Устройство для вычисления концентрации газов в хроматографии Советский патент 1982 года по МПК G06F17/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОЩЕНТРАЦИИ ГАЗОВ Изобретение относится к вычисли.тельной технике и может быть использовано при вычислении компонентов в исследуемой пройа газа. Известна система, содержащая оперативное и постоянное запоминающие устройства, центральный процессору блок аналого-цифрового преобразования, устройство управления, устрой ство ввода данных, используемая для многоканальной обработки хроматографических данных Dl« Недостатком такой системы является ее сложность. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство , содержащее преобразователь напряжения в частоту, цифровой корре тор дрейфа, генератор тактовых импульсов,, цифровой селектор пиков, схему совпадения, счетчик импульсов и устройство отображения 23. Задача, решаемая данный ,устройством, заключается в определении В ХРОМАТОГРАФИИ площадки пика независимо от величины и знака базовой линии. Если параметры некоторых узлов в устройстве, например преобразователя напряжения в частоту., изменяются вследствие температурных временных нестабильностей, то влияние этих нестабильностей прямо сказывается на полученных результатах. Это заставляет использовать совместно с известным устройством специальный вычислитель, учитывающий нестабильности, в противном случае устройство непригодно для работы .в автоматическом режиме и имеет недостаточную точность. Целью изобретения является повышение точности работы устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее преобразователь напряжения в частоту, вход которого является входом устройства, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с пер9вым входом блока коррекции дрейфа, выход которого соединен с первьм входом элемента И и с входом блока селекции пиковых значений, первый выход которого подключен к второму входу элемента И, выход эле мента И подключен к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с входом блока отображения, введены три коммутатора, счетчик импульсов калибровки,таймер и блок умножения первый вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в-частоту, а выход подключен к второму входу блока коррекции дрейфа, третий вход которого соединен с вторым выходом бло:ка селекции пиковых значений, выходы таймера подключены соответствен:но к управляющим входам первого и второго коммутаторов и счетчика импульсов калибровки, вход которого соединен с выходом третьего коммутатора , входы которого соединены соответственно с выходом элемента И и с первым выходом первого коммутатора, второй и третий входы блока умножения подключены соответственно к второму выгоду первого коммутатора и к выхору второго коммутатора, входы первого и второго KOMMyTai poB по ключены соответственно к выходу счет чика импульсов- калибровки и к выходу регистра калибровки. Блок коррекции дрейфа содержит триггер, элементы И, счетчики и схем сравнения, входы которой соединеиы соответственно с выходами первого и второго счетчиковJ первые входы пер вопо, второго и третьего элементов И подключены к первому выходами блока

первые входы четвертого, пятого и шестого элементов И подключены к второму входу блока, второй вход первого элемента И является третьим входом блока, выход первого элемента И подключен к входу триггера, первый выход которого соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов И, выходы которых подключены соответственно к входам первого счет чика , второй выход триггера соединен с вторыми входами третьего и .Пятого элементов И, выходы которых подключены соответственно к входам второго счетчика, выход схемы сравнения соединен с вторым входом шестодающий интервал времени, за который осуществляется калибровка системы. Счетные импульсы с выхода блока 8 поступают на вход блока коррекции дрейфа, где происходит коррекция базовой линии, а с выхода блока 2 коррекции дрейфа счетные импульсы поступают на элемент И 5, который управляется сигналом с выхода блока 4 селекции пиковых значений. Блок 4 выдает интервал прохождения импульсов преобразователя-напряжения в частоту через элемент И 5 на счетчик 6 импульсов 5 а также сигнап вывода информации на блок 7 отображения. Коммутатор 9 открывается строб-, 4 го элемента И, выход котооого является выходом блока. Блок селекции пиковых значений в устройстве содержит триггер, дешифратор и счетчик, выход которого через дешифратор соединен с входом триггера., выходы которого являются соответственно первым и вторым выу.одаыи блока. На фиг, 1 представлена схема устройства; на фиг, 2 - схемы блока коррекции.дрейфа и блока селекции пиковых значений. Устройство содержит преобраз.ователь 1 напряжения в частоту, блок 2 коррекции дрейфа, генератор 3 тактовых импульсов, блок 4 селекции пиковых значений, элемент И 5, счетчик 6 импульсов, блок 7 отображения, блок 8 умножения, коммутатор 9, счетчик 10 импульсов калибровки, комь)утатор П, таймер 12, регистр 13 калибровки, коммутатор 14, триггер 15, элементы И 16-21, счетчики 22 и 23, схему 24 сравнения, счетчик 25. дешифратор 26, триггер 27, Устройство работает следующим образом. Хроматографический сигнал в виде напряжения (форма- гауссовская кривая) поступает на вход преобразователя 1 напряжения в частоту, С выхода преобразователя 1 импульсы поступают на вход блока 8 умножения, коэффициент которого регулируется так, чтобы он бьш обратно пропорционален некоторому числу, заданному двоичным. Точность з ножения определяется числом разрядов блока 8, Таймер 12 управляет вводом проб калибровочного и исследуемого газов и фор мирует строб-импульс калибровки, заимпульсом калибровки таймера 12. Во время калибровки коэффициент умножения блока устанавливается в со ответствии с кодом, хранящимся в ре стре 13, через коммутатор 14, действующий синфазно с коммутатором 9, Во время измерения действует комму татор 11, переписывающий код счетчи ка 10 импульсов калибровки в коэффи циент умножения блока 8. Интервал времени между двумя появлениями сигнала с заранее известн концентрацией составляет цикл работы системы. Весь цикл разбивается на интервал калибровки и интервал измерения. Во время калибровки, т.е. выхода пика с известной концентрацией, тай мер 12 под воздействием строб-импуль сов открывают коммутатор 14, задава тем самым коэффициент умножения блока 8, который в это время обратно пропорционален коду регистра 13. Од новременно строб-импульс открывает коммутатор 9, предварительно установив счетчик 10 импульсов калибровки в нулевое состояние. Импульсы с вы хода элемента И 5 поступают через открытый коммутатор 9 на вход счетчи ка 10 импульсов с частотой, пропорциональной выходному хроматографическому сигналу и обратно пропорциональной коду регистра 13, и эти же импульсы подаются на вход счетчика 6 импульсов. В конце интервала калибровки счетчик 10 импульсов набирает сумму импульсов Nc -S:-K5 u,(t)t , Чр- Un - No и где А - аппаратурная постоянная умножителя;NQ- число, представленное кодом из регистра 13; К - крутизна преобразователя на ряжения в частоту; TC- интервал, определяемый цифровым селектором пика; UpCt)-напряжение на выходе детект ра. За интервалом калибровки следует интервал измерения. В интервале измерения коммутаторы 9 и 14 блокируются, а коммутатор 1 открывается, и код, набранный счетчиком 10 импульсов, устанавливает новый Коэффициент умножения блока 8. Накопление количества импульсов измеряемых компонентов выражается NI UL(t)dt, где NL- сумма i-и компоненты; М --код управления, накопленный в счетчике 10; TI- длительность пика i-и компоненты;и(t)-напряжение пика 1-й компоненты. AKJ yL(t)dt м oWCi. (t)dt Мв2--tjгде концентрация i-и компоненты;С о- концентрация газа, используемого для калибровки; NQ- код, хранящийся в регистре 13; . m - число младших разрядов, испoльзyeм ilx для управления. Получив все суммы измеряемых компонентов, цикл калибровки и измерения поаторягот. Если в новом интервале калибровки получен код со счетчика импульсов больше или меньше предыдущего j то это свидетельствует . о наличии нестабильностей в системе, однако, благодаря описанной петле регулирования, в каждом цикле выполняется корректировка измерительного тракта. Независимо от уходов параметров устройства выходной код, пропорциональный концентрации компонентов , не должен изменяться. Калибровочнь й код можно выбрать так, что выходная сумма импульсов будет давать выражение для относительной концентрации. Выбрав этот код по-другому, можно получить цифровое пред ставление для абсолютной концентрации. При одном и том же сигнале калибровки можно использовать устройство для любых компонентов, учитывая, однако изменения чувствительности детектора к различным компонентам. В качестве сигнала калибровки можно применять любой, например первый пик н в этом случае можно измерять концентрацию компонентов относительно выбранного пика. При наст- . ройке набирают код ручной уставки, подавая калибровочный пик как во время калибровки, так и во время измерения. При этом в режиме измерения относительной конца;нтрации выходной код должен показывать 100%, а в режиме измерения абсолютной концентрации - цифры значений концентрации калибровочного газа Блок 2 коррекции дрейфа в устройстве работает следующим образом. Сигналы с выхода блока 8 (фиг.1) поступают на входы элементов И 1-6, 17 и 18 блока 2 коррекции дрейфа, который работает с режиме , задаваемом генератором 3 тактовых импульсов (фиг. i)B первом такте количество импульсов записывается в счетчик 22, в следующий такт триггер 15 переключает прохождение импульсов на вход счетчика 23. Количество записанных импульсов в счетчиках 22 и. 23 сравнивается схемой 24 сравнения При равенстве количества Импульсов в обоих счетчиках схема 24 сравнения вьадает сигнал, который переключает элемент И 5 и разрешает прохождение всех последующих импульсов в ана лизируемом такте на вход счетчика 25 В счетчике 25 подсчитывается количество этих импульсов, и полученное число сравнивается с числом, заложенным в дешифраторе 26 и определяю щим порог срабатывания блока селекции пиков. Если превышение порога срабатывания не происходит, то с при ходом следующего тактового импульса происходит опрокидывание триггера 15, счетчик 22 переводится в нулевое состояние, и в течение этого так та входные импульсы поступают на вход счетчика 22, а набираемая в нем сумма сравнивается с числом импульсов, записанным ранее в счетчике 23. При превышении порога срабатывания на выходе дешифратора 26 появля тся сигнал, вызывающий опрокидывание триггера 27 и изменяющий ре жим работы элемента И 5 и элемента И 19 (фиг, 2). В этом режиме число, записанное в счетчике 22 (или 23 остается неизменным на все время обсчета пика, а показання счетчика 23 (или 22) сбрасываются в конце каж дого такта. В каждом такте на счетчик 25 ЧЕрез элемент И 18 поступают импульсы после вычитания в блоке 2 коррекции дрейфа количества импуль сов, записанного в счетчике 22 (или 23) , соответствующего значению базо 9 6 вой линии хроматографического сигнала перед началом пика. В конце хроматографического сигнала, когде количество импульсов в очередном такте будет отличаться от числа, запоиненного в блоке 2 коррекции дрейфа, на величину, меньшую порогового значения, прекращается действие сигнала на выходе дешифратора 26, происходит срабатывание триггера 27, прекращается поступление сигнала на элементы И 5 и 19. Вся схема возвращается в исходное состояние. В описанной схеме цепи сбросов не показаны. Использование предложенного устройства позволяет получить в цифровом представлении концентрации компонентов в исследуемой пробе газа, независящие от наличия темперятуриых и временных несаабильностей узлов, и дает возможность снизить требования в отношении стабильности этих устройств в автоматическом рейснме. Формула изобретения 1. Устройство для вычисления концентрации газов в хроматографии, содержащее преобразователь напряжения в частоту, вход которого является входом устройства, генератор такювых ИМПУЛЬСОВ, выход КОТОРОГО соединен с первым входом блока коррекции дрейфа, выход которого соединен с первым входом элемента И и с вхолом блока селекпии пиковых значений5 первый выход которого подключен к второму входу эле мента И, выход элемента И подключен к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с входом блока отображения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности , в него введены три коммутатора, -счетчик импульсов калибровки, таймер и блок умножения, первый вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, а выход подключен к второму входу , блока коррекции дрейфа, третий вход которого соединен с вторым выходом блока селекции пиковых значений, выходы таймера подключены соответственно к управляющим входам первого и второго коммутаторов и счетчика импульсов калибровки, вход которого соединен с выходом третьего коммутатора, входы котопого соединены соответственно с выxJдoм элемента И и с первым выходом первого коммутатора , второй и третий входы блока умножения подключены соответственно к второму выходу первого коммутатора И к выходу второго коммутатора, входы первого и второго ко мутаторов подключены соответственно к выходу счетчика импульсов калибро ки и к выходу регистра калибровки. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что блок корр ции дрейфа содержит триггер, эле- менты И, счетчики и схему сравнения, входы которой соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков, первые входы пер вого, второго и третьего элементов И подключены к первому входу блока, первые входы четвертого, пятого и шестого элементов И подключены к вт рому входу блока, второй вход пер вого элемента И является третьим входом блока, выход первого элемента И подключен к входу триггера,, первый выход которого соединен- с вторыми входами второго и четверто610го элементов И, выходы которых под ключены соответственно к входам первого счетчика, второй выход триггера соединен с вторыми входами третьего и пятого элементов И, выходы которых подключены соответственно к входам второго счетчика, вьпсодз, , схемы сравнения соединен с вторым входом шестого элемента И, выход которого является выходом блока, 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок селекции пиковых эначений содержит триггер, дешифратор и счетчик, выход которого через дешифратор соединен с входом триггера, выходы которого являются соответственно перзьм и вторым выходами блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 662945, кл. G 06 F V5/46, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 612263, кл. G 0 J 1/02, 1977 (прототип).

i

ж