс  тем, что в нем блок управлени  содержит триггерд задатчик кодов и мультиплексор, выходы которого  вл ютс  потенциальными выходами блока управлени , и многовходовый элемент И, входы которого  вл ютс  соответственно импульсным и потенциальными входами блока управлени , подключенный своим выходом,  вл ющимс  импульсным выходом ёлока .управлени , к входу триггера, выходы которого соединены с управл ющими входами мультиплексора, подключенного информационными входами к выходам соответствующих задатчиков кодов.

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устройствам дл  физико-химического анализа железоуглеродистых металлов, и может быть использовано дл  автоматизации контрол  содержани  .углерод в жидкой стали по термограмме кристаллизации ее пробы. Цель изобретени  - повышение точ ности анализа содержани  углерода в металле. На фиг. 1 представлена функциональна  схема анализатора содержани  углерода в металле; на фиг. 2 и 3 - варианты функциональных схем бл ка управлени ; на фиг. 4 - пример н линейной зависимости между температурой ликвидуса ) и содержанием .углерода С, аппроксимируемой трем  отрезками пр мых. Анализатор содержани  углерода в металле содержит (фиг. 1) последова тельно соединенные кристаллизатор 1 и датчик температуры 2, а также аналого-цифровой преобразователь (АЩ1) 3, пороговый счетчик 4, счетчик времени 5, блок 6 цифровой индикации , элемент И 7, буферный счет чик 8, дешифратор нул  9, лересчетный блок 10, счетчик 11 результата блок управлени  12. Аналого-цифровой преобразователь 3 подключен своим входом к вьгх.оду датчика температуры 2, первым и вто рым выходами - к суммирующему и вычитающему входам порогового счетчика 4, выход которого соединен с установочным входом счетчика времени 5. Елок управлени  12 подключен потенциальными выходами к потенциальHFjiM входам пересчетного блока 10 и импульсным выходом к установочному входу пересчетного блока 10. Выход элемента И 7 соединен с информационАым входом пересчетного блока 10 и с вычитающим входом буферного счетчика 8, суммирующий вход которого подключен к третьему выходу АЦП 3. Установочный вход буферного счетчика 8 подключен к выходу счетчика времени 5, а выход соединен через дешифратор нул  9 с управл ющим входом блока 6 цифровой индикации и с одним входом элемента И 7, другой вход которого подключен к четвертому выходу АЦП 3, подсоединенного п тым выходом к информационному входу счетчика времени 5 и к импульсному входу блока управлени  I2. Выход пересчетного блока 10 подключен к входу счетчика результатов 11, выходы которого соединены с потенциальными входами блока управлени  12 и с информационными входами блока 6 цифровой индикации . Аналого-цифровой преобразователь 3 включает в себ  генератор импульсов 13, реверсивньш счетчик 14, цифроаналоговый преобразователь 15,элемент сравнени  16 и два элемента И 17 и 18. Элемент сравнени  16, один вход которого  вл етс  входом АЦП 3, подключен другим входом к выходу цифроаналогового преобразовател  15 и выходами - к одним входам элемента И 17 и 18, выходы которых,  вл ющиес  первым и вторым выходами АЦП 3, .подключены к вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика 14, выход которого,  вл ющийс  третьим выходом А1Щ 3, соединен с входом цифроаналогового преобразовател  15. Первый выход генератора импульсов 13,  вл ющийс  четвертым вы ходом АЦП 3, подключен к другим вхо дам элементов И 17 и 18, а второй выход генератора импульсов 13  вл етс  п тым выходом АЦП 3. Пересчетный блок JO представл ет собой управл емый делитель часто ты с переменным коэффициентом пересчета (двоичный умножитель). При этом число импyльdoв NjMx поступивших на выход пересчётного блока 10 определ етс  соотношением Nftb,, f- Ne, , (1) где Ng, - число импульсов, поступивших на вход пересчетного блока 10; Ко - посто нный коэффициент, оп редел емый раэр дностью N пересчета в соответствии с отношением К,2 (например К 51 2,,если N 9, т.е. если пересчетный блок 10 дёв ти разр дный) ; К - переменный коэффициент, измен ющийс  в пределах от 1 до Ко и определ ющий коэфциент пересчета пересчетного блока 10. Коэффициент Ко задаетс  параллель ным кодом на потенциальных входах пересчетного блока 10. Установочный вход этой схемы служит дп  установки ее в начальное нулевое состо ние Блок управлени  12 служит дл  фор мировани  на потенциальных входах пересчетного блока 10 параллельного кода, обеспечивающего реализацию требуемой нелинейной зависимости между температурой ликвидации . содержанием урлерода С, В том случае, когда зависимость между Т Lid и С аппроксимируетс  дл  получени  приемлемой точности более чем двум  участками пр мых, блок управлени  12 строитс  согласно схемы , приведенной на фиг. 2. Блок управлени  12 содержит (фиг. 2) дешифратор 19, элемент ИЛИ 20, счетчик 21, дешифратор 22, задатчики кодов 23 и мультиплексор 24, выходы которого  вл ютс  соответствующими потен циальными входами блока управлени  12. Дешифратор 19, один вход которого  вл етс  импульсным входом блока управлени  12, а другие входы - его потенциальными входами, подключен выходами к соответствующим входам элемента ИЛ1-1 20, выход которого  вл ющийс  импульсным выходом блока управлени  12, соединен с входом счетчика 21, подсоединенного разр дными выходами к входам дешифратора 22, подключенного выходами к управл ющим входам мультиплексора 24, выходы которого  вл ютс  потенциальными выходами блока управлени  12. Информационные входы мультиплек-, сора 24 соединены с выходами соответствуюпргх задатчиков кодов 23. Дешифратор 13 имеет число выходов М-1, где М - число пр мых, аппроксимирующих зависимость между TI,; и С (фиг. 4). В том случае, когда требуема  нелинейна  зависимость мезкду Т,;аИ С . с достаточной точностью может быть аппроксимирована двум  участками пр мых, блок управлени  12 строитс  согласно схемы, представленной на фиг. 3. В этом случае блок управлени  12 содержит (фиг. 3) многовходовый элемент II 25, триггер 26, задатчики кодов 27 и мультиплексор 28, выходы которого  вл ютс  потенциальными выходами блока управлени . Многовходовый элемент И 25 входы которого  вл ютс  импульсным и потенциальными входами блока управлени  12 соответственно, подключен выходом,  вл ющимс  импульсным выходом блока управлени  12, к входу триггера 26, выходы которого соединены с управл ющими входами мультиплексора 28, подключенного информационными входами к выходам соответствующих задатчиков кодов 27. Мультиплексор 24 (фиг. 2) как и мультиплексор 28 (фиг. 3) представл ет собой коммутатор N-разр дных двоичных кодов, задаваемых задатчиками кодов 23 (фиг. 2) или 27 (фиг. 3). При этом в зависимости от того, на какой из Ы управл ющих входов мультиплексора 24 (или 28) поступает разрешающий сигнал, на информационные входы мультиплексора поступает параллельный код от того или иного задатчика кодов 23 (или.27Х С помощью задатчиков кодов 23 (или 27) при настройке блока управлени  12 задаютс  М дво1П1ных кодов, определ ющих угол наклона соответствующего участка пр мой, аппроксимирующей требуемую зависимость между температурсэй ликвидуса TI.;, и содеранием углерода С (фиг. 4). Анализатор содержани  углерода в металле работает Следующим образом. Работа рассматриваетс  на пример реализации зависимости между и С (фиг. 4), котора  аппроксимируетс трем  отрезками пр мых 29, 30 и 31 В этом случае с помощью задатчиков кодов 17 (фиг, 2) в блоке управлени  12 необходимо установ ить двоичные коды трех чисел (К1, К2 и КЗ), определ ющие углы наклона соответст вующих аппроксимирующих отрезков пр мой 29, 30 и 31. Перед началом анализа с помощью кнопки начальной установки (не пока зана) буферный счетчик 8 устанавливаетс  в нулевое состо ние, а в счетчик результата 11 заноситс  код величины Со, соответствующей содержанию углерода при минимально возможной температуре лцквидуса TI, Тв (фиг. А). При этом дешифратор нул  9 закрывает элемент И 7 и вьпслючает блок б цифровой индикации. Кроме того, с помощью этой же кнопки в блоке управлени  12 устанавливаетс  в нулевое состо ние счетчик 21 (фиг. 2). В результате по вл етс  разрещающий сигнал на первом выходе дешифратора 22, и на потенциальных выходах блока управлени  12 через мультиплексор 24 передаетс  двоичный код числа К, соответствующий углу наклона пр мой 29 (фиг. 4). При охлаткдении в кристаллизаторе 1 (фиг. 1) пробы жидкой стали произ водитс  контроль ее температуры с помощью датчика температуры 2. Аналоговый сигнал 0 с выхода датчика температуры 2, пропорциональный текущей температуре T(t) металла, поступает иа вход А1Щ 3 (на первый вход элемента сравнени  16). На вто рой вход элемента сравнени  16с вы хода цифроаналогового преобразовател  15 поступает сигнал обратной св зи, равный UO, +U, где. Uo - посто нное смещение, эквивалентное значению сигнала с выхода датчика температуры 2.при температуре TO. (минимально возможной темпе ратуре ликвидуса), а U - переменный сигнал, пропорциональный коДУ в реверсивном счетчике 14. В зависимости от того, какой из сигналов и, или Uoip больще, на одном из выхо дов элемента сравнени  16 образуетс  управл ющий сигнал, который откр 66 вает элемент И 17 или 18. При этом импульсы с второго выхода генератора импульсов 13 через элементы И 17 или 18 поступают соответственно на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 14..В последнем образуетс  параллельный код, пропорциональный приращению текущей температуры T(t) металла над температурой То . В процессе след щего преобразовани  сигнала о текущей температуре металла в код на вход счетчика времени 5 с первого выхода генератора импульсов 13 поступает сери  тактовых импульсов. Серии же кодовых импульсов , образуемых на выходах элементов И 17 и. 18, поступают на вычитающий и суммирующий входы порогового счетчика 4. Как только локальные изменени  температуры в ту-или иную сторону превыщают заданный порог н-бо,на выходе порогового счетчика 4 образуетс  импульс, устанавливающий счетчик времени 5 в на альное (нулевое) состо ние. При этом за счет сдвига по времени серии тактовых импульсов относительно серии кодовых импульсов исключаетс  возможность одновременного прихода импульсов на информационный .вход счетчика времени 5 и его установочный вход, что предотвращает сбои в работе анализатора . После очередного сброса в нуль счетчика времени 5 импульсом с выхода порогового счетчика 4 счетчик времени 5 начинает новый отсчет времени Ato (,2,3,7.,.) путем подсчета числа тактовых импульсов. Поскольку в процессе охлаждени  металла интервалы времени л to между очередными сбросами в нуль счетчика времени 5 меньше величины 1о , то на выходе счетчика 5 и тульс не образуемс . В период же кристаллизации металла (при достижении температуры ликвидуса TI.;O) изменение температуры метапла не превьппает порог t&o- о этому в этот период не происходит сброс счетчика времени 5 импульсами с выхода порогового счетчика 4. В результате по истечении заданного времени to от момента последнего сброса на выходе счетчика времени 5 образуетс  импульс, которьй поступает на управл ющий вход буферного ,

7

счетчика 8, В последний по шинам параллельной передачи данных из реверсивного счетчика 14 заноситс  код, пропорциональный приращению температуры ликвидуса пробы над температурой TO .

Как только содержимое буферного счетчика 8станет отличным от нул , дешифратор нул  9 открывает элемент И 7. При этом cepHff 1шпульсов с второго выхода генератора 13 через открытый элемент И 7 поступает на вычитающий вход буферного счетчика 8. Одновременно импульсы с выхода элемента И 7 поступают через пересчетный элемент 10 на вычитающий вход счетчика результата 11.

Первоначально на потенциальные входы пересчетного элемента 1Q с потенциальных выходов блока управлени  12 поступает двоичный код величины Kj, соответствующей углу наклона отрезку пр мой 29 (фиг, 4), Поэтому число N5,y импульсов, поступающих на вычитающий вход счетчика результата 11, и число NJ, импульсов, поступающих на вычитающий вход вычитани  буферного счетчика 8, св заны соотношением

К.

(2)

-- N

к7

V ПК

По мере-поступлени  импульсов на вычитающие входы буферного счетчика 8 и счетчика результата 11 содержимое этих счетчиков измен етс  (уменьшаетс )от величины, пропорциональной приращению Ti.: над температурой Т„ дл  буферного счетчика 8, и от величины Со дл  счетчика результата 11 соответственно. Как только в счетчике результата 11 образуетс  число GI (фиг, 4), на выходе дешифратора 13 (фиг, 2) по вл етс  импульс, который проход  через элемент ШИ 20, поступает на суммирующий вход счетчика 21. При этом на втором выходе Дешифратора 22 по вл етс  сигнал, обеспечивающий переключение мультинлексора 24 таким -образом , что на потенциальные выходы блока управлени  12 поступает уже вместо кода величины К код величины Кг, соответствующий углу наклона аппроксимирующей кривой 30 (фиг, 4). В результате измен етс  код на потенциальных входах пересчетного блока 10 (фиг, 1), а значит число Njw

2672368

иьшульсов, поступающих на вычитающий вход счетчика результата II, и число Nj, импульсов, поступающих на вычитаюп;ий вход буферного счетчика 8, 5 теперь уже св заны не соотношением (2), а соотношением вида

TLT 11

(3)

8ь« - N м

Одновременно с изменением кода на потенциалыгых входах пересчетного блока 10 на установочнь1й вход пересчетного блока 10 поступает импульс с импульсного выхода блока управлени  12 (с выхода элемента

IfflH 14, на фиг,2), которьй устанавливает пересчетный блок 10 в нулевое состо ние. Это необходимо дл  исключени  ошибок при пересчете, вызванных остаточным кодом в пересчетном блоке 10.

Аналогичным образом, как только в результате пересчета в счетчике результата 11 образуетс  число С

(фиг. 4), по вл етс  импульс на втором выходе дешифратора 19 (фиг. 2), который поступает через элемент 1Ш11 20 на установочный вход пересчетного блока 10 (фиг, 1) и одновременно на вход счетчттеа 21 (фиг. 2). Последний измен ет свое состо ние, что вызьшает по вление сигнала на третьем выходе дешифратора 22, При этим измен етс  код на потенциальных

выходах блока управлени  12 (код KJ измен етс  на код Kj), В результате изменени  кода на потенциальных входах пересчетного блока Ш количество импульсов K(it,,H HIS, поступающих соответственно на вычитающие входы вычитани  счетчиков (счетчика результата 11 и буферного счета 8), теперь будет св зано соотношением

К.,

(4)

ьых v bt

Ко

Как только содержимое буферного счетчика 8 станет равным нулю, дешифратор нул  9 закрывает элемент

И 7, При этом прекращаетс  дальнейшее поступление импульсов на вычитаЮ1цие входы буферного счетчика 8 и счетчика результата 1I, причем содержимое счетчика результата 11 к

этому моменту времени станет равным содержанию углерода, соответствующему температуре ликвидуса анализируемой пробы. Одновременно сигнал с выхода дешифратора нул  9,- поступа  на управл ющий вход блока 6 цифровой индикации , осуществл ет включение это го блока..На индикаторных лампах последнего отображаетс  в цифровой форме результат анализа в виде дес тичного числа в процентах углерода . 3610 Использование предлагаемого изобретени  позвол ет повысить точность анализа содержани  углерода в контролируемом металле и в четыре раза по сравнению с известным анализатором за счет обеспечени  более высокой адекватности аппроксимации реальной зависимости между содержанием углерода и температурой ликвидуса

Claims (3)

1. АНАЛИЗАТОР СОДЕРЖАНИЯ · УГЛЕРОДА В МЕТАЛЛЕ, содержащий последовательно соединенные кристаллизатор и датчик температуры, а также пороговый счетчик, счетчик времени, первый элемент И, блок цифровой индикации и аналого-цифровой Преобразователь, подключенный своим входом к выходу датчика температуры, первым и вторым выходами соответственно к суммирующему и вычитающему входам порогового счетчика, выход которого соединен с установочным входом счетчика времени, о т л и ч а ю- щ и й с я тем, что, с целью повышения точности анализа, в него введены буферный счетчик, дешифратор нуля, пересчетный блок, счетчик результата и блок управления, подключенный потенциальными выходами к потенциальным входам пересчетного блока и импульсным выходом к установочному входу пересчетного блока, выход первого элемента И соединен с информационным входом пересчетного блока и с вычитающим входом буферного счетчика, суммирующий вход которого подключен к третьему выходу аналого-цифрового преобразователя, установочный вход подсоединен к выходу счетчика времени, а выход подсоединен через дешифратор нуля к управляющему входу блока цифровой Индикации и к одному входу первого элемента И, другой вход которого подключен к четвертому выходу аналого-цифрового преобразователя, подсоединенного пятым выходом к информационному входу счетчика времени и к импульсному входу блока управления, а выход пересчетного блока подключен к входу счетчика результата, выходы которого соединены с потен- с циальными входами блока управления и с информационными входами блока цифровой индикации.

2. Анализатор по π. I, отличающийся тем,что в нем блок управления содержит счетчик, два дешифратора, элемент ИЛИ, задатчик кодов и мультиплексор, выходы которого являются соответствующими потенциальными входами блока управления, первый дешифратор, один вход которого является импульсным входом блока управления, а другие входы - потенциальными входами блока управления, подключен своими выходами к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого, являющийся импульсным выходом блока управления,' соединен с входом счетчика, подсоединенного разрядными выходами к входам второго дешифратора, подключенного своими выходами к управляющим входам мультиплексора, выходы которого являются потенциальными выходами блока управления и информационные входы ко„ SU ,1267236 А1 торого подключены к выходам соответствующих задатчиков кодов.

3. Анализатор по π. 1, отличающийся тем, что в нем блок ⁵ управления содержит триггер^ задатчик кодов и мультиплексор, выходы которого являются потенциальными выходами блока управления, и многовходовый элемент И, входы которого яв ляются соответственно импульсным и потенциальными входами блока управления, подключенный своим выходом, являющимся импульсным выходом блока управления, к входу триггера, выходы которого соединены с управляющими входами мультиплексора, подключенного информационными входами к выходам соответствующих задатчиков кодов.