Автоматическая система измерения концентрации пыли

 

Изобретение относится к технической физике, в частности к автоматической системе измерения концентрации пыли, может быть использовано в микроэлектронике и позволяет повысить точность измерения и автоматизировать операции очистки фильтра от пыли. Система содержит блоки 1, 2 измерения приращения веса фильтра, выполненные в виде бюкс (Б).3,4 с помещенными в них фильтрами 5, 6. Б 3, 4 расположены в цилиндрических патрубках (ЦП) 7, 8. Б 3, 4 снабжены магнитными стержнями (МС) 9, 10 с металлическими кольцами 11, 12, расположенными в зоне действия индуктивных преобразователей (ИП) 13, 14, установленных (Л со 4; а: со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11) .«О«

«- «

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I !

° «(««g

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3985249/31-26 (22) 05.12.85 (46) 23.10,87. Бюл. К- 39 (71) Азербайджанский политехнический институт им. Ч. Ильдрыма (72) Ю.И. Кротков, Т.M. Аскеров, П,Р. Юзбашев и Е.П. Шахматов (53) 543.712.2(088.8) (56) Lambert О. Concentration de

poussieres megures par jauges / .

Le Nouvel Automatisme, mai, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 1125507, кл. С Oi N 5/04, 1983. (54) АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫПИ (57} Изобретение относится к техни ческой физике, в частности к автоматической системе измерения концентрации пыли, может быть использовано в микроэлектронике и позволяет повысить точность измерения и автоматизировать операции очистки фильтра от пыли.

Система содержит блоки 1, 2 измерения приращения веса фильтра, выполненные в вице бюкс (Б).3,4 с помещенными в них фильтрами 5, 6. Б 3, 4 расположены в цилиндрических патрубках (ЦП)

7, 8. Б 3, 4 снабжены магнитными стержнями (МС) 9, 10 с металлическими кольцами 11, 12, расположенными в зоне действия индуктивных преобразо е вателей (ИП) 13, 14, установленных

13469?1

1

25

35 с наружной стороны патрубков 7, 8 и выполняющих роль датчиков положения Б по вертикальной оси. МС 9, 10 расположены в зоне действия соленоидов 15, 16, установленньх с наружной стороны ЦП 7, 8 и выполняющих роль силовых органон системы, В нижИзобретение относится к технической физике H может быть использовано для автоматического контроля запыленности воздуха при производстве изделий микроэлектронной техники, а также при решении экологических задач, связанных с контролем загрязненности окружающей среды.

Цель изобретения — повышение точHocTI. измерения и автоматизации операции очистки фильтра от пыли.

На чертеже представлена блок-схема автоматической системы измерения кон-центрации пыли.

Система состоит из блоков 1 и 2 измерения приращения веса фильтра, выполненных в виде бюкс 3 и 4, в которые помещены фильтры 5 и 6 (например, фибра со стеклом), Бюксы 3 и 4 расположены в цилиндрических патрубках 7 и 8 и имеют магнитные стержни 9 и 10 с металлическими кольцами 11 и 12, расположенными в зоне действия индуктивных преобразователей 13 и 14, установленных с наружной стороны патрубков 7 и 8 и выполняющих роль датчиков положения бюкс по вертикальной оси. Магнитные стержни 9 и 10 расположены в зоне действия соленоидов 15 и 16, установленных с наруяной стороны патрубков 7 и 8 и выполняющих роль силовых органов системы„ В нижней части патрубков установлены упругие (резиновые) уплот— нительные кольца 17 и 18.

На выходе индуктивных преобразователей 13 и 14 установлены регуляторы

19 и 20 и усилители 21 и 22 соленоидов. Параллельно усилителям 21 и 22, 10 подключены переключатели 23 и 24 бюкс 3 и 4 из режима левитации в колебательный режим. ней части ЦП 7, 8 установлены кольца 17, 18. На выходе ИП 13, 14 установлены регуляторы 19, 20 и усилители 21, 22 соленоидов. Параллельно усилителям 21„ 22 подключены переключатели 23 и 24 Б 3, 4 из режима левитации в колебательный режим.1 ил.

На выходе блока 1 или 2 (в зависимости от направления потока среды) установлен измеритель 25 объема (расходомер), состоя ций из поплавков 26 и 27, помещенных в цилиндрические патрубки 28 и 29, на которых закреплены индуктивные преобразователи 30 и 31, выполняющие роль датчиков положения поплавкоH по вертикальной оси, и соленоиды 32 и 33, соединенные с индуктивными преобразователями 30 и 31 через регуляторы 34 и 35 тока соленоидов 32 33. Поплавки имеют магнитные стержни 36 и 37.

Переключатели 38 и 39 направления тока соленоидов 15 и 16, переключатель 40 включения побудителя расхода

41 принадлежат реле 42 времени. Переключатель 43 входа дифференциального блока 44, переключатели 45 и 46 измерителя 25 объема, переключатель

47 четырех вентилей 48 — 51 и переключатели 23 и 24 из режима левитации бюкс 3 и 4 в колебательный режим принадлежат реле 52 блока управления последовательностью операций. Источник

53 питания соединен через переключатели 38 и 39 с оомотками соленоидов 15 и 16 и через переключатель

43 с первым входом первого дифференциального блока 44, на второй вход которого подан сигнал, пропорциональный первоначальному весу бюксы. Выходы регуляторов 34 и 35 через переключатели 45 и 46 соединены с входами второго дифференциального блока 54. Выход дифференциального блока 44 соединен с входом блока 55 деления, на другой вход которого через интегратор 56 подключен выход второго дифференциального блока 54.

Выход дифференциального блока 44

) 34697) соединен также с одним из входом третьего дифференциального блока 57, на второй вход которого подан сигнал, пропорциональный максимальному значению прироста веса фильтра. Выход блока 57 через электронный ключ

58 подключен к обмотке реле 52 блока управления. Выход блока 55 деления подключен к индикатору 59.

Переключатели 38, 39 и 40 являются первой, второй и третьей контактными группами реле 42 времени.

Переключатели 23, 24, 43, 45, 46 и 47 являются контактными группами реле 52 блока управления.

Система работает следующим образом. Алгоритм работы системы включает в себя три последовательно выполняемых этапа, каждый из которых состоит из неполных одновременно выполняемых операций.

Этап продувки через систему определенной порции контролируемой среды в направлении слева направо (по чертежу) состоит из следующих одновременно выполняемых операций: фильтрация среды фильтром 5, регенерация фильтра 6, измерение расхода среды в процессе продувки (Q), определение объема продуваемой среды (v).

При фильтрации среды фильтром 5 бюкса 3 с фильтром 5 прижимается к уплотняющему кольцу 17 магнитной силой соленоида 15, подключенного переключателем 38 реле 42 времени к источнику 53 питания, включается побудитель 41 расхода (компрессор) переключателем 40, принадлежащим реле 42, и контролируемая среда через открытые вентили 49 и 50, включенные переключателем 47, принадлежащим реле 52, "прогоняется" через слой фильтра 5 по системе слева направо. При этом вентили 48 и 51 находятся в закрытом состоянии.

При регенерации фильтра 6 бюкса

4 с фильтром 6 вводится в режим автоколебаний. При этом переключатель 39 реле 42 подключает соленоид 16 к системе регулирования тока с большим коэффициентом усиления. Для это-. го последовательно с регулятором 20 тока размыканием переключателя 24 реле 52 подключается дополнительный усилитель 22, увеличивающий общий

3 3)) i (2) вес соответственно поплавков 26 и 27; коэффициент аэродинамического сопротивления поплавков 26 и 27; токи соленоидов 32 и 33; коэффициент электромагнитной силы взаимбдействия соленоидов 32 и

33 с магннтными стержнями 36 и 37; объемный расход очищаемой от пыли среды. где С, G

k, 1с

k о

Полагая, что G„-=Gg=G; k =k = из приведенных уравнений полу50 чают

k, Q =----(— ). з (3)

Для определения объема продувае55 мой среды сигнал, пропорциональный расходу Q, подается с выхода дифференциального блока 54 на вход интегратора 56, где методом непрерывного интегрирования сигнала расхода Q коэффициент усиления системы регулирования до величины, достаточной для возбуждения автоколебаний маг5 нитовзаимодействующей системы магнитный стержень 10 — индуктивный преобразователь — соленоид 16. Переключатель 23 реле 52 находится при этом в замкнутом состоянии, подготавливая

10 систему к следующему этапу работы.

При измерении расхода среды в процессе продувки переключатели 45 и 46 реле 52 находятся в положении (левом на схеме), при котором на

15 прямой вход дифференциального блока

54 подключен сигнал тока i соленоида 32, а на инверсный вход — сигнал тока i. соленоида 33 расходомера 25.

Соленоид 32 удерживает в магнитном

20 поле поплавок 26 нисходящего потока среды, а соленоид 33 — поплавок 27 восходящего потока среды.

Условие динамического равновесия для каждого поплавка расходомера 25 имеет вид: для поплавка 26 нисходящего потока

С +1с =k i (1) для поплавка 27 восходящего потока

5 I 3469 по времени t определяется объем среды Ч, проходящий через слой фильтра

5 за время, устанавливаемое реле

42 времени: .V = ГОйе = gC = — (i — i,) с (4)

71

44, на второй вход которого подается опорный сигнал, пропорциональный вес> бюксы G, = k>i (без пыли). В результате на выходе блока 44 вырабатывается сигнал, пропорциональный весу пыли, осажденной на фильтре 5:

Время продувки подбирают экспериментально в зависимости от параметров фильтра. Сигнал, пропорциональный объему V, подается на вход делителя блока 55 деления.

Этап определения концентрации пыли включает в себя следующие операции: измерение веса пыли, осевшей в порах фильтра 5 и определение содержания пыли в объеме среды, пропущенной через фильтр 5 (по содержанию пыли в данном объеме судят о концентрации пыли в контролируемой среде).

По истечению установленного времени Г реле 42 переводит систему в режим измерения. Для выполнения первой операции соленоид 15 переключателем 38 подключается к регулятору 19 тока через замкнутый переключатель 23 (минуя усилитель 21). При этом бюкса 3 с фильтром 5 переходит в состояние свободного падения под действием магнитного поля соленоида 15. Одновременно переключатель

39 подключает источник 53 питания к соленоиду 16, магнитная сила которого. прижимает бюксу 4 к уплотненному кольцу 18. Переключатель 40 отключает побудитель 41 расхода и подача контролируемой среды в систему прекращается.

При этом условие динамического равновесия для блока 1 измерения приращения веса фильтра 5 имеет вид

С, +C„=k.„, где G — первоначальный вес бюксы 3 с фильтром 5;

G — вес пыли, осажденной на фильтре 5;

k, — коэффициент электромагнитной силы взаимодействия соленоида 15 с магнитным стержнем 9; — ток соленоида 15;

Сигнал, пропорциональный весу бюксы 3 с пылью (G„+ G„), через переключатель 43 реле 52 подается на первый вход дифференциального блока

Этот сигнал подается на первый вход дифференциального блока 57, на второй вход которого подан сигнал, пропорциональный максимальному зна1Б чению прироста фильтра 5. Сигнал на выходе блока 57 характеризует запас по возможному приросту веса пы-, ли на фильтре 5.

Для выполнения второй операции

20 сигнал с выхода дифференциального блока 44 подается также на вход делимого блока 55 деления. Блок 55 определяет концентрацию пыли П (мг/л) путем деления сигнала, пропорционального весу С„ пыли, на сигнал, пропорциональный объему V контролируемой среды:

Сд 2k 1 — ia (7)

После выполнения операции деления сигнал с выхода блока 55, пропорциональный концентрации пыли, фиксируется на индикаторе 59.

Назначение этапа анализа запаса прироста веса пыли на фильтре состоит в том, чтобы организовать циклы работы системы. Система имеет два цикла: малый, при котором череду40 ются операции продувки среды и измерения прироста веса пыли на фильтре до. начала регенерации, т.е. без изменения направления потока среды и большой, при котором чередуются опе45 рации изменения направления продувки среды через систему по сигналу исчерпания запаса прироста веса пыли и начала регенерации отработанного фильтра. Малый цикл организуется при помощи реле 42 времени, большой цикл при помощи реле 52 изменения направления потока контролируемой среды.

Если прирост веса пыли в процессе его измерения не превышает макси5б малько допустимого значения, то сигнал запаса прироста удерживает реле 52 в отключенном состоянии и происходит повторение малого цикла: продувка — измерение, 1346971

Если сигнал прироста веса пыли превысит максимально допустимое значение, то на выходе блока 57 появляется сигнал, который переводит электронный ключ 58 в состояние ло гической единицы, включающей обмотку реле 52, переводящего все свои переключатели в.противоположное положение". переключатель 23 размыкается, 10 переключатель 24 замыкается, переключатели 45 и 46 переключают входы блока 54, переключатель 47 переводит вентиль 49 и 50 в закрытое состояние, а вентили 48 и 51 в открытое состояние.

Таким образом блоки 1 и 2 измерения приращения веса меняются ролями: блок 1 переводится в режим регенерации фильтра, а блок 2 †.в режим отбора 20 пыли и переходит к повторению большого цикла.

Изобретение обеспечивает повьш ение точности измерения концентрации пыли за счет полного прижатия бюксы с

25 фильтром к уплотнительному кольцу во время продувки фильтра. формула изобретения

Автоматическая система измерения концентрации пыли, содержащая параллельно соединенные блоки измерения приращения веса фильтра, каждый из которых выполнен в виде индуктивного 35 преобразователя и соленоида, размещенных с наружной стороны патрубка с отверстием внизу, в котором размещена с размещенным внутри фильтром бюкса с магнитным стержнем, установ- 40 ленным в зоне действия соленоида, и с металлическим кольцом, находящимся в зоне действия индуктивного преобразователя, соединенного с регулятором тока, измеритель объема 45 анализируемой среды, установленный на выходе блока. измерения приращения веса фильтра и выполненный в виде соединенных последовательно по ходу потока идентичных блоку измерения приращения веса фильтра цилиндрических патрубков, в которых размещены поплавки с магнитными стержнями, блок управления последовательностью операций с электронным ключом, подключенным к управляющему входу реле, первая группа контактов которого установлена в линии подключения соленоидов блока измерения приращения веса к входу дифференциального блока, соединенного с первым входом блока деления, а вторая группа контактов этого реле размещена в цепи управления переключателем направления потока контролируемой среды, побудитель расхода и источник электропитания, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения, блок измерения приращения веса фильтра дополнительно содержит уплотнительное кольцо, установленное в нижнем отверстии патрубка, а система снабжена усилителями тока соленоидов, установленными на выходе регуляторов тока индуктивных преобразователей блока измерения приращения веса фильтров, вторым и третьим дифференциальными блоками, .интегратором, подключенным входом к выходу второго дифференциального блока, а выходом— к второму входу блока деления, выход первого дифференциального блока дополнительно соединен через третий дифференциальный блок с входом электронного ключа, и реле времени, первая и вторая группа контактов которого включены соответственно в цепь переключения направления тока соленоидов блока измерения приращения веса фильтра и в цепь возбуждения автоколебаний бюксы с фильтром, а третья группа контактов реле времени установлена в цепь запуска йобудителя расхода, при этом третья и четвертая группы контактов реле блока управления размещены в цепи подключения соленоидов измерителя. объема анализируемой среды к соответствующим входам второго дифференциального блока, а пятый замыкающий и шестой размыкающий контакты реле блока управления подключены параллельно соответствующим усилителям тока.