Двухканальный фотометр Советский патент 1978 года по МПК G01J1/04 

1

Изобретение относится к автоматическим спектроабсорбционным фотомет рам и анализаторам, предназначенным .для определения состава веществ в хи мической, нефтехимической и других отраслях промьпшшнности,

Известны двухканальные однолучевые. фотометры, содержащие источник и приемник излучения, оптическую систему формирования двух световых потоков, модуляторJ который выполнен в виде диска с светофильтрами, логарифмический усилитель 1J .

Выходной сигнал анализатора снимается с логарифмического усилителя и может быть выражен следующим уравнением:

|,ьг. еи,р-е2.ир , (1

р

где а 6ьги выходной сигнал анализатора;

прологарифмированные сигналы приемника излучения, соответ ствующие световому потоку прошедшему через сравнительный светофильтр Ucp рабочий светофильтр, (Up) соответственно. Выразив UCP и Uf через

схемы

параметры элементов оптической по каждому из каналов получим

d, г А

С2)

СТ- qa ср Ь ,

т„с1„ . Ci)

р

Ф-

где срЯр световые потоки от излучателя, выделенные соответственно сравнительным и рабочими светофильтрами ;

Тф ,Тфр- коэффициент пропускания сравнительного и рабочего светофильтров соответственно;

коэффициенты пропускания анализируемого образца соответственно на рабочей и сравнительной длине волны в соответствии с законом Ламберта- -Бугер-Вэра;

хсв У.-а показатель поглощения чГналиэируемого образца на сравнительной и рабочей длине волны соответ;ственно,

t - толщина образца;

С - концентрация образца;

Тц - коэффициент, характеризующий неселективные загрязнения кюветы,

a iiitip- спектральная чувствительность приемника излучения на сравнительной и рабочей длине волны, соответственно.

Подставив выражения (2) и (3) в выражение (1), получим значение выходного сигнала в функции от параметров элементов фотометра

«с

-Ikcp

I

eg

ср

Cf)

f-p

Недостаток таких устройств состои в невысокой точности измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому тройству является двухканальный фотометр, содержащий источник и приемник излучения/ оптическую систему формирования двух световых потоков, модулятор, рабочую заслонку, компенсационную заслонку с исполнительным механизмом усилители, распределительное и логометрическое устройства 2 .

Недостаток указанного устройства также заключается в невысокой точности и надежности измерений.

В этом фотометре применена оптическая компенсация в рабочем канале чем обеспечивается на приемнике излучения равенство электрических сиг( Up)

налов рабочего

и сравнительно(Uep) го (Uo,, ) каналов

ср и,

С5)

р

Выразив Ucp и Up через параметры

Uc элементов оптической схемы по каждом из каналов., аналогично уравнениям (2) и (3) получим

.г.., d

и Ф

-стэ ср

()

фср

к ср ср

ЕрСр

-К

ХР

С7)

где Гц.ср .р коэффициенты, характеризующие неселективные загрязнения -соответственно сравнительной и рабочей кюветы,

Сер / (-р - длина кюветы сравнительной и рабочей соответственно;

Сер / Ср концентрация анализируемого образца соответственно в сравнительной и рабочей кювете;

е -: коэффициент пропускания рабочей заслонки в функции ее угла поворота.

Остальные обдзначения величин, входящих в уравнения (6) и (7), соответствуют обозначениям уравнени (2) и (3). Подставив выражения (6) .и () в выражение (5) и peujHO полученое уравнение относительно Т , получим

dc,

ч т

ср-фс-р

к ср

(8)

Таким образом пропускание рабочей заслонки является; мерой концентрации вещес.тв, а угол поворота рабочей заслонки - выходным сигналом фотометра, т.е.

й.., 9

1 где К- коэффициент преобразования пропускания заслонки в угол поворота.

Подставив выражение (8) в выражение (9) получим

-T.«f PT.

ср

ср- l-cpep

ь.

SE.

..

e-i xptpCpT:

(10)

Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений.

Это достигается тем, что модулятор снабжен двумя светофильтрами, а ось вращения его смещена относительно плоскости, проходящей через оси световых потоков , на половину расстояния

между ними и равноудалена от них и центров светофильтров.

На фиг. 1 представлена оптическая схема предложенного фотометра; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Фотометр содержит отражающие поверхности 1-4, в фокусах которых расположены излучатель 5 и приемник 6 излучения, кюветы - рабочую 7 и сравнительную 8, модулятор 9 с установлен

ными на нем светофильтрами - рабочим 10 и сравнительным 11, компенсационную 12 и нулевую 13 заслонки.

Электрический сигнал с приемника 6 поступает на предварительный усилитель 14 и распределительное устройство 15, после которого два сигнала подаются на усилитель 16 мощности, управляющий реверсивным двигателем 17, связанным с компенсационной заслонкой, а вторые два сигнала на логометрическое устройство 18, выходное напряжение которого поступает на вторичный прибор 19. Дисковый модулятор 9 проводится во вращение электродвигателем 20 таким образом, что рабочий 10 и сравнительный, 11 светофильтры последовательно пересекают рабочий и сравнительный потоки фотометра.

Схема работает следующим образом.

Световой поток от излучателя Ь с помощью отражающих поверхностей 1.и 2 распределяется на два потока. Рабочий световой поток проходит через рабочую кювету 7, через рабочий 10 или сравнительный 11 светофильтр (в зависимости от положения модулятора) , компенсационную заслонку 12 и попадает на приемник 6 излучения. Сравнительный световой поток проходит через сравнительную кювету 8, рабочий или сравнительньлй светофильтр, нулевую заслонку 13 и попадает на приемник излучения.

При поочередном пересечении рабочим и сравнительным светофильтром рабочего или сравнительного светового потоков на приемнике изучения возникают четыре электрических импульса напряжения и , и;Р;и/р , , вызванные соответственно следующими потокам .излучения: рабочим световым потоком, прошедшим через рабочий светофильтр ( Up); сравнительным световым потоком, прошедшим через рабочий светофильтр (); рабочим световым пото ком, прошедшим через сравнительный светофильтр ( и/р ) ; сравнительным световым потоком, прошедшш через ср нительный светофильтр (Ucp) Электрические импульсы усиливаютс усилителем 14 и попадают на распреде лительное устройство 15, представляю собой синфазный детектор, управляемы например, от модулятора .9. Распреде лительное устройство разделяет эти электрические импульсы таким образом что два из них ( U ; Up ) попадаю на усилитель мощности для управления через реверсивный двигатель компенсационной заслонкой, а два других -тг -о (иГр , ) направляются на логометрическое устройство и вторичный прибор. В данном фотометре с помощью компенсационной заслонки поддерживается равенство пераых двух импульсов ( и - О т-т СР- О - ч Т Ср ( и и и 1 ) , т.е. Выходной сигнал фотомитра снимает ся с логометрического устройства и определяется отношением двух других импульсов ( TJcp ср ) .. р . тг ер . II т . тт Р Выразив р, , и ср f -гр через параметры элементов оптической схемы аналогично выражениям (2), (3 (б) и (7) получим Ф т .р-.Р UpHpTqapCI .,,pdp m) р т ФР flP-t л л со о с I Ucp OS) сУ срТч,сре т-СчсрАкр Cia Подставив выражения (13) и (14) в выражение (11), а (15) и (16) в выражение (12), получим . . X ц е я;рут,,г ,а SbV е -Кцвр icpCep шая уравнение (17) относительно оп скания компенсационной заслонки t получим -к Р г g чр Ср - Ср е i-cp Подставив значение ot из выра ения (19) в уравнение (J.8), получим . «-K ptepC Cp к.р е лс ЕсрС-с-р -с .ьр кТ J е el AptcpCcp 9 1Cа tcpctp tKлv-l cp).)cpЧp .-Сравнивая выражения выходного сигала данного фотометра с выходными игналами известных фотометров можно делать следующие выводы. Получаемый результат не зависит т изменения параметров элементов птической схемы (излучателя, приемика излучения, загрязнений, стаения и т.д.). Данный фотометр имеет более высоую избирательность к анализируемому еществу по сравнению с известными. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет -повысить точность и надежность измерений. Формула изобретения двухканальный фотометр, содержащий источник и приемник излучения, оптическую систему формирования двух световых потоков, модулятор, компенсационную заслонку с исполнительным механизмом, усилители, распределительное и логометрическое устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, модулятор снабжен двумя светофильтрами, а ось вращения его смещена относительно плоскости, проходящей через оси световых потоков, на половину расстояния между ними и равноудалена от них и центров светофильтров. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Гринштейн М. М. и др. Фотоэлектрические 1$онцентратомеры для автоматического контроля и регулирования М., Машиностроение. 1968, с. 77-80, 2. Авторское свидетельство СССР 429290, кл. Groi J 3/42, 1971.