PT80348B

PT80348B - Unidade de bomba aperfeicoada para a colheita de amostras de ar

Info

Publication number: PT80348B
Application number: PT80348A
Authority: PT
Original assignee: Ema Corp
Priority date: 1984-10-12
Filing date: 1985-04-24
Publication date: 1987-08-19
Also published as: US4527953A; ES542614A0; CA1234202A; EP0181679B1; DE3569415D1; JPS6191540A; AU553559B2; PT80348A; EP0181679A1; AU4134485A; ES8700436A1

Description

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS:

A fig. 1 representa um esquema de blocos da unidade de

bomba.

A fig. 2 representa um diagrama de blocos do circuito ele£ tránico da unidade de bomba.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO:

A unidade de bomba para a colheita de amostras de ar á de construção compacta e foi concebida para uso individual. As dimensões da unidade são aproximadamente 5,7 x 10,2 x 12,7 cm e pesa cerca de 800 a 1.100 g, conforme o peso da pilha usada na unidade.

A unidade de bomba para a colheita de amostras de ar, .com

a sua característica de fluxo constante e a excelente precisão, po de ser usada para vigiar o ar, que pode conter elementos perigosos no meio ambiente a que estão sujeitas as pessoas. Por exemplo, po de fazer-se o contrôlo do cloreto de vinilo num local de trabalho, emanações radioactivas tóxicas e gases análogos em minas, pó de carvão nas minas e túneis. 0 filtro da unidade de bomba para a colheita de amostras de ar é analisado relativamente à substância que está a ser controlada no final de cada período ds trabalho, por

exemplo no fim de um dia de trabalho de 8 horas, sendo os resultaí·'

dos obtidos Hçgistados nas fichas dos trabalhadores. Quando se v<3 rificar que um trabalhador esteve exposto a uma atmosfera perigosa correspondente a uma quantidade da substância especificada, é-lhe dada outra tarefa.

Fazendo referência ao esquema de blocos da fig. 1, o ar é impelido através da abertura de entrada (1) e através do filtro (2) a âer preferência vai para um acumulador (3) impelido pela bomba de ar de impulso variável (4) accionada por um motor (5) de velocidade variável. A bomba pode funcionar sem circuito de desvio e a re&

> pectiva válvula, mas é preferível o seu uso para os caudais baixos. Uma válvula de desvio (7) está montada em paralelo com a bomba (4) no tubo (6). A válvula del desvio é usualmente uma válvula de agulha regulável e é ajustada para proporcionar o caudal de ar desejado. Quando a válvula se abre, faz-se a reciclagem de uma maior quantidade de ar, reduzindo-se assim o fluxo de ar através da bomba. Fechando a válvula, passa mais ar através da unidade. A bomba pode funcionar suavemente a uma velocidade normal proporcionando caudais de ar baixos com a válvula de desvio aberta em vez de funcionar lentamente, colando-se e prendendo-se, caso não se usasse o desvio para os caudais de ar baixos. A qtilifcâçãe de um reservató

·>ιΐ?7’

rio de ar nao é necessária mas é muito conveniente. 0 reservatório de ar (8) está colocado no tubo ou canal que liga a bomba (4) ao orifício (11). 0 reservatório de ar contribui para reduzir as

pulsações provocadas pela bomba e em geral proporciona um fluxo suave do ar através da unidade.

Um orifício (11), usualmente uma válvula de agulhas ajustável ou um orifício constante, está colocado entre o reservatório de ar (8) e o escape (17). 0 orifício provoca uma queda de pressão que é seguida pelo interruptor operado pela pressão (12), que se abre e fecha com a variação da queda de pressão. De preferência, em paralelo com o orifício, há um circuito de desvio que compreende m tubo ou canal (9) no qual está colocada uma válvula (10), tal como uma válvula de agulha ajustável. As válvulas (10) e (11) têm um funcionamento idêntico. A válvula (11) e o orifício funcionam como contrôlo grosseiro e a válvula (10) e a válvula de desvio funcionam como contrôlo fino.

No canal ou tubo (18) no qual está montado o interruptor operado pela pressão (12) está colocado um filtro (19), usualmente de uma espuma de borracha. Este filtro reduz e modula as pulsações da bomba para o interruptor operado pela pressão.

As variações no fluxo de ar através da unidade, que podem ser provocadas por um bloqueio, parcial ou total, da entrada de ar ou do filtro de ar ou ainda por pulsação provocada pelo funcionamejj to da bomba, provocam variações na queda de pressão do ar e dão origem à abertura e ao fecho do interruptor aetuado pela pressão. Ligado electricamente ao interruptor operado pela pressão há um dispositivo de contrôlo em anel fechado (13), que é de preferência um computador e um circuito accionado pelo motor.

0 computador envia um sinal de impulsos com um ciclo acti-

vo digital de pequena duração, durante um intervalo de tempo ajustado para o interruptor operado pela pressão, para determinar a ρ,ο sição predominante de abertura ou de fecho do interruptor durante o citado intervalo de tempo. No caso de o interruptor se encontrar predominantemente na posição aberta, o dispositivo de controlo do computador faz aumentar gradualmente a tensão proveniente da fonte de energia que, através do circuito de accionamento do motor, acciona o motor com uma velocidade crescente que, por sua vez, acciona a bomba com uma maior velocidade e aumenta o fluxo de ar através da unidade. No caso de o interruptor operado pela pressão estar predominantemente na posição fechada, o dispositivo de contrôlo faz diminuir gradualmente a tensão proveniente da fonte de energia que, através do circuito de accionamento do motor, faz diminuir a velocidade do motor, diminuindo a velocidade da bomba e o fluxo de ar através da unidade.

Não fica aplicada uma tensão constante directamente através dos eláctrodos do interruptor operado pela pressão (12), como sucedia no caso das unidades de bomba da técnica anterior. Nestas bombas o número excessivo de fechos e de aberturas do interruptor actuado pela pressãoprevocWRtn o desgaste muito rápido deste devido aos arcos que saltavam entre os eláctrodos em cada abertura e em ca da fecho do interruptor. Num intervalo de tempo relativamente curto os eláctrodos ficam queimados e corroídos. Na presente invenção não se aplica uma tensão ao interruptor actuado pela pressão. 0 ôi, nal digital proveniente do computador determina,se o interruptor está predominantemente fechado ou aberto. A tensão do sinal é apli cada durante um intervalo de tempo muito pequeno e elimina virtualmente a formação de qualquer arco nos eláctrodos do interruptor.

De preferência, uma unidade de comando de um visor de cris-

tais líquidos (LCD) está ligado electricamente ao computador e fornece um sinal a um visor de cristais líquidos (LCD) que exibe os dados que foram acumulados pelo computador da unidade.

O filtro (2) da unidade de bomba pode ser adaptado para reter quase todos os tipos de substâncias, tais como gases, líquidos e sólidos. Se apenas for necessária a filtração mecânica, por

z z

exemplo recolher as partículas de poeira a que um trabalhador esta exposto, prevê-se um filtro que reterá partículas de 0,01 micromez

troa ou maiores. Se 0 filtro deve reter um gas, tal como por exemÉ z z

pio anidrido sulfuroso, utiliza-se um filtro químico que reterá esZ

te gas. Se se pretenderem reter vapores, utiliza-se então um filtro, tal com um filtro de carvão vegetal, que retenha esses vapores. No fim do intervalo de tempo em que um indivíduo utiliza a unidade, por exemplo um período de um dia de 8 horas de trabalho, 0 filtro ó retirado e examinado para a determinação das substâncias a que 0 indivíduo esteve exposto. Pode usar-se uma simples contagem de partículas ao microscópio ou então pode proceder-se a uma análise do filtro mediante cromatografia em fase gasosa.

0 acumulador (3) e usualmente uma parte integrante da armâ Γ

ção da unidade de bomba, e e aberto, moldado ou cortado na armação, com uma folha de um elastómero cobrindo uma parede e com aberturas apropriadas* Um acumulador típico tem um volume de cerca de 2 a 20 cm3 e reduz e amortece os golpes criados pela bomba e permite a acumulação de ar no lado de sucção da bomba.

No dosímetro e usada uma bomba de ar de impulso variavel. Geralmente, utiliza-se uma bomba do tipo de diafragma que movimenta cerca de 5 a 5.000 cm3/minuto de ar. Podem também usar-se outras unidades de bomba, tais como unidades de bomba de êmbolo, unidades

z

de bomba rotativas e unidades de bomba centrífugas.

A bomba está ligada electricamente a um motor de corrente

contínua convencional com uma potência de 0,001 a 0,02 cavalos-va

por. 0 motor á um motor de velocidade variável e funciona com

locidades de cerca de 80 a cerca 8.000 rotações por minuto. Em

algumas circunstâncias pode usar-se um redutor entre o motor e a

bomba.

0 reservatório (8) constitui usualmente uma parte integras te de qualquer armação na qual são montados os vários componentes usados na unidade. Parte do reservatório pode ser encerrado dentro de uma folha fina de um elastómero de maneira que qúaisquer pulsações da corrente de ar provocadaspela bomba podem ser facilmes te amortecidas pelo elastómero, que absorve a pulsação.

A finalidade do reservatório é a de amortecer quaisquer pulsações da corrente de ar provocadas pelos golpes de bomba, pelo menos em certo grau, antes de a corrente de ar passar atravás do orifício. 0 volume do reservatório á tao pequeno quanto possível mas deve ter um valor suficiente para reduzir as pulsações da corrente de ar; usualmente tem um volume semelhante ao volume do ac^ mulador.

Um orifício, tipicamente com a forma de uma válvula de agulha regulável, é colocado num tubo que liga o reservatório à abertura de escape. Utiliza-se um orifício que cria uma queda de pressão de cerca de 1,02 - 10,2 cm (0,4 - 4,0”) de água. Utiliza-se usualmente uma queda de pressão de 6,35 “ 8,89 cm (2,5 - 3,5”) de água.

Utiliza-se um interruptor de pressão diferencial com uma sensibilidade relativamente elevada, o qual á sensível a uma vari£ ção da queda de pressão na corrente de ar de cerca de 0,25 - 1,27 cm (0,1 - 0,5”) de água.

Um dispositivo de contrôlo em anel fechado utilizável co£

1Q

preende um circuito digital ligado electricamente ao interruptor operado pela pressão e a um circuito integrador que está ligado à fonte de energia que integra o sinal proveniente do circuito digtal e envia este sinal integrado para um circuito amplificador.

0 circuito amplificador, que está ligado à fonte de energia e em série com o circuito integrador e com o motor eléctrico, fornece um sinal amplificado ao motor e acciona o motor com a velocidade apropriada para se obter um fluxo uniforme de ar através da unidade da bomba.

0 circuito digital fornece impulsos na gama de frequências de 50 a 1.000 impulsos por segundo ao interruptor operado pela pressão. Os impulsos possuem um ciclo activo de 0,1 a 5 %· Isso limita o valor da corrente eficaz no interruptor a cerca de 0,1 a 5,0 mA.

Um outro dispositivo de comando em anel fechado para o contrêlo do motor compreende o circuito digital ligado electricamente ao interruptor operado pela pressão e um circuito integrador digital ligado ao circuito digital. 0 circuito integrador recebe e i£ tegra o sinal recebido do circuito digital. Um conversor digital/ /analógico está ligado ao circuito integrador e converte o sinsl para um sinal analógico que é enviado a um circuito amplificador ligado ao motor e acciona o motor com a velocidade apropriada para conseguir obter um fluxo de ar uniforme através da unidade.

Num dispositivo de contrôlo em anel fechado preferido, o circuito digital está ligado a um circuito integrador digital que integra o sinal digital recebido do interruptor operado pela pressão. Este sinal integrado é depois fornecido a um dispositivo digital de comutação modulador da duração dos impulsos ligado ao cir cuito integrador digital. Este dispositivo de comutação está liga

BWt\ ;

do à fonte de energia e ao motor e fornece corrente ao motor para accionar o motor e, portanto, a bomba de ar de maneira tal que pa& sa um fluxo de ar uniforme através da unidade.

Fazendo referencia à fig, 2, o dispositivo de controlo pra ferido referido antes, está incorporado num computador (l3^Â) que está ligado electricamente ao circuito de accionamento do motor (13B) que amplifica 0 sinal proveniente do computador e acciona 0 motor (5). θ circuito digital e 0 integrador digital fazem parte do circuito computador, θ sinal digital de impulsos proveniente do computador (13^) e enviado para 0 interruptor operado pela pressão. 0 dispositivo de comutação modulador da duração dos impulsos faz parte do circuito de accionamento do motor (13B) que acciona o. motor. Um teclado (ΐδ) á utilizado para introduzir dados e para

_A z

seleccionar parâmetros limites do programa e esta ligado ao computador. Um díodo electroluminescente (LEU) ligado ao computador (l3A) e activado quando a bomba está na posição de retenção e não está em funcionamento. Um segundo díodo EED (20) _e activado

z z

quando esta a ser controlado 0 fluxo através da bomba.

θ circuito (15) de comando do visor de cristais liquidos (ICD) (14), ligado ao computador, fornece um sinal ao visor de cristais líquidos (14) que exibe dados que foram acumulados pelo computador (l3A).

Um dispositivo de entrada/saída (20) e um circuito que permite que uma linha omnibus de dados seja ligada ao computador e pez mite a descarga dos dados para um segundo computador, para registo. 0 dispositivo de entrada/saída permite também a carga de dados no computador, por exemplo parâmetros de operação, tempo de funcionamento, tempo de baixo caudal e similares. Isso pode ser feito com

Z Z

uma unidade de programaçao conhecida nestas técnicas. Esta técnica de carga e particularmente útil quando for necessário programar um

certo número de unidades de bomba para a mesma informação. Por exemplo^ a cada trabalhador de um turno de 5° pessoas numa mina ou instalação é fornecida uma unidade de bomba para usar durante o trabalho nesse turno. Seria uma grande perda de tempo a progra mação de cada uma individualmente. Utilizando o programador, cada unidade pode ser carregada com o programa desejado num tempo igual ou inferior a 10 segundos.

A unidade é activada com um interruptor de ligação/desligação (2l) ligado electricamente à bateria (22) e ao computador (13A). Um circuito carregador da bateria (23) ligado à bateria (£2) carrega a bateria mas pode também ser usado para accionar o motor através do circuito de accionamento do motor (13B)· θ terminal (I/C) representado ligado ao carregador é o de uma fonte de energia exterior que fornece energia ao carregador.

0 detector de temperatura (24) está ligado a um conversor analógico/digital (25) que, por sua vez está ligado ao computador (13A). 0 conversor analógico/digital converte 0 sinal de tempera

tura, e quaisquer outros sinais analógicos que podem ser recebidos para outras funções, em sinais digitais que podem ser processados pelo computador (13A).

0 que vai seguir-se é uma descrição mais pormenorizada do funcionamento dos componentes da unidade de bomba representada na fig. 2.

Computador:

0 computador (13A) é tipicamente um microcomputador numa só plaqueta (ehip) 80C49 CMOS e é o controlador central da unidade de bomba . A função principal do microcomputador consiste em proporcionar 0 contrôlo em anel fechado do motor da bomba, com base no estado do interruptor operado pela pressão no instante óas

t z’ , ··amostragens periódicas. 0 contrôlo do motor faz-se através da va riação da duração dos impulsos enviados para os circuitos de comando do motor. Além disso, o microcomputador executa funções de gestão, tais como a gestão do tempo de funcionamento, do tempo com caudal baixo, da apresentação de dados no visor, contrôlo do interruptor de comando local e suas respostas, a temporização e o contrôlo da carga da bateria e uma comunicação externa.

Como o microcomputador contém internamente a unidade central de processamento (CPU), os dispositivos de entrada/saida, a memória RAM de dados e a memória de programas, é mínima a quanti dade de circuitos exteriores para realizar o seu funcionamento. Tipicamente, um oscilador de cristal de 6 MHz e dois condensadores estabelecem a base de tempo para a temporização do ciclo de instrij ção do computador. Um condensador desempenha a função de restabelecimento da alimentação. E necessário um transístor, tipicamente um transístor VN 2222L, que é ligado em paralelo com um condensador, para permitir a desligação controlada pelo computador.

0 teclado (18) e os indicadores de díodos LED (19) e (20) estão sob o contrôlo directo do microcomputador. 0 operador utiliza o teclado para efectuar o contrôlo local e escolher os parâmetros que definem o programa. No modo de funcionamento mais simples em que os parâmetros são escolhidos localmente, a bomba possui três eg, tados. Quando se liga a alimentação, iniciada pela actuação n© botão LIGAR/DESLIGAR, o computador fica na posição de "suspensão'* (HOLD), Neste modo, é possível seleccionar os parâmetros do tempo de funcionamento, incluindo o tempo de funcionamento, o tempo com caudal baixo e o atraso do arranque. Isto é feito utilizando a lig, tagem no visor (DISPLAY SCROLL) para seleccionar o parâmetro a alt£ rar e premindo a tecla de ajustamento da função para se deslocar

através dos parâmetros disponíveis. Premindo a tecla Funcionamento /Retenção (RUN/ROLD) força-se a bomba para o estado de funcionamento no qual o motor esté sob o contrôlo do computador.

Uma vez o computador forçado para o estado de funcionamento (RUN) ele pode ser reposto no estado de retenção (HOLD) para parar o ma tor da bomba, mas não é possível alterar os parâmetros programados. Este último estado é seleccionado pela tecla LIGADO/DESLIGA DO. Quando este botío for accionado, o computador é colocado no estado DESLIGADO e faz-se arrancar um circuito de temporização de 20 minutos. Se a bomba se mantiver no estado DESLIGADO até expirar este tempo de temporização, o computador gera um impulso de paragem que retira a própria alimentação. No estado de DESLJ GADO, duas actuações sucessivas da tecla REPETIÇÃO forçam um re torno ao estado inicial de retenção e religação da energia.

INTERFACE DO VISOR (de cristais líquidos)

Os estados da unidade da bomba e os parâmetros são apresentados ao operador através de um indicador de cristais líquidos (15) que pode exibir caracteres numéricos completos e caracteres alfabéticos limitados. 0 visor de cristais líquidos tem uma interface com o computador através do circuito de comando (14) do visor de cristais líquidos que tipicamente é uma plaqueta de interface de entrada em série MM5453· A interface do circuito de comando exige uma entrada de relógio e de dados provenientes do computador. Estas duas saídas estão também disponíveis através

da ficha de interface exterior.

Em funcionamento normal da unidade de bomba, o visor de cristais líquidos não é visível para o utilizador. Prevâem-se

15

dois diodos DEL para dar ao utilizador a informação operacional mínima. 0 diodo LED àe retenção está LIGADO quando o computa flor estiver no estado de retenção e DESLIGADO para indicar çue a bomba não está activamente a colher uma amostra. 0 díodo de FLUXO e usado para indicar o estado de fluxo. Um díodo RED permanentemente LIGADO indica que a bomba está sob o contrôlo do microcomputador. Um diodo LED a acender intermitentemente indica que existe uma condição de baixo caudal.

LÓGICA DE LIGAÇÃO E ALIMENTAÇÃO DE ENERGIA:

Como se mencionou antes, a bomba e activada pela actuação da tecla LIGAR/DESLIGAR do teclado, mas, uma vez os circuitos alimentados, a desligação faz-se sob o contrôlo do microcomputador. A ligação e igualmente efectuada quando se liga o carregador da bateria (23). A função lógica de ligação e efectuada por circuitos digitais discretos em conjunção com o microcomputador.

A função de desligação e controlada por estes circuitos digitais e pelo microcomputador. Enquanto o carregador da bateria estiver ligado a alimentaçao de energia, o interruptor e forçado para o estado LIGADO q impede-se a desligação.

CIRCUITOS DE ACCIONAMENTO DO MOTOR:

Os circuitos de accionamento do motor compreendem transístores, resistências e um amplificador operacional discretos. O ma

t f

tor e controlado pelo microcomputador usando uma técnica de variação da duração dos impulsos. A duração dos impulsos e variavel

por passos de 0,1 % com um ciclo activo que varia aproximadamente

entre 3 e 97 %.

Um circuito limitador de corrente em conjunção com o motor

’ permitem que a bomba funcione continuamente a partir do carrega-* dor da bateria, bem como o estabelecimento da tensão mínima para o microcomputador durante o tempo em que a bomba está a funcionar. A intensidade da corrente máxima foi estabelecida pela corrente de funcionamento normal do motor, pela queda de tensão na resistên cia limitadora de corrente na bateria e pela corrente necessária para a carga da bateria. De notar que a corrente para o motor á apenas limitada nos seus valores de pico. Quando o aotor estiver a rodar com velocidade suficiente para produzir uma força contra-electromotriz, a corrente de pico á determinada pelo motor e não pelos circuitos limitadores de corrente. Para caudais muito baixos o circuito limitador de corrente está funcional, o que tende a dar ao motor uma melhor resposta à variação da duração dos impulsos no anel de contrôlo.

INTERFACE ANALÓGICO/DIGITAL:

Os circuitos da interface analógico/digital e o conversor analógico/digital (25) na fig. 2 são incluídos para permitir o coa trôlo da tensão da bateria e a medição da temperatura. Esta função á desempenhada por um detector de temperatura sob o contrôlo do microprocessador. 0 conversor analógico/digital (25) é tipicamente um conversor analógico/digital em sárie de 8 bits com quatro canais. Os canais 0 e 1 de Uó são usados num modo diferencial para medir a temperatura, enquanto o canal (2) á usado para contro lar a tensão da bateria e o canal 3 tem sido usado para realizar uma entrada de ensaio.

Todas as conversões analógico/digitais estão acopladas ao

comando da duração dos impulsos do motor da bomba e efectuam-se

no final do ciclo quando o impulso está desligado. Isso torna mini

ma a corrente absorvida dos circuitos de conversão analógico/digital e igualmente minimiza o aquecimento próprio do detector da temperatura que pode produzir erros nas leituras da temperatura.

0 detector de temperaturas é tipicamente uma referência de separação de bandas de energia permitidas LM335 com uma tensão de saída de 10 mV/grau Kelvin. A temperatura pode assim ser lida com precisão até 0,5 grau, numa gama de -28 a 99,5 graus Cel sius. Quando a bomba for ligada inicialmente à alimentação e até que o motor da bomba arranque, o operador dispõe da indicação da temperatura ambiente. Uma vez iniciado o programa (após o arran· que do motor), a temperatura média calculada durante o funcionamento é a que está disponível no visor.

A tensão da bateria é também medida durante o tempo em que o motor está desligado. Como o motor nao pode estar ligado enquajj to está a medir-se a tensão da bateria, o microcomputador dispõe de uma boa estimativa da tensão da bateria em circuito aberto.

Esta medição é usada pelo microcomputador para determinar duas te£t sões críticas. X tensão de 5,5 V contínuos, o circuito da bomba

I é automaticamente desactivado para poupar a memória do microcomputador. Esse estado é indicado ao utilizador pelo acendimento intermitente dos pontos deeimais no visor de cristais líquidos. À tensão de 5,θ V contínuos,© microcmputador desliga-se para impedir a inversão de um elemento na embalagem da bateria.

INTERFACE DOS DADOS EXTERIORES:

Previu-se uma interface de dados exteriores, representada

na fig. 2 como entrada/saída em (20). A finalidade principal des,

ta interface consiste em permitir a leitura de dados por um dispositivo computador exterior e de parâmetros dos programas tais como

a hora de arranque, o tempo de funcionamento, o tempo com caudal baixo e a hora do dia, que devem ser carregados na bomba por um dispositivo de nível mais elevado. Quando programada externamente, a bomba possui características não disponíveis nos comandos do painel frontal. Estas caracteristicas são activadas ligando a bogj ba e o dispositivo de programação e carregando os parâmetros do programa desejados. Quando programada desta maneira, a bomba tem a capacidade de arrancar a uma hora do dia determinada, de funcionar durante um certo número de horas e minutos, de funcionar com caudal baixo durante um número especificado de minutos e segundos β aiada a possibilidade de proporcionar amostragens intermitentes. Relativamente a esta última característica, a bomba pode ser programada para funcionar durante um certo número de minutos em cada hora.

A interface externa também pode ser usada como meio para 11 gar em paralelo visores distantes, para controlar tensões criticas e para alimentar a bomba a partir de fontes de energia diferentes da bateria.

CIRCUITO DE CARGA DA BATERIA:

A carga da bateria, representada pelo carregador (23) na fig. 2, está sob o contrôlo directo do microcomputador. Quando a fonte de carga da bateria externa está ligada à unidade, a bomba é forçada automaticamente para o estado DESLIGADO. 0 mierocompu·* tador é capaz de detectar a presença da tensão do carregador exterior através de circuitos exteriores ligados entre o jaque de carga e 0 microprocessador. A carga da bateria faz-se no regime de carga em 10 horas, sendo impedida uma sobrecarga da bateria por meio de contagens de tempo no microcomputador. No fim de um ciclo

de earga de 14 horas, o microcomputador faz a comutação para um

modo de carga lenta. 0 microcomputador pode carregar baterias com

dois tipos diferentes de embalagem. Uma entrada para o microcomputador indica o tipo de embalagem da bateria, uma embalagem sub-C

ou uma embalagem 1/2 D, que está ligada à unidade.

A carga das baterias faz-se utilizando um conversor de corrente contínua/corrente contínua de corrente constante, cujo ciclo activo á controlado pelo microcomputador para estabelecer as correntes de carga apropriadas para os dois tipos de baterias. 0 conversor de corrente contínua/corrente contínua á constituído por um circuito de oscilação associado a um amplificador operacional, tipicamente um CA313O· A saída desse amplificador operacional á ligadâ a um transístor com a taxa de repetição necessária para assegurar um fluxo de corrente conínua numa indutância. A taxa de impulsos á variável entre 100 e 150 Hz. Em funcionamento normal,

0 nível de corrente á estabelecido por ajustamento de um potencióma tro que estabelece a tensão de referência para a entrada inversora do amplificador operacional. Um díodo desempenha a função de reto£ no para permitir que a corrente passe continuamente atravás da indutância durante os tempos de desligação dos impulsos. Dois outros díodos impedem a descarga da bateria quando 0 carregador não está ligado, e um díodo de Zener fixa a tensão nos terminais da bateria para permitir o funcionamento a partir do carregador, sem a bateria ligada.

Durante a carga, o microcomputador liga o circuito de carga pelo transístor exterior de controlo. Quando a carga se faz no regime das 10 horas, as baterias sub-C e 1/2 D são ligadas com ciclos activos de 4o e 80 #, respectivamente. Na carga lenta, os ciclos activos caem para 10 e 20 respectivamente. A carga da bateria

20

Ζ Ζ

apenas e executada quando o microcomputador esta no estado DESLIz

GADO e o tempo de carga completa de 14 horas e reiniciado sempre que o microcomputador volta a esse estado depois de o motor ter sido ligado. Enquanto ligada ao carregador, toda a energia para a unidade e fornecida pela alimentação do carregador e não e retiraz

da qualquer energia da bateria. Quando o motor esta a funcionar,o

z

circuito de carga e ligado em sincronismo com o sinal de comando

z

do motor. Como a corrente do carregador e sempre maior do que a corrente do motor, não pode sair nenhuma corrente da bateria. Cirí cuitos exteriores discretos asseguram que o microcomputador e as funções lógicas são também alimentados a partir do carregador da bateria.

BATERIAS RECARREGÁVEIS:

Como se mencionou antes, a bomba pode ser alimentada quer a partir de uma bateria sub-C ou de uma bateria l/2 D. Ambas as

A ' ' f

embalagens contem 5 elementos niouel-cadmio ligados em serie’ e uma resistência limitadora de corrente de 1,5 ohm, bem como um dia

| positivo de coeficiente de temperatura positivo. Eles sao incluídos na embalagem da bateria para obedecer aos requisitos de segurança intrínsecos. São necessários três terminais para a bateria, dois para a tensão da bateria e o outro como indicador do tipo de

z

embalagem da bateria. Este terceiro terminal esta ligado ao terminal negativo da bateria no caso da bateria l/2 D θ aberto no caso da bateria sub-C.

CONTROLOS DO FLUXO DA BOKBA:

z

O caudal de ar da bomba e controlado nelo microcomputador

z

.utilizando uma técnica de modulaoao da duraçao de impulsos. O cau

21

'dal é determinado em função do estado do interruptor operado pela pressão. Rara impedir que saltem arcos entre os contactos do interruptor operado pela pressão, a tensão e aplicada ao interrup*· A* ~

tor apenas durante 10 microssegundos a razao de 500 amostragens por segundo. Esta técnica utiliza a concepção inerente do circuito do terminal de saida bidireccional 8049. Durante o tempo em que nao está a fazer-se a amostragem, o terminal de saida e

ζ z z

mantido ao potencial da terra e so e activado quando for necessário para detectar o estado do interruptor. Durante o tempo de ligaçao do impulso de amostragem a corrente esta limitada a aproximâ damente 2 m-A durante menos de 2 microssegundos e regressa ao nivel de corrente de 50 microampes durante os restantes 10 microssegundos do intervalo de amostragem.

_A Z ÍM

0 algoritmo de controlo e uma implementação digital do anel de contrôlo de integração perfeita de segunda ordem, com o refinaZ

mento adicional de ganho variavel do anel fechado, para a aquisiçao

z ζ z

maxima da largura maxima do impulso necessária para montei? o caudal desejado. Essencialmente, o sistema de anel fechado faz a media dos tempos de ligação e desligação do interruptor operado pela pressão e força esse valor medio para o valor de 5θ %. Depois da

Ζ Z

aquisiçao, o ganho do anel e reduzido ao minimo, para evitar a ”buscaⁿ quando soh comando em anel fechado. Para a aquisição rápj. da, provocada ou por variações de carga da bomba ou na ligação da

Z

alimentaçao, a bomba volta ao ganho máximo no anel, o que efectiva mente aumenta a taxa a que varia o ciclo activo para o motor, λ medida que a velocidade do motor se aproxima do contrôlo, o ganho

Z z z z

e baixado para uiveis intermédios ate ser estabelecido o controlo

absoluto. É declarada uma condição de nivel baixo quando o ciclo

activo for forçado ao valor de 97 % e ainda não tenha sido detectado o contrôlo no anel.

22

A bomba pode ser programada para parar após um certo inter valo de tempo de funcionamento com caudal baixo. Este período é programável de 1 segundo a 99 minutos e é tipicamente de 2 minutos.

Uma das características disponível num anel digital inteligente á a capacidade para recordar o estado do motor após uma interrupção do funcionamento. Se no instante da desligação o motor estiver sob contrôlo, o ciclo activo do caudal desejado á recordado e á este o ciclo activo que á usado quando a bomba for novamente ligada. Isso permite que a bomba arranque de novo com um período transitório mínimo. Se, depois de uma religação da alime& tação ao motor, não se atingir a estabilização do anel do motor dentro de um intervalo de tempo curto, o microcomputador volta à sequência de aquisição.

0 ciclo activo para o motor da bomba é variável por passos de 0,1 % de 3 a 97 Como a taxa de repetição dos impulsos á de

20 Hz, isso significa que a dimensão mínima de cada passo é de 50 microssegundos. As limitações no algoritmo de dontrôlo, alám desta resolução e desta taxa de repetição, residiam no facto de ser necessário manter uma base de tempo real com precisão e de o interruptor operado pela pressão ter que ser explorado de 2 em 2 milissegundos. Estes requisitos foram tambám incluídos nas limitações do subsistema de interrupção temporal 804-9.

Rei

Claims

Reivindicações

1.- Unidade de bomba aperfeiçoada para a colheita de amos tras de ar que possui um caudal de ar constante através da unidade, tendo a unidade uma entrada de ar, um dispositivo de filtração para remover partículas ou vapores do ar, ligado por um tubo à entrada de ar, uma bomba de ar de impulso variável ligada ao dispositivo de filtração que impele uma corrente de ar através da unidade, um motor eléctrico de velocidade variável ligado â bonba e que acciona a mesma, uma fonte de energia para alimentação do motor, um orifício situado numa ligação tubular acoplada à bomba e que provoca uma queda da pressão na corrente de ar que estã a ser bombada através da unidade de bomba, um interruptor operado pela diferença de pressões, com uma posição aberta e uma posição fechada, colocado em paralelo com o referido orifício, sendo o referido interruptor activado por uma variação da queda de pressão da corrente de ar provocada por uma variação do fluxo do ar através da unidade, e uma abertura de escape ligada por um tubo ao orifício e ao interruptor de pressão diferencial, caracte rizada por apresentar aperfeiçoamentos que consistem em:

um circuito digital ligado elecfcrf. camente ao interruptor operado pela pressão e um dispositivo de contolo em anel fechado ligado electricamente ao circuito digital, â fonte de alimentação e ao motor, emitindo o referido circuito digital um sinal de impulsos com um ciclo activo pequeno durante um intervalo de tempo determinado, para avaliar a posição aberta ou fechada predominan24

te do interruptor durante o referido intervalo de tempo, de modo

que, no caso de o interruptor estar predominantemente na posição

aberta, o dispositivo de controlo aumenta gradualmente a tensão

fornecida pela fonte de alimentação ao motor que, deste modo,

roda com uma velocidade mais elevada o que por sua vez provoca um

aumento da velocidade da bomba e o aumento do fluxo do ar através da unidade e, no caso de o interruptor estar predominantemente na posição fechada, o dispositivo de controlo diminui gradualmente a tensão da fonte de alimentação para o motor, de modo que este é accionado com uma velocidade mais baixa e, por sua vez, acciona a bomba com uma velocidade decrescente e diminui o fluxo de ar atra vés da unidade, sendo deste modo mantido o fluxo de ar através da unidade com um caudal constante.
2, - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o dispositivo de controlo em anel fechado compreender um circuito integrador ligado electricamente à fonte de energia e ao circuito digital e que utiliza o sinal proveniente do circuito digital e integra esse sinal, e um circuito amplificador ligado electricamente â fonte de energia e ligado em série com β cix cuito integrador e ao motor elêctrico, amplificando o referido circuito amplificador o sinal gerado pelo circuito integrador e fornecendo o sinal amplificado ao motor elêctrico.
3. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o circuito digital fornecer impulsos com frequências compreendidas entre 5Q e 1 000 impulsos por segundo ao interruptor operado pela pressão e por os impulsos terem um ciclo activo de 0,1 a 5% e sendo a corrente enviada para o interruptor limitada a um valor compreendido entre 0,1 e 5,0 mA.
4. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada. por o dispositivo de controlo em anel fechado compra ender um circuito digital integrador ligado ao circuito digital, um conversor digital/analogico ligado ao integrador > um circuito amplificador ligado ao conversor e ao motor, recebendo o circuito digital integrador um sinal do circuito digital na posição do interruptor operado pela pressão, sendo o sinal integrado e fornecido ao conversor digital/analogico que converte o sinal e fornece o sinal convertido ao circuito amplificador, que amplifica o sinal para accionar o motor que, por sua vez, acciona a bomba de ar com uma velocidade desejada para manter um fluxo de ar cons tan, te através da unidade.
5. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o dispositivo de controlo em anel fechado compreender um circuito digital integrador ligado ao circuito digital, um dispositivo de comutação modulador da duração dos impulsos liga do ao circuito integrador, ao motor e a fonte de energia, recebendo o integrador digital um sinal proveniente do circuito digital na posição do interruptor operado pela pressão, sendo o sinal inta grado e fornecido ao dispositivo de comutação, que fornece corrente ao motor e opera o mesmo e a bomba de modo a manter um fluxo de ar constante através da unidade.
6. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por o circuito digital e o dispositivo de controlo em anel fechado fazerem parte do circuito computador.
7. - Unidade de bomba de acordo cora a reivindicação 5, caracterizada por possuir um circuito limitador de corrente ligado electricamente entre o motor e o circuito de comutação modulador da duraçao dos impulsos, limitando o referido circuito a corrente ma(1

xima dos impulsos para o motor e aumentando o tempo dos impulsos para os impulsos de corrente elevada.
8. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por possuir um circuito de medição da temperatura acoplado ao computador.
9. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por possuir uma unidade de accionamento ligada eletricamente ao computador e acoplada a um visor de cristais líquidos que exibe os dados gerados pelo computador e que possui um teclado acoplado ao computador para a introdução dos parâmetros de operação.
10. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por possuir um acumulador de ar situado entre a

entrada de ar e a bomba.
11. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por possuir um reservatório de ar ligado por um tubo entre a bomba e o orifício.
12. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por possuir um circuito de desvio ajustável ligado em paralelo com a bomba e usado para ajustar o fluxo do ar através da bomba.
13. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por a bomba ser uma bomba de diafragma.
14. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por possuir um filtro disposto num tubo em paralelo antes do interruptor operado pela pressão .
15. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 1,caracterizada por a fonte de energia ser uma bateria.

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16. - Unidade de bomba de acordo com a, reivindicação 15, caracterizada por possuir um circuito de carga da bateria.
17. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 12, ca racterizada por possuir um tubo de desvio em paralelo com o orifí cio.
18. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 17,caracterizada por os desvios do motor e do orifício possuirem, cada um, uma válvula de agulha ajustâvel e por o orifício ser uma vãlvula de agulha ajustâvel.
19. - Unidade de bomba de acordo com a réindicação 9,caracterizada por possuir um dispositivo para a ligação de uma linha omnibus de dados para carga e descarga de dados.
20. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 19, caracterizada por possuir uma unidade de programação que pode ser li gada ao dispositivo da linha omnibus de dados para fazer a carga de

dados.
21. - Unidade de bomba de acordo com a reivindicação 18, caracterizada por possuir um circuito detector de fluxo de ar de pequeno caudal.