Устройство для измерения пикового значения электрического сигнала и площади полупика Советский патент 1983 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано |цля автоматической регистрации пикового значения электрического сигнала и площади полупика в полярографии. Известно устройство для определения пиковых значений переменного электрического сигнала, содержащее первый усилитель; выход которого под ключен к неинвертирующему входу дифференциального усилители, выход кото рого подключен к аноду первого диода катод которого соединен с анодом вто рого диода., запоминающим конденсатором и входом второго усилителя, выхо которого подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, катод второго диода соединен с неинвертирукицш входом дифференциального усилителя С ЗНедостатком известного устройства является невозможность регистрации экстремальных значений медленно меняющихся сигналов низкого уровня и длительного хранения аналоговой информации. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для выделения пикового значе ния электрического сигнала, содержащее последовательно соединенные пусковой блок, блок обнаружения экстре мума, запоминающие устройства,, блок определения и вычитания остаточного уровня сигнала и регистрирующий при бор 2. Недостатками этого устройства являются низкая надежность и чувствительность при измерении сигналов с неявно выраженнЕлми экстремумами, низкий уровень агтлитуды пика ( 20% от верхнего предела диапазона измер ния), большая зависимость точности измерения и надежности от скорости изменения сигнала в зоне перехода ч рез экстремум, невозможность измерения площади полупика. Цель изобретения - повышение надежности, чувствительности и точнос ти измерения. Цель достигается тем, что в устройство для выделения пикового значения. электрического сигнала, содер жащее блок обнаружения экстремума, запоминающие устройства и регистрирующий прибор, дополнительно введены блок управления, первый, второй и третий ключи, интегратор и сумматор, при этом вход устройства через первый ключ и первое запоминающее устройство подключен к перво му входу сумматора и .непосредственн ко второму входу сумматора, управляющий вход первого ключа соединен первым выходом блока управления, вы ход сумматора через второй ключ сое динен с входом интегратора, выход которого через третий ключ соединен с входом .второго запоминающего устройства, выход которого подключен к регистрирующему прибору, блок обнаружения экстремума содержит четвертый,пятый и шестой ключи,триггер, линию задержки и дифференциальный усилитель, причем выход сумматора через четвертый ключ соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, а через четвертый и пятый ключи и линию задержки - с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого через третий ключ соединен с входом второго запоминающего устройства, а выход и неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединены между собой через шестой ключ, первый и второй входы триггера соединены, соответственно, с выходом дифференциального усилителя и третьим выходом блока управления, первый выход триггера соединен с управляющим входом шестого ключа, а второй выход триггера соединен с управляющими входами четвертого и пятого ключей и с первым управляющим входом второго ключа, второй управляющий вход которого подключен к второму выходу блока управления, четвертый выход блока управления подключен к управляющему входу третьего ключа. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы блока управления: а)импульсы включения первого ключа, б)импульсы включения второго ключа, интегратора и генератора развертки, в)импульс установки триггера в рабочее состояние, г) ш/шульс включения третьего ключа; на фиг. 3 - форма сигнала на входе первого сумматора . Устройство состоит из первого ключа 1, первого запоминающего устройства 2, сумматора 3, интегратора 4, второго ключа 5, третьего ключа 6, блока 7 управления, линии 8 задержки, четвертого ключа 9, пятого ключа 10, дифференциального усилителя 11, (компаратора) шестого ключа 12, триггера 13, второго запоминающего устройства 14, регистрирующего прибора 15. Устройство работает следующим образом. Полярографи;1еская волна (фиг. 3) имеет начальный уровень U (первый экстремум при -t) , второй экстремум при Ь :j , третий экстрем1ч при-Ь, восходящую )и спадающую (U-} 1)4.) ветви. В полярографии и вoльтa mepoмeтрии для стабилизации электрохимических характеристик анализируемого раствора (потенциал восстановления (окисления) определяемого вещества в него вводят фоновый электролит, чем достигается стабильность мс 1ента -Ь , соответствующего предпотенциалу восстановления (окисления) определяемого вещества. Для определения моментов -fc, -fe-j , t4 предварительно снимают несколько полярограмм при разных значениях кон центраций. Исходя из полученных реЭ1ультатов, устанавливают длительность программ а Ъ . Программа Q, равнаяпо длительности t --to / включает генератор раз вертки поляризующего напряжения в момент -to и первый ключ 1, через который на вход запоминающего устройства 2 поступает в течение интерва ла времени (-feo.ti) измеряемый сигнал, соответствующий начальному уровню полярограммы на мсмлент -t , Устройство в течение одного цикла измерения площади полупика или ампли туда пика полярограммы (вольтамперно кривой) выполняет следукяцие операции По программе о входной сигнал поступает непосредственно на инвертирующи вход сумматора 3 и через ключ 1 на з поминающее устройство 2, имеющее коэффициент передачи 1. В результате, выходное напряжение сумматора 3 в момент-ib равно нулю. После отработки программы а ключ 1 размыкается и вкл1эчается программа f которая с момента -fci запускает генер тор развертки полярографа и открывает второй ключ 5,; соединяющий выход сумматора 3 с входом интегратора 4. На выходе сумматора 3 и, следовательно, на входе интегратора 4 тек щее напряжение изменяет уровень от Ui до 1)4 за вычетом (начальный уровень полярогрс1ммы) . . Кроме того, выходной сигнал сумма тора 3 поступает через ключ 9 на инвертирующий вход дифференциального усилителя 11 и через ключ 10 и линию 8,задержки - на неинвертирующий вход этого усилителя. В момент -fe программа 6 передним фронтом переводит триг гер 13 в другое сост ояние, при котором ключи 9 и 10 открываются, а ключ 42 закрывается. При этом, обратная связь усилителя 11 размыкается, и усилитель переводится в режим компаратора. В то же время с моментаЧ выходной сигнсш сумматора поступает через откритый КЛЕИ 9 на инвертирующий вход дйфференциёшьного усилителя, 11, а через ключ 10 и линию 8 задержки - на неинвертирукнций вход .дифференциального усилителя 11. В период нарастания пика благодаря линии задержки Ое,хв 1 инвертирующем входе больше UftTi® на неинвертирующем входе и выходной сигнал компаратора 11 будет иметь обратный знак относительно выходного напряжения сумматора 3. При переходе через максимум пика и0х€ иа5|дполйрность ВЫХОДНОГО напряжения компаратора изменяется на противоположную, триггер 13 устанавливается в другое состояниеi .при этом ключи 5,9 и 10 закрываются, а ключ 12 открывается и переводит усилитель 11 в режим масштабного усилителя В этом режиме усилитель 11, линия 8 задержки и ключи 10,12 выполняют функ цию аналогового запоминающего устройства. В зависимости от установленного режима программа t. ) открывает ключ 6, соединяющий выход интегратора или выход усилителя 11 (устанавливается переключателем, не изображенным на схеме) с вторым запоминающим устройством 14, в результате происходит считывание и запо-минаниё на длительное время площади прлупика или его а шлитудного значения относительно начального уровт ня полярограммы. Выход запоминающего устройства соединен с регистри рук 1им прибором 15, шкала которого проградуирована в единицах.концентрации . Когда пик неявно выражен (ампли- туда пика практически равна нулю), чувствительность компаратора оказы|вается недостаточной. Б связи с этим, для повышения надежности в предлагаемом устройстве предусмотрен перевод триггера 13 в другое состояние задним фронтом nporpaf«tti -Jft) . При этом устройство измеряет площад;ь, пропорциональную выходному сигнгшу сумматора 3 и интегрирования, которое задается программами f и ,, Ь%) .В момент -fc ключ 5 открывается, а при -Ьэ закрывается. Как видно из фиг. 2, если время интегрирования соответствует интервёшу () ° интегратор измеряет площадь, ограниченную полярограммой ,(Фиг. 2), практически равную по величине неявно выраженной площади полупика или уровню выходного напряжения сумматора 3 в момент -t, измеренных относительно начального уровня полярограмкы {J , Сравнительные испытания известного и предлагаемого устройства показали, что наибольшее число отказов наблюдается при определении сигналов с низкими уровнями пиков от верхнего уровня) и при их низких градиентах в зоне экстремумов. Предлагаемое устройство имеет большую надежность, чувствительность и точность. Устройство может быть применено для измерения сигналов малых уровней с низким градиентом в зоне экстремумов, а также для измерения площади полупика. Повышение надежности, точности и кувствительности достигается благодаря применению ди ференциального усилителя с линией задержки, используемой оЛновременно в качестве аналогового запоминающего устройства, а также благодаря введению жесткой синхронизации, которую обеспечивает блок программирования, формирующий синхроимпульсы дублирующие работу устройства обнаружения экстремумов при его отказе или при недостаточной его чувствительности. Сравнительные испытания прототипа и предлагаемого устройства показали, что среднеквадратичная приведенная погрешность известного устройства. С2J составляет 18%, предлагаемого - 3 %. Устройство найдет широкое, применение в системах автоматического аналитического контроля состава вещества в технологических растворах, сточных и оборотных водах, в частности в автоматическом импульсном полярографическом концентратомере для автоматизации контроля микропрймесей (меди, свинца и цинка) в сточных водах: на уровне рыбохозяйственных норм.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПИКОВОГО ЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА И ПЛОЩАДИ ПОЛУПИКА, содержащее блок оЗбнаружения. экстрем ума, запоминающие устройства и регистрирунхций прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, чувствительности и точности измерения, в него дополнительно введены блок управления, первый, второй и третий ключи, интегратор и сумматор, при этом вход устройства через первый ключ и первое запоминающее устрой ;;тво подключен к первому входу сумматора и непосредственно - ко второму ВХОДУ сумматора, управлякщий вход первого ключа соединен с первым выходом блока управления, выход сумматора через второй ключ соединен с входом интегратора, выход которого через третий ключ соединен с входом второго запоминающего устройства, выход которого подключен к регистрирующему прибору, блок обнаружения экстремума содержит.четвертый, пятый и шестой ключи, триггер, линию задержки и дифференциальный усилитель, причем выход сумматора через четвертый ключ соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, а через четвертый и пятый ключи и линию задержки - с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого через третий ключ соединен с входом второго запоминающего устройства, а выход и инвертирующий вход дифференциального усили(Л теля соединены между собой через шестой ключ, первый и второй входы триггера соединены соответственно с выходом дифференциального усилителя и третьим выходом блока управления, первый выход триггера соединен с упI равляющим входом шестого ключа, а вто- , рой выход триггера соединен с управ-i ляющими входами четвертого и пятого . ключей и с первым управляющим входом второго ключа, второй управля1чЭ ющий вход которого подключен к вто,рому выходу блока управления, четвертый выход блока управления подклюел чен к управлякицему входу третьего ключа.