Автоматический спектрофотометр

 

Изобретение относится к оптическим спектральным приборам, используемым для количественного абсорбционного анализа состава вещества. Цель изобретения - повышение точности измерения. В устройство, включающее источник 1 измерения, оптически связанный с фотодатчиком 5 с помощью кювет с исследуемой средой 3 и с эталонными пробами 4.1÷4.п, установленных в держателе 2 образцов, кинематически связанного с механизмом 23 перемещения, усилитель 9, интеграторы 10, 13, компаратор 15, ключи 11, 14, измерительный прибор 16, блок 12 с переменным коэффициентом передачи и источник 20 опорного напряжения, дополнительно введены второй усилитель в третий интегратор 7, ключ 8, второй компаратор 22, второй источник 21 опорного напряжения, блок 17 вычитания, сдвоенный коммутатор 18 и блок 10 потенциометров. При этом N выходов блока потенциометров соединены с N входами сдвоенного коммутатора 18, два выхода которого подключены к входам блока 17 вычитания, а первый из них объединен и с входом измерительного прибора 16, выход блока 17 вычитания соединен с первым входом первого компаратора 15, выход второго компаратора 22 подключен к входу блокировки механизма 23 перемещения, первый вход коммутатора 22 подключен к выходу второго источника 21 опорного напряжения, а второй объединен с первым входом первого усилителя 9, выходом второго усилителя 9, выходом второго усилителя 6 и через последовательно включенные третий ключ 8 и третий интегратор 7 соединен с первым входом второго усилителя 6, второй вход которого объединен с выходом фотодатчика 5. Изобретение позволяет повысить точность измерения и расширить диапазон работы за счет итеративной оценки концентрации исследуемой среды с концентрациями эталонных проб 4.1÷4.N. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„.,Яп„„1пп9Я4 А1 ц 1) 4 С О) J 3/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4159) 68/31-25 (22) 10.12.86 (46) 23.09.89. Бюл. № 35 (71) Куйбышевский политехнический институт им. В.В. Куйбьппева (72) П.К. Ланге, В.А. Тройников и N.Â. Ситников (53) 535.8(088.8J (56) Патент США ¹ 3680957, кл. 356-97, 1972.

Авторское свидетельство СССР №- 667824, кл. С 01 J 3/42, 19.79. (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ СПЕКТРОФОТОМЕТР (57) Изобретение относится к оптическим спектральным приборам, используемым для количественного абсорбционного анализа состава вещества.

Цель изобретения — повышение точности измерения. В устройство, включающее источник 1 измерения, оптически связанный с фотодатчиком 5 с помощью кювет с исследуемой средой

3 и с эталонными пробами 4.1 — 4.п, установленных в держателе 2 образцов, кинематически связанногc с механизмом 23 перемещения, усилитель 9, интеграторы 10 и 13, компаратор 15, ключи 11 и 14, измерительный прибор 16, блок 12 с переменным коэффициентом передачи и источник 20 опорного напряжения, дополнительно введены второй усилитель в третий интегратор 7, ключи 8, второй компаратор 22, второй источник 21 опор3

1509624 ного напряжения, блок 17 вычитания, сдвоенный коммутатор 18 и блок 10 потенциометров. При этом п. выходов блока потенциометров соединены с и входами сдвоенного коммутатора 18, два выхода которого подключены к входам блока 17 вычитания, а первый из них объединен и с входом измерительного прибора 16, выход блока 17 вычитания соединен с первым входом первого компаратора 15, выход второго компаратора 22 подключен к входу блокировки механизма 23 перемещения, первый вход коммутатора 22 под- 15 ключен к выходу второго источника 21 опорного напряжения,а второй объединен с первым входом первого усилителя 9, выходом второго усилителя 9, выходом второго усилителя 6 и через последовательно включенные третий ключ 8 и третий интегратор 7 соединен с первым входом второго усилителя 6, второй вход которого объединен с выходом фотодатчика 5.

Изобретение позволяет повысить точность измерения и расширить диапазон работы за счет итеративной оценки концентрации исследуемой среды с концентрациями эталонных проб 4.1-4.п. ил.

Изобретение относится к оптическим спектральным приборам и может быть использовано для количественного абсорбционного анализа состава вещества.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Предложенный спектрофотометр позволяет организовать двухэтапную процедуру измерения, при которой на первом этапе производится грубая оценка концентрации путем выделения интерва, ла концентраций, ограниченного имеющимися эталонными пробами, внутри которого находится измеряемое значение, а на второй этапе производится линейная интерполяция величины концентрации неизвестной пробы на найденном отрезке ло значениям уровней соответствуюших сигналов фотодатчика. Результатом измерения является сумма результатов, полученных на первом и втором этапах.

На чертеже приведена схема автоматического спектрофотометра.

Спектрофотометр содержит источник

l монохроматического излучения, держатель 2 образца с расположенными в нем кюветами 3 для неизвестной среды и с эталонными пробами 4.1-4.п, фотодатчик 5, выход которого соединен с первым входом усилителя 6, второй вход которого подключен к выходу интегратора 7, вход которого через ключ 8 соединен с выходом этого усилителя и первым входом усилителя 9, второй вход которого подключен к вы— ходу интегратора 10, вход которого через ключ 11 связан с выходом этого усилителя и первым входом блока 12 с . переменным коэффициентом, второй вход которого подключен к выходу интегратора 1З,вход которого через ключ

l4 соединен с выходом компаратора 15, первый вход которого объединен с одним входом измерительного прибора 16

30 и выходом блока 12 с переменнымкоэффициентом, а второй — с выходом блока 17 вычитания, два входа которого подключены к выходам сдвоенного коммутатора 18, входы которого соединены с соответствующими выходами блока

19 потенциометров, подключенного к первому источнику 20 опорного сигнала, второй источник 21 опорного сигнала соединен с одним входом компаратора

4р 22, другой вход которого объединен с выходом усилителя 6, а выход подключен к входу блокировки механизма

23 перемещения, связанному со всеми ключами, коммутатором и держателем

45 образцов.

Устройство работает следующим образом.

В держатель 2 .образцов устанавливаются среда 3 с неизвестной конпентрацией х и далее в порядке возрастания концентраций х" — эталонЭ ные пробы 4,.1,...,4.п, На блоке 19 потенциометров выставляются напряпропорциональные э

Ц = K õ э > где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

К (1 1 0)х э!

О!

25

К(х хэ ) U7

35

45

1 гОо6

Значение коэффициента К выбирается в зависимости от диапазона значений хэ так, чтобы обеспечить работу. последуюших блоков (в частности бло5 ка вычитания ) в наиболее благоприятном режиме. Обычно U (1-10 ) В, откуда

В исходном положении в канале оптической связи источника 1 монохроматического излучения и фотодатчика

5 находится кювета с неизвестной средой 3. При этом ключи 8 и 14 замкнуты, ключ 11 разомкнут, коммутатор

18 передает по обоим каналам нулевые уровни сигнала. Выходной сигнал U

» интегратора 7 достигает U6 — напряжения на вьходе фотодатчика 5, а напряжение U6 на выходе усилителя 6 становится нулевым. Уровень срабатывания компаратора 22 подбирается та— ким образом, что при отрицательном и Нулевом значениях U6 выходной сигнал компаратора. разрешает перемещение механизма 23, а при положительном. значении U — запрещает. Это легко достигается регулировкой опорного напряжения источника 21 .

Каждый такт перемещения начинается с того,что ключ ll ненадолго замыкается. При этом напряжение U íà выходе интегратора 10 становится равным U6 . В первом такте перемещения ключ 8 размыкается. После размыкания ключа. 11 передвигаются на шаг держатель 2кювет и коммутатор 18. В канале оптической связи источника 1 и датчика. 5 оказывается первая эталонная проба с минимальной концентрацией х . Напряжение на выходе фоЭ х тодатчика 5 становится равным Б а на выходе усилителя 6 — равным

U — U . Если х> х то (Б — U )(О х 1 х

6 Э и компаратор 22 не изменяет своего состояния, т.е. разрешает дальнейшее перемещение механизма 23..Второй 50 и последующий такты перемещения аналогичны первому и.перемещение про-должается до тех пор, пока в 1-м так- те в котором х (х, не получим

Ф (U — U ) > О. При этом компаратоР

22 изменяет свое состояние и перемещение механизма 23 прекращается. На вы-\ х ходе интегратора 10 имеет (U — П6 ), i-1 ъ а на выходе усилителя 9 — (U< — U ).

Коэффициент передачи блока 12 с переменным коэффипиентом стане с равным

1-( хэ хэ

5 где К вЂ” коэффициент пропорциональности между напряжениями на выходах блока 19 и соответствующими им концентрациями эталонов.

Коэффициент передачи К„ блока )2 определяется с помощью контура отрицательной обратной связи, образован-. ного компаратором 15, ключом 14 и интегратором 13. В установившемся режиме К „ принимает такое значение, при котором выходное напряжение Ui блока 12 становится равным выходному напряжению П„, блока 17. В свою очередь Ui равно разности напряжений, пропорциональных концентрациям эталона, находящегося в канале оптической связи источника 1 излучения, фотодатчика 5 и предыдущего эталона

Интегратор 7 хранит в течение интервала времени t „ U .,полу» ченный с выхода блока 5 в такте измерения сигнала пробы с неизвестной концентрацией. Начиная со следующего такта и до окончания интервала t„ усилитель 6 вырабатывает разницу котор++

5 чение последующего такта хранится интегратором 10. Одновременно усилитель 9 вырабатывет разность.

U =U -U =(U -U )(U -U)

6 6 5 5 5 з

U — - U i 2

5 5

Но с окончанием интервала времени t ключ 8 замыкается и уменьшаемое этой разности обнуляется. При этом получаем U = U» — U, т.е. сигнал,связанный с сигналом пробы с неизвестной концентрацией.

После этого ключ 14 размыкается и к одной, клемме измерительного прибора 16 оказывается подключенным напряжение х, -х

П5 5 а к другой

11 = К х

1509624

Показание прибора соответствует разности этих сигналов

1 х

5 что представляет собой линейную интерполяцию отсчета х в диапазоне от

1-1

1 х дох

Измерение на этом заканчивается, результат фиксируется, блоки возвращаются в исходное положение.

Использование предлагаемого устройства позволяет по сравнению с .известным достичь значительно меньшей погрешности градуировочной характеристики и расширить диапазон работы. формула изобретения

Составитель А. Гусев

Редактор Г. Волкова Техред А.Кравчук

Корректор Т. Палий

Заказ 5792/33

Подписное

Тираж 466

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Yæãoðoä, ул. Гагарина,!01

Автоматический спектрофотометр, содержащий источник монохроматического излучения, держатель образцов с расположенными в нем кюветами с эталонными пробами и кюветой для исследуемой среды, кинематически связанный с механизмом его перемещения, снабженным схемой логического управ-. ления, фотодатчик,. оптически связан— ный через одну из кювет с источником монохроматического излучения, усилитель, первый и второй интеграторы, компаратор, измерительный прибор, блок с переменным коэффициентом передачи, первый и второй ключи и источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены второй усилитель, третий интегратор, второй компаратор, второй источник опорного напряжения, блок вычитания, сдвоенный коммутатор и блок потенциометров с одним входом и п выходами, причем вход блока потенциометров соединен с выходом первого источника опорного напряжения, а и его выходов — с соответствующими входами сдвоенного коммутатора, первый выход которого подключен к первому входу блока вычитания и к первому входу измерительного прибора> а второй — к второму входу блока вычитания, выход которого соединен с первым входом первого компарато15 ра, выход которого через последовательно включенные второй ключ и второй интегратор соединен с первым входом блока с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого подключен к второму входу первого компаратора и к второму входу измерительного прибора, а второй вход блока с регулируемым коэффициентом передачи — к выходу первого

25 усилителя, соединенному через последовательно включенные первый ключ и первый интегратор со своим первым входом, а второй его вход соединен с выходом второго усилителя, соединенного с первым входоМ .второго компаратора и через последовательно включенные третий ключ и третий интеграторсо своим первым входом, второй вход второго усилителя подключен к .выходу фотодатчика, при этом вход механизма

35 перемещения подключен к выходу второго компаратора, второй вход кбторого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, выходы логической схемы механизма перемещения связаны с соответствующими ключами и коммутатором.