Устройство для автоматической коррекции нулевой линии хроматографа Советский патент 1984 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к устройствам для осуществления гаэового анали за и может быть использовано для коррекции нулевой линии детектрра газового хроматографа. Известно устройство для 1автоматической коррекции нулевой линии хроматографа, содержащее первый усилитель и связанный с ним через цепь обратной связи, содержащей конденсатор и резистор, второй усилитель, вт рой конденсатор, ключ, ограничительный и измерительный резисторы, приче второй конденсатор одной обкладкой подключен к земле, а другой - к не-, инвертирующему входу первого усилите ля и через ключ и ограничивающий резистор - к выходу второго усилите.ля, а измерительньй резистор включен между инвертирующим входом и вы ходом первого усилителя fl . Недостаток данного устройства - не обходимость применения ключа и конденсатора с малыми утечками ц дополнительной изоляции неинвертирукщего . входа первого усилителя, что снижает технологичность устройства и увеличивает его стоимость. Кроме того, разряд запоминающего конденсатора через входное сопротивление усилителя и сопротивление утечки ключа снижает точность измерения тока детекто ра хроматографа,, особенно при длительном анализе. Наиболее близкой к предпагаемону устройству является система обнаруже ния хроматографических пиков, содержащая последовательно соединенные стабилизированный источник напряжени питания, детектор ионизации, злектро метрический усилитель и блок индикации, а также компаратор, первый вход которого соединен с выходом электрометрического усилителя, второй вход- с шиной Hyjtesoro потенциала, а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами реверсивного счетчика, тактовый вход которого через ключ соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выходы старнгах разрядов-реверсивного счетчика соединены с входами первого цифроаналогового преобразователя, а управляющий вход ключа соединен с шиной Обнуление 2. . .: Известная система обеспечивает высокую стабильность запоминаемого уровня нулевого сигнала детектора хроматографа. Однако точность и динамический компенсирующего/напряжения на неинвертирующем входе электрометрического усилителя ограничиваются дифференциальной погрешностью нелинейности цифроаналогового преобразователя, причем относительное значение не должно превышать величину00 опорное напряжение; N - количество разрядов цифро,аналогового преобразователя. Изготовить цифроаналоговый преобразователь с разрядностью вьпие одиннадцати сложно вследствие необходимости точной подготовки весовых резисторов. Кроме того, при отсутствии сигнала детектора (фонового тока) или малой его величины (на грубом пределе электрометрического усилителя) напряжение смещения электрометрического усилителя на его выходе может быть больше по величине и противоположно по знаку напряжению, эквивалентному входному сигналу. В результате выходное напряжение цифроаналогового преобразователя ,не ском- , пенсирует напряжение смещения, так как у них будет одинаковая полярность, и точность измерения тока детектора от воздействия полезного сигнала снизится. Цель изобретения - повьпоение точности и расширение данамического диапазона измерения тока детектора ионизации газового хроматографа без применения прецизионных цифроаналоговых преобразователей. Указанная цель достигается тем, что в устройство введены второй цифроаналоговый преобразователь, первый и второй масштабные элементы, а также суммирующий усилитель, выход которого соединен с вторым входом электрометрического усилителя, пер- . вый вход - с вшной напряжения смещения, а второй вход через первый и второй масштабные элементы - соответственно с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразоватеей, причем выходы младших разрядов реверсивного счетчика соединены с

311

входами второго цифроаналогового

преобразователя.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит детектор 1 ионизации, стабилизированньй источник 2 напряжения питания, электрометрический усилитель 3, блок 4 индикации, компаратор 5, реверсивный счетчик 6, перньй 7 и второй 8 цифроаналоговые преобразователи, первый 9 и второй 10 масфтабные элементы, суммирующий усилитель 11, ключ 12 и генератор 13 тактовых импульсов. Кроме.того, знаками + и - обозначены неинвертирующие и инвортирующие входы усилителей

Выходы реверсивного счетчика 6 начиная с младшего разряда подключаются последовательно к входам сначала второго цифроаналогового преобразователя 8, а затем первого 7,

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (перед коррекцией) на выходе усилителя 3 имеется напряжение, обусловленное протеканием фонового тока детектора 1 хроматографа. По шине Обнуление приходит сигнал, разрешающий прохождение тактовых импульсов генератора 13 через ключ 12. Компаратор 5 определяет отклонение от нулевого уровня и знак отклонения напряжения на выходе усилителя 3, задавая тем самым направление счета реверсивного считчика 6. Последний накапливает число, пропорциональное напряжению на выходе усилителя 3, и переходит в режим слежения за изменением фонового тока. Цифроаналоговые преобразователи 7 и 8 преобразуют накопленное счетчиком 6 число в аналоговые сигналы, которые суммируются усилителем 11 и подаются на второй вход электрометрического усилителя 3 для компенсации фонового тока детектора 1 и поддержания нуля на выходе усилителя 3. Скорость отслеживания нуля усилителя 3 определяется частотой тактовых импульсов генератора 13. После оконча ния цикла коррекции по шине Обнуление приходит сигнал, запираю.щий ключ 12, Счетчик 6 сохраняет число , накопленное на нем, соответственно сохраняется и компенсирукядее нарряжение на неинвертирующем входе электрометрического усилителя 3 в

89604

течение всего времени анализа хроматографических пиков.

Дпя повышения Точности измерения, а именно для компенсации напряжения смещения усилителей 3 и 11, . первый вход усилителя 11 соединен с шиной Напряжение смещения, величина DCM которого выбирается из следующих соображений. При отсутствии сигнала детектора ионизации напряжение на выходе усилителя 3 (Ug,,, ) должно быть равно нулю

и и +U k +U -b(J 0 . (2) , цеп СМЦ1 у слАд см

5 I

и.

где -цо(П напряжение на выходе усилителя 3 под воздействием выходных напряжений цифроаналоговых преобQразователей 7 и 8;.

и и - напряжение на выходе

С W САЛ

у тч усилителя 3 под воздействием напряжений смещения нуля усилителей 53 И 11V

( - коэффициент усиления усилителей 3 и 11.

Поскольку и цо,п однополярно, а , и , могут иметь любую полярность, в том числе одниковую с С/ц ,| то при изменении величины Uo,o(n должно выполняться равенство .:j

(смз/ сАл,,/ знак должен быть противоположен U , а следовательно, одинаков с Ujjj, - опорным

напряжением цифроаналоговых преоб.,разователей. Таким образом, выходное напряжение цифроаналоговых преобразователей 7 и 8 скомпенсирует как фоновый ток детектора 1, так и на пряжения смещения усилителей 3 и 11.

Суммирование сигналов цифроаналоговых преобразователей 7 и 8 осуществляется по второму входу усилителя 11. Причем для повышения точ ности компенсации и расширения динамического диапазона коэффициент передачи сигналов от первого и второго цифроаналоговых преобразователей 7 и 8, зависящий соответственно от

номинальных величин соп ротивлений масштабных элементов 9 и 10, выбирается исходя из следующих соображений.

Точность компенсации предлагаемо5 го устройства обеспечивается за

счет ограничения максимального приращения выходного напряжения суммирующего, усилите ля на величину не более I 1 заданной. При этом в отличие от прототипа на выходе суммирующего усилителя в период коррекции нулевой линии формируется /немонотонно возрас тающее напряжение. Однако-дискретность его приближения к уровню сравнения не пиевышает расчетную величину. Напряжение Ug(,,jf на выходе суммирующего усилителя 11 определяется выражением выходное напряжение первого цифроаналогового преобразователя 7; и - выходное напряжение второго цифроаналогового преобразователя 8 R - сопротивление масштабного элемента R - сопротивление масштабного элемента RJ - сопротивление масштабног элемента в цепи обратной связи суммирующего усил теля 11. Номинальное значение напряжения вых-, выходе суммирующего усилителя 11 под воздействием единиш 1 младшего разряда, первого ЦАП 7 определяется выражением де .М - число разрядов первого цифроаналогового преобразователя. Номинальное значение напряжения на выходе суммирующего усилителя 11 под воздействием единицы младшего разряда второго ЦАП 8 определяется выражением - количество разрядов второ го цифроаналогового преоб разователя 8. Напряжение на выходе суммирующего усилителя 11 под воздействием максимального напряжения ЦАП 8 определяет ся выражением: А и ( I О 06 Для обеспечения требуемой точности необходимо обеспечить условие К- . II е)-и и - дифференциальная погрешность нелинейности первого цифроаналогового преобразователя . Значение Е определяется как максимальная разность между теоретическим (номинальным)значением минимального уровня Скванта) изменения напряжения ( U, ) и максимальным значением действительного кванта напряжения ((з,x ) первого ЦАП 7, т.е. ЕЧи-и 1 1(По( Из выражения (7) с учетом выражеНИИ (1), (4), (5) и (6) можно вьгоести требование к величине сопротивления масштабного элемента К. При выполнении условия (9) абсолютная погрешность компенсации В определяет выражением и R. , (10) с учётом выражения Как следует из выражения (11), точность компенсации, которую можно осуществить с помощью предлагаемого устройства, а следовательно, и точность измерения тока детектора можно повысить до предела, определяемого только разрешающей способностью компаратора и уровнем шумов детектора, составляющих величину порядка , при этом динамический диапазон компенсации, а следовательно и детектирования,составит величину порядка 1 10 . Таким образом, в предлагаемом устройстве повыпается точность без увеличения количества разрядов и расшиется динамический диапазон измерения тока детектора газового хроматографа, особенно на самом чувствительном пределе электрометрического усилителя, где фоновый ток достигает значительной

71

величины, достигается возможность скомпенсировать напряжения смещения электрометрического и суммирующего усилителей и обеспечивается высокая ,стабильность уровня нуле- вого сигнала по сравнению с базо1189608

вым объектом (усилитель хроматографа и цвет-1000). Кроме того, предлагаемое устройство может использоваться и как система обнаружения пиков (прото5 тип) с большим динамическим диапазоном детектирования.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ НУЛЕВОЙ ЛИНИИ ХРОМАТОГРАФА, содержащее последовательно соединенные стабилизированный источник напряжения, детектор ионизации, электрометрический усилитель и блок индикации, а. также компаратор, первый вход которого соединен с выходом электрометрического усилителя, втоI рой вход - с шиной нулевого потенциала, а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами реверсивного счетчика, тактовый .вход которого через ключ соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выходы старших разрядов реверсивного счетчика соединены с входами первого цифроаналогового преобразователя, а второй вход ключа соединен с шиной обнуления, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности и распгирения динамического диапазона измерения устройства, в него введены второй цифроаналоговьш преобразователь, первый и второй масштабные элементы, а также суммирующий усилитель, выход которого соединен с вторым входом электрометрического усилителя, первый вход - с (Л шиной напряжения смещения, а второй вход через первый и второй масштабные элементы - соответственно с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, причем выходы младших разрядов реверсивного счетчика соединены с входами второго цифроаналогового преобразо00 со вателя. О5