Компенсатор остаточного тока для универсального полярографа Советский патент 1984 года по МПК G01R17/06 G01N27/48 

Изобретение относится к полярогр фическому анализу и может быть использовано в универсальных подярографах для определения малых концентраций примесей в веществах высокой ЧИСТ01Ы| Известен полярограф с нелинейным компенсатором остаточного тока, соде жащий сумматоры, интеграторы, заломи нающие устройства, дифференцирующие усилители,ключи и пульт управления Компемсирукхций сигнал в таком компенсаторе представляет собой сумму трех членов Тейлора-. Компенсато позволяет компенсировать временной и температурный дрейф остаточного тока, его наклон и частично кривизг нуП}. Недостатком устройства является низкая точность компенсации, так как производные для компенсирующего сигнала (особенно вторая) получаются с достаточно большими искажениями. Это обусловливается тем, что дифференцирующие усилители являются усилителями высокочастотных шумов и помех. Кроме того, схема компенсатора сложна и трудна в настройке. Наиболее близким к изобретению по техйической сущности является компенсатор остаточного тока, содержащий пульт управления и связанные с ним контакты, запоминающее устройство и два звена, каждое из которых представляет собой последователь но соединенные через нормально замкн тые контакты усилитель и интегратор, охваченные общей отрицательной обратной связью с выхода интегратора на неинвертирующий вход усилителя. Выход интегратора и неинвертирующий вход усилителя первого звена являютс выходом и входом компенсатора соответственно. Выход первого усилителя соединен с инвертирующим входом второго усилителя, выход которого через нормально з.амкнутые контакты соединен с входом запоминающего устройства. Выход запоминающего устройства и второго интегратора через нормально разомкнутые контакты подключены к входам второго и первого интеграторов С 2. Недостатком известного устройства является низкая стабильность и точность компенсации, зависящая от скорости развертки. Это вызвано следующ ми причинами. С преобразователя тока в постоянное напряжение вместе с сигналом, пропорциональным остаточному току, поступают более высокочастотные шумы и наводки, .мешающие получению производных и ухудшающие точ- ность ком енсации. При низких и средних -скоростях развертки время запоминания величины остаточного тока и его производных является значительным-, поэтому емкостные запоминающие устройства и интеграторы в режиме запоминания из-за неидеальности входных характеристик микросхем не могут обеспечить продолжительное хранение информации без искажения, причем, чем меньше запомненная величина, тем большую в процентном отношении погрешность внесет запоминающее устройство из-за интегрирования входного тока собственной микросхемы. Таким образом при разных скоростях развертки (разное время запоминания) погрешность, вносимая запоминакщим устройством и интеграторами, будет различна, а следовательно, при разных скоростях развертки компенсатор будет иметь разную степень компенсации. Звено, представляющее собой последовательно соединенные усилитель и интегратор, охваченные отрицательной обратной связью, является инерционным, а его постоянная времени определяется постоянной времени интегратора и коэффициентом усилителя и не может быть сделана как угодно малой, так как величины производных будут соизмеримы с величиной шумов микросхемы усилителя. Чем больше скорость изменения остаточного тока, тем больше сказывается инерционность звеньев, больше запаздывание компенсирующего напряжения относительно напряжения, пропорционального остаточному току, запаздывание взятия производных, а следовательно, хуже компенсация. Цель изобретения - повьш1ение точности компенсации в широком диапазоне, скоростей развертки. Поставленная цель достигается тем, что компенсатор остаточного тока для универсального полярографа, содержащий пульт управления и связанные с ним контакты, запоминающее устройство, первый и второй дифференциальные усилители,.выходы которых подсоединены через свои нормально замкнутые конт;1кты соответственно к дходам первого и второго интеграторов, выход первого интегратора соединен с неинвертирующим входом-первого дифференциального усилителя ,а выход.второго ийтегратора соединен с неи1 верт1ч ующим входом второго днфференш1ального усилителя дополняется активным фильтрсж, инерционным звеном, двумя усилителями постоянного тока, двумя делителями и сумматором, причем вход активного фильт ра является входом компенсатора, а его выход соединен через инерционное звено с первым входом сумматор и непосредственно с инвертирующим Ьходой первого дифференциального усилителя, выход которого через первый усилитель постоянного тока подключен .к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя выход которого через второй усилител постоянного тока и нормально замкнутые контакты подключен к запоминающему устройству, выход которого через делитель и нормально разомкнутый контакт соединен с входом второ интегратора, выход которого через второй делитель и нормально разомкн тый контакт соединен с входом перво интегратора и с вторым входом сумма тора. На чертеже приведена функциональ ная схема предлагаемого устройства. Схема содержит пульт 1 управлени дифференциальные усилители 2 и 3, интеграторы 4 и 5, запоминающее устройство 6, активный фильтр 7, инерционное звено 8, сумматор 9, ус лители 10 и 11 постоянного тока, делители 12 и 13 и контакты 14-16. Выходы дифференциальных усилителей 2 и 3 подсоединены через свои нормально замкнутые контакты 14 и 1 соответственно к входам интеграторо 4 и 5, выход первого интегратора 4 соединен с неинвертирующим входом, первого дифференциального усилителя 2, а выход второго интегратора 5 соединен с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя 3. Вход активного фильтра 7 является входом компенсатора, а его выход соединен через инерционное звено с входом сумматора 9 и с инвертирующим входом первого дифферен циального усилителя 2, выход которого через первый усилитель 10 постоянного тока подключен к инверт тирующему входу второго дифференциального усилителя 3,. выход которого через второй усилитель 11 постоянного тока и нормально за1 гкнутые контакты 16 подключен к запоминающему устройству 6, выход которого через делитель 13 и нормально разомкнутый контакт 15 соединен с входом второго интегратора 5-, выход которого через второй делитель 12 и нормально разомкнутый контакт 14 соединен с входом интегратора 4 и с вторым входом су1Ф1атора 9. Компенсатор остаточного тока работает следующим образом. В режиме Настройка (.Ао переключения контактов 14-16) с выхода демпфирующего усилителя универсального полярографа подается на активный фильтр 7 напряжение, пропорциональное йескомпенсированной части постоянного, переменного или импульсного токов ячейки. Частота среза активного фильтра 7 выбирается равной верхней гармонической составляющей пика определяемого злемента. Все более высокочастотные шумы и наводки ослабляются, что способствует более точному взятию производных. С выхода активного фильтра 7 напряжение подается одновременно через инерционное звено 8 и через первый повторитель, образованный дифференциальным усилителем 2 и интегратором 4, охваченными отрицательной обратной связью, на сумматор 9. КОзффициент передачи повторителя равен (+1), а инерционного звена (-1). Позтому, если постоянные времени повторителя и инерционного звена 8 равны, на выходе сумматора 9 напряжение равно нулю при любом изменении входного напряжения компенсатора. При отсутствии инерционного звена за счет запаздывания напряжения на выходе повторителя выходное напряжение на выходе сумматора 9 становится отличным от нуля при изменяющемся напряжении на входе компенсатора, -что затрудняет автоматическое измерение высоты пика. Кроме 3того, использование инерционного звена 8 позволяет исключить запаздывание взятия первой производной и значительно уменьшить запаздывание взятия второй. Повторители, образованные дифференциальным усилителем 2, интегратором 4, дифференциальным усилителем 3 и интегратором 5,-охваченными 100%отрицательной обратной связью, являются cxeмa fи неявного дифферен цирования.-Поэтому на выходе дифференциального усилителя 2 появится напряжение равное первой производн от входного сигнала. Это напряжение усиливается усилителем 10, причем амплитудно-частотная характеристика усилителя to (а также усилителя 11) делается такой, чтобы усиливались только низкочастотные составляюо ие, а высокочастотные псжехи подавлялис Напряжение с в 1хода усилителя 10 поступает на второй повторитель, образованшлй дифференциальным усили телем 3 и интегратором 5, поэтому на выходе интегратора 5 появится напряжение, равное первой производн от входного сигнала, умноженной на коэффициент усиления усилителя 10. Одновременно с этим на выходе дифференциального . усилителя 3 появится напряжение, равное второй производно от входного напряжения, умноженной на коэ1{)фш1иент усиленияусилителя 10 Это напряжение усиливается усилителем 11 и поступает на зaпo mнaloщee устройство 6. При переходе в режим Измерение в момент времени t переключаются контакты 14-16. При это интегратор 4 запоминает величину остаточного напряжения U,интегратор 5 - величину первой производной умноженной на коэф щиент усиления усилителя 10 (Uj), а запоминающее устройство 6 - величину второй прои водной, умноженной на произведение коэффициентов усиления усилителей 10 и 11 (Ug). А компенсирующее напряжение формируется в виде: U(t,)Ug(t,) (t-t)2 . где t - текущее время, k К-- коэффициенты деления делителей 12 и 13; R постоянная времени интегратора 4j постоянная времени интегратора 5. Коэффициенты деления делителей 1 и 13 выбираются равными коэффициент усиления соответственно усилителей 10 и 11. Поэтому выражение (1) можно переписать в виде: (в )-- (t-t.) 1 (t) (t-t), Т.е. компенсирующий сигнал как и в известном устройстве равен сумме членов ряда Тейлора. Однако из выражения (1) видно, что интегратор 5 и запоминающее устройство 6 будут из-за своей неидеальности вносить при хранении запоминающего напряжения первой и второй производной погрешность,, меньшую соответственно в К К„ раз чем в известном устройНапряжение на выходе сумматора 9 равнои (t ) Ug(t)Ug(t)-U(tg)+-i2-(t-t) + 4 (t-to) 2 где Ue(t) - напряжение на выходе инерционного звена 8. Учитывая, что () f IU(to)j можно сделать вывод, что все пики определяемых элементов при любом методе полярогра4 1И будут начинаться с нулевой линии. Это позволяет автоматизировать измерение высоты пика ( ,коицентрации определяемого элемента) без дополнительных устройств. Возможность более длительного хранения напряжения запоминакицимн устройствами при заданной допустимой погрешности позволяет работать предлагаемому компенсатору остаточного тока при более низких скоростях развертки, чем прототип. Пр(В4енение инерционного звена дает возмоя ость при той же точности компенсации работать при более высоких скоростях. Применение активного фильтра 7 и усилителей 10 и 11 позволяет значительно уменьшить уровень помех, что дает возможность производить более точные измерения. Таким образом, предлагаемое устройство по 4:равнению с известными

КОМПЕНСАТОР ОСТАТОЧНОГО ТОКА ДЛЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО ПОЛЯРОГРАФА, содержащий пульт управления и связанные с ним контакты, запоминающее устройство, первый и второй дифференциальные усилители, выходы которых подсоединены через свои нормально замкн /тые контакты соответственно к входа первого и второго интеграторов, выход первогооинтегратора соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя, а выход второго интегратора соединен с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности компенсации в широком диапазоне скоростей развертки он дополнен активным фильтром, инерционным звеном, двумя усилителями постоянного тока, двумя, делителями и сумматором, причем вход активного фильтра является входом компенсатора, а его выход соединен через инерционное звено с первым входом сумматора и непосредственно с инвертируняцим входом первого дифференциального усилителя, выход которого через первый усилитель постоянно§ го тока подключен к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя, выход которого через второй усилитель постоянного тока и нормально замкнутые контакты подключен к запоминающему устройству, выход которого через делитель и нормально разомкнутый контакт соединен с входом второго интегратора, выход ;о которого через второй делитель и :о нормально разомкнутый контакт соединен с входом первого интегратора и с эо ю вторым входом сумматора.