Многоканальное фотоэлектрическое устройство Советский патент 1979 года по МПК G01J3/30 G01J1/44 

1

Изобретение относится к оптической эмиссионной спектроскопии и может быть использовано для экспресс-анализа металлов, сплавов и неметаллических соединений в металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известны многоканальные фотоэлектрические устройства (квантометры), в которых измерение интенсивности заданного числа спектральных линий производится Одновременно с помощью нескольких фотоприемников, установленных за фокальной .плоскостью полихроматора- 1.

Каждый фотоприемник связан с соответствующим интегрирующим конденсатором, эти конденсаторы последовательно подключаются к входу измерительного прибора.

Наиболее близким по технической сущности является многоканальное фотоэлектрическое устройство, содержащее полихроматор, фотоприемники, установленные на выходе полихроматора, блок интегрирующих конденсаторов, подключенный к выходам фотоприемнЯков через формирователь, измерительный прибор, связанный с блоком интегрирующих конденсаторов через коммутатор и блок калибровочных ячеек, и программный блок с цепями управления формирователя и коммутатором 2.

Основной недостаток прототипа и других известных устройств аналогичного назначения заключается в том, что они не обеспечивают высокую точность анализа многокомпонентных структур, для которых интенсивность аналитических сигналов некоторых компонентов зависит не только от их концентрации, но и от степени и характера их взаимодействия с другими компонентами в источнике возбуждения спектра. В этом случае нарушается однозначная зависимость между концентрацией данного анализируемого элемента и напряжением на соответствующем интегрирующем конденсаторе, что приводит к значительным систематическим ошибкам.

В известных устройствах учет междуэлементных влияний осуществляется разбиением нелинейного градиуровочного графика -на несколько линейных участков, т. е. за счет использования нескольких аналитических программ с различной настройкой калибровочных ячеек. Однако, поскольку связь между содержанием анализируемого элемента и напряжением на соответствующем интегрирующем конденсаторе неоднозначна,

ЭТО увеличение аналигитических программ во МНОГИХ случаях не может уменьшить погрещнбйти определения концентрации до требуемого уровня, особенно в случае анализГ сложшх веществ: - - . Целью изобретения является повышение точности эмиссионного спектрального анализа веществ сложного состава за счет использования нескольких аналитических сигтталов, соответствующих интенсивнох;тям линий атомов взаимодействующих элементов. Поставленна:я цель достигается тем, что в многоканальное фотоэлектрическое ycYройство, содержащее полихроматор, фотоприемники, установленные на выходе полихроматора, блок интегрирующих конденсаторов, подключенный к выходам фотопрйемников через формирователь, измерительный прибор, связанный с блоком интегрирующих конденсаторов, через коммутатор и блок калибровочных ячеек, и программный блок с цепями управления формирователем и коммутатором, в него введены множительный блок и однополюсный многопозиционный переключатель, последовательно включенные между коммутатором и блоком калибровочных ячеек, а также вторичный накопитель, подключенный к выходу блока калибровочНБ1Х ячеек к входу измерительного прибора, при этом программный блок дополнительно снабжен цепями управления переключателем, и вторичным накопителем.

Благодаря введению перечисленных новых блоков и цепей в многоканальном фотоэлектрическом устройстве напряжения на вторичном накопителе; по которым опредеЛяется содержание анализируемых элементов, зависят от интенсивности излучения не

только линии анализируемого элемента, но и линий элементов, оказывающих существенн 5ё МШМё на йзлучёйце атомов данШго элемента. Это позволяет полнее и точнее учесть процессы, протекающие в плазме разрйЖаГиТа счёт Этого ЦОЁЫСИТЬ точность анализа.;:

На ОДртёЖе показана прйндапйальная схема устройства.

Устройство содержит полихроматор 1 с диспергирующим элементом 2, фотопрнемники 3, установленные вблизи фокальной

Мвёрхностигтолихрбматора. Количество фотШриш ннкбв бпределяется количеством спектральныхлиний, используемых для анализа, и лежит обычно в пределах от 10 о 40. Выход каждого фотоприемника 3 связан с Шнтим из интегрирующих конденсаторов 4 и блока 5 формирователь 6, сОДержащии набор-первичных йнтегрйрующНх конденсаторов, входной коммутатор для поочередногЬ пЬдключения каждого первичного

ШнДенсатбра к соот18етствующему конденсатору блока 5 через усилитель и формирующий каскад.

К выходу блока 5 интегрирующих. конденсаторов 4 подключен коммутатор 7, обеспечивающий подключение ко входам множительного блока 8 одного или двух любых

интегрирующих конденсаторов 4. На выходе множительного блока 8, выполненного например, на операционных усилителях, последовательно включены однополюсной многопозиционный переключатель 9 и блок 10 калибровочных ячеек 11. Количество калибровочных ячеек, т. е. количество позиций переключателя 9, зависит во-первых, от количества элементов, анализируемых в одной программе, а во-вторых, от количества элемеНтов, оказывающих влияние на характериГстики анализируем:ых элементо.в.

Калибровочные ячейки 11 представляют собой регулируемые потенциометрические делители, настраиваемые предварительно по данным анализа эталонных образцов.

К выходу блока 10 подключен вторичный

накопитель 12, выполненный в простейшем случае на основе конденсатора 13. Вторичный накопитель связан также со входом измерительного прибора 14, например цифрового вольтметра, к которому может быть

подключен блок 15 регистрации. В устрой- . стве имеется также программный блок 1р, содержащий цепь 17 управления формирователем 6, цепь 18 управления коммутатором 7, цепь 19 управления переключателем 9, цепь 20 управления вторичным накопителем 12,

т. е. цепь подключения или отключения цепи 21 разряда конденсатора 13.

Устройство работает следующим образом. Излучение от пробы (образца) разлагается полихроматором 1 в спектр, причем узкие

участки спектра в области линий анализируемых элементов выводятся на фотоприемники 3. В. результате на первичных конденсаторах формирователя 6 накапливается заряд; пропорциональный интенсивности излучения в соответствующем спектральном

интервале. По командам цепи 17 управления программного блока 16 формирователь 6 последовательно подключается к интегрирующим конденсаторам 4 блока 5 и к соот вбтствующим первичньщ конденсаторам, в результате каждый из этих конденсаторов

заряжается до напряжения, зависящего от интенсивности, излучения соответствующей линии.

Для определения содержания заданного элемента коммутатор 7 по командам цепи

17 управления программного блока 16 подключает к входу множительного блока 8 не только интегрирующий конденсатор, соответствующий, линии данного элемента, но

и конденсаторы, соответствующие линиям

те1Г элемен гов, которые оказывают существенное влияние на интенсивность излучения анализируемого элемента. Интегрирующие конденсаторы 4 подключаются к множительному блоку 8 по одному или попарно. В последнем случае сигнал на его выходе про5.. 66 порционален произведению напряжений н.а подключенных конденсаторах. Выбор формы подключений конденсаторов 4 (последовательного или попарного) зависит от характера и сил взаимодействия соответствующих элементов в плазме разряда и от сложносхй состава пробы и других факторов. Перекл1рчатеЛь 9, срабатывающий по командам цепи 19 управления программного блока 16, одновременно с коммутатором 7 каждый раз подключает к выходу множительного блока соответствующую калибровочную ячейку 11 блока 10. С выхода всех используемых ячеек 11 сигналы поступают на об-, щий вторичный, накопитель 12, связанный с измерительным прибором 14. В результате сигнал на входе прибора равен сумме сигналов, снимаемых с калибровочных ячеек И, т. е. представляет собой требуемую функцию интенсивности излучения нескольких спектральных линий различных элементов, включая анализируемый. Таким образом, при соответствующем выборе используемых интегрирующих копде«саторов 4 и калибровочных ячеек 11 заявляемое устройство позволяет учесть влияние других компонентов на излучение атомов анлизируемого элемента для различных вариантов взаимодействия компонентов в плазме разряда. После подключения к множительному блоку 8 всех конденсаторов 4, используемых для анализа одного элемента, по команде цепи 20 управления программного блока 16 производится разряд вторичного накопителя 12, т. е. сброс отсчета прибора 14. В результате устройство готово к анализу содержания следующего элемента. Экспериментальное исследование показало, что использование устройства обеспечивает значительное повышение точности анализа. Так при анализе высоколегированных сталей с использованием аналитических линий Ni 225,3 нм, Сг 279,2 нм, Мп 293,3 нм, Fe 271,4 нм точность оценки содержания хрома с учетом толькр аналитического сигнал а по линии Мп 293,3 нм повышается в 6 раЗГ Точность определения содержания NinOBbiшается в этом случае в 2 раза. Повыщение точности анализа, достигаемое с помощью заявляемого устройства, позволяет расшйрить диапазон концентраций компонентов, определяемых в одном режиме работы. Тем самым обеспечивается возможность анализа нескольких марок сплавов без перестройки программного блока и блъка калибровочных ячеек. Помимо изображенного на чертеже возможны другие варианты реализации заявляемого устройства. Например, количество интегрирующих конденсаторов 4 может бы.ть выбрано равным не общему-количеству спектральных линий, а количеству линий, используемых для анализа одного элемента. В этом случае при переходе к анализу следующего элемента, т. е. одновременно с разрядов вторичного накопителя необходимо осуществлять разряд тех интегрирующих кон денсаторов 4, которые не используются при анализе этого элемента. Формула изобретения Многоканальное фотоэлектрическое устройство, содержа1дее полихрома1ор, фотоприемники, установленные на рыходе полихроматора, блок интегрирующих конденсаторов, подключенный к выходам фотоприемкиков через формирователь, измерительный прибор, связанный с блоком интегрирующих конденсаторов через коммутатор и блок калибровочных ячеек, и программный блок с цепями управления формирователем и коммутатором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности анализа веществ сложного состава за счет одновременного использования нескольких аналитических сигналов, соответствующих интенсивностям лини11 атомов взаимодейтсвующих элементов, в него введены множительный блок и однополюсной многопозиционный переключатель, последовательно включенные между коммутатором и блоком калибровочных ячеек, а также вторичный накопитель, подключенный к выходу блока калиброванных ячеек и входу измерительного прибора, при этом программный блок снабжен цепями управления переключателем и вторичным накопителем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США№ 3537796, кл. 356-74, 1970. 2.Трилесник И. И. Автоматизация эмиссионного спектрального анализа с помо.щью многоканальных фотоэлектрических установок-квантометров. Журнал прикладкой спектроскопии, т. 16, № 1, с. , рис. 3.

661263