Автоматический фотометрический анализатор Советский патент 1991 года по МПК G01J1/44 

вой 10 и второй 11 схем выборки-хранения, блока 12 установки эталонного уровня интенсивности света, соединенного с вторым входом дифференциального усилителя 6, выход которого подключен к первому входу второго переключателя 13 и к второму входу первого устройства 14 сравнения, выгод которого связан с вторым управ- ляющим входом первого переключателя 15,.генератора 16, соединенного с входом первого переключателя 15, второго устройства 17 сраьнения, первый вход которого связан с выходом пер- вой схемы 10 выборки-хранения, второй вход второго устройства 17 сравнения соединен выходом ключа 18 и разрядной цепью, состоящей из конденсатора 19 и резистора 20, выход второго устройстяа 17 сравнения подключен к третьему управляющему входу первого переключателя 15, первого счетчика 21, тактовый вход которого соединен с первым выходом первого переключателя 15, выход первого счетчика 21 связан с входом второго счетчика 22, цифроаналогового преобразователя 23, тактовый вход второго счетчика 22 соединен с вторым чыходом первого переключателя 15, выход второго счетчика 22 связан с входом регистра 24, выход которого подключен к очсчетно-регистрирующему устройству 25 блока 26 управления, выпол- ненного, например, на основе программируемого перезаписываемого запоминающего устройства (ППЗУ), выходы которого соединены с первым управляющим входом первого переключателя 15, управляющими входами второго переключателя 13, первой 10 и второй 11 схем выборки-хранения, ключа 18, входами установки нуля первого 21 и второго 22 счетчиков, тактовым входом регистра 24. Первый вход первого устройства 14 сравнения соединен с выходом цифроаналоггвого преобразователя 23 и вторым входом второго

переключателя 13, выход которого свя- .

тан с входом управляемого источника питания. Выход второй схемы 11 выборки-хранения соединен с входом ключа 18.

Работа устройства происходит автоматически пэг воздействием команд блока 26 управления в циклическом режиме. Один цикл работы состоит из нескольких тактоь.

Q

0

5

В исходном положении все команды управления отключены, переключатели и ключ находятся в положении, указанном на чертеже.

Перед началом измерений производится установка заданного значения интенсивности светового потока источника света (при отсутствии в кювете 3 образца).

При этом в первом такте по команде, поступающей от блока 26 управления, переключается второй переключатель 13 и замыкается цепь автоматического регулирования интенсивности светового потока, устанавливающая такое напряжение питания осветителя, при котором величина сигнала на выходе усилителя 5 равна величине сигнала на выходе блока 12 установки эталонного уровня интенсивности света. В этом же такте на вход установки нуля первого счетчика 21 подаемся команда от блока 26 управления, устанавливающая счетчик 21 в нулевое состояние.

Во Еггором такте по окончании переходного процесса регулировки интенсивности света по команде, поступающей от блока 26 управления, первый переключатель 15 переключается в положение, при котором выход генератора 16 соединяется с тактовым входом первого счетчика 21 и начинается его заполнение. Код, записываемый в первом сметчике 21, преобразуется в цифроанйлоговом преобразователе 23 в ступенчато нарастающее напряжение, поступающее на первый вход первого устройства 14 сравнения, на второй вход которого подается чапря/кени с выхода дифференциального усилителя 6 (пропорциональное напряжению питания осветителя в режиме Калибровка). В момент, когда напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя 23 сравняется или превысит напряжение на ВЫХОДР дифференциального усилителя 6, первое устройство |4 сравнения через второй упраатяющий вход переводит первый переключатель 15 в нейтральное положение. При этом в первом счетчике 21 остается записанным такой код, при котором напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 23 равно или превышает не более чем на один шаг квантования напряжение на выходе дифференциадытго усшпгечл 6, опредепяю-г щее напряжение питания осветителя 1 , соответствующее заданному значению величины интенсивности снегового потока источника света. Затем второй переключатель 13 возвращается в исходное состояние и на вход управляемого источника 2 питания подается напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя 23. На этом этап установки заданного значения величины интенсивности светового потока источника света заканчивается. Затем начинается этап измерения. В третьем такте по командам блока 26 управления при нахождении в кювете 3 эталонного образца вторая схема 11 выборки-хранения переводится в режим выборки, а на вход установки нуля второго счетчика 22 подается команда ог блока 26 управления, устанавливающая счетчик в нулевое состояние. Затем вторая схема 11 выборки-хранения возвращается в режим хранения и в ней запоминается сигнал, пропорциональный коэффициенту пропускания эталонного образца. Затем в режим выборки переводится первая схема 10 выборки-хранения. В четвертом такте по команде блока 26 управления при нахождении в кювете 3 анализируемого образца первая схема 10 выборки-хранения возвращается в состояние хранения и и ней запоминается сигнал, пропорциональный коэффициенту пропускания анализируемого образца. Таким образом, в первой 10 и второй 11 схемах выборки- хранения запоминаются сигналы, отношение уровней которых равно отношению коэффициентов пропускания анализируемого и эталонного образцов. В пятом такте по командам блока 26 управления происходит одновременное размыкание ключа 18 и переключение переключателя 15 в положение, при котором выход генератора 16 соединяется с тактовым входом второго счетчика 22. При размыкании ключа 18 начинается разряд конденсатора 19 разрядной цепи, заряженного первонанально до напряжения сигнала, запомненного второй схемой 11 выборки-хранения, через резистор 20. Сигнал U разрядной цепи, напряжение которого изменяется по закону

U U о е

Ос

где Uo - начальное значение напряжения сигнала, пропорциональ

ное коэффициенту пропускания эталонного обрлчца; R - величина сопротивления резистора 20 разрядной цепи; С - величина емкости конденсатора 19 разрядной цепи t - время.

Этот сигнал поступает на второй вход второго устройства 1.7 сравнения, на первый вход которого поступает сигнал с выхода первой схемы 10 выборки-хранения, напряжение которого пропорционально коэффициенту пропуска- 5 ния анализируемого образца.

В момент равенства напряжений на первом и втором входах второго устройства 17 сравнения сигнап с его выхода возвращает первый переключя- тель 15 в нейтральное понижение, при

этом во второй счетчик

заносится

код, пропорциональный интервалу гре- мени, прошедшему от момента начал i разряда конденсатора 19 разряпчоп цепи до момента равенства напряжении на разрядной цепи и напряжения нзме- рителыюго сигнала, запомненного первой схемой 10 выборки хранения, т.е..

Ui U.e

Кс

1 о

где Uк - напряжение измерительного сигнала, пропорциональное коэффициенту пропускания анализируемого образца. Интервал времени, в IPMOHUP которого происходит яапо шение счетчика 22, равен

с г;

а код, записанный во второй cnt i 22 за этот интервап времени, 45

N t .f - 1 i

где f - частота сигнала на выходе

генератора 16,

Таким образом, в пятом такте ра- боты устройства на выходе счетчика 22 формируется цифровой код, пропорциональный разности оптических плотностей анализируемого и эталонного образцов.

В случае фотометрирования быст- ропротекающей химической реакции реакционная смесь помещается в кювету 3 в начале третьего )лкг. а и длительность третьего т.чьт-i иь-i iip.iс-тся равной длительности начального (индукционного) периода реакции. Если четвертый такт отстоит от третьего на некоторый фиксированный интервал времени, то цифровой код, который формируется на выходе счетчика 22, в пятом такте бучет пропорционален приращению оптической плотности образца за этот интервал времени, т.е. пропорционален скорости аналитической химической реакции, которая, в свою очередь, пропорциональна (при использовании кинетических методов анализа) концентрации анализируемого вещества.

В шестом такте по командам блока 26 управления происходит параллельна запись информации с выхода второго счетчика 22 в регистр 24 и отображение ее на отсчетно-регистрирующем усройстве 25. На этом первый цикл работы устройства заканчивается и устройство возвращается в исходное состояние.

Во втором (и последующих) циклах работы устройства этап установки заданного значения величины интенсивности светового потока источника света пропускается. Он повторяется лишь при необходимости по мере загрязнения оптических элементов анализатора, старения источника и приемника света с периодом, устанавливаемым исходя из того, что уровень измерительных сигналов в процессе работы анализатора не должен выходить из диапазона, в котором цифровая отсчетная система обеспечивает требуемую точность обработки (например, один раз на 10-50 измерений в зависимости от скорости загрязнени оптических окон кюветы).

Таким образом, выполнение цифровой измерительной системы и системы автоматической установки и стабилизации светового потока источника све та независимыми и построение измерительной системы по схеме, позволяющей реализовать алгоритм, предусматривающий вычисление отношения фактических значений измерительных сигналов, пропорциональных коэффи- циентам пропускания анализируемого и эталонного (сравнительного) образцов, позволяет увеличить по сравнению с прототипом быстродействие и точность анализатора за счет возможности выбора параметров цифровой изм

5

0

5

0

5

0

5

0

5

рительнои системы независимо от инерционных свойств объекта регулирования, системы автоматической установки и стабилизац светового потока источника света, снижения влияния на точность анализатора погрешностей системы автоматической установки и стабилизации светового потока источника света и исключения необходимости операции стабилизации светового потока (калибровки) перец каждым измерением.

Функции системы автоматической установки и стабилизации интенсивности света сводятся к установке и поддержанию такого уровня интенсивности света осветителя, при котором цифровая измерительная система обеспечивает требуемую точность обработки измерительных сигналов (пропорциональных интенсивности света осветителя) при воздействии дестабилизирующих факторов: изменение чувствительности фотоприемника, старение источника света, загрязнение оптических элементов анализатора и т.д. Высокое быстродействие и точность анализатора позволяет использовать в нем широкий класс аналитических реакций, в ходе которых скорость изменения оптических характеристик образца пропорциональна содержанию анализируемого вещества, являющегося одним из компонентов, участвующих в реакции, катализатором или ингибитором реакции.

Благодаря наличию системы автоматической установки и стабилизации светового потока источника света существенно снижается влияние на погрешность измерения присутствия в анализируемом образце различных примесей, вызывающих рассеяние и поглощение света (при фотометрировании), но не влияющих на скорость соответствующей химической реакции (такая ситуация имеет, например, место при контроле продукции микробиологической и пищевой промышленности).

Формула изобретения

Автоматический фотометрический анализатор, содержащий осветитель с регулятором интенсивности света, вы- полненным в вице управляемого источника питания и последовательно включенных счетчика и цифроаналогопого преобразователя, фотоприемник с усилителем, оптически связанный через

Изобретение относится к устройствам для фотометрического анализа состава веществ, основанным на измерении величины и скорости изменения интенсивности излучения при прохождении света через анализируемый образец, и может быть использовано в микробиологической, медицинской, Изобретение относится к устройствам для фотометрического анализа состава веществ, основанным на измерении величины и скорости изменения интенсивности излучения при прохождении света через анализируемый образец, и может быть использовано в микробиологической, медицинской, пищевой, химической и др. отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерений. пищевой, химической и др. отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерений. Анализатор содержит осветитель, источник питания, кювету, фотоприемник с усилителем, цифроаналоговый преобразователь, генератор, первый и второй счетчики, переключатель, устройство сравнения, блок установки эталонного уровня интенсивности света, блок управления. Для повышения быстродействия и точности измерения в анализатор введены две схемы выборки- хранения информации, второе устройство сравнения, второй переключатель, ключ, разрядная цепь in конденсатора и резистора, регистр, дифференциальный усилитель, охваченный цепью частотно-зависимой отрицательной обратной связи, состоящей из двух резисторов и конденсатора. 1 ил. € Л На чертеже приведена схема автоматического фотометрического анализатора . Устройство состоит из осветителя 1, связанного с выходами управляемого источника 2 питания, кювегы 3, фотоприемника 4, соединенного с усилителем 5, выход которого связан с первым входом дифференциального усилителя 6, охваченного цепью частотно-зависимой отрицательной обратной связи, состоящей из резисторов 7 и 8 и конденсатора 9,и входами перют CD N GO 05 О