Устройство для регулирования углеродного потенциала

 

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к устройствам для химико-термической обработки изделий в контролируемой атмосфере. Сущность изобретения: измеряют концентрацию 0₂ и температуру в атмосфере печи 1 датчиком 5, концентрацию CO - датчиком 8. Сумма сигналов, полученных после преобразования этих значений, сравнивается на элементе 11 сравнения с сигналом задатчика 12 углеродного потенциала. Сигнал рассогласования через регулятор 10 углеродного потенциала поступает на исполнительный механизм 6, меняющий подачу углеродного газа в печь. 2 ил.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к устройствам для химико-термической обработки изделий в контролируемой атмосфере.

Известно устройство для регулирования углеродного потенциала, содержащее датчики температуры, концентрации окиси углерода СО и кислорода О₂, регулятор углеродного потенциала, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, первый вход которого подключен к задатчику углеродного потенциала, два суммирующих усилителя, показывающий прибор, например потенциометр, и блок корректора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для регулирования углеродного потенциала, содержащее датчик температуры, датчик концентрации окиси углерода, выход которого через логарифмирующий функциональный преобразователь соединен с первым входом первого суммирующего усилителя, выход которого через показывающий прибор инверсно соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком углеродного потенциала, а выход через регулятор углеродного потенциала соединен с исполнительным механизмом, установленным на трубопроводе для подачи углеводородного газа, второй суммирующий усилитель.

Недостатком известного устройства является низкая долговечность обрабатываемых изделий из-за недостаточной точности определения углеродного потенциала.

Целью изобретения является повышение долговечности обрабатываемых изделий за счет повышения точности определения углеродного потенциала.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования углеродного потенциала, содержащее датчик температуры, датчик концентрации окиси углерода, выход которого через логарифмирующий функциональный преобразователь соединен с первым входом первого суммирующего усилителя, выход которого через показывающий прибор инверсно соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком углеродного потенциала, а выход через регулятор углеродного потенциала соединен с исполнительным механизмом, установленным на трубопроводе для подачи углеводородного газа, второй суммирующий усилитель, дополнительно содержит блок корректора, соединенный с третьим входом элемента сравнения, блок умножения, первый вход которого соединен с датчиком концентрации кислорода, второй вход - с выходом второго суммирующего усилителя, а выход - с вторым входом первого суммирующего усилителя, переключатель, соединенный с первым входом первого блока сменных сопротивлений, с входами второго и третьего блоков сменных сопротивлений, с первым входом четвертого блока сменных сопротивлений, второй вход которого соединен с датчиком температуры, а выход - с третьим входом первого суммирующего усилителя, четвертый вход которого соединен с выходом третьего блока сменных сопротивлений, второй вход первого блока сменных сопротивлений соединен с датчиком температуры, а выход - с первым входом второго суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом второго блока сменных сопротивлений.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для регулирования углеродного потенциала; на фиг. 2 - пример схемы 1, 2 и 4-го блоков сменных сопротивлений и второго суммирующего усилителя.

Устройство для регулирования углеродного потенциала содержит печь 1 с контролируемой атмосферой (например, эндогазом), которая снабжена патрубком 2 и регулирующим краном 3 (КРА-50), по которому в печь 1 подается добавка углеводородного газа, например метана. На печи 1 установлен пробоотборный патрубок 4, представляющий, например, трубку из жароупорного материала 6-20 мм и толщиной стенки 1-5 мм, а также твердоэлектролитный датчик 5, который может быть выполнен, например, в виде трубки с герметично присоединенной к одному из торцов пробиркой из двуокиси циркония, внутри которой вставлена термопара. Регулирующий кран 3 связан с исполнительным механизмом 6, например, таким как однооборотный электрический исполнительный механизм постоянной скорости МЭО 1,6/25-0,63 ГОСТ 7192-74. Устройство содержит также датчики температуры 7, концентрации окиси углерода СО 8 и кислорода 9, регулятор углеродного потенциала 10, соединенный с выходом элемента сравнения 11, второй вход которого соединен с задатчиком углеродного потенциала 12.

Кроме того устройство содержит два суммирующих усилителя 13, 14, логарифмирующий функциональный преобразователь 15, блок умножения 16, четыре блока сменных сопротивлений 17, 18, 19, 20. Выход первого суммирующего усилителя 13 через показывающий прибор 21 (потенциометр КСП-2 ГОСТ 7164-71) инверсно соединен с первым входом элемента сравнения 11, третий вход которого соединен с блоком корректора 22. Устройство также содержит переключатель 23, в качестве которого использован универсальный переключатель (УП) на два положения (два рабочих интервала температур, например, 1-й диапазон 900-950^оС, а 2-й диапазон 950-1050^оС).

Блоки 14, 17, 18 и 20 могут быть выполнены, как показано на фиг. 2.

В первом положении VII замкнуты контакты IVA первого блока сменных сопротивлений 17 и ЗVII второго блока сменных сопротивлений 18, а во втором положении VII соответственно контакты 2VII блока 17 и 4VII блока 18. При этом величина сигналов, поступающих на второй суммирующий усилитель 14, изменяется в зависимости от рабочего диапазона температур, установленного на переключателе 23, так как изменяется коэффициент передачи операционного усилителя ОУ. Кроме указанного схемного решения в предложенном устройстве возможны и другие решения в зависимости от имеющейся элементной базы (например, на бесконтактных элементах).

Аналогичное схемное решение возможно для блоков 13, 19 и 20.

Устройство для регулирования углеродного потенциала реализует следующий алгоритм С = b₁ 10^-4 + b₂ + a_ф, где С - углеродный потенциал атмосферы, мас. % , b₁; b₂ - коэффициенты, полученные при обработке экспериментальных данных, а_ф - поправка на фольге, % , С, U - показатель степени, который вычисляется по формуле U = E(a₁T + a₂) + (a₃T + a₄) + lgP_co где Е - электродвижущая сила датчика, а₁, а₂, а₃, а₄ - коэффициенты, полученные при обработке экспериментальных данных; Т - температура печи ^оК; Р_со - парциальное давление окиси углерода, об. % .

Устройство для регулирования углеродного потенциала работает следующим образом.

В печь 1 с обрабатываемым изделием подается углеродсодержащая атмосфера (например, эндогаз), а также добавка углеводородного газа (например, метан) по патрубку 2. Отбор атмосферы из печи 1 осуществляется через пробоотборник 4, подающий атмосферу к датчику 8 концентрации СО. Концентрация О₂ и температура в атмосфере печи измеряется твердоэлектролитным датчиком 5. Сигнал датчика 8 концентрации СО поступает на логарифмирующий функциональный преобразователь 15, производящий вычисление натурального логарифма парциального давления СО, сигнал которого lgP_co поступает на первый суммирующий усилитель 13. Сигнал твердоэлектролитного датчика 5 поступает на датчик 9 концентрации кислорода О₂, сигнал которого Е подается на первый вход блока умножения 16. Сигнал датчика 7 температуры (a₁(T₀)T) масштабируется первым блоком сменных сопротивлений 17 и складывается с сигналом второго блока сменных сопротивлений 18 (а₂(Т₀)T) вторым суммирующим усилителем 14, сигнал которого а₁(Т₀)Т + а₂(Т₀)Т поступает на второй вход блока умножения 16. С блока умножения 16 сигнал пропорциональный произведению сигналов, поступающих на его входы, подается на второй вход первого суммирующего усилителя 13, на четвертый вход первого суммирующего усилителя 13 подается сигнал, формируемый четвертым блоком сменных сопротивлений 20 (а₃(Т₀)Т). Сумма сигналов, поступающих на первый суммирующий усилитель 13 [U] пропорциональна углеродному потенциалу атмосферы. Она поступает на показывающий прибор 21, сигнал которого [C] сравнивается на элементе сравнения 11 с сигналом задатчика углеродного потенциала 12 [C*] . Сигнал рассогласования С, поступая на регулятор углеродного потенциала 10, воздействует на исполнительный механизм 6, изменяющий доставку углеродного газа в печь 1 посредством регулирующего крана 3. Сигналы блоков сменных сопротивлений являются функцией рабочего температурного интервала, устанавливаемого вручную переключателем 23.

Функцией блоков сменных сопротивлений 17, 18, 19, 20 является изменение величины сигналов в предлагаемом устройстве в зависимости от устанавливаемого вручную на переключателе 23 рабочего интервала температур в печи химико-термической обработки, то есть переключение средств масштабирования сигналов, поступающих от других элементов схемы устройства, например, от датчика температуры 7. Ручная коррекция показания прибора 10 посредством корректора 22 осуществляется следующим образом.

В печи 1 размещается фольга, изготовленная из армко-железа и насыщается в ней углеродом до равновесной концентрации. После чего известными средствами определяется концентрация углерода в фольге и с помощью корректора 22 вводится суммируемая на первом блоке 13 величина напряжения, пропорциональная разности между показаниями показывающего прибора 21 и концентрацией углерода в фольге.

Предлагаемое устройство для регулирования углеродного потенциала позволяет увеличить точность определения углеродного потенциала атмосферы (погрешность уменьшается в 2 раза) в результате повышения точности определения температуры и состава атмосферы, что приводит к повышению долговечности и качества обрабатываемых изделий. (56) Авторское свидетельство СССР N 1036767, кл. С 21 D 1/76, 1983.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА, содержащее датчик температуры, датчик концентрации окиси углерода, выход которого через логарифмирующий функциональный преобразователь соединен с первым входом первого суммирующего усилителя, выход которого через показывающий прибор инверсно соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком углеродного потенциала, а выход через регулятор углеродного потенциала соединен с исполнительным механизмом, установленным на трубопроводе для подачи углеводородного газа, второй суммирующий усилитель, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок корректора, соединенный с третьим входом элемента сравнения, блок умножения, первый вход которого соединен с датчиком концентрации кислорода, второй вход - с выходом второго суммирующего усилителя, а выход - с вторым входом первого суммирующего усилителя, переключатель, соединенный с первым входом первого блока сменных сопротивлений, с входами второго и третьего блоков сменных сопротивлений, с первым входом четвертого блока сменных сопротивлений, второй вход которого соединен с датчиком температуры, а выход - с третьим входом первого суммирующего усилителя, четвертый вход которого соединен с выходом третьего блока сменных сопротивлений, второй вход первого блока сменных сопротивлений соединен с датчиком температуры, а выход - с первым входом второго суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом второго блока сменных сопротивлений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2