Фотометрический анализатор Советский патент 1981 года по МПК G01J1/44 

(54) ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

1

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин, а точнее к фотометрическим анализаторам состава веществ.

Известен двухлучевой фотометр, содержащий подвижный зеркальный светоделитель, фотоэлектрическую приемную систему и отсчетное устройство, связанное с приводом перемещения светоделителя.

В этом фотометре при измерении оптической плотности или концентрации анализируемого вещества выходной сигнал в общем случае представляет собой нелинейную функцию, определяемую законом поглощения света F(x) А/(1+10), где F(x) - выходной сигнал фотометра, в зависимости от линейного перемещения светоделителя X, А - суммарный размер пропускающей и отражающей зон 1.

Этот фотометр обладает тем недостатком, что для обеспечения линейности выходного сигнала в этом фотометре рекомендуется применение привода со специальным кулачком, выполненным по заданному закону. Это связано с большой трудоемкостью из готовления этого кулачка, определение в каждом конкретном случае вида

закона нелинейности и изготовления множества кулачков разной формы при решении разных задач.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотометрически{1 анашиэатор, содержащий оптико-электронную схему, четырехплечий измерительный мост с реохордом, подвижный вывод которого

10 связан с оптическим клином оптикоэлектронной схемы 2.

Недостатком этого анализатора является нелинейная зависимость выходного сигнала от концентрации ве15щества.

Цель изобретения - обеспечение линейности выходного сигнала и повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем,

20 что в известный фотометрический анализатор, содержащий оптико-электронную схему, четырехплечий измерительный мост с реохордом, подвижный контакт которого связан с оптичео-

25 КИМ клином оптико-электронной схемы, введены резисторы, одна пара из которых включена последовательно с реохордом, а к ее противоположным выводги подключена вторая пара резисторов, которые, в свою очередь.

соединены с подвижным выводом реохорда .

На фиг. 1 изображена схема фотометрического анализатора, обеспечивающего линейную градуировочную характеристику выходного сигнала; на фиг. 2 - зависимости выходного сигнала измерительного моста от положения подвижного вывода реохорда при различных значениях резисторов (данные взяты из таблицы).

Фотометрический анализатор содержит оптико-электронную схему 1, четырехплечий измерительный мост 2, регистрирующий прибор 3. Оптикоэлектронная схема включает в себя излучатель 4, кювету 5 с анализируемым образцом, зеркала 6, полупрозрачные зеркала 7, модулятор 8 светового потока, светофильтры, рабочий 9 и сравнителБный 10, фотоприемник l.lf предварительный усилитель 12, фазочувствительный детектор 13, усилитель 14 разбаланса (мощности), реверсивный электродвигатель 15, механически связанный с оптическим клином 16 и подвижным выводом (контактом) реохорда 17. Четырехплечий измерительный мост 2 состоит из резистора 18-21 и двух пар дополнительtjbix резисторов 22, 23 и 24, 25. Первая пара резисторов 22,23 включена последовательно реохорду, а втора пара 24,25 параллельно части реохорда и электрически связана с первой парой резисторов и подвижным выводом реохорда 17. Резистор 21 является подгоночным резистором, обеспечивающим требуемый выходной сигнал моста

Фотометр работает следующим образом.

. При изменении концентрации анализируемой среды в кювете 5 на фотоприемнике 11 возникает разностный сигнал, который после усиления в 12 и преобразования в постоянный сигнал требуемой полярности в фазовом детекторе 13 подается на усилитель 14 мощности и реверсивный электродвигатель 15. Реверсивный электродвигатель 15 перемещает оптический клин до тех пор, пока разностный сигнал на фотоприемнике не стане равным нулю. Одновременно с перемещением оптического клина 16 Перемещается подвижный контакт реохорда 17 ,а напряжение сигнала, снимаемого с этого контакта,подается нарегистрирующий прибор 3.

В общем случае закон поглощения света анализируемым веществом имеет нелинейный характер (чаше всего экспоненциальный) , а с учетом нелинейности коэффициента пропускания оптического клина 16 перемещение подвижного контакта реохорда и, следовательно, выходной сигнал может иметь нелинейность любого вида. Это зависит от толщины кюветы, длин вол

выделяемых рабочим и сравнительным светофильтрами, диапазона изменения концентрации вещества и его спектральных характеристик.

Чтобы устранить полученную нелинейность выходного сигнала надо, чтобы нелинейность вдоль шкалы измерительного моста 2 была по величине одинаковой с нелинейностью закона перемещения оптического клина и обратной ему по закону. Тогда будет наблюдаться полная компенсация погрешности нелинейности выходного сигнала вдоль шкалы, и выходная градуировочная характеристика и шкала прибора 3 будет линейной.

Требуемый и в принципе любой вид нелинейности обеспечивается включением в измерительный мост двух пар резисторов 22, 23 и 24, 25. Это обусловлено тем, что при перемещении подвижного контакта реохорда от одного конца ко второму меняется соотношение резисторов, включенных последовательно-параллельно различным частям реохорда, в связи с чем сопротивление плеча изменяется по нелинейному закону. Следовательно, и выходной сигнал измерительного моста будет иметь также нелинейный характер.

Были проведены испытания фотометрического ангшизатора с предложенно схемой измерительного моста. В качестве реохорда 16 использовался стандартный реохорд (круглый с сопротивлением Ом), применяемый в серийных потенциометрах и мостах типа КСП и КСМ. Величина резисторов 18 и 19 равнялась 100 Ом, а резистора 20-25 Ом. Для получения выходного сигнала до 10 мВ в пичина резистора 21 была равна 16-18 Ом.

Результаты экспериментов приведены в таблице, где показаны зависимости выходного сигнала измерительного моста и; от перемещения подвижного вывода реохорда на у-гол « при различных соотношениях резисторов 22-25. Данные таблицу иллюстрируются на фиг. 2.

Из фиг. 2 и таблица видно, что обеспечив соответствующие соотношения резисторов 22-25 можно добиться нелинейности любого знака, величины и формы, в том числе получить нелинейность знакопеременную и с нескол кими точками перегиба. Для обычного моста, когда резисторы 22 и 23 равн нулю, а 24, 25 - бесконечности, выходное напряжение имеет линейный характер (кривая 1), т.е. в измерительный мост резисторы 72 и 23 устанавливаются равными нулю, а 24,25 бесконечности. Затем определяется вид градуировочной характеристики и ее нелинейность. После этого в измерительный мост устанавливаются резисторы 22-25 такой величины, при

которых обеспечиваются нелинейность, равная по величине полученной, но обратного знака. В результате, выходная градуировочная характеристика фотометра имеет линейный характер.

Результаты испытаний подтвердили, что при нелинейности закона поглоФормула изобретения

Фотс 1етрический анализатор, содержащий оптико-электронную схему, четырехплечий измерительный мост с реохордом, подвижный вывод которого связан с оптическим клином оптикоэлектронной схзмы, отличающийся тем, что, с целью обеспечения линейности выходного сигнала и повьаиения точности измерений, в него введены резисторы, одна пара из которых включена последовательно с реохордом, а к ее противоположным

щения до 16% предложенное устройство позволяло получить линейную градуировочную характеристику анализатора с погрешностью, не превышающую 0,5-1%, т.е. нелинейность уменьшилась в 15-20 раз, а погрешность анализатора снизилась в 1,5-2 раза.

выводам подключена вторая пара резисторов, которые, в свою очередь, соединены с подвижным выводом реохорда .

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

Анализ - 1. - приборы и системы управления , 1975, 11, с. 40-41 (прототип).

в-.

к

V

16

/