Фотометрический анализатор Советский патент 1987 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к области физико-химических измерений и может быть использовано для анализа веществ в различных производствах химической, нефтехимической, пищевой и других отраслей промышленности.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На чертеже показана схема устройства.

Фотометрический анализатор содержит источник I излучения, электромеханический модулятор со светофильтрами 2, эталонную 3 и измерительную 4 кюветы, фотоприемник 5 и подключен- ный к его выходу основной блок 6 обработки, состоящий из последовательно включенных синхронного детектора 7, регулируемого делителя 8, нуль-органа 9 и усилителя 10 напря- жения постоянного тока. Дополнительный блок I1 обработки содержит регулируемый делитель 12, синхронный детектор 13 и нуль-орган 14 . Вход регулируемого делителя 12 соединен с выходом приемника, а его выход - с входом синхронного детектора, первый выход которого соединен с вторым входом нуль-органа 9, а второй выход - с вторым входом нуль-органа 14 с первым входом которого соединен второй выход синхронного детектора 7, Выход нуль-органа 14 соединен с управляющим входом регулируемого делителя 12. Регулирующее устройство 15 подключено к выходу усилителя 10,

В качестве.регулируемых делителей 8 и 12 может быть использован полевой транзистор с включенным в цепи стока резистором, который служит верхним плечом делителя с подачей управляющего напряжения на затвор.

В качестве нуль-органов может быть использован любой операционный усилитель с дифференциальным входом, например, на основе микросхем серий К140, К553, К544, К551, К574 и др. На этих же микросхемах может быть выполнен усилитель 10 напряжения постоянного тока.

Фотометрический анализатор работает следующим образом.

Ось вращения диска электромеханического модулятора расположена отно- сительно окон кювет 3 и 4 таким образом, что при его вращении в первые два момента времени через рабочую и эталонную кювету пропускается

излучение источника 1 одним из светофильтров, например рабочим, а в другие два момента времени - другим светофильтром, например сравнительным. За полный оборот диска на приемнике 5 образуется четыре импульса напряжения сигнала, соответствующие взаимодействию излучений в полосе пропускания -каждого из светофильтров с образцами в каждой из кювет.

Все сигналы поступают на вход синхронного детектора 7 основного блока 6 обработки. Работа детектора

7синхронизирована таким образом, что на его выходах выделяются напряжения сигналов и и , соответствующие взаимодействию с образцом

в рабочей кювете излучений, пропускаемых соответственно рабочим и сравнительным светофильтрами.

Одновременно все сигналы поступают в дополнительный блок обработки на вход регулируемого делителя 12, ас его выхода - на вход синхронного детектора 13, Работа синхронного детектора 13 синхронизирована таким образом,i что на его выходах выделяются напряжения сигналов UPJ, и Uj, , соответствующие взаимодействию излучений пропускаемых соответственно рабочим и сравнительным светофильтрами с образцом в сравнительной кювете.

Напряжения сигналов Up и U. подаются на входы нуль-органа 14, а усиленная разность этих напряжений поступает на управляюпдай вход регулируемого делителя 12, Таким образом, с помощью нуль-органа 14 и регулируемого делителя 12 поддерживается равенство сигналов Up и и.. сравнительного канала (соответствующих пропусканию сравнительного светофильтра) ,

Напряжение сигнала Up с выхода синхронного детектора 13 подается на один вход нуль-органа 9, а на второй его вход подается с выхода синхронного детектора 7 через регул руег-ый делитель 8 напряжение сигнала Upp. Разность напряжений сигналов UPP и UPP с выхода нуль-органа 9 подается через усилитель 10 на упраляющий вход регулируемого делителя

8и на вход регистрирующего устройства 15. Таким образом, осуществляется электрическая компенсация изменений рабочего сигнала Upp , вызван31288509 4

ных изменениями содержания измеряв- рактеристики) предлагаемого фотомет- мого компонента раствора,рического анализатора

Аналитически можно показать, что в фотометрическом анализаторе выходная величина более инвариантна к влияющим факторам и неинформативным параметрам.

Выходной сигнал W можно представить в следующем виде:

W ( и

PC ,

- UPP К)-К,, (1)

. и,р - Ucc

W ГГ ™

Upp Кп

W ( - I); 7)

Анализ выражения (7) показывает, что изменения напряжений сигналов, вызванные, спектральными сдвигами, to будут компенсироваться.

Формула изобретения

Очевидно, что при электрической компенсации обеспечивается соотношение

Кла (2)

где UPP - относительное изменеш сигнала U.

ff В свою очередь, при компенсации

SU

рр

W4C

(3)

где Кд , коэффициенты передачи регулируемых делителейi

г ,

12 и в соответственно;Фотометрический анализатор, содерК, - коэффициенты усиления усили- жащий источник излучения, установлен- теля 10,f5 ные по ходу излучения электромеханический модулятор со светофильтрами, эталонную и измерительную кюветы и фотоприемник, основной блок обработки, включающий синхронный детектор, 20 регулируемый делитель и нуль-орган, дополнительный блок обработки, включающий последовательно включенные регулируемый делитель, синхронный детектор и нуль-орган, второй вход где К„ - коэффициент (крутизна) пре- 25 которого соединен с вторым выходом

образования регулируемогосинхронного детектора основного блоделителя по управляющемука обработки, а второй выход синвходу,хронного детектора дополнительного

Подставив последовательно (3) вблока обработки соединен с вторым

(2) и в (1) и решив относительно W, 30 входом нуль-органа основного блока получим следующее выражение выходно обработки, и регистрирующее устройство, отличающий ся тем, что, с целью повьппение точности измерения,в состав основного блока 35 обработки введен дополнительно усилитель, включенный между выходом нуль-органа основного блока обработки и входом регистрирующего устройства, а регулируемый делитель ос- 40 новного блока обработки включен между первым выходом синхронного детектора и входом нуль-органа основного блока обработки, причем управляющий вход регулируемого делителя соеди- 45 нен с выходом усилителя, а вход

синхронного детектора основного блока обработки соединен с входом регулируемого делителя дополнительного блока обработки и с выходом фото- 50 приемника.

го сигнала:

W --1У...

1 + и,, К,К.

(4)

В системах с обратной связью всегда обеспечивается соотношение и К К„ I, поэтому выражение (4) можно переписать в виде

и .-ISijУЕР

Up. К„

(5)

Значение К,

д можно определить из условия уравнов ешивания сигналов U

и и

гулируемого делителя 12

Рг

рр

с помощью нуль-органа 14 и реUPC - с.

откуда

к ч :-Lи,.

Подставив (6) в (5), получаем

(6)

окончательное выражение выходного сигнала (уравнение статической хаРедактор А,Ворович

Составитель А,Чурбаков

Техред М.Ходанич Корректор А.Тяско

Заказ 7797/38Тираж 799 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

. и,р - Ucc

W ГГ ™

Upp Кп

W ( - I); 7)

Анализ выражения (7) показывает, что изменения напряжений сигналов, вызванные, спектральными сдвигами, будут компенсироваться.

Формула изобретения

W, дно(5)

(6)

Изобретение касается физико- химических измерений и позволяет повысить точность измерения концентрации одного из компонентов раствора за счет введения в основной блок обработки (ОБО) 6 усилителя разностного сигнала рабочего канала и включения регулируемого делителя 8 ОБО между синхронным детектором 7 и куль органом 9 ОБО. Сканирование свето,2 фильтров 2 по двум проходяпхим чер ез кюветы 3 и 4 лучам от источника 1 создает на приемнике 5 четыре сигнала. Два из них (рабочий канал) подвергаются обработке по методу элек- рической компенсации в ОБО, два других (сравнительный канал) - в дополнительном блоке 11 обработки. Происходит исключение влияния изменений характеристик источника излучения, светофильтров и приемника за счет компенсаций, вызванных этим влияни ем изменений выходного сигнала в соответствии с выражением статической характеристики устройства W K(V,,V7,:)/(V, - 1. где к- коэффициент пропорциональности, VPP, VPJ, - сигналы рабочего канала от рабочей и сравнительной кювет соответственно, Vj.p , Vcc - то же, для сравнительного канала. 1 ил. i (Л tsD 00 00 ел о со