Автоматический фотоэлектрический анализатор Советский патент 1992 года по МПК G01N21/27 

Изобретение относи i оя ,сана/..м ,еско- r- .у приборостроение / -. -кет быть использовано для SBT. ,.-, ,;зации контроля концентрации компонентов технологиче- jr,,-,x ,: -створов и жидкой фазы пульп предприятий цветной металлургии.

Цель изобретена - упрощение конструкции и повышение надежности работы.

На фиг. 1 представлена оптическая схе- а, на фиг. 2 - электрическая функционал;,- -.гчя схема.

Автоматический фотоэлектрический анализатор содержит источник 1 света, све- тофилотры 2 и 3, формирователи измерительного 4 и сравнительного 5 оптических каналов, измерительную кювету 6 и кювету 7 сравнения, зеркала 8 и 9. установленные неподвижно, рамки 10 и 11 с зеркалами 12 и 13 подвижных систем гальванометров с оптическим отсчетом, фотоприемники 14 и 15, клин 16 измерительного оптического канала, клин 17 оптического канала сравнения, предназначенный для автоматической оптической компенсации, усилитель 18 измерительный прибор 19 и источник 20 питания.

Фотоприемники i4 и 15 (фиг. 2) включе- ы -. дифференциальной схеме на вход 18, а рамки 10 и 11 подвижных систем гальванометров с оптическим отсчетом включены последовательно на один из вы «СДОБ усилителя 18.

В качестве фотоприемников выбраны селеновые фотоэлементы типа ФЭС с размером фоточувствительной поверхности 55x22 мм. Кроме указанных фотоэлементов могут быть применены и другие, например фотоэлемент Ф-10 с диаметром фотокатода 60 мм. В качестве усилителя использован преобразователь промышленный П 205. В анализаторе использованы подвижнь е с темы приборов типа М 1730 С, имеющие рабочий угол поворота зеркала 22 град.

Фотоприемник 14 и фотоприемник 15 поставлены каждый в своем оптическом ка- пале во фронтальной плоскости, образующей острый угол с плоскостью установки зеркала рамки подвижной системы и перпендикулярно к плоскости, проходящей через ось рамки, являющейся биссектрисой умч ее поворота. Условия установки Фотоприемников относительно подвижных сис- тэм гальванометров определены из того обстоятельства, что при изменении угла падения луча света на фотоприемник, а это ..г.-.еет место при работе автоматического Фотоэлектрического анализатора, меняется е1 о чувствительность к свету, т. е. его фото- v ,1мзльная установка фотоприемника

относительно зеркала рамки гальванометра будет в том случае, когда на середину рабочей поверхности фотоприемника приходится луч света, падающий на нее под углом 90

град и направленный зеркалом рамки при повороте ее на 1/2 рабочего угла поворота. Только при такой установке фотоприемника изменение чувствительности по его рабочей поверхности будет минимальным.

C Острый угол, образованный фронтальной плоскостью фотоприемника и плоскостью установки зеркала рамки подвижной системы, позволяет получить минимальный угол падения и отражения луча света на зео5 кале рамки при ее полном повороте. Это условие позволяет уменьшить возможные искажения формы луча света, которые также влияют на изменение чувствительности фотоприемника.

0При рабочем угле поворота рамки подвижной системы прибора М 1730 С, равным 22 град и соответственно такой же величине угла половины поворота луча света зеркалом рамки, оптимальный угол усга5 новки фотоприемника относительно плоскости зеркала рамка подвижной системы находится в пределах 30-35 град, при огом максимальное изменение фототока фотоприемника, связанное с изменением угла

0 падения луча света.составляет 38,7%.

В автоматическом фотоэлектрическом анализаторе предусмотрена автоматическая корректировка изменений фототока приемника излучения, связанного с измене5 нием угла падения луча света. Это достигается тем, что в каждом из двух оптических каналов автоматического фотоэлектрического анализатора установлены идентично ф0 оприемник и подвижная система гальва0 нсмегра с оптическим отсчетом, при этом фотогриемники включены на вход усилителя по дифференциальной схеме, а рамки сдвижных систем гальванометров с оптическим отсчетом включены электрически по5 следовательно на один из выходов усилителя. При изменении величины разностного сигнала фотоприемников 14 и 15 изменяется выходной сигнал усилителя 18 и рамки 10 и 11 с зеркалами 12 и 13 изменяет

0 свое положение, поворачиваясь вокруг своей оси, что синхронно изменит положение лучей света в обоих оптических каналах в плоскости установки фотоприемников 14 и 15. Поскольку установки фотоприемников

5 14 и 15 относительно плоскостей зеркал 12 и 13 рамок 10 и 11 идентичны, то изменение угла падения лучей света на поверхности фотоприемников 14 и 15 одинаково изменит их чувствительность, а разностная величина фототока приемников 14 и 15 не зависит от

угла падения на них лучей света в оптических каналах.

Для оптической компенсации оптической плотности анализируемого раствора, поступающего в кювету 6 измерительного оптического канала, в оптическом канале сравнения автоматического фотоэлектрического анализатора расположены последовательно кювета 7 сравнения, рамка 11с зеркалом 13 подвижной системы гальванометра с оптическом отсчетом, оптический клин 17, неподвижно расположенный непосредственно перед фотоэлементом 15, а в измерительном оптическом канале расположены перед измерительной кюветой 6 оптический клин 16, перемещением которого осуществляется настройка оптического нуля анализатора, и после кюветы 6 рамка 10 с зеркалом 12 подвижной системы гальванометра с оптическим отсчетом, фотоприемник 14. В обоих каналах могут быть установлены светофильтры 2 и 3, если анализатор работает в фильтрованном свете, причем в оптических каналах могут быть установлены светофильтры на одну или на две разные области пропускания света. Этим достигается возможность использования анализатора для осуществления диффе- ренциального одноволнового и двухволнового спектрофотометрического анализа.

Оптический клин 17, предназначенный для оптической компенсации, поставлен в канале сравнения неподвижно перед фотоприемником 15 и плотной частью обращен в сторону вершины острого угла между плоскостями установки фотоприемника 15 и зеркала 13 рамки 11 подвижной системы гальванометра с оптическим отсчетом. Такая установка оптического клина 17 опреде- ляется тем, что при увеличении концентрации измеряемого компонента в растворе увеличивается оптическая плотность раствора в кювете 6 измерительного оптического канала. Возникший разностный сигнал фототока фотоприемников 14 и 15 подается на вход усилителя 18, к одному из выходов которого подключены последовательно рамки 10 и 11 подвижных систем гальванометров с. оптическим отсчетом, при этом рамки 10 и 11 вместе с зеркалами 12 и 13 синхронно поворачиваются, изменяя положение лучей света на фоточувствительной поверхности фотоприемников 14 и 15. Эффект оптической компенсации введенной в канал измерения оптической плотности кюветы 6 за счет увеличения концентрации измеряемого компонента в растворе может быть достигнут в оптическом канале сравнения путем ввода в этот канал компенсирующей оптической плотности клина, в нашем случае путем перемещения луча света по клину до положения, соответствующего равенству оптических плотностей измерительной кюветы 6 и оптического клина 17. Положение неподвижно установленного оптического клина 17 перед фотоприемником 15 должно быть таким, чтобы при увеличении оптической плотности в

0 измерительном канале луч света в канале сравнения должен менять свое положение на оптическом клине 17 в сторону увеличения его оптической плотности. Положение луча света на оптическом клине 17 зависит

5 от напряжения разбаланса фотоприемников 14 и 15, величина которого пропорциональна оптической плотности раствора в измерительной кювете 6. Напряжение раз0 баланса усиливается усилителем 18, на один из выходов которого подключены электрически последовательно соединенные рамки 10 и 11 с зеркалами 12 и 13. При увеличении напряжения разбаланса, что со5 ответствует увеличению оптической плотности кюветы б, рамки 10 и 11 с зеркалами 12 и 13 синхронно изменяют свое положение, поворачиваясь в сторону вершины острого угла, образованного плоскостями

0 установки фото прием ни ко в 14 и 15 и зеркал 12 и 13 рамок 10 и 11 подвижных систем. Значит, для достижения эффекта оптической компенсации, введенной в канал измерения оптической плотности, оптический

5 клин 17 в канале сравнения должен быть установлен непосредственно перед фотоприемником 15 и обращен плотной частью в сторону вершины острого угла, образованного плоскостями установки фотоприемни0 ка 15 и зеркала 13 рамки 11, Величина напряжения разбаланса на входе усилителя 18 калибруется при настройке анализатора по эталонным растворам путем изменения коэффициента усиления усилителя 18. Ве5 личина разбаланса на входе усилителя авто- матического фотоэлектрического анализатора изменяется в пределах 0,50 мВ: а на выходе усилителя измерительный сигнал изменяется в пределах 0-5 мА или

0 0-10 В, который измеряется измерительным прибором 19.

Автоматический фотоэлектрический анализатор работает следующим образом. Свет от источника 1 проходит свето5 фильтр 2, формирователь 4 измерительного оптического канала, оптический клин 16, измерительную кювету 6, отражается последовательно от зеркал 8 и 12 рамки 10 первой подвижной системы гальванометра и попадает на фотоприемник 14. Одновременно свет проходит светофильтр 3, формирователь 5 оптического канала сравнения, кювету 7 сравнения, отражается последовательно от зеркал 9 и 13 рамки 11 второй подвижной системы с оптическим отсчетом и попадает на оптический клин 17 и фотоприемник 15.

Напряжение разбаланса фотоприемников 14 и 15, пропорциональное концентрации измеряемого компонента в растворе кюветы 6, усиливается усилителем 18 и измеряется измерительным прибором 19, а электропитание анализатора осуществляется источником 20 питания. На один из выходов усилителя 18 подключены электрически последовательно рамки 10 и 11 с зеркалами 12 и 13 первой и второй подвижных систем гальванометров, установленных в измерительном и сравнительном оптических каналах. Путем синхронного изменения угла поворота рамок 10 и 11 зеркал 12 и 13, которое осуществляется от выхода усилителя 18, изменяется положение лучей света на клине 17 и фотоприемниках 14 и 15 и осуществляется оптическая компенсация оптической плотности измеряемого компонента в растворе кюветы 6.

Настройка оптического нуля автоматического фотоэлектрического анализатора производится оптическим клином 16 при кюветах 6 и 7, заполненных раствором с концентрацией измеряемого компонента, соответствующей началу шкалы измеряемых концентраций. Настройка верхнего предела измерения анализатора производится потенциометром крутизна характеристики усилителя 18 при кювете 6, заполненной раствором с концентрацией

измеряемого компонента, соответствующей концу шкалы измеряемых концентраций, а кювета 7 заполнена раствором, соответствующим началу шкалы концентра- ций.

Формула изобретения Автоматический фотоэлектрический анализатор, содержащий источник света,

измерительный и сравнительный оптические каналы, каждый из которых содержит расположенные по ходу излучения набор светофильтров, оптический формирователь, кювету, устройство оптической компенсации с оптическим клином, выполненным подвижным в измерительном канале, и фотоприемник, при этом электрические выходы фотоприемников соединены с входом усилителя тока, выход которого соединен с

входом устройства оптической компенсации и входом измерительного прибора, а усилитель тока и источник света соединены с источником питания, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и

повышения надежности работы, устройство оптической компенсации содержит гальванометр с вращающейся рамкой и установленным на ней зеркалом, причем фотоприемники установлены так, что образуют острые углы между нормалями их приемных площадок и оптическими потоками, падающими на зеркала, при этом гальванометры электрически последовательно соединены между собой и выходом усилителя

тока, а оптический клин канала сравнения расположен между зеркалом гальванометра и фотоприемником.

фиг 2

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, может быть использовано для автоматизации фотоэлектрического контроля концентрации компонентовтехно- логических растворов. Цель изобретения состоит в упрощении конструкции и повышении надежности работы за счет выполнения устройства оптической компенсации в виде расположения в оптических каналах измерения и сравнения анализатора подвижных систем гальванометров оптического клина, неподвижно расположенного непосредственно перед фотоэлементом оптического канала сравнения. Автоматический фотоэлектрический анализатор, имеющий каналы измерения и сравнения, содержит подвижные системы гальванометров с оптическим отсчетом, расположенные в оптических каналах измерения и сравнения за соответствующими кюветами 6 и 7, рамки 10 и 11 которых с расположенными на них зеркалами 12 и 13 соединены последовательно друг с другом и выходом усилителя, фотоприемники 14 и 15, соединенные по дифференциальной схеме на входе усилителя, и неподвижно расположенный клин 17. Положение луча света на оптическом клине зависит от напряжения разбаланса фотоприемников, величина которого пропорциональна оптической плотности раствора в измерительной кювете. 2 ил. ;/ О сл С 4 СО СО О 4 00 17 f5