Устройство для вычисления концентрации газов в хроматографии Советский патент 1983 года по МПК G06F17/00 G01N30/02 

Изобретение .относится к вычислительной технике, предназначено для обработки хроматохрафической информации и может быть использовано при разработке устройств .вычисления компонентов газовой пробы, когда отклонение площади пика стандарт-сигнала . от эталонной плсвдали меняется в широком диапазоне от анализа к анализу.

Известно устройство, содержащее преобразователь напряжения в частоту, генератор тактовых импульсов, блок коррекции дрейфа, блок селекции пиковых значений, счетчик импульсов, блок отображения,злёмент Н l.

Данное устройство обладает недостаточной точностью вычислений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержавдеё преобразователь напряжения э частоту, вход которого является входом устройства, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом блока коррекции дрейфа, выход которого соединен с первым входом элемента И и с входом блока селекции пиковых значений, вйход которого подключен к второму входу элемента И выход элемента И подключен к входу счетчика импульсов, .

выход которого соединен с входом блока отображения, три кoм 1yтaтopa, счетчик импульсов калибровки,, регистр калибровки, таймер и блок умножения, первый вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, а выход подключен к второму входу блока коррек1|;ии дрейфа, третийвход КОТОРОГО соединён с вторым вы10ходом блока селекции пико.вых значений, выходы таймера подключены соответственно к управляющим входам первого и второго коммутаторов и счетчика импульсов калибровки, вход которо15го 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

20 подключены соответственно к второму выходу первого коммутатора и к выходу второго коммутатора, входы первого и второго коммутаторов подключены соответственно к выходу счетчика имйуль25сов калибровки и к выходу регистра калибровки 2.

Данное устройство позволяет получить значение концентраций компонентов в цифровом виде при отклонении ппоща- .

30 ди пика стандарт-сигнала от эталонной

{Й1,4, т.е. обратная величина количест ва импульсов с выхода блока умножения в зависимости от кода счетчика калибpoвkи линейна только на начальном участке. Недостатком известного устройства является узкий.диапазон отклонения площади пика стандарт-сигнала от эталонной при определении концентраций. При выходе за этот диапазон точность измерений значительно падает и нельзя проводить с заданной точностью измерения концентраций компонентов.

Цель изобретения - повышение точности при расширении диапазона отклонения площади пика стандартного сигнала за эталонной.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее преобразователь напряжения в частоту, вход которого является входом устройства, генератор тактовых импульсзов, первый выход которого соединен с первым входом блока коррекций дрейфа, выход которого соединен с перВым входом первого элемента И и с входом блока селекции пиковых значений, выход которого подключен к второму входу первого элемента И,-выход которого подключен к входу первого счетчика импульсов, выход которого соединен с входом блока отображения, три коммутатора, счетник импульсов калибровки, регистр калибровки, первый блок умножения и таймер, первый, второй и третий выходы которого подключенысоответственно к управляю11Ц1м входам первого, второго и третьего коммутато ров, выход третьего коммутатора соединен с входом счетчика импульсов калибровки, информационный вход третьего коммутатора подключен к выходу первого элемента И, первый и второй входы первого блока умножения соеди.нены соответственно с выходами первого ивторого коммутаторов, выход регистра калибровки соединен .с информационным, входом второго коммутатора, введены схема сравнения, второй счетчик импульсов, счетчик уставки, счетчик тактов, четыре эле1-1ента И, триггер, четвертый коммутатор и второй блок умножения,. входы которого соединены соответственно с выходом преобразователя напряжения в частоту и с четвертым выходом таймера, выход второго блока умножения подключен к информационному входу четвертого коммутатора, управляющие входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера и с вторым выходом генератора, тактовых импульсов, входы триггера подключены соответственно к пятому выходу таймера и к выходу второго элемента И, первый вход которого подключен к выходу счетчика уставки, шестой выход таймера соединен с вторым входом второго элемента И, с управляющим входом

счетчика тактов, счетный вход которо.го подключен к выходу схемы сравнения, выход счетчика тактов соединен с информационным входом первого коммутатора, выход первого блока умноже ния соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены соответ- ственно с первым и вторым выходами триггера, выход третьего элемента И подключен к второму входу блока коррекции дрейфа, выход четвертого элемента И подключен к первому входу счетчика уставки, первый вход второго счетчика кмпулЬсов соединен с выходом пятого элемента И, входы которого соединены соответственно с вторыми выходами генератора тактовых импульсов и триггера, вторые входы счетчика уставки.и второго счетчика импульсов подключены к выходу схемы сравнения, входы которой соединены соответственно с выходагда сйетчика импульсов калибровки и второго счетчика импульсов, третий вход первого блока умножения соединен-с выходом четвертого коммутатора.

На чертеже представлена блок-схем предлагаемого устройства.

Устройство содержит преобразователь 1 напряжения в частоту (ПНЧ), блок 2 умножения, таймер 3, коммутатор 4, генератор 5 тактовых импульсов, триггер б, блок 7 умножения, коммутатор 8, коммутатор 9, элементы И 10 и 11, блок 12 коррекции дрейфа, блок 13 селекции пиковых значений, элемент И 14, счетчик 15 импульсов, коммутатор 16, блок 17 отображения, счетчик 18 импульсов калибровки схему 19 сравнения, счетчик 20 импульсов, счетчик 21 уставки, счетчик 22 тактов, элементы И 23 и 24, регистр 25 калибровки.

Блок 12 коррекции дрейфа и блок 13 селекции пиковых значений служат для коррекции нулевой линии и для определения начала и конца хроматографического пика. Они состоят из коммутатора, двух счетчиков, схемы сравнения, блока разрешения прохождения импульсов, порогового узла. Для коррекции дрейфа нулевой линии и определения начала и конца пика импульсы с ПНЧ поступают на вход коммутатора, с одного выхода которого в течение длительности такта они проходят на вход первого счетчика. В з ависимости от их количества устанавливается порог схемы сравнения. В течение длительности следующего такта, равного предыдущему, импульсы с выхода коммутатора поступают на вход счетчика. Когда их количество становится равным числу, установленному на первом счетчике, с выхода схемы сравнения выдается сигнал на вход блока разрешения импульсов, который разрешает прохождение на его выход всем

последующим импульсам. Если количесто импульсов в последующем такте превышает их количество в предыдущем на величину большую, чем число, заложенное в уровень сравнения порогового зла, с его выхода подается сигнал j а управление коммутатором, по котоому прекращается переключение имульсов с первого счетчика на второй. каждом из последующих тактов им- . ульсы приходят на второй счетчик, л арегистрировавший превышение количества импульсов. ;число, записанное первым счетчиком, Сохраняется в течение всего времени действия пика. Когда в одном из последующих тактов ., в конце хроматографического пика количество импульсов претлшает число, записанное на первом счетчике в начале пика на величину, меньшую значения установленного на пороговом узле, й вкращается поступление сйгна- 20 ла с его вьюсода на комк татор. Длительность такта определяется импульсами, приходящими- с генератора тактовых импульсов. Затем вся схема возвращается в исходное состояние. 25

Блок 7 умножения служит для изменения входной частоты импульсов. . Его кра(ффициент регулируется так, 4TQ@Mi OB был обратно пропорционален нв 0зр« рр В числу, заданному двоичным JQ

KOff&M,

Блок уьлюжения состоит из счетчиbca шетульсов (например, 8 разрядов), 8 элементов h и одного элемента ИЛИ. На вход первого элемента И поступают j выделенные импульсы 1, 3, 5, 7, ..., 253, 255, на вход второго элемента 2, б, 10, 14, ..., 250, 254, на вход третьего элемента И - 4, 8, 20, 28 и т.д., на восьмой элемент И поступает каждалй 12В-Й импульс. На управ- 40 ляющие входы элементов И поступают сигналы, задающие коэффициент умножения . Все выходы элементов И соединены с входом элементов ИЛИ, и в зависимости от набора управляющих сигналов 45 на выходе элементов ИЛИ получается последовательность итульсов, соответствующих заданному коэффициенту умножения. Оба блока умножения идентичны..50

Устройство работает следующим образом.

Импульсы с преобразователя 1 напряжения в частоту поступают на блок 2 умножения, где в зависимости от анализируеиФ 1Х компонент устанавливается определенный коэффициент умножения сигналом с таймера 3. С выхода блока 2 умножения импульсы поступают на вход коммутатора 4, на другой вход которого приходят импульсы с генера- 60 тора 5 тактовых импульсов ив зависимости от положения триггера б на выходе коммутатора 4 .появляются либо импульсы преобразователя 1 напряжения в частоту, либо импульсы генератора 65

5 тактовых импульсов. С выхЬда коммутатора 4 импульсы поступает на вход блока 7 умножения.

В зависимости от значения кода, записанного в счетчике 18 импульсов калибровки, в блоке 7 умножения задается соответствующий коэффициент ум ножения. С. выхода блока 7 умножения импульсы поступают на два элемента И 10 и 11 и, если с выхода- блока умножения приходят импульсы ПНЧ, их пропускает элемент: И 10. Если же. с выхода блока 7 умножения поступают импульсы с генератора 5 тактовых нмпульсов, их пропускает элекюнт И 11. Импульсы ПНЧ поступают одновременно с выхода блока 12 на вход блока 13 и вход элемента И 14, а на дрУгой вход элемента И 14 приходят сигналы с блока 13, определяющие начало и конец пика. В интервале между началом и концом пика элемент И 14 пропускает импульсы ПНЧ на вход счетчика 15 импульсов и на вход коммутатора 16. С выхода счетчика 15 информация поступает на блок 17 отображения.

Таймер 3 управляет вводом проб калибровочного и исследуемых газов и формирует строб-импульс калибровки, задающий интервал времени, в течение которого осуществляется калибровка системы. Строб-импульс измерение, после которого начинается измерение концентрации компонентой, производит программное включение затухания блока 2 умножения в зависимости от коэффициента чувствительности детектора к измеряемым компонентам, управляет работой коммутаторов 8, 9, 16 и триггера б .

Импульсы выхода элемента И 14 через коммутатор 16 поступают на вход счетчика 18 импульсов калибровки. В режиме калибровки, после тОго как с выхода таймера 3 появляется строб-импульс калибровки, коэффициент умножения в блоке 7 устанавливается в соответствии с постоянным кодом, хранящимся в регистре 25 калибровки, через коммутатор 8, который управляется сигналами с выхода таймера 3.

Рассмотрим работу части схемы, которая позволяет получить обратно пропорциональную зависимость колич чества импульсов с выхода блока 7 умножения от кода, записанного в счетчике 18 импульсов калибровки.

После того как прошел пик стандарт-сигнала в режиме калибровки и произошла запись его площади в счетчике 18, с таймера 3 приходит стробимпульс измерение и начинается по-иск соответствующего затухания (коэффициента умножения). Триггер 6 устанавливается в такое положение, что разрешает прохождение импульсов генератора 5 тактовых импульсов через элемент И 24 на счетчик 20. Разряды счетчика 18 импульсов калибровки и разряды счетчика 20 соединены со схе мой 19 сравнения. При совпадении кодов на счетчиках 18 и 20 с выхода схемы 19 сравнения выдается импульс/ который подается н вход счетчика 22. тактов и на сбросовые входы счетчиков 20 и 21, Выход счетчика 22 тактов соединен с коммутатором 9, через который происходит управление коэффициентом умножения блока 7 у1 шожения. Строб-импульсом измерение с таймера 3 переключается триггер 6, обнуляется счетчик 22 и разрешается прохождение импульсов с тактового генератора на вход счетчика 20. В схеме 19 сравнения происходит непрерывное сравнение кодов, и на выходе ее появляются импульсы,которые подаются на вход счетчиков 22 и изменяют его состояние, начиная с числа 1, соответственно меняя коэффициент умножения блока 7 умножения. Одновременно эти импульсы с выхода схемы 19 сравнения-обнуляют счетчики 2 О и 2 1 . Импульсы с генератора 5 тактовых импульсов до тех пор проходят на вход счетчика 20, пока не сработает уставка, заранее выбранный разряд . счетчика 21 уставки. Как только коли чество импульсов, которые заполняют счетчик 20, превышает число, определенное уставкой, происходит перебрасывание разряда уставки, который, в свою очередь, опрокидывает триггер 6, и тогда прекращается подача импульсов с генератора 5 тактовых импульсов на вход блока 7 умножения. Таким путем устанавливается коэффициент умножения, соответствующий количеству импульсов площади пика стан дарт-Ъигнала, записанного в счетчике 18 импульсов калибровки. После того, как определяется соответствующий коэффициент умножения, можно производить вычисление концентраций компонент , которые появляются в течение данного цикла. В новом.цикле весь процесс определения коэффициента умножения производится вновь.Предлагаемое устройство в сравнении с известным позволяет увеличить точность определения концентраций га зов в цифровом виде при значительном отклонении площади пика стандарт-сиг нала от эталон.ной площади (), т.е обратно пропорциональная зависимость количества импульсов на выходе блока умножения от кода, записанного в счетчике импульсов калибровки, линей на во всем диапазоне. Это позволяет снизить требование к элементам систё №1 и к сходимости площади стандартсигнала от анализа к анализу, повьапа ет достоверность результатов измерений концентраций. Формула изобретения . Устройство для вычисления концент рации газов в хроматографии, содержашее преобразователь напряжения в частоту, вход которого является входом устройства, генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом блока коррекции дрейфа, выход которого соединен с первым входом первого элемента И и с входом блока селекции пиковых значений , выход которого подключен к второму входу первого элемента И., выход которого подключен к входу первого счетчика импульсов, выход которого соединен с входом блока отображения, три коммутатора, счетчик импульсов калибровки, регистр калибровки, первый блок умножения и таймер, первый, второй и -третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого, второго и третьего коммутаторов, выход, третьего коммутатора соединен с входом счетчика импульсов калибровки, информационный вход третьего коммутатора подключен к выходу первого элемента И, первый и второй входы первого блока умножения соединены соответственно с выходами первого и второго коммутаторов, выход регистра калибровки соединен с информационным входом второго коммутатора. отличающееся тем, что, с целью повышения точности при расширении диапазона отклонения площади пика стандартного сигнала от эталонной, в него введены схема сравнения, второй счетчик импульсов, счетчик уставки, счетчик тактов, четыре элемента И, триггер, четвертый коммутатор и второй блок умножения,, входы которого соединены соответственно с выходом преобразователя напряжения в частоту и с четвертым выходом таймера, выход второго блока умножения подключен к информационному входу четвертого .коммутатора, управляющие входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера и с вторым выходом генератора тактовых импульсов, входы триггера подключены соответственно к пятому выходу таймера и к выходу второго элемента И, первый вход которого подключен к выходу счетчика уставки, шестой вь1ход таймера соединен с вторым вхо-дом второго элемента И, с управляющим входом счетчика тактов, счетный вход которого подключен к выходу схемы сравнения, выход счетчика тактов соединен с информационным входом первого коммутатора, выход первого блока умножения соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера, выход третьего элемента Н подкл;очен к втерому входу блока коррекции дрейфа, выход четвертого элемента И подключен к первому входу счетчика уставки, первый вход второго счетчика импульсов

соединен с выходом пятого элемента И, входы которого соединены соответственно с вторыми выходами генератора тактовых импульсов и триггера, вторые входы счетчика уставки и второго счетчика импульсов подключены к выходу схемы рравнения, входы которой соединены соответственно с выходами счетчика импульсов калибровки и второго счетчика импульсов, третий вход

первого блока умножения соединен с выходом четвертого коммутатора.

Источники и-нформации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР W 612263, кл. G 06 J 1/02, 1977,

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2S55.8S5/18-24,

кл. G 06 F 15/46, 1979 (прототип).