Устройство для измерения концентрации пыли в воздухе

 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения концентрации пыли и может быть использовано для контроля загрязненности окружающей среды. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых концентраций и повьшзение точности измерения за счет обеспечения адаптивных режимов преобразования информации и очистки пьезоэлектрического элемента. Устройство содержит программируемый таймер , буфер, элемент 1ШИ и запоминающий регистр. Клок управления выполнен в виде микроэвм, двунаправленная шина данных которой связана соответственно с выходами буфера, информационными двунаправленными входами программируемого таймера и с входами запоминаюв1его регистра. Шина управления соединена соответственно с управляющими входами буфера, таймера и запоминающего регистра, при этом входы буфера соответственно соединены с входами преобразователя измене - ния частоты колебательного контура в код. Информационные выходы запоминающего регистра соединены с вторыми входами компаратора, выход-которого подключен к одному из входов элемента И, другой вход которого и вход R RS-триггера соединены с управляющим выходом регистра. Выход элемента И соединен с управляющими входами аналогового ключа, микроэвм п задающего генератора, с одним из входов ялемента ИЛИ и с третьим счетным входом .таймера, первый счетный вход которого подключен к выходу задающего генератора , а второй счетный вход соединен со своим выходом и с входом S RS-триггера, выход которого подключен к третьему управляющемувходу таймера и к другому входу элемента ИЛИ, выход последнего соединен с первым и вторым управляющими входами таймера . В устройстве в процессе работы адаптивно без повышения частоты задающего генератора достигается расширение диапазона измерения в сторону высоких концентраций пыли, причем это осуществляется с той же заданной точностью. Кроме того, устраняется возможность повторного осаждения частиц на чувствительный элемент путем адаптивного регулирования длительности цикла очистки, а также учитьшается (при вычислении) влияние остаточного осадка на чувствительный элемент. I ил. ID (Л 4 СП сд 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1453258 А1 (дц 4 G Ol N 15/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4266883/31-25 (22) 23.06.87 .(46) 23.01.89. Бюл. М 3 (71) Вильнюсский инженерно-строительный институт (?2) А.В.Примак, В,В.Шейко и П.Б.Балтренас (53) 543.275,3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 802843, кл. 0 01 Б 15/02, !978, Авторское свидетельство СССР

М 1344036, кл. r, О! N 15/02, 1985, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ II&UIH В 803jPXE (57) Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения концентрации пыли и может быть использовано для контроля загрязненности окружающей среды. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых концентраций и повьппение точности измерения за счет обеспечения адаптивных режимов преобразования информации и очистки пьезоэлектрического элемента. Устройство содержит программируемый тай" мер, буфер, элемент KIH и запоминающий регистр. Блок управления выполнен в виде микроЭВ!1, двунаправлен-. ная шина данных которой связана соответственно с выходами буфера, инфор-, маUHDHHbIMH двунаправленными входами программируемого таймера и с входами запоминающего регистра. Шина управления соединена соответственно с управляющими входами буфера, таймера . и запоминающего регистра, при этом входы буфера соответственно соединены с входами преобраэоват-:ля и"-мене= ния частоты колебательного контура в код. Информационные выходы запоминающего регистра соединены с вторыми входами компаратора, выход которого подключен к одному из входов элемента И, другой вход которого и вхоп 8

ББ-триггера соединены с управляющим выходом регистра, Выход элемента И соединен с управляющими входами аналогового ключа, микроЗВМ и задающего генератора, с одним иэ входов элемента ИЛИ и с третьим счетным входом таймера, первый счетный вход которого подключен к выходу задающего геЯ нератора, а второй счетный вход соединен со своим выходом и с входом 8

RS-триггера, выход которого подключен к третьему управляющему входу тай- С мера и к другому входу элемента ИПИ, выход последнего соединен с первым и вторым управляющими входами таймера, В устройстве в процессе работы „р адаптивно беэ повьппения частоты 3а- д дающего генератора достигается расширение диапазона измерения в сторону высоких концентраций пыли, причем это осуществляется с той же заданной точностью. Кроме того, устраняется воэможность повторного осаждения частиц на чувствительный элемент путем адаптивного регулирования длительнос" ти цикла очистки, а также учитывается (при вычислении) влияние остаточного осадка на чувствительный элемент.

1 ил.

1453258

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения концентрации пыли и может быть использовано для контроля загряз5 ненности окружающей среды, Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых концентраций и повышение точности измерения за счет обеспечения адаптивных режимов преоб- lð разования информации и очистки пьезоэлектрического элемента.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит чувствительный элемент в виде пьезоэлектрического цилиндра 1, задающий колебательный контур 2 чувствительного элемента, источник 3 постоянного напряжения, аналоговый ключ 4, преобразователь 5 2р изменения частоты колебательного контура в код (ПИЧК), буфер 6, RH-триггер 7, элемент ИЛИ 8, задающий генератор 9, микроЭВМ 10, программируемый таймер 11, запоминающий регистр 25

12, компаратор 13 и схема И 14, Устройство работает следующим образом.

До команды Пуск" все позиционные элементы схемы (триггеры, счетчики) находятся в нулевом состоянии и на пьезоэлектрический цилиндр 1 це поступает высокое напряжение, В программируемый таймер 11 вводится управляющая программа. 35

Программируемый таймер 11 содержит три счетчика. Первый и третий счетчики служат для измерения верхних значений концентрации, а первый и второй счетчики — дпя измерения ниж- щ них значений концентрации пыли по информативному параметру — времени осаждения определенной массы пыли на чувствительный элемент, 1 45

Для режиме измерения на высоких концентраций первый и второй счетчики программируемого таймера ll программируются с коэффициентом деления

m=1000, а третий счетчик .используется только как счетчик событий — в данном случае в качестве счетчика переменного числа и циклов измерения поддиапазона верхних значений концентрации пыли. В диапазоне нижних

55 значений концентрации пыли измерение концентрации С„; производится за один цикл, а во втором диапазоне измерение

С . производится за и циклов.

Ьi

До команды "Пуск подача импульсов от задающего генератора 9 на счетный вход первого счетчика таймера 11 блокирована путем подачи на первый управляющий вход таймера логического сигнала низкого уровня от элемента

К1Н.8. При этом блокированы второй и третий счетчики таймера 11 .

После указанного программирования счетчиков таймера ll подается команда "Пуск". 11ачинает работать ПИЧК5.

МикроЭВМ 10 контролирует код лье=О на выходах буфера 6 и вводит в регистр

12 значение лГ=11 „(m „„ — двоичный код, соответствующий, например, значению 100 бит). Отдельным разрядом вводится в регистр 12 управляющий сигнал. В этом случае после ввода в регистр 12 укаэанного кода выход компаратора 13 устанавливается в "1", а по положительному перепаду управляющего выходного сигнала регистра 12 опрокидывается RH-триггер 7 и срабатывает схема И 14. В результате этого снимается блокировка со всех счетчиков программируемого таймера

11 и производится замыкание ключа 4, в результате чего высокое напряжение от источника подается к внешней стенке пьезокерамического цилиндра,l.

Под изменением массы пьезокерамического цилиндра 1 за счет осевших пыпинок меняется частота его колебаний, а соответственно и код на выходе преобразователя 5. Этот код д11, соответствует изменению на ДГ, собственной частоты колебательного контура

2, По мере увеличения массы осевших пылинок он приближается к значению кода И „, установленному на выходе регистра 12. Установочное значение кода И „„ выбирается исходя из заданной точности в определении концентрации пыли. С момента подачи высокого напряжения на пьезоэлектрический цилиндр 1 начинается и отсчет времени осаждения на его внутренние стенки дозированной массы пылинок. Снимается блокировка со всех управляющих входов счетчиков программируемого таймера 11. В начале процесса осаждения начинает заполнять=я импульсами от генератора 9 первый его счетчик.

Работа программируемого таймера 11 и устройства в целом существенно отличается в зависимости от того, в каком поддиапаэоне измерения находится анализируемая концентрация пыли.

1 1 з ч

С;-К н ДЯ,Т

45

3 14532

В первом поддиапазоне — поддиапазоне нижних концентраций анализ концентрации пыли проивзодится за один цикл. После поступления в первый счетчик количества импульсов m=1000 на

em выходе вырабатывается короткий . положительный импульс, возвращающий триггер 7 в исходное состояние, При этом блокируется управляющий вход 10 третьего счетчика программируемого таймера 11, первый вход элемента ИЛИ

8, а второй счетчик таймера программируемого получает приращение +1.

При достижении И „ текущим значением 15

dN выхода ПИЧК5 компаратор 13 возвращается в "О". В результате этого выход схемы И 14 устанавливается в

"0", блокируется генератор 9 и элемент ИЛИ 8, т.е. прекращается подача 20 счетных импульсов на вход счетчиков программируемого таймера 11. Одновременно этот момент является сигналом готовности, по которым микроЭВМ

l0 осуществляет съем показаний третьего счетчика и в случае нулевого значения снимает показания первоro и второго счетчиков программируемого таймера 11, затем производит обработку данных в соответствии с форму- 30 лой где К вЂ” коэффициент размерности;

N д — цифровой эквивалент значения df const;

m; — количество импульсов, зарегистрированных первым и вторым счетчиками тайме- 40 ра ll;

Т вЂ” период частоты следования импульсов генератора 9;

S — массовая чувствительность датчика.

С установкой в "О" выхода схемы

И 14 размыкается ключ 4 и снимается подача высокого напряжения на пьезоэлектрический цилиндр 1 — начинается цикл очистки, в процессе которого 50 сдуваются пыль с внутренних стенок цилиндра 1. Наряду с этим после окончания съема данных микроЭВМ 10 засылает в регистр. 12 нулевой или близкий к нулю код заданного значения

И,ч, также управляющий сигнал нулевого логического уровня. В течение цикла очистки микроЭВМ 10 отслеживает уменьшение значения лN;„на выходе

58

ПИЧК5 через буфер 6. При этом, как только ЛИ,=О: или становится близким

1 к нулевому значению и не уменьшается с течением времени, микроЭВМ 10 за- дает временную паузу равную =1!7, где 1 — длина цилиндра 1; V — скорость движения пылинки, по истечении которой формируется конец цикла очистки. Тем самым гарантируется полное сдувание всех осажденных пылинок за пределы рабочего объема цилиндра.

Начало следующего цикла измереййя аналогично предыдущему. В регистр 12 осуществляется ввод N, =лГ const u управляющего сигнала высокого логи" ческого уровня, в результате чего приводятся в действие аналогичным образом все узлы устройства. Исключением является лишь то„ что в случае, когда в процессе очистки в результате загрязнения чувствительного элемента 1 начальное значение кода на выходе ПИЧК5 не достигло О, то и отсчет времени произойдет в последующем цикле с другой отметки, а это согласно протраммы, будет учтено микроЭВМ 10 при расчете концентрации пыли. В случае, когда загрязнение чувствительного элемента превышает предусмотренные программой допустимые нормы — вырабатывается аварийный сигнал.

Для высоких концентраций пыли измерение производится за несколько циклов, разделенных циклами очистки .

При этом срабатывает компара rop 13 и схема И 14 в тот момент, когда первый счетчик программируемого таймера 11 не перешел точки переполнения. В этом случае третий счетчик программируемого таймера 11 получает приращение +1. МикроЭВМ па сигналу готовности производит в соответствии с программой съем показаний счетчиков программируемого таймера 11> при чем сначала третьего, а затем второго. Если состояние третьего счетчика отлично от нуля, а второго счетчика нулевое, то микроЭВМ 10 не обрабатывает показания счетчиков, а выраба" зевает команды, осуществляющие цикл очистки, а затем последующий цикл измерения и так до тех пор, пока не произойдет переполнение первого счетчика программируемого таймера 11, а второй его счетчик зарегистрирует приращение +l

5 )ч53

В этом цикле по концу измерения в отличие от всех предыдущих циклов

RS-триггер 7 устанавливается в "0" и блокирует третий счетчик. ИикроЭВМ

1О снимает показания всех счетчиков и производит вычисление концентрации пыли согласно формулы где )000+к . — количество импульсов, зарегистрированных первым счетчиком; 15 ш . — показания третьего

31 счетчика, равного количеству циклов измере ния.

Формула изобретения

Устройство для измерения концентрации пыли в воздухе, содержащее задающий генератор, блок управления, элемент И, RH-триггер, чувствительный

25 пьезоэлектрический элемент, выполненный в виде цилиндра и подключенный к входу задающего колебательного контура, выход которого соединен с входом преобразователя изменения частоты колебательного контура в код, источник постоянного напряжения, выход которого подключен к входу аналогового ключа, выход которого соединен с чувствительным пьезоэлектрическим элементом, причем группа выходов преобразователя изменения частоты колебательного контура в код подключена к первой группе входов компаратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с 40

258 целью расширения диапазона измеряемых концентраций и повышения точно сти измерения за счет обеспечения адаптивных режимов преобразования информации и очистки пьезоэлектрическо- . го элемента, устройство дополнительно снабжено программируемым таймером, элементом ИЛИ и запоминающим регистром, а блок управления выполнен в виде микроЭВМ, шина данных которой соединена с выходами преобразователя из" менения частоты колебательного контура в код и информационными входами программируемого таймера и запоминающего регистра, а шина управления подключена к управляющим входам программируемого таймера и запоминающего регистра, при этом информационные выходы запоминающего регистра соединены с вторыми входами компаратора, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход элемента И и S-вход триггера соединены с управляющим выходом запоминающего регистра, выход элемента И подключен к управляющим входам аналогового ключа, микроЭВМ и задающего генератора, а также к первому входу элемента ИЛИ и третьему счетному входу программируемого таймера, первый счетный вход которого соединен с выходом задающего генератора, а второй счетный вход подключен к выходу программируемого таймера и R-входу RS-триггера, выход которого соединен с третьим управляющим входом таймера и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому и второму управляющим входаи программируемого таймера.

1453258

Составитель Д. Громов

Редактор Л. Зайцева Техред И. Ходанич Корректор Б.Король

Закаэ 7275!38 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4