Пристрій для визначення в’язкості розплавлених шлаків

Реферат: Пристрій для визначення в'язкості розплавлених шлаків містить електродвигун постійного струму, закріплений на штативі, вал зі шпинделем, що приводиться до руху через блок підшипників, поміщений в мідний холодильник, пристрій для нагріву зразка - піч Таммана. Пристрій додатково забезпечений реєстраційним блоком. UA 67768 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ В'ЯЗКОСТІ РОЗПЛАВЛЕНИХ ШЛАКІВ UA 67768 U UA 67768 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі вивчення в'язкісних властивостей розплавлених шлаків і може бути використана для визначення структури шлакових розплавів, природи і величини сил взаємодії між компонентами, а також для визначення оптимальної технології роботи металургійних агрегатів. Найбільш близьким технічним рішенням є пристрій, що містить електроротаційний віскозиметр (Цилєв Л.М. Пристрій для вимірювання в'язкості металургійних шлаків / Л.М. Цилєв, І.А. Попов // Заводська лабораторія. - 1951. - № 5. - С. 594-597), що складається з електродвигуна постійного струму, закріпленого на штативі, вала зі шпинделем, що приводиться в рух через блок підшипників, поміщений в мідний холодильник, для нагріву зразка використовується піч Таммана з встановленою термопарою в ізотермічній зоні. Проте, вимірювання сили струму на електродвигуні здійснюється за допомогою елементарної мостикової схеми і виконується окремо з вимірюванням температури, що не дозволяє синхронізувати вимірювання сили струму на якорі електродвигуна та EPC термопари, з подальшим виведенням оброблених даних на екран монітора і записом у файл. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити пристрій для визначення в'язкості розплавлених шлаків шляхом додавання конструктивних елементів і створення нового конструктивного взаємозв'язку, що дозволяє синхронізувати вимірювання сили струму на якорі електродвигуна і EPC термопари, з подальшим виведенням оброблених даних на екран монітора і записом у файл. Для вирішення поставленої задачі у пристрої для визначення в'язкості розплавлених шлаків, що містить електродвигун постійного струму, закріплений на штативі, вал зі шпинделем, що приводиться в рух через блок підшипників, поміщений в мідний холодильник, пристрій для нагріву зразка - піч Таммана, згідно з корисною моделлю, він додатково забезпечений реєстраційним блоком на основі мікроконтролера ATMEGA8, сполученим з електродвигуном, термопарою, встановленою в ізотермічній зоні печі і комп'ютером зі спеціальною програмою для виводу результатів експерименту на екран монітора. Пристрій для визначення в'язкості розплавлених шлаків пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 - загальний вид пристрою, фіг. 2 - блок-схема реєстраційного блока. Пристрій містить: електродвигун постійного струму (1), закріплений на штативі (2), вал зі шпинделем (3), що приводиться в рух через блок підшипників (4), поміщений в мідний холодильник (5), зразок розплавленого шлаку (6), термопару (7), піч Таммана (8), реєстраційний блок на основі мікроконтролера ATMEGA8 (9), з'єднаний з термопарою, електродвигуном і комп'ютером (10) для відображення результатів експерименту. «Серцем» реєстраційного блока є однокристальний мікроконтролер ATMEGA8 (11), який містить процесорне ядро (CPU) (12), що працює на частоті 14,7456 МГц, 10-бітний АЦП послідовного наближення (13), блок узгоджувачів рівня (14), АЦП подвійного інтегрування (15), датчик температури DS1820 (16), термопару (17), живлення здійснюється від блоку живлення (18), зв'язок з комп'ютером - через СОМ-порт (19). При цьому: термопара через АЦП подвійного інтегрування пов'язана з (CPU); електродвигун пов'язаний з (CPU) через 10-бітний АЦП послідовного наближення; датчик температури пов'язаний з (CPU); зв'язок з комп'ютером здійснюється за допомогою СОМ-порту через блок узгоджувачів рівня. Пристрій працює наступним чином: у піч Таммана, забезпечену термопарою, поміщається зразок шлаку і нагрівається до розплавлення, потім в розплав шлаку опускається вал зі шпинделем, що приводиться в рух електродвигуном. Дані від термопари та електродвигуна надходять в реєстраційний блок на основі мікроконтролера ATMEGA8 і після обробки передаються в комп'ютер. Реєстраційний блок віскозиметра призначений для вимірювання ЕРС термопари, струму якоря двигуна постійного струму і температури навколишнього середовища (датчик DS1820) з подальшою передачею результатів у персональний комп'ютер для їх обробки і збереження у файл. Живлення контролера здійснюється напругою + 5 В від стабілізатора, розміщеного в блоці живлення. Вбудований АЦП використовується тільки для вимірювання струму двигуна. Оскільки 10-бітна точність недостатня для вимірювання температури, для вимірювання ЕРС термопари застосований зовнішній АЦП подвійного інтегрування, зібраний на двох операційних підсилювачах серії К544 і мультиплексорі К561КП1. Для живлення операційних підсилювачів використовується стабілізована напруга ±12 В від окремих стабілізаторів в блоці живлення. Такий захід дозволяє знизити вплив шумів, які генеруються цифровою частиною схеми. Для зв'язку з ПК використовується стандартний електричний інтерфейс для послідовної двонаправленої передачі даних, що підтримує асинхронний зв'язок RS-232 через СОМ-порт. Для узгодження рівнів сигналів мікроконтролера і інтерфейсу RS-232 використовується блок узгоджувачів рівня. 1 UA 67768 U 5 10 15 Частота вимірів визначається часом циклу вимірювання АЦП подвійного інтегрування. Воно складається з наступних складових: 1) корекція нуля - 0,02 с; 2) обнулення інтегратора - до 0,02 с; 3) інтегрування вхідного напруги - 0,02 с (для придушення перешкод з частотами, кратними 50 Гц); 4) інтегрування опорної напруги - до 0,035 с. Пристрій здійснює безперервні вимірювання, але час вимірювання залежить від рівня вхідного сигналу, тому частота опитувань виявляється змінною. Прив'язка результатів вимірювань до реального часу проводиться в ПК під час читання даних з СОМ порту. У пристрої застосовано аналого-цифровий перетворювач, що працює за принципом подвійного інтегрування. У АЦП подвійного інтегрування використовується метод попередньо-готельного перетворення напруги в часовий інтервал, а потім вимірювання тимчасового інтервалу. Перетворювач «напруга - часовий інтервал» будується на основі інтегратора, оскільки при постійній вхідній напрузі вихідна напруга інтегратора - лінійна функція часу. uвих t    20 25 1 t 1  uвх t dt   RC uвчt (1) RC 0 де uвих і uвх - вихідна і вхідна напруга інтегратора відповідно, В; R - активний опір інтегратора, Ом; C - ємність інтегратора, Ф; t - час інтегрування, с. На першому етапі перетворення на вхід інтегратора через вхідний комутатор подається напруга Uвх , протягом фіксованого часу T1  N1  Tсч , де N1 - деяке фіксоване ціле число, Tсч період рахункових імпульсів, реалізується перше інтегрування, в результаті якого на виході інтегратора встановлюється напруга, пропорційна Uвх : Uвих max   Uвх T1 U NT   вх 1 сч RC RC На другому етапі перетворення на вхід інтегратора підключається опорна напруга Е0 , знак 30 якої протилежний знаку Uвх і напруга на виході інтегратора змінюється від Uвих max до 0 за час T2  N  Tсч  Uвх  N1  Tсч / Е0 . При досягненні на виході інтегратора нульового рівня «нулькомпаратор» припиняє надходження тактових імпульсів на вхід лічильника результату і на виході 35 40 45 50 лічильника реєструється вихідний код N UвхN1 . E0 Висока точність досягається незалежністю N від значень RC і Tсч · Така апаратна реалізація АЦП є найточнішою з усіх існуючих АЦП. (тобто, має найменшу похибку перетворення). Так, оригінальний пристрій має роздільну здатність близько 100 мкВ при напрузі зсуву інтегратора, що досягає 20 мВ, тобто корекція дозволяє збільшити точність АЦП на 2 порядки. Також шляхом спеціальної побудови алгоритму пристрою управління проводиться компенсація напруги зсуву компаратора нуля, що додатково підвищує точність вимірювань. Датчик температури DS1820 призначений для вимірювання температури навколишнього середовища і використовується для компенсації температури холодного спаю термопари. Він має цифровий вихід, який працює в протоколі 1-Wire. Передача даних про температуру здійснюється в цифровій формі з контролем достовірності за допомогою коду CRC8 (Cyclic Redundancy Check 8-bit). Дискретність виміру температури становить 1/16 °C. Виміри проводяться з періодом 2-3 с. Непряме вимірювання в'язкості проводиться шляхом вимірювання струму якоря електродвигуна. Пристрій забезпечує живлення двигуна постійною напругою 6 В і вимірює споживаний ним струм. Вимірювання струму проводиться синхронно з вимірюванням ЕРС термопари. Градуювання корисної моделі здійснюється за допомогою еталонної рідини з відомими значеннями в'язкості. Як еталонна рідина використовувалася рицинова олія. Таким чином, вищеописана будова реєстраційного блока корисної моделі дозволила добитися стабільності виведених на екран монітора і записуваних в файл показань не тільки зміни сили струму на якорі електродвигуна при зміні навантаження на ньому, але і EPC термопари, а також похідних величин, необхідних для досліджень. 2 UA 67768 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Пристрій для визначення в'язкості розплавлених шлаків, що містить електродвигун постійного струму, закріплений на штативі, вал зі шпинделем, що приводиться до руху через блок підшипників, поміщений в мідний холодильник, пристрій для нагріву зразка - піч Таммана, який відрізняється тим, що він додатково забезпечений реєстраційним блоком на основі мікроконтролера ATMEGA8, сполученим з електродвигуном, термопарою, встановленою в ізотермічній зоні печі і комп'ютером зі спеціальною програмою для виводу результатів експерименту на екран монітора. 3 UA 67768 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4