Устройство для эмиссионной фотометрии пламени Советский патент 1991 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к пламенным эмиссионным фотометрам, используемым для проведения физико-химического анализа.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых концентраций и повышение надежности устройства при одновременном упрощении конструкции.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - блок-схема оптического канала; на фиг.З - блок-схема аналого-цифрового преобразователя.

Устройство (фиг.1) содержит источник 1 горючих газов, источник 2 окислителя, измеритель 3 расхода газов, блок 4 автоматического поджига газов, блок 5 распыления и сгорания, оптический канал 6, источник 7 контрольного излучения, микропроцессор 8, цифро-аналоговый преобразователь 9, источник 10 управляемого высокого напряжения, фотоприемник 11, управляемый аналого-цифровой преобразователь 12, блок 13 цифровой индикации результатов и блок 14 цифровой обработки данных.

О

о ел

00

XI

Оптический канал (фиг.2) содержит концентратор 15 излучения, систему 16 подвижных оптических интерференционных светофильтров, блок 17 датчиков положения системы светофильтров, прецизионный управляемый шаговый двигатель 18.

Управляемый аналого-цифровой преобразователь (фиг.З) содержит преобразователь 19 ток - напряжение, преобразователь 20 напряжение - частота, источник 21 опорной частоты (генератор), формирователь 22 измерительного интервала, счетчик 23 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Горючие газы от источника 1 горючих газов и окислитель, например воздух, от источника 2 окислителя проходят через измеритель 3 расхода газов и поступают в блок 4 автоматического поджига газа, где по команде, поступающей от микропроцессора 8, происходит поджиг газа.

В блоке 5 распыления и сгорания происходит сгорание исследуемого раствора. Источник поступления исследуемого раствора не показан. Излучение, образующееся при сгорании, поступает в оптический канал 6, Далее информационный сигнал из оптического канала поступает на фотоприемник 11, где происходит преобразование энергии в электрический сигнал и усиление электрического сигнала. Фотоприемник 11 может иметь, например, один или несколько фотоумножителей, имеющих различные амплитудно-частотные характеристики.

Расширение диапазона измеряемых концентраций в сторону больших концентраций достигается изменением коэффициента усиления фооэлектронного умножителя 11 путем изменения питающего высокого напряжения, поступающего от управляемого источника 10 высокого напряжения.

Управление источником 10 высокого напряжения осуществляется автоматически микропроцессором 8 через цифроаналого- вый преобразователь 9. Кроме того, исполь- зование в ; предлагаемом1 устройстве управляемого источника высокого напряжения для питания фотоэлектронного умножителя позволяет предотвратить насыщение последнего, что повышает надежность и время безотказной работы как фотоумножителя, так и всего устройства в целом,

Аналого-цифровой преобразователь 12 преобразует аналоговый сигнал от фотоприемника 11 в цифровой код. В зависимости от заданного или автоматически определенного диапазона измерений с помощью мик- ропроцессора8происходит

автоматическое изменение параметров аналого-цифрового преобразователя 12. В блоке 14 цифровой обработки данных происходит под управлением микропроцес- сора 8 накопление измерительной информации, хранение промежуточных результатов обработки полученных данных. Блок 14 цифровой обработки данных содержит оперативное запоминающее устройст- 0 во или, например, регистры для хранения обрабатываемой информации, а также постоянное запоминающее устройство для хранения программ работы устройства в различных режимах и необходимые таблич- 5 ные данные. Блок 14 цифровой обработки данных также содержит органы управления устройством, с помощью которых оператор задает режим работы, единицу представления измеряемой величины, диапазон изме- 0 рений. Результаты измерений в выбранной оператором единице измерений представляются в блоке 13 цифровой индикации результатов. Все блоки, связанные с микропроцессором 8, представляют по от- 5 ношению к нему устройства ввода-вывода или ячейки внешнего запоминающего устройства. Связь микропроцессора 8 с блоками в устройстве осуществляется с помощью системного интерфейса (не показан), вклю- 0 чающего шины данных, адреса, управления и протокол обмена.

В устройстве имеется также источник 7 контрольного излучения, представляющий собой, например, нетепловой источник из- 5 лучения, имеющий полосу излучения и интенсивность, близкую к измеряемым. Перед каждым измерением либо с выбраной оператором периодичностью происходит автоматическое измерение интенсивности 0 излучения источника 7 контрольного излучения, включаемого по сигналу от микропроцессора 8. При этом в памяти устройства хранятся эталонные данные, которые должны быть на выходе прибора при измерении 5 интенсивности контрольного излучения и при исправном оптико-электронном канале. В результате сравнения эталонных данных и данных контрольного измерения микропроцессор либо выдает сигнал о работоспо- 0 собности устройства, либо проводит коррекцию измерительного канала, например коррекцию коэффициента усиления фотоумножителя, либо выдает сигнал о нарушении работоспособности устройства 5 с указанием кода возможной неисправности.

Оптический канал работает следующим образом. Излучение, образуемое в результате сгорания исследуемого вещества, концентрируется в световом потоке с помощью

концентратора 15 излучения, На пути светового потока располагается система 16 подвижных оптических интерференционных светофильтров, причем количество фильтров определяется количеством диагностируе- мых элементов. Система 16 подвижных оптических светофильтров механически связана с прецизионным шаговым двигателем 18, управляемым с помощью микропроцессора 8 так,что на пути светового потока автоматически устанавливается требуемый по алгоритму работы устройства светофильтр. Установка требуемого светофильтра на пути светового потока фиксируется блоком 17 датчиков положения системы светофильтров, который вы- дает сигнал на микропроцессор 8 для остановки шагового двигателя 18. Автоматическая смена оптических интерференционных светофильтров позволяет за один измерительный цикл определять концентра- цию нескольких веществ, находящихся в исследуемом растворе, использовать один из светофильтров для контроля за пламенем с соответствующей коррекцией результатов измерений, вводить внутренний стандарт. После оптического интерференционного светофильтра оптический поток поступает непосредственно на вход фотоэлектронного умножителя 11.

Предлагаемое устройство аналого-циф- рового преобразователя 12 позволяет расширить диапазон измеряемых концентраций веществ, особенно в сторону более низких концентраций, т.е. значительно повысить чувствительность устройства.

Преобразователь 19 ток - напряжение преобразует фототек от фотоэлектронного умножителя в напряжение. В качестве такого преобразователя может быть использован операционный усилитель. Далее полученное напряжение, пропорциональное фототоку, преобразуется в частоту на преобразователе 20 напряжение - частота. Полученная на выходе преобразователя частота поступает на вход счетчика 23 импуль- сов, на выходе которого получают цифровой код. Время счета импульсов задается формирователем 22 измерительного интервала. При этом длительность сигнала на выходе формирователя зависит от частоты импуль- сов, поступающих ни его вход от источника 21 опорной частоты. Источник 21 опорной частоты и формирователь 22 измерительного интервала соединены с микропроцессором 8, с помощью которого могут меняться их характеристики. Это позволяет увеличить измерительный интервал при малых частотах на выходе преобразователя 20 напряжение - частота и уменьшать измерительный интервал при больших частотах на

выходе преобразователя 20 напряжение частота, обеспечивая оптимальное заполнение счетчика 23 импульсов во всем диапазоне преобразуемых величин, что позволяет обеспечить высокую точность преобразователя и предлагаемого устройства в целом.

Использование изобретения позволит расширить диапазон измеряемых концентраций за счет автоматического изменения динамических характеристик, входящих в устройство блоков, повысить надежность устройства в работе и срок службы путем введения автоматического контроля и коррекции состояния оптического и электронного измерительных каналов, упростить конструкцию устройства, уменьшить до одного количество оптических каналов при сохранении функциональных возможностей известного устройства.

Формула изогбретения 1. Устройство для эмиссионной фотометрии пламени, содержащее источник горючих газов и источник окислителя, снабженные измерителем расхода, выходная магистраль которого подключена к последовательно установленным блоку поджига газов, управляющий вход которого соединен с первым выходом микропроцессора, и блоку распыления и сгорания, управляющий вход которого соединен с вторым выходом микропроцессора, а выход оптически связан с входом оптического канала, выход которого оптически связан с входом фотоприемника, блок обработки данных, управляющий вход которого соединен с третьим выходом, а выход - с первым входом микропроцессора, а также блок индикации, подключенный к четвертому выходу микропроцессора, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышения надежности устройства при одновременном упрощении конструкции, в него введены цифроаналоговый и аналого- цифровой преобразователи, управляемый источник напряжения и источник контрольного излучения, оптически связанный с дополнительным входом оптического канала, выполненного в виде расположенных на одной оптической оси концентратора излучения и блока светофильтров, снабженного приводом и датчиком положения, при этом вход управления приводом подключен к пятому выходу микропроцессора, а выход датчика положения - к второму входу микропроцессора, выход цифроаналогово- го преобразователя через управляемый источник напряжения подключен к управляющему входу фотопр емника, вы- полненного в виде фотоэлектронного умножителя, выход которого через

аналого-цифровой преобразователь соединен с входом блока обработки данных, управляющие входы источника контрольного излучения, аналого-цифрового преобразователя и вход цифроаналогового преобразователя подключены к соответствующим выходам микропроцессора.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что аналого-цифровой преобразователь выполнен в виде последовательно

0

соединенных преобразователя ток - напряжение, преобразователя напряжение -частота и счетчика импульсов, к входу управления которого через формирователь измерительного интервала подключен выход генератора, при этом управляющие входы генератора и формирователя измерительного интервала являются управляющим входом аналого-цифрового преобразователя,

Изобретение относится к пламенным эмиссионным фотометрам, используемым для проведения физико-химического анализа. Целью изобретения является расширение диапазона измерений и повышение надежности устройства при одновременном упрощении конструкции. Цель изобретения достигается применением в качестве приемника оптического излучения фотоэлектронного умножителя, питающегося от управляемого источника высокого напряжения, управление которым через цифроаналоговый преобразователь осуществляет микропроцессор. Микропроцессор также осуществляет изменение динамических характеристик составных частей аналого-цифрового преобразователя в зависимости от интенсивности входного сигнала, что расширяет диапазон измеряемых концентраций. Оптический канал содержит систему интерференционных оптических светофильтров, приводимую в движение шаговым двигателем, который управляется микропроцессором. Наличие источника контрольного излучения позволяет проводить автоматическую диагностику устройства и коррекцию параметров. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Олтииеские

интерференционные

с&етофиль/прь/

Г

блох фотоумножителя

От микропроцессора

/(микропроцессору Фиг. 2