Измерительная схема,например,для детектора по теплопроводности Советский патент 1980 года по МПК G01N27/18 G01R17/06 

ку в измерительной и сравнительной ячейках нарушается теплоо;бмен.

При изменении условий теплообмена изменяется температура чувствительных элементов и, как следствие, их сопротивление (причем величина сопротивлений измеритель-ного и сравнительного чувствительных элементов становится разной), что вызывает разбаланс моста детектора. Этот разбаланс, выражающийся как дрейф нулевой линии, -с течением времени увеличивается, а следовательно, чувствительность € течением времени уменьшается. При изменении сопротивления чувствительного элемента изменяется величина TOiKa через Плечо моста. А с изменением тока моста изменяется его чувствительность, следовательно, нарушается воспроизводимость анализа, т. е. возрастает погрешность в определении кояцентрадии анализируемых компонентов.

При регистрации результатов хроматографического анализа -на разбалансированном мосте детектора, в измерительную диагональ которого лодключен дифференциальный усилитель, будет разбалансирован и сам усилитель (поскольку входной каакад дифференциального усилителя построен по мостовой схеме) и при увеличиваюш:емся раэбалансе моста не только уменьшается чувствительность, но и сокращается линейг ный диапазон измерения как детектора, так и усилителя.

Если в качестве чувствительного элемента используют не вольфрамовые или платиновые яити, а термисторы, обеспечивающие значительно большую чувствительность моста детектора, то действия факторов, вызывающих дрейф, проявляются в еще большей степени. -И зависимость величины дрейфа от изменения условий теплообмена имеет более выраженный и сложный характер.

Таким образом, поскольку в известном устройстве увеличивается с течением времени разбаланс моста, то чувствительность устройства с течением времени уменьшается, а следовательно, дополнительно вносится погрешность в определении (концентрации анализируемых компонентов.

Дополнительная погрешность также связана и с изменяющимся током моста при разбалансе. Кроме того, при этом сниг жается ,и верхняя граница использования детектора и усилителя в линейной части зависимости.

Целью изОбретения является повышение чувствительности измерений, а именно обеспечение регистрации результатов хроматографического анализа при неизменной во времени максимальной чувствительности детектора.

Поставленная цель дастигается тем, что измерительная схема содержит источник опорного напряжения и два дополнительных дифференциальных усилителя, инвертирующие входы которых соединены с вершинами измерительной диагонали моста, неинвертируюшие .входы подключены к источнику опорного напряжения, а выход

каждого через ключ, аналоговое запоминающее устройство и управляющий элемент подключен к вершине диагонали питания моста.

На чертеже представлена .измерительная схема для детактора теплопроводности с коррекцией дрейфа нулевой линии.

Устройство содержит измерительный мост 1, содержащий в .смежных плечах, термисторные чувствительные элементы 2 и

3, один ,из которых расположен в измерительной ячейке 4, другой - в сравнительной ячейке 5. В те же плечи моста включены управляемые от сигнала разбаланса элементы подстройки, выполненные в виде

фототранзисторов оптронов 6 и 7. В плечи моста включены также резисторы и резисторы .13 и 13.

Измерительные вершины моста соединены со входами дифференциального усилителя 14, выход которого подключен к регистрирующему прибору i/5. .Кроме того, одна измерительная вершина соединена и с инвертирующим входом дифференциального усилителя 16, другая - с инвертирующим входом дифференциального усилителя

/7 (инвертирующий вход о бозначен знаком

«-, неинвертирующий - знаком « + ).

Неинвертирующие входы усилителей 16 и

17 соединены с источником опорного напрялсения, выполненным на стабилитроне IS и резисторе 19. Выходы дифференциальных усилителей 16 и 17 с помощью .ключей 20 и 21 соединены со входами аналоговых запоминающих устройств 22 и 23.

Управляющими элеьментами являются светоизлучающие диоды оптронов 6 и 7, которые подключены между вершиной диагонали питания моста, находящейся на общей шине питания, и выходами запоминающих устройств 22 и 23, соединенных через ключи 30 и 21 с выходами усилителей М и 17, инвертирующие входы которых соединены с вершинами измерительной диагонали моста. Резистор 24 служит для подстройки оптимальной величины тока моста детектора.

Устройство работает следующим образом.

После включения потока газа-носителя через сравнительную ячейку 5 продувается чистый газ-носитель, а через измерительную ячейку 4 - газ-носитель, выходящий из хроматографической колонки. После

этого включают питание мОСта и электронных блоков.

После выхода на режим при пропускании чистого газа-носителя через сравнительную и измерительную ячейки 5 и 4 измерительный мост 1 сбалансирован и сигнала нет, так как сопротивления плеч моста при этом равны.

Когда выходящий из колонки (на чертеже не показан) компонент анализируемой пробы попадает в измерительную ячейку 4, теплопроводность смеси (газ-носитель плюс проба) изменяется. В связи с этим изменяется температура чувствительного элемента 2, расположенного .в измерительной ячейке 4, а следовательно, и его сопротивление. При этом происходит разбаланс моста 1, являющийся сигналом, который измеряется регистрирующим прибором 15.

Однако за счет уноса неподвижной фазы из хроматографичесКой колонки, изменения температуры, изменения давлений на разную величину в измерительной и сравнительной ячейках 4 и 5 и ряда других факторов равенство сопротивлений элементов 2 и 3 измерительного моста / начинает нарушаться, т. е. происходит разбаланс моста, фиксируемый как дрейф нулевой линии.

Например, при этом увеличивается сопротивление чувствительного элемента 2, следовательно, потенциал измерительной вершины моста, соединенного с инвертирующим входом усилителя 16, понижается.

На выходе дифференциального усилителя 16 появляется сигнал противоположной полярности. При замкнутом ключе 20 этот сигнал поступает на аналоговое запоминающее устройство , выходной сигнал которого увеличит величину тока че.рез управляющий элемент оптрона 6. При этом увеличивается величина оптического излучения на управляемый элемент оптрона 5/что увеличит его проводимость до такого значения, при котором общая проводимость плеча с чувствительным элементом 2 не станет равной проводимости смежного плеча с чувствительным элементом 5 (т. е. пока не выравняются потенциалы измерительных верщин). Потенциал каждой измерительной вершины моста / сравнивается с неизменной во времени величиной напряжения опорного источника (при этом сравнение обеих измерительных вершин осуществляется относительно одного источника опорного .напряжения). После выравнивания потенциалов измерительных вершин моста 1 по заданной временной программе, осуществляемой программным устройством (на чертеже не показано), размыкаются ключи 20 и 2.1. При разомкнутых ключах 20 и 2.1 выходной сигнал аналоговых устройств 22 и 23, определяющих величину проводимости управляемых элементов оптронов 6 VL 7, практически сохраняется неизменным в течение времени выхода хроматог.рафического пика (или группы пиков). При этом сохраняется неизменным баланс моста при равенстве сопротивлений всех его плеч, а следовательно, и чувствительность сохраняется неизменной и максимальной.

Восстановление проводимости другого плеча (сравнительного) осуществляется аналогично. В случае уменьшения сопротивления одного из чувствительных элементов моста 1 восстановление потенциала измерительной вершины осуществляется аналогично, но с той лищь разницей, что при этом происходит уменьшение проводимости фотоприемника оптрона, последовательно соединенного в этом плече с чувствительным элементом.

В устройстве за счет схемного решения достигнута регистрация результатов хроматографического анализа при постоянной во

15 времени и максимальной чувствительности не только потому, что мост стал при этом сбалансированным ,и соблюдается равенство всех Плеч моста, а также и потому, что автоматичеоки обеспечивается поддержание постоянной оптимальной величины тока моста дри использовании в качестве чувствительных элементов термисторов, обеспечивающих максимальную чувствительность.

5 Устройство исключает дорогостоящую и кропотливую операцию строгого подбора идентичных пар термисторов по удельному сопротивлению от температуры, вольт-амперным характеристикам, стабильности и

0 по некоторым параметрам. Это достигается благодаря тому, что в плечи моста последовательно с термисторами подключены фотоприемники оптронов, с помощью которых сопротивления плеч моста,

5 автоматически управляемые схемой, выравниваются .и поддерживаются постоянными, как и ток моста.

Устройство по схемному решению применимо и для детектора по плотности, по0 скольку электрические принципиальные схемы измерительных мостов детектора теплопроводности и плотности аналогичны. Хотя детектор на термисторах в сравнении с детектором на нитях (вольфрамовых

5 или платиновых) обладает рядом преимуществ (более высокой чувствительностью, малым рабочим объемом), однако имеет ограниченное применение. Предлагаемая схема обладает возможостью анализирова0 ния всех веществ с лучшими метрологичеCKHLMH характеристиками (в том числе н как следствие - расширением линейного диапазона), меньшим весом и габаритами, а также и меньшим потреблением энергии,

чем другие детекторы. Эту схему целесообразно использовать для анализа состава газа космических кораблей и для исследования атмосфер Земли и других планет.

60

Формула изобретения

Измерительная схема, например, для детектора по теплопроводности, содержащая источник питания, мост, в смежные 65 плечи которого включены чувствительные

элементы ив те же плечи элементы подстройки, связанные -с управляющими элементами, а в измерительную диагональ - дифференциальный усилитель с регистрирующим прибором, отличающаяся тем, что, с |Целью повышения чувствительности измерений, она содержит источник опорного «апряжения и два дополнительных дифференциальных усилителя, инвертирующие входы которых соединены с вершинами измерительной диагонали моста, неинвертирующие входы подключены к источнику опорного напряжения, а выход каждого через ключ, аналоговое запоминающее устройство и управляющий элемент подключен к вершине диагонали питания моста.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.А-вторское свидетельство СССР № 163272, кл. G 01 N 17/02, il963.

2.Авторское свидетельство СССР № 338837, кл. G 01 N 27/00, 1970.

3.Авторское свидетельство СССР № 5i86391, кл. G 01 N 17/00, 1976.

4.Патент США № 38867187, кл. 73-27. опублик. 1975 (прототип).