Автоматический спектрофотометр Советский патент 1989 года по МПК G01J3/42 

Изобретение относится к оптическим спектральным приборам и может быть использовано для количественного абсорбционного анализа состава вещества.

Цель изобретения - повьшение точности измерения.

Предложенный спектрофотометр позволяет организовать двухэтапную процедуру измерения, при которой на первом этапе производится грубая оценка концентрации путем выделения интервала концентраций, ограниченного имеющимися эталонными пробами, внутри которого находится измеряемое значение, а на второй этапе производится . линейная интерполяция величины концентрации неизвестной пробы на найденном отрезке по значениям уровней соответствующих сигналов фотодатчика . Результатом измерения является сумма результатов, полученных на цервом и втором этапах.

На чертеже приведена схема автоматического спектрофотометра.

Спектрофотометр содержит источник 1 монохроматического излучения, держатель 2 образца с расположенными в нем кюветами 3 для неизвестной среды и с эталонными пробами 4.1-4.П, фотодатчик 5, выход которого соединен с первым входом -усилителя 6, второй иход которого подключен к выходу интегратора 7, вход которого через ключ 8 соединен с выходом этого усилителя и первым входом усилителя 9, второй вход которого подключен к выходу интегратора 10, вход которого

через ключ 11 связан с выходом этого усилителя и первым входом блока 12с. переменным коэффициентом, второй вход которого подключен к выходу интегратора 1 3 ,вход которого через ключ 14 соединен с выходом компаратора 15, первый вход которого объединен с одним входом измерительного прибора 16

и выходом блока 12 с переменным коэффициентом, а второй - с выходом блока 17 вычитания, два входа которого подключены к выходам сдвоенного коммутатора 18, входы которого соединены

с соответствующими выходами блока 19 потенциометров, подключенного к первому источнику 20 опорного сигнала, второй источник 21 опорного сигнала соединен с одним входом компаратора

22, другой вход которого объединен с выходом усилителя 6, а выход подключен к входу блокировки механизма 23 перемещения, связанному со всеми ключами, коммутатором и держателем

образцов.

Устройство работает следующим образом.

В держатель 2 .образцов устанавливаются среда 3 с неизвестной концентрацией X и далее в порядке возрастания концентраций х - эталонные пробы. 4 .1, .. . ,4.п. На блоке 19 потенциометров выставляются напряжения Ug, пропорциональные х

и; к-х;,

где К - коэффициент пропорциональности.

Значение коэффициента К выбирается в зависимости от диапазона значений х так, чтобы обеспечить работу- последующих блоков (в частности блока вычитания ) в наиболее благоприятном режиме. Обычно (1-10) В, откуда

К (1-107х

5 макс

В исходном положении в канале оптической связи источника 1 монохроматического излучения и фотодатчика 5 находится кювета с неизвестной средой 3. При этом ключи 8 и 14 зам- кнуты, ключ 11 разомкнут, коммутатор 18 передает по обоим каналам нулевые уровни сигнала. Выходной сигнал U,

X

интегратора 7 достигает Ug - напряжения на вьгходе фотодатчика 5, а -на- пряжение U на выходе усилителя 6 становится нулевым. Уровень срабатывания компаратора 22 подбирается таким образом, что при отрицательном и нулевом значениях Ug выходной сиг- нал компаратора, разрешает перемещение механизма 23, а при положительном, значении U - запрещает. Это легко достигается регулировкой опорного напряжения источника 21.

Каждый такт перемещения начинается с того,что ключ 1 ненадолго замыкается . При этом напряжение на выходе интегратора 10 становится равным Ug. В первом такте перемещения ключ 8 размыкается. После размыкания ключа 11 передвигаются на шаг держатель 2 кювет и коммутатор 18. В канале оптической связи источника 1 и датчика 5 оказывается первая эталонная проба с минимальной концентрацией х. Напряжение на выходе фотодатчика 5 становится равными, а на выходе усилителя 6 - равным

и|. - Uj. Если х х, то (Uj - UgVO и компаратор 22 не изменяет своего состояния, т.е. разрешает дальнейшее перемещение механизма 23 .Второй и последующий такты перемещения аналогичны первому и.перемещение продолжается до тех пор, пока в i-м такте, в котором , не получим (и -U5)0. При этом компаратор - 22 изменяет свое состояние и перемещение механизма 23 прекращается. На выходе .интегратора .10 имеет (U - Uy) , а на выходе усилителя 9 - Ш 5

-

1 )()

Коэффициент перела чи блока 1 2 с пероменным коэффициентом станет равным

;-«

где К - коэффициент пропорциональности между напряжениями нл выходах блока 9 и соответствующими им концентрациями эталонов .

Коэффициент передачи К блока 12 определяется с помощью контура отрицательной обратной связи, образован-, ного компаратором 15, ключом 14 и интегратором 13. В установившемся режиме К 2, принимает такое значение, при котором выходное напряжение блока 12 становится равным выходному напряжению U.,. блока 17. В свою очередь и равно разности напряжений, пропорциональных концентрациям эталона, находящегося в канале оптической связи иcтoчнт кa 1 излучения, фотодатчика 5 и предыдущего эталона

и,2 - и; )

к(х; - ) и,. ,

Интегратор 7 хранит в течение интервала времени t сигнал Ug. .полученный с выхода блока 5 в такте измерения сигнала пробы с неизвестной концентрацией. Начиная со следующего такта и до окончания интервала t у(рилителъ 6 вырабатывает разницу и U j - Ug , 15: , которая в течение последующего такта хранится интегратором 10. Одновременно усилитель 9 вырабатывет разность.

и; и; -иг (и; - и )-( и)

и; -и;i - 2 .

Но с окончанием интервала времени t клю 8 замыкается и уменьшаемое этой разности обнуляется. При этом получаем Ug и| - , т.е. сигнал .связанный с сигналом пробы с неизвестной концентрацией.

После этого ключ 14 размыкается и кодной клемме измерительного прибора 16 оказывается подключенным напряжение, .

,.-ч ,

а к другой

и

(-(

К-х

IПоказание прибора соответствует разности этих сигналов

, T,i-1

и,б

+ (xi - хГ ).

и - иГ 1

и;

что представляет собой линейную ин- терполяцшо отсчета х в диапазоне от X , до х ,

Измерение на этом заканчивается, результат фиксируется, блоки возвращаются в исходное положение.

Использование предлагаемого устройства позволяет по сравнению с .известным достичь значительно меньшей погрешности градуировочнбй характеристики и расширить диапазон работы.

Формула изобретения

Автоматический спектрофотометр, содержащий источник монохроматического излучения,.держатель образцов с расположенными в нем кюветами с эталонными пробами и кюветой для исследуемой среды, кинематически связанный с механизмом его перемеш,ения снабженным схемой логического управЛенин, фотодатчик, оптически связанный через одну из кювет с источником монохроматического излучения, усилитель, первый и второй интеграторы, компаратор, измерительный прибор, блок с переменным коэффициентом передачи, первый и второй ключи и источник опорного напряжения, отличающийся- тем, что, с целью повьшюния точности измерения, в него дополнительно введены второй усилитель, третий интегратор второй компаратор, второй источник опорного напряжения, блок вычитания

0

0

5

0

5

0

сдвоенный коммутатор и блок потенциометров с одним входом и п выходами, причем вход блок.а потенциометров соединен с выходом первого источника опорного напряжения, а п его выходов - с соответствующими входами сдвоенного коммутатора, первый выход которого подключен к первому входу блока вычитания и к первому входу измерительного прибора, а второй - к второму входу блока вычитания, выход которого соединен с первым входом первого компаратора, выход которого через последовательно включенные второй ключ и второй интегратор соединен с первым входом блока с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого подключен к второму входу первого компаратора и к второму входу измерительного прибора, а второй вход блока с регулируемым коэффициентом передачи - к выходу первого усилителя, соединенному через последовательно включенные первый ключ и первый интегратор со своим первым входом, а второй его вход соединен с выходом второго усилителя, соединенного с первым входом .второго компаратора и через последовательно включенные третий ключ и третий интегратор со своим первым входом, второй вход второго усилителя Подключен к выходу фотодатчика, при этом вход механизма перемещения подключен к выходу второго компаратора, второй вход кбторого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, выходы логической схемы механизма перемещения связаны с соответствующими ключами и коммутатором.

Изобретение относится к оптическим спектральным приборам, используемым для количественного абсорбционного анализа состава вещества. Цель изобретения - повышение точности измерения. В устройство, включающее источник 1 измерения, оптически связанный с фотодатчиком 5 с помощью кювет с исследуемой средой 3 и с эталонными пробами 4.1÷4.п, установленных в держателе 2 образцов, кинематически связанного с механизмом 23 перемещения, усилитель 9, интеграторы 10, 13, компаратор 15, ключи 11, 14, измерительный прибор 16, блок 12 с переменным коэффициентом передачи и источник 20 опорного напряжения, дополнительно введены второй усилитель в третий интегратор 7, ключ 8, второй компаратор 22, второй источник 21 опорного напряжения, блок 17 вычитания, сдвоенный коммутатор 18 и блок 10 потенциометров. При этом N выходов блока потенциометров соединены с N входами сдвоенного коммутатора 18, два выхода которого подключены к входам блока 17 вычитания, а первый из них объединен и с входом измерительного прибора 16, выход блока 17 вычитания соединен с первым входом первого компаратора 15, выход второго компаратора 22 подключен к входу блокировки механизма 23 перемещения, первый вход коммутатора 22 подключен к выходу второго источника 21 опорного напряжения, а второй объединен с первым входом первого усилителя 9, выходом второго усилителя 9, выходом второго усилителя 6 и через последовательно включенные третий ключ 8 и третий интегратор 7 соединен с первым входом второго усилителя 6, второй вход которого объединен с выходом фотодатчика 5. Изобретение позволяет повысить точность измерения и расширить диапазон работы за счет итеративной оценки концентрации исследуемой среды с концентрациями эталонных проб 4.1÷4.N. 1 ил.

Составитель А. Гусев Редактор Г. Волкова Техред А.Кравчук

Заказ 5792/33

. Тираж 466

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Корректор. Палий ,

Подписное