Цифровой фотометр Советский патент 1983 года по МПК G01J1/44 

(54) ЦИФРОВОЙ ФОТОМЕТР Изобретение относится к фотометрическим анализаторам состава веществ, включая атомно-абсорбционные спектрофотометры, и может быть использовано для проведения анализов в химико-аналитических лабораториях, а также в системах автоматического управления процессс 1 химического производства. Известен цифровой фотометр, содер.жащий последовательно установленные источник света с регулятором интенсивности, кювету, фотопреобразователь аналого-цифровой преобразователь, блок управления и регистратор. В данном фотометре предусмотрена возможность автоматической калибровки, в процессе которой устанавливается связь меяшу измеряемой величиной поглощения светового потока, прошедшего через калибровочную пробу, и кон центрацией в данной пробе определяемого элемента. При этом интенсивность светового потока, падающего на калибровочную пробу автоматически регулируется таким образом, что уровень сиг ,нала иа выходе фотопреобразователя устанавливается равным некоторой вели чине, вводимой в прибор оператором (1 Однако фотометр характеризуется низкими точностью измерений и надеж ностью работы. Это обусловлено наличием в нем электромеханической цепи регулирования интенсивности источника света. Наиболее близким к предлагаемому является цифровой фотометр, содержащий осветитель, оптически связанный через кюветное отделение с фотопреобразователем, соединенньм через логазифмируквдий усилитель с аналого-цифровьм преобразователем, к выходу которого подключен блок переключения, первый выход которого подключен ко входу умножителя частоты, выход которого через делитель частоты соединен с входом счетчика, выход которого соединен с цифровым отсчетн1 « устройством, а также содержит регистр и блок задания кодов, выход которого соединен с вторым входом умножителя частоты 2J. Недостатком известного фотометра является ограниченные пределы измере1ний, так как если проводится автоматический анализ ряда проб, в которых концентрация определяемого элемента меняется в широких пределах, данный фотометр не обеспечивает необходимой точности измерений, что обусловлено тем, что связь между измеряемой величиной поглощения светового потока, прошедшего через анализируемую пробу, и концентрацией определяемого элемента в этой пробе в общем случае нелинейна. Например, при атомно-абсорбционном спектрофотометрическом авали-5 зе калибровочная кривая зависимости Д1змеряемой оптической плотности от концентрации состоит из линейного начального отрезка (в области малых концентраций) и нелинейного участка, на ю котором наблюдается большее или меньшее отклонение кривой в сторону оси концентраций. Многие элементы имеют линейный участок калибровочного графика лишь при оптических плотностях 4t D 0,5.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений.

Цель достигается тем, что в цифровой фотометр, содержащий осветитель, ойтически связанный через кюветное отделение с фотопреобразователем, соединенным через логарифмирующий усилитель с аналого-цифровым преобразователем, к выходу которого подключен

,-25 Олок переключения, первый выход кото рого подключен ко входу умножителя частоты, выход которого через делитель частоты соединен с входом счетчика, выход которого соединен с.цифровым отсчетным устройством, а также 30 регистр и блок задания кодов, выход которого соединен с вторым входом умножителя частоты, введены реверсивный счетчик, коммутатор, схема сравнения колов и устройство управления, 35 причем второй выход блока переключения соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, а третий выход с вычитающим входе реверсивного счетчика и входом регистра, выходы ревер-40 сивного счетчика и регистра подключены ко входам коммутатора, выход крто рого соединен с делителем частоты, схема сравнения кодов входами подключена к выходам счетчика и блика зада- е иия кодов, а устройство управления соединено с выходом схемы сравнения кодов и управляющими входами блока задания кодов и коммутатора.

На фиг. 1 представлена структурная 5 схема устройства; на фиг. 2 - калибровочный график. .

Цифровой фотометр содержит последовательно установленные осветитель 1, кюветное отделение.2 и фотопреобраг55 эователь 3, соединенный через логарнф- мирующиЯ усилитель 4 с аналого-цифро- ; вьм преобразователем 5, а также блок б переключения, выход которого подключен к выходу аналого-цифрового пере- 60 ключателя 5, а первый выход - ко входу умножителя 7 частоты, делитель 8 частоты, вход которого подключен к выходу умножителя 7 частоты, а выходко входу счетчика. 9, выход которого 65

соединен с цифровым отсчетньм устройством 10, блок И задания кодов, соединенный с вторым входом умножителя частоты 7, и регистр 12-, а также реверсивный счетчик 13, коммутатор 14, схему 15 сравнения кодов и устройство 16 управления, причем второй выход блока 6 переключения соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 13, а третий выход - с вычитающим входом реверсивного счетчика 13 и входом регистра 12, выходы реверсивного счетчика 13 и регистра 12 подклю ены ко входам коммутатора 14, выход которого соединен с делителем 8 частоты, схема 15 сравнения кодов входами подключена к выходам счетчика 9 и блока 11 задания кодов, а устройство 16 управления соединено с выходом схемы 15 сравнения кодов и управляющими входами блока 11 задания кодов и коммутатора 14.

Устройство работает следующим образом.

В режиме Калибровка 1 блок 6 переключения устанавливается в положение, обеспечивакндее соединение выхода аналого-цифрового преобразователя 5 с входом регистра 12 и вычитающим входом реверсивного счетчика 13. В кюветное отделение 2 устанавливается первая калибровочная проба с известной концентрацией определяемого элемента, соответствующей концу линейного участка зависимости оптической плотнрсти от концентрации для определ 1емого элемента. В блок. 11 задания кодов оператором вводится численное значение К этой концентрации в выбранных единицах измерения.

Световой поток осветителя 1, проходящий через первую калибровочную пробу в кюветном отделении 2, воспринимается фотопреобразователем 3. Выходной сигнал фотопреобразователя усиливается логарифмирующим усилителем 4 и поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5. Информация с выхода аналого-цифрового преобразователя в последовательном коде поступает через блок 6 переключения на вход регистра 12 и на вычитающий вход реверсивного счетчика 13. По окончании режима в регистре 12 окажется записанным двоичный код некоторого числа L, пропорционального измеренной оптической плотности первой калибровочной пробы, а в реверсивном счетчике 13 - дополнительный двоичный код этого числа.

В режиме Калибровка 2 блок б .переключения устанавливается в положение 2, обеспечивающее соединение выхода аналого-цифрового преобразойателя 5, с суммирующим входом реверсивного счетчика 13. В кюветное отделение 2 устанавливается вторая калибровочная проба с известной концентрацией опрелеляемого элемента, равной максимально возможному содержанию этого элемента в пробах, подлежащих аналиэу. В блок 11 задания кодов оператором вводится численйбе значение К этой концентрации. Информация с выхода аиалого-ыифрового преобразователя 5 в виде числа импульсов Ljf пропорционального оптической плотности второй калибровочной пробы, поступает на суммирующий вход реверсив.ного счетчика 13, По окончании режима второй калибровки в счетчике 13 окажется записанHfcw число, равное разности (Lj,- L) оптических плотностей первой и второй калибровочных проб. В режиме Измерение выход аналого-цифрового преобразователя 5 с помощью блока б переключения подключается на вход умножителя 7 частоты. По команде устройства 16 управления блок 11 задания кодов выдает код записанного в нем числа К на входы схемы 15 сравнения кодов и управляющие входы умножителя 7 частоты, в результате чего коэффициент умножения последнего становится равным К. Одновременно кокмутатор 14 подключает выходы регистра 12 к управляющим входам делителя 8 частоты, при этом коэф фициент деления последнего становится равньм числу L., записанному в регист Световой поток осветителя 1, прошедший через анализируемую пробу, вое принимается фотопреобразователем 3. Выходнод сигнал последнего усиливается логарифмирующим усилителем 4 и поступает на аналого-цифровой преобразо ватель 5. Его выходные импульсы, число которых М пропорционально оптической плотности пробы, подаются через последовательно включенные умножитель 7 частоты и делитель 8 частоты на вход счетчика 9. В случае, если концентрация определяемого элемента в анализируемой пробе оказывается в пределах линейного участка калибровоч кого графика (меньше концентрации К первой калибровочной пробы) , то количество поступивших за время измерения на счетчик 9 импульсов определяется как М«К./LJ и соответствует коинентрации пробы в выбраиных едииицах измерения. Результат, зафиксированный в счетчике 9, отображается цифровым отсчетньи устройством 10. Если же концентрация анализируемой пробы оказывается больше чем первой калибровочной, то в момент времени, когда число поступивитх в процессе измерения на счетчик 9 импульсов становится равным К, , на выходе схемы 15 сравнения кодов появляется сигнал piaвенства. При этом по команде устройст за 16 управления блок II задания кодов выдает код разности записанных в нем чисел (К управляющие входы умножителя 7 частоты, чем определяет коэффициент умножения последнего. Одновременно коммутатор 14 подключает на управляющие входы делителя 8 частоты выходы реверсивного счетчика 13. В результате коэффициент делителя 8 частоты становится равньм числу ( L), записанному в реверсивном счетчике 13, Количество им пульсов, поступивших на счетчик 9 с момента описанных переключений к до ркончания режима измерения, опредеягтся как К(К (1,- L,). Общее количество импульсов, поступивших на счетчик 9 за все время измерения, соответствует концентрации анализируемой пробы и отображается цифровым отсчетныи устройством 10. Данное изобретение за счет введения автоматической калибровки в двух точках шкалы обеспечивает измерения . с постоянной точностью в более широком (чем прототип) диапазоне. В случае атомно-абсорбционных измерений для большого числа определяемых эле,ментов обеспечиваются измерения при оптических плотностях До 1,5 ед. оп тической плотности (против 0,5 ед, у прототипа). Одновременно уменьшается время подготовки проб к анализу и сок реицается потребность в разбавителях. Формула изобретения Цифровой фотометр, содержащий осветитель, оптически связанный через кюветное отделение с фЬтопреобразователем, соединенном через логарифмирующий усилитель с аналого-цифровым преобразователем, к выходу которого подключен блок переключения, первый выход которого подключен ко входу умно жителя частоты, выход которого через делитель частоты соединен с входом счетчика, выход которого соединен с цифровьм отсчетнь устройством, а также регистр и блок задания кодов, выход которого соединен с/вторьм входом умножителя частоты, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, в него вве-. дены реверсивный счетчик, коммутатор, схема сравнения кодов и устройство управления, причем второй выход блока переключения соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, ( а третий выход - с вычитающим входом реверсивного счетчика и входом регистра) , выходы реверсивного счетчика я регистра подключены ко входам коммутатора, выход которого соединен с делителем частоты, схема сравнения кодов входами подключена к выходам счетмика и блока задания кодов, а устройство управления соединено с выходом Ьхемы сравнения кодов и управляющими входами блока задания кодов и коммутатора,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 535469, кл. Q 01 J 1/44, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2838563, кл. G 01 3 1/44,

20.05.1980 (прототип).

0/imvfCKff плотность Фт.г