Устройство для автоматического электрохимического анализа многокомпонентных смесей Советский патент 1980 года по МПК G01N27/48 

1

Изобретение относится к устройствам, использующим электрохимические методы анализа веществ, и может быть использовано для количественного анализа растворов, используемых в про- 5 изводстве плат печатного монтажа.

Известны устройства для электрохимических исследований, содержащие источник поляризующегося напряжения, соединенного через согласующее уст- Ю ройство с электродами ячейки к измерительную схему, состоящую из входного усилителя и регистратора концентраций 1 ,

Наиболее близким к изобретению 15 по технической сущности является устройство, в котором в качестве измерителя использован цифровой измеритель, замеряющий величину предельного тока 2 .20

Результаты каждого измерения в таком устройстве получаются в цифровом виде. Однако , процесс электрохимического анализа отличается флуктуациями результатов измерений, обуслов- 5 ленными как самой нестационарной природой электрохимической реакции, так и noMexsuvm, наводикыми на измерительные цепи. Для получения достоверных результатов в таком устройстве 30

производят суммирование частных измерений и затем деление, суммы на количество измерений. Указанная обработка результатов выполняется вручную, что увеличивает время получения достоверных результатов, что является недостатком устройства.

Целью изобретения является уменьшение трудоемкости измерения.

Цель достигается тем, что в устройство, состоящее из источника поляризующего направления, к выходу которого подсоединены ячейки и вход преобразователя ток-напряжение, дополнительно введены интегратор,

напряжение-коли преобразователь , делитель числа чество импульсов, счетчик, блок индикации, компаратор, счетчик измерений, синхронизатор, причем , выход преобразователя ток-напряжение через интегратор и преобразователь напряжение-количество импульсов соединен с последовательно соединенными делителем частоты и счетчиком, выход которого соединен с блоком индикации, управляющие вход и выход преобразователя напряжение-количество импульсов, управляющие входы интегратора, блока индикации и источника поляризующего напряжения, и выход счетчика количества измерений подсоединены к синхронизатору, вход компаратора соединен с выходом источника поляризующего напряжения, а выход - со счетчиком измерений и синхронизатором.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из источника поляризующего напряжения (генератора пилообразного напряжения) 1, измерительной ячейки 2, преобразователя Iток-напряжение 3, интегратора 4, преобразователя напряжение-ко.личество импульсов 5, делителя числа импульсов 6, счетчика , олокаиндикации 8, компаратора 9, счетчика измерений 10, синхронизатора 11. В состав синхронизатора 11 входят: кнопка Пуск 12, соединенная с нулевым входом триггера 13, и через схему ИЛИ 14 с единичным входом триггера 15. Нулевой выход триггера 13 соединен с управляющим входом блока индикации 8, единичный выход - со входом схемы и 16, а единичный выход триггера 15 соединен с управляющим входом источника поляризующего напряжения 1. Кроме того, в состав синхронизатора 11 входят формирователи временного интервала 17, дифференцирующее звено 18, элемент задержки 19, схема И 20, назначение и работа которых описаны ниже.

Работает устройство следующим образом.

В исходном состоянии источник поляризующего напряжения 1 выдает деполяризующее напряжение, способствующее очистке измерительного электрода в ячейке 2. По команде Пуск триггер 13 устанавливается в нулевое состояние, а триггер 15 в единичное, при этом в блок индикации 8 поступает с нулевого выхода триггера 13 сигнал на запрет индикации, а с единичного - разрешающий сигнал на схему И 16. Сигнал с выхода триггера 15 поступает на управляющий вход источнка поляризующего напряжения 1, устанавливая его в рабочее состояние (генерирование линейно изменяющегося напряжения); Напряжение с выхода источника поляризующего напряжения 1 .поступает на измерительную ячейку 2 и на вход компаратора 9, ток, протекающий через ячейку 2, преобразуется в напряжение, коггорое поступает на вход интегратора 4.

При достижении поляризующим напряжением определенной, заранее заданной величины, на выходе компаратора 9 формируется импульсный сигнал. Величина напряжения, на которую настраивается компаратор 9, определяется видом вещества, т.е. устанавливается равной потенцисшу выделения определяемого элемента на измерительном электроде. Сигнал, поступающий

от компаратора, запускает формирователь временного интервала 17, который в течение 20 мс вьщает разрешающую команду на вход интегратора 4. в течение этого времени происходит интегрирование входного напряжения, величина которого зависит от концентрации определяемого вещества в анализируемом растворе. Время 20 мс выбрано с целью уменьшения влияния помех с частотой 50 Гц. .

По заднему фронту импульса, управляющего работой интегратора 4 с помощью дифференцирующего звена 18, формируется сигнал для начала работы

преобразователя

напряжение-количество импульсов 5. Количество импульсов, пропорциональное концентрации анализируемого вещества, деленное делителем 6, подсчитывается счетчиком 7. По окончании преобразователя 5 на его выходе формируется сигнал, который поступает на элемент задержки 19 и устанавливает триггер 15 в нулевое состояние. Сигнал с триггера 15 устанавливает источник поляризующего напряжения 1 в исходное состояние, т.е. в состояние прекращения выдачи пилообразного поляризующего напряжения и выдачи на ячейку 2 деполяризующего постоянного напряжения. В это время происходит очистка измерительного электрода 5 от накопившихся на нем продуктов электролиза.

Такое состояние сохраняется до те пор, пока не появится задержанный импульс с выхода элемента задержки 19. Этот импульс через схемы И 16 и ИЛИ 14 с помощью триггера 15 производит установку источника поляризующего напряжения 1 в рабочее состояние для нового измерения. Новое измерение происходит аналогично вышеописанному, при этом на блок индикации 8 от триггера ГЗ продолжает поступать команда на запрет индикации. Такая ситуация повторяется циклически и в счетчике 7 накапливаются (суммируются) результаты измерений, а количество измерений подсчитывается счетчиком 10, суммирующим импульсы, поступающие от компаратора 9. После прохождения импульсов, равных по количеству емкости счетчика 10, на его выходе появится сигнал, который поступает н один из входов схемы И 20. Поэтому, после появления на выходе преобразователя 5 импульса, происходит уста- новка триггера 15 в нулевое состояни установка триггера 13 в единичное состояние, установка источника поляризующего напряжения в исходное состояние, на блок индикации 8 выдается разрешающий сигнал, на схему И 16 поступает запрещающий сигнал и поэтому сигнал с выхода элемента задержки 19 не проходит к триггеру 15 для установки источника поляризованного напряжения 1 в рабочее состояние. Та кое состояние устройства можно сохра нять сколь угодно долго до новой команды Пуск. Таким образом, пос ле нескольких измерений в счетчике 7 будет храниться число, вычисляекюе как средняя величина нескольких изме рений, которую можно выразить как: cp где С - результаты частных измерений;п- количество измерений. В предлагаемом устройстве количество импульсов, равное величине концентрации в реальных единицах .(в нашем случае в г/л) по каждому из измерений, появляется на входе .дели теля числа импульсов 6, который и производит необходимое деление. По существу, делитель числа импульсов. представляет счетчик импульсов с во можностью установки различных коэфф циентов пересчета; аналогичным обра зом выполнен и счетчик количества и |Мерений 10. В принципе, в таком устройстве можно исключить указанный делитель, подобрав один или несколько коэффициентов передачи элементов устройст ва 3 - 5 таким образом, чтобы частное измерение имело бы величину в п раз меньшую, но в этом случае, помимо прямого неудобства подбора коэффициентов, увеличивается погреш ность измерения как из-за сужения рабочего диапазона этих элементов, так и из-за дискретности преобразов ния измеряемой аналоговой величины в цифровой эквивалент. Например, пр мем, что частные четырех измерений составят числа 206, 207, 200, 202. Среднее значение, измеренное предла екым прибором, составит величину: Р 2.0вч-аО7- 2. V, 204 с ошибкой округления 0,25. Если же уменьшить коэффициент пр образования преобразователя напря жение-количество импульсов в четы раза и исключить делитель 6, то час ные измерения будут 51, 51, 50, 50 (ошибки округления 0,5; 0,75; .01 0,5). Среднее значение в этомслуча.е составит величину 202, т.е., в этом случае только за счет округления ошибка составляет 1%. В предлагаемом устройстве произв дится округление всей сумгФ измерений, а не ее частных результатов. Ошибку округления можно получить до таточно малой, выбрав достаточно большое количество измерений. Преимущества данного устройства по сравнению с приборами, предназиа ченныг 1и для аналогичных цепей, заключайтся в том, что в нём происходит автоматическое вычисление усредненных результатов анализа, позволяющее освободить оператора от непроизводительной работы. Причем, как команда Пуск, так. и результаты измерения могут быть использованы в составе автоматизированной системы управления, при этом в систему будут поступать достоверные результаты, не требующие дальнейшей обработки. При этом следует заметить, что в предлагаемом устройстве происходит не только вычисление из результатов работы измерителей (например, интегратора 4 и преобразователя 5), а усреднение анализа начинается от исходной команды до получения конечных результатов, то есть в предлагаемом устройстве усредняются результаты работы всего устройства, начиная от источника поляризующего напряжения 1 до синхронизатора 11. Дополнительные преимущества устройства заключаются в том, что в нем применен интегратор измеряемого напряжения, производящий интегрирование в течение 20 мс, что позволяет уменьшить влияние наврдок сети переменного напряжения. Кроме того, использование преобразователя напряжение-количество импульсов , позволяет произЁодить суммирование результатов частных измерений сравнительно просто - с помощью счетчика. Указанное обстоятельство позволило создать Прибор с хорошими лаб ораторными характеристиками. Формула изобретения Устройство для автоматического электрохимического анализа многокомпонентных смесей, содержащее источник поляризующего напряжения, к выходу которого подключены ячейка и преобразователь ток-напряжение, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения трудоемкости измерения, в него ддполнительно введены интегратор, преобразователь напряжение-количество импульсов , делитель числа импульсов, счетчик, блок индикации, компаратор, счетчик, числа измерений, синхронизатор , причем выход преобразователя ток-напряжение через интегратор, преобразователь напряжение-количество импульсов и делитель числа импульсов соединен со счетчиком, выход которого соединен с блоком индикации, управляющие вход и выход преобразователя напряжение-количество импульсов , управляю1Дие входы интегратора, блока индикаг.. дии, источника поляризующего напряжения и выход счетчика количества измерений подключены к синхронизатору, вход.компаратора соединен с выходом источника поляризующего напряжения.

а выход - со счетчиком числа измерений и синхронизатором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 569935, кл. G 01 N 27/48, 21.09,77.

2.Патент США 3922205,

кл. G 01 N 27/48, 1976 (прототип).