Устройство для анализа растворов

 

Изобретение относится к аналитической химии и может использоваться для оперативного контроля малых концентраций растворов. Цель изобретения - увеличение точности измерений . Устройство содержит последовательно расположенные источник светового потока, оптическую систему, модулятор , кювету с раствором, фотоприемник , регистрирующее устройство, светодиод и фотодиод, причем модулятор выполнен в виде диска с двумя рядами отверстий, а отверстия в диске выполнены группами с заданным шагом, в пределах шага один ряд разбит на три равные части, при этом первая часть выполнена в виде отверстия со светофильтром, соответствующим длине волны недисперсного поглощения, а третья - со светофильтром, соответствующим длине волны поглощения растворенного вещества, второй ряд имеет одно отверстие на шаге, кроме того,- введены полосовой фильтр, ограничитель , фазовый детектор и формирователь . 3 ил. i СЛ С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИН (19) (ll) (б)) с1 G 01 N 21 25

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AВTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3888022/31-25 (22) 22.04.85 (46) 23.05,87 ° Бюл. NP 19 (71) Институт технической теплофизики АН УССР (72) А.И.Лавриненко, А.В.Гирнык, И.В.Захарченко, А.В.Кириченко и В.С.Барабохин (53) 535.24 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

)1 693126, кл. G 01 J 3/42, 1979, Гринштейн М.М, и Кучикян Л.М.Фотоэлектрические концентратометры для автоматического контроля и регулирования. — М,: Машиностроение, 1966, с,77, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА РАСТВОРОВ (57) Изобретение относится к аналитической химии и может использоваться для оперативного контроля малых концентраций растворов. Цель изобретения — увеличение точности измерений. Устройство содержит последовательно расположенные источник светового потока, оптическую систему, модулятор, кювету с раствором, фотоприемник, регистрирующее устройство, светодиод и фотодиод, причем модулятор выполнен в виде диска с двумя рядами отверстий, а отверстия в диске выполнены группами с заданным шагом, в пределах шага один ряд разбит на три равные части, при этом первая часть выполнена в виде отверстия со светофильтром, соответствующим длине волны недисперсного поглощения, а третья — со светофильтром, соответствующим длине волны поглощения растворенного вещества, второй ряд имеет одно отверстие на шаге, кроме того, введены полосовой фильтр, ограничитель, фазовый детектор и формирователь ° 3 ил.

1 13124

Изобретение относится к аналитической химии и может быть испольэовано для оперативного контроля малых концентраций растворов.

Целью изобретения является повышение точности измерений, На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — диск модулятора; на фиг, 3 временные диаграммы. fO

Устройство содержит источник 1 светового потока, оптическую систему

2, модулятор 3, кювету 4 с раствором, фотоприемник 5, светодиод 6, фотодиод 7, полосовой фильтр 8, ограничитель 9, фазовый детектор 10, регистрирующее устройство 11, формиро- ватель !2, Модулятор имеет два ряда отверстий (на фиг.2 ряд имеет четыре шага), 20 в пределах шага один ряд разбит на три равные части, при этом первая часть выполнена в виде отверстия со светофильтром 13, соответствующим длине волны недисперсного поглощения, 25 а третья — со светофильтром 14, соответствующим длине волны поглощения растворенного материала, второй ряд имеет одно отверстие 15 на шаге.

На фиг, 3 представлены временные диаграммы на входе фотодиода 6 (через отверстие 15) и на входе фотоприемника 7, где I< — световой поток, прошедший светофильтр 13; Iэ — световой поток, прошедший светофильтр 35

14; I — приведенный к входу темновой поток, учитывающий темновой фототок, засветку, дрейф усилителя и другие факторы; с(— угол поворота диска, 40

Устройство работает следующим обPclSOMe

Световой поток от источника 1 формируется оптической системой 2 и через модулятор 3 направляется на кювету 4 с растворенным (тетраэтилсвинец в бензине) веществом, с выхода которой он поступает на вход фотоприемника 5. Таким образом, амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 50

5 пропорциональна поглощению свето. вого потока в растворе и, следовательно, его концентрации, Однако сигнал на выходе фотоприемника 5 зависит также от неконтролируемых параметров измерительной системы, что существенно снижает точность измерений.

53 2

Для устранения указанного недостатка отверстия в диске модулятора

3 выполнены группами с заданным шагом, в пределах которого ряд, прерывающий измерительный световой поток, разбит на три равные части, при этом первая часть выполнена в виде отверстия со светофильтром 13, соответствующим длине волны 9 = 800 нм недисперсного поглощения, а третья— со светофильтром 14, соответствующим длине волны, = 422 нм поглощения свинца. Вторая часть на каждом шаге диска в этом ряду не содержит отверстия.

Таким образом, световой поток на входе фотоприемника 5 имеет вид ступенчатой периодической функции 16, три ступени которой соответствуют поглощению растворенного вещества, недисперсному поглощению растворителя и темновому потоку с учетом приведенного к входу темнового фототока и дрейфа усилителя фотоприемника, В соответствии с этим можно определить указанные потоки следующим образом.

= K(yx+ Т„) + Ia

I2 ОЭ где К вЂ” коэффициент, учитывающий . воздействие мультипликативных факторов (медленные флуктуации светового потока источника 1, отражение потока от кюветы 4, изменение крутизны фотоприемника и др); — коэдм ициент пропорциональности между концентрацией раствора и поглощением;

I — световой поток в области недисперсного поглощения (ф );

I0 — приведенный темновой поток с учетом темнового фактора и дрейфа нуля усилителя фотоприемника.

Сигнал с выхода фотоприемника 5, пропорциональный световому потоку на его входе, поступает на полосовой фильтр 8, выделяющий первую гармони- ку сигнала, частота которой равна произведению количества оборотов диска в единицу времени на количество шагов отверстий в нем, Амплитуду и фазу первой гармоники можно определить, применяя разложение в ряд Фурье непосредственно к диаграмме 16.

1312 53

Для фаэы вычисления дают следующий результат

Ii — Iy

It+ I) -2Iz (1 = arctg -з13

5 который для ции (I, I )

-13

4) л

2 случая малых концентрапргводится к виду

I < — 1я й 3 2

Подставляя сюда значения потоков, получим

431

Y х, 2 н

С выхода фазового детектора 10 сигнал, пропорциональный концентра- 45 ции раствора, поступает на регистт.е. фаза первой гармоники пропорциональна концентрации раствора и не зависит от мешающих воздействий.

С выхода полосового фильтра 8 сигнал в ниде синусоидального напряже- 20 ния проходит ограничитель 9 для устранения влияния амплитуды на результат измерения и поступает на фазовый детектор 10.

На другой вход фазового детектора

10 поступает опорный сигнал, который формируется следующим образом.

Светодиод б формирует световой поток синхронизации с диска модулятора 3, который прерывается отверстиями 15 второго ряда и поступает на фотодиод 7. Отверстие 15 равно полови— не шага, поэтому скважность импульса на выходе фотодиода равна двум, а частота равна произведению коли- 35 чества оборотов диска модулятора на число шагов отверстий в нем. С выхода фотодиода 7 сигнал поступает на формирователь 12, который формирует двухполярные импульсы с нулевой фазой, которая обеспечивается расположением отверстия 15 в начале шага, рирующее устройство 11 для преобразования в вид, удобный получателю.

Выходной сигнал не зависит от неконтролируемых B процессе измерений факторов: медленных флуктуаций светового потока излучателя l, неточности установки кюветы ч, изменения крутизны фотоприемника 5 в процессе старения, непостоянства темнового тока и дрейфа нуля усилителя, посторонней засветки и др. Это позволяет увеличить точность измерения в 3

5 раз.

Формул а изобретения

Устройство для анализа растворов, содержащее расположенные последовательно по ходу лучей источник светового потока, оптическую систему, модулятор, выполненный в виде диска с двумя светофильтрами, и фотоприемник, а также ограничитель и регистрирующее устройство, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерений, в него введены полосовой фильтр, светодиод и последовательно соединенные фотодиод, формирователь и фазовый детектор, выход которого подключен к входу регистрирующего устройства, при этом выход фотоприемника подключен к входу полосового фильтра, выход которого через ограничитель. подключен к другому входу фазового детектора, а диск модулятора имеет два ряда отверстий, выполненных группами с заданным шагом, в пределах которого один ряд разбит на три равные части, причем первая часть выполнена в виде отверстия с первым светофильтром, а третья — с вторым светофильтром, второй ряд имеет одно отверстие впределах шага, через которое светодиод оптически связан с фотодиодом.

13I2453

1312453

Составитель Ю.Гринева

Редактор Г.Волкова Техред А.Кравчук Корректор И.Эрдейи

Заказ 1965/41 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæroðîä, ул,Проектная, 4