Устройство для вычисления концентрации газов в хроматографии

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()920746

Сокзэ Советских

Социалистических

Республик (51)M. Кл.. (61) jl0ïîëíèòåëüíîå к авт. свид-ву (22) Заявлено 18, 10 7о (213 2855855/18-24 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

G 06 F 15/46

Гооударственный коиитет

Опубликовано . 15. 04. 82. Бюллетень ¹ 14

Дата опубликования описания 15 04 82 оо делан изобретений и открытий (53) УДК 681 325 .22(088.8) (72) Авторы изобретения

О. М. Бондарюк u N. В. Грибанов г

Всесоюзный научно-исследовательский и проактноконструкторский институт комплексной автоматизации нефтяной и газовой промышленности (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ

В ХРОМАТОГРАФИИ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при вычислении компонентов в исследуемой npohe газа.

Известна система, содержащая оперативное и постоянное запоминающие устройства, центральный процессор; блок аналого-цифрового преобразования, устройство управления, устройство ввода данных, используемая для многоканальной обработки хроматогра1Î фических данных (11.

Недостатком такой системы является ее сложность.

Наиболее близким по технической

l5 сущности к изобретению является устройство, содержащее преобразователь напряжения в частоту, цифровой корректор дрейфа, генератор тактовых импульсов, цифровой селектор пиков, схему совпадения, счетчик импульсов и .устройство отображения f23.

Задача, решаемая данным, устройством, заключается в определении площадки пика независимо от величины и знака базовой линии, Если параметры некоторых узлов в устройстве, например преобразователя напряжения в частоту., изменяются вследствие температурных .и временных нестабильностей, то влияние этих нестабильностей прямо сказывается на полученных результатах. Это заставляет использовать совместно с известным устройством специальный вычислитель, учитывающий нестабильности, в противном случае устройство непригодно для работы .в автоматическом режиме и имеет недостаточную точность.

Целью изобретения является повышение точности работы устройства,.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее преобразователь напряжения в частоту; вход которого является входом устройства., генератор тактовых импуль сов, выход которого соединен с пер"

3 92074 вым входом блока коррекции дрейфа, выход которого соединен с первым входом элемента И и с входом блока селекции пиковых значений, первый выход которого подключен к

5 второму входу элемента И, выход элемента И подключен к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с входом блока отображения, введены три коммутатора, счетчик импульсов калибровки,таймер и блок умножения первый вход КоТооо го соединен с выходом преобразователя напряжения в чаототу, а выход подключен к второму входу блока коррекции дрейфа, третий вход которого соединен с вторым выходом блока селекции пиковых значений, выходы таймера подключены соответственно к управляющим входам первого и второго- коммутаторов и счетчика импульсов калибровки, вход которого соединен с выходом третьего коммутатпра входы которого соединены соответственно с выходом элемента И 2g и с первым выходом первого коммутатора, второй и третий входы блока умножения подключены соответственно к второму вы:оду первого коммутатора и к выходу второго коммутатора, вхо- ЗО ды первого и второго коммутатфров подключены соответственно к выходу счетчика импульсов калибровки и к выходу регистра калибровки.

Блок коррекции дрейфа содержит триггер, элементы И, счетчики и схему сравнения, входы которой соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков, первые входы пер40 вого, второго и третьего элементов

И подключены к первому выходами блока, первые входы четвертого, пятого и шестого элементов И подключены к второму входу блока, второй вход пер— вого элемента И является третьим входом блока, выход первого элемента

И подключен к входу триггера, первый выход которого соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов И, выходы которых подключены соответственно к входам первого счет чика, второй выход триггера соединен с вторыми входами третьего и ,пятого элементов И, выходы которых подключены соответственно к входам второго счетчика. выход схемы сравнения соединен с вторым входом шесто6 4 го элемента И, выход котооого является выходом блока, Блок селекции пиковых значений в устройстве содержит триггер, дешифратор и счетчик, выход которого через дешифратор соединен с входом триггера„ выходы которого являются соответственно первым и вторымвыходами блока.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 — схемы блока коррекции дрейфа и блока селекции пиковых значений, Устройство содержит преобразователь 1 напряжения в частоту, блок 2 коррекции дрейфа, генератор 3 тактовых импульсoB блок 4 селекции пиковых значений, элемент И 5, счетчик 6 импульсов, блок 7 отображения, блок 8 умножения, коммутатор 9, счетчик 10 импульсов калибровки, коммутатор 11, таймер 12, регистр 13 калибровки, коммутатор 14, триггер

15, элементы И 16-21, счетчики 22 и 23, схему 24 сравнения, счетчик 25. д шифратор 26, триггер 27.

Устройство работает следующим образом.

Хроматографический сигнал в виде напряжения (форма- гауссовская кривая) поступает на вход преобразователя ) напряжения в частоту ° С выхода преобразователя 1 импульсы поступают на вход блока 8 умножения, коэффициент которого регулируется так, чтобы он был обратно пропорционален некоторому числу, заданному двоичным. Точность умножения определяется числом разрядов блока 8. Таймер 12 управляет вводом проб калиброночного и исследуемого газов и фор— мирует строб-импульс калибровки, задающий интервал времени, за который осуществляется калибровка системы.

Счетные импульсы с выхода блока 8 поступают на вход блока коррекции дрейфа, где происходит коррекция базовой линии, а с выхода блока 2 коррекции дрейфа счетные импульсы поступают на элемент И 5, который управляется сигналом с выхода блока 4 селекции пиковых значений.

Блок 4 выдает интервал прохождения импульсов преобразователя напряжения в частоту через элемент И 5 на счетчик 6 импульсов, а также сигнал вывода информации на блок 7 отображения. Коммутатор 9 открывается строб9207 где тс

N = ----К 3 U (t)dt

N0 О

5 импульсом калибровки таймера 12. Во время калибровки коэффициент умножения блока устанавливается в соответствии с кодом, хранящимся в регистре 13, через коммутатор 14, действующий синфазно с коммутатором 9, Во время измерения действует коммутатор 11, переписывающий код счетчика 10 импульсов калибровки в коэффициент умножения блока 8.

Интервал времени между двумя появлениями сигнала с заранее известной концентрацией составляет цикл работы системы. Весь цикл разбивается на интервал калибровки и интервал из- 15 мерения.

Во время калибровки, т.е. выхода пика с известной концентрацией, таймер 12 под воздействием строб-импульсов открывают коммутатор 14, задавая ° 20 тем самым коэффициент умножения блока 8, который в это время обратно пропорционален коду регистра 13. Одновременно строб-импульс открывает коммутатор 9, предварительно устано- 25 вив счетчик 1О импульсов калибровки в н;левое состояние. Импульсы с выхода элемента И 5 поступают через открытый коммутатор 9 на вход счетчи— ка 10 импульсов с частотой, пропорциональной выходному хроматографическому сигналу и обратно пропорциональной коду регистра 13 и эти же импульсы подаются на вход счетчика 6 импульсов. В конце интервала калибровки счетчик !0 импульсов набирает сумму импульсов где Л - аппаратурная постоянная умножителя;

N - число, представленное кодом из регистра 13;

К - крутизна преобразователя нап45 ряжения в частоту;

Тс - интервал, определяемый цифровым селектором пика;

U (t)-panpaxeeve на выходе детектора.

46 6 Накопление количества импульсов измеряемых компонентов выражается

A Tl.

N „ = --- к u (t)dr., 1с

N - сумма i é компоненты;

N --код управления, накопленный в счетчике 10;

Т - длительность пика i-й компонентьц

UI(t)-напряжение пика 1-й компоненты.

3 Ti

A К. Ui(t)dt С, и ------ Н р2--,(11(Тс С

U (t) dt

lio О

0 где С вЂ” концентрация i-й комгоненты;

С0- концентрация газа, используемого для калибровки;

Nz- код, хранящийся в регистре 13;

m - число младших разрядов, используемых для управления.

Получив все суммы измеряемых компонентов, цикл калибровки и измерения повторяют. Если в новом интервале калибровки получен код со счетчика импульсов больше или меньше предыдущего то это свидетельствует о наличии нестабильностей в системе, однако, благодаря описанной петле регулирования, в каждом цикле выполняется корректировка измерительного тракта. Независимо от уходов параметров устройства выходной код, пропорциональный концентрации компонентов, не должен изменяться. Калибровочный код можно выбрать так, что выходная сумма импульсов будет давать выражение для относигельной концентрации, Выбрав этот код по-другому, можно получить цифровое пред-ставление для абсолютной концентрации. При одном и том же сигнале калибровки можно использовать устройство для любых компонентов, учитывая, однако, изменения чувствительности детектора к различным компонентам.

За интервалом калибровки следует интервал измерения. В интервале . измерения коммутаторы 9 и 14 блоки55 руются, а коммутатор ll открывается, и код, набранный счетчиком

10 импульсов, устанавливает новый коэффициент умножения блока 8.

В качестве сигнала калибровки можно применять любой, например первый, пик и в этом случае можно измерять концентрацию компонентов относительно выбранного пика. При настройке набирают код ручной уставки, подавая калибровочный пик как во время калибровки, так и во время

4$

50 и

7 92 измерения. При этом в режиме измерения относительной концентрации выходной код должен показывать 100Х а в режиме измерения абсолютной концентрации — цифры значений концентрации калибровочного газа

Блок 2 коррекции дрейфа в устройстве работает следующим образом.

Сигналы с выхода блока 8 (фиг.)) поступают на входы элементов И 16, 17 и 18 блока 2 коррекции дрейфа, который работает с режиме, задаваемом генератором 3 тактовых импульс:зз (фиг. 1).В первом такте количество импульсов записывается в счетчик 22, в следующий такт триггер 15 переключает прохождение импульсов на вход счетчика 23 Количество записанных импульсов н счетчиках 22 и

23 сравнивается схемой 24 сравнения.

При равенстве количества импульсов в обоих счетчиках схема 24 сравнения выдает сигнал, который переключает элемент И 5 и разрешает прохождение всех последующих импульсов в анализируемом такте на вход счетчика 25.

В счетчике 25 подсчитывается количество этих импульсов, и полученное число сравнивается с числом, заложенным в дешифраторе 26 и определяю" щим порог срабатывания блока селекции пиков. Если превышение порога срабатывания не происходит, то с приходом следующего тактового импульса происходит опрокидывание триггера

15, счетчик 22 переводится в нуле— вое состояние, и в течение этого такта входные импульсы поступают на вход счетчика 22, а набираемая в нем сумма сравнивается с числом импульсов, записанным ранее в счетчике 23.

При преньш ении порога срабатывания на выходе дешифратора 26 появляется сигнал, вызывающий опрокидывание триггера 27 и изменяющий режим работы элемента И 5 и элемента И 19 (фиг. 2). В этом режиме число, записанное н счетчике 22 (или 23) остается неизменным на все время обсчета пика, а показания счетчика

23 (или 22) сбрасываются н конце каждого такта. В каждом такте на счетчик 25 через элемент И 18 поступа ют импульсы после вычитания в блоке

2 коррекции дрейфа количества импульсов, записанного в счетчике 22 (Или

23), соответствующего значению базо0746 8 вой линии хроматографического сигнала перед началом пика. В конце хроматографического сигнала, когде количество импульсов в очередном такте будет отличаться от числа, запомненного в блоке 2 коррекции дрей3 фа, на величину, меньшую парогоного значения, прекращается действие сигнала на выходе дешифратора 26, происходит срабатывание триггера 27, прекращается поступление сигнала на элементы И 5 и 19. Вся схема возвращается в исходное состояние.

В описанной схеме цепи сбросов не показаны.

Использование предложенного устройства позволяет получить в цифровом представлении концентрации компонентов в исследуемой пробе газа, независящие от наличия температурных и временных нестабильностей узлов, и дает возможность снизить требования в отпошении стабильности этих устройств в автоматическом режиме.

Формула изобретения

1. Устройство для вычисления концентрации газов в хроматографии, содержащее преобразователь напряжения в частоту, вход которого является входом устройства, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом блокоррекции дреифа, выход которого соединен с первым входом элемента И и с входом блока селекции пиковых значений, первый выход которого подключен к второму входу эле- мента И, выход элемента И подключен к нходу счетчика импульсов, выход которого соединен с входом блока отображения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены три коммутатора, счетчик импульсов калибровки, таймер и блок умножения, первый вход которого соединен с ныходом преобразователя напряжения в частоту, а выход подключен к второму входу: блока коррекции дрейфа, третий вход которого соединен с вторым выходом блока селекции пиковых значений„ выходы таймера подключены соответственно к управляющим входам первого и второго коммутаторон и счетчика импульсов калибровки, вход которого соединен с выходом третьего

9207

9 з. коммутатооа входы котот>ого соеди) иены соответственно с вых>дом элемента И и с первым выходом первого коммутатора, второй и третий входы блока умножения подключены соответственно к второму выходу первого коммутатора И к выходу второго коммутатора, входы первого и второго коммутаторов подключены соответственно к выходу счетчика импульсов калибров-10 ки и к выходу регистра калибровки.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок коррекции дрейфа содержит триггер, элементы И, счетчики и схему срав- 15 кения, входы которой соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков, первые входы первого, второго и третьего элементов

И подключены к первому входу блока, >О первые входы четвертого, пятого и шестого элементов И подключены к второму входу блока, второй вход пер— вого элемента И является третьим входом блока, выход первого эле- 25 мента И подключен к входу триггера,. первый выход которого соединен с вторыми входами второго и четвертоl0

ro элементов И, выходы которых под ключены соответственно к входам первого счетчика, второй выход триггера соединен с вторыми входами третьего и пятого элементов И, выходы которых подключены соответственно к входам второго счетчика, выход . схе мы сравнения соединен с вторым входом шестого элемента И, выход которого является выходом блока.

3. Устройство по п . 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок се" . Ф. лекции пиковых значений содержит триггер, дешифратор и счетчик, выход которого через дешифратор сое- динен с входом триггера, выходы которого являются соответственно первым и вторым выходами блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 662945, кл . Г 06 F 15/46, 1976, 2. Авторское свидетельство СССР

У 612263, кл . Ci 06 J I/02, 1977 (прототип).

920746

Заказ 2345/57 Тираж 732

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А. Жеренов

Редактор Л. Веселовская Техред A,Áàáèíåö Корректор М.Демчик с