Устройство для измерения пикового значения электрического сигнала и площади полупика

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПИКОВОГО ЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА И ПЛОЩАДИ ПОЛУПИКА, содержащее блок оЗбнаружения. экстрем ума, запоминающие устройства и регистрирунхций прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, чувствительности и точности измерения , в него дополнительно введены блок управления, первый, второй и третий ключи, интегратор и сумматор, при этом вход устройства через первый ключ и первое запоминающее устрой ;;тво подключен к первому входу сумматора и непосредственно - ко второму ВХОДУ сумматора, управлякщий вход первого ключа соединен с первым выходом блока управления, выход сумматора через второй ключ соединен с входом интегратора, выход которого через третий ключ соединен с входом второго запоминающего устройства, выход которого подключен к регистрирующему прибору, блок обнаружения экстремума содержит.четвертый, пятый и шестой ключи, триггер, линию задержки и дифференциальный усилитель, причем выход сумматора через четвертый ключ соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, а через четвертый и пятый ключи и линию задержки - с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого через третий ключ соединен с входом второго запоминающего устройства, а выход и инвертирующий вход дифференциального усили (Л теля соединены между собой через шестой ключ, первый и второй входы триггера соединены соответственно с выходом дифференциального усилителя и третьим выходом блока управления, первый выход триггера соединен с упI равляющим входом шестого ключа, а вто- , рой выход триггера соединен с управ-i ляющими входами четвертого и пятого . ключей и с первым управляющим входом второго ключа, второй управля1чЭ ющий вход которого подключен к вто ,рому выходу блока управления, четвертый выход блока управления подклюел чен к управлякицему входу третьего ключа.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5В G 01 .R 19/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ, б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ВО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2863578/18-21 (22) 07.01.80 (46) 15.04.83. Бюл. М 14 (72) Л.С. Зарецкий, H.Â. Паков, О.Г. Виноградов и Б.И. Варновский (71) Северо-Кавказский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "Цветметавтоматика" (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Патент Японии 9 54-29116, кл. G 01,,R 19/04, 27.12.72.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 573761, кл. G .01 R. 19/04, 04.02.76. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПИКОВОГО ЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА И ПЛОЩАДИ ПОЛУПИКА, содержащее блок обнаружения, экстремума, запоминающие устройства и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения надежности, чувствительности и точности измерения, в него дополнительно введены блок управления, первый, второй и третий ключи, интегратор и сумматор, при этом. вход устройства через первый ключ и первое запоминающее устройство подключен к первому .входу сумматора и непосредственно — ко второму

;входу сумматора, управляющий вход первого ключа соединен с первым .выходом блока управления, выход сумматора через второй ключ соединен с

„„SU„„1012150 A входом интегратора, выход которого через третий ключ соединен с входом второго запоминающего устройства, выход которого подключен к регистрирующему прибору, блок обнаружения экстремума содержит, четвертый, пятый и шестой ключи, триггер, линию задержки и дифференциальный усилитель, причем выход сумматора через четвертый ключ соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, а через четвертый и пятый ключи и линию задержки — с неинвертируккцим . входом дифференциального усилителя, выход которого через третий ключ соединен с входом второго запоминающего устройства, а выход и инверти- Е рующий вход дифференциального усилителя соединены между собой через шестой ключ, первый и второй входы триггера соединены соответственно с выходом дифференциального усилителя и третьим выходом блока управления, первый выход триггера соединен с уп; равляющим входом шестого ключа, а второй выход триггера соединен с управляющими входами четвертого и пятого ключей и с первым управляющим входом второго ключа, второй управляющий вход которого подключен к вто. рому выходу блока управления, четвер тый выход блока управления подклю.чен к управляющему входу третьего ключа.

t .,Ю

Овиши

k©

Ю (Ъ

1012150

Изобретение относится к техннке измерений и может быть использовано цля автоматической регистрации пикового значения электрического сигнала и площади полупика в полярографии.

Известно устройство для определения пиковых значений переменного электрического сигнала, содержащее первый усилитель, выход которого подключен к неинвертирующему входу диф- 0 ференциального усилителя, выход которого подключен к аноду первого диода, катод которого соединен с анодом второго диода., запоминающим конденсатором и входом второго усилителя, выход 5 которого подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, катод второго диода соединен с неинвертирующии входом дифференциального усилителя I.1).

Недостатком известного устройства является невозможность регистрации экстремальных значений медленно меняющихся сигналов низкого уровня и длительного хранения аналоговой информации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для выделения пикового значения электрического сигнала, содержащее последовательно соединенные пус- 30 новой блок, блок обнаружения экстремума, запоминающие устройства,. блок определения и вычитания остаточного уровня сигнала и регистрирующий прибор 12). 35

Недостатками этого устройства являются низкая надежность и чувствительность при измерении сигналов с неявно выраженными экстремумами, низкий уровень амплитуды пика (20%

40 от верхнего предела диапазона измерения ), большая зависимость точности измерения и надежности от скорости изменения сигнала в зоне перехода через экстремум, невозможность измерения площади полупика.

Цель изобретения — повышение надежности, чувствительности и точности измерения.

Цель достигается тем, что в устройство для выделения пикового значения электрического сигнала, содержащее блок обнаружения экстремума, запоминающие устройства и регистрирующий прибор, дополнительно введены блок управления, первый, вто- 55 рой и третий ключи, интегратор и .сумматор, при этом вход устройства через первый ключ и первое запоминающее устройство подключен к первому входу сумматора и .непосредственно-60 ко второму входу сумматора, управляющий вход первого ключа-соединен с первым выходом блока управления, выход сумматора через второй ключ соединен с входом интегратора, выход которого через третий ключ соединен с входом .второго запоминающего устройства, выход которого подключен к регистрирующему прибору, блок обнаружения экстремума содержит четвертый,пятый и шестой ключи, триггер, линию задержки и дифференциальный усилитель, причем выход сумматора через четвертый ключ соединен с инвертирующим входом дифференциального усили теля, а через четвертый и пятый ключи и линию задержки — с неинвертирующим входом дифференциального.усилителя, выход которого через третий ключ соединен с входом второго запоминающего устройства, а выход и неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединены между собой через шестой ключ, первый и второй входы триггера соединены, Со" ответственно, с выходом дифференциального усилителя и третьим выходом блока управления, первый выход триггера соединен с управляющим входом шестого ключа, а второй выход триггера соединен с управляющими входами четвертого и пятого ключей и с первым управляющим входом второго ключа, второй управляющий вход которого подключен к второму выходу блока управления, четвертый выход блока управления подключен к управляющему входу третьего ключа.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, на фиг. 2 — временная .диаграмма работы блока управления: а) импульсы включения первого ключа, б) импульсы включения второго ключа, интегратора и генератора развертки, в) импульс установки триггера в рабочее состояние, r) импульс включения третьего ключа, на фиг. 3 — форма сигнала на входе первого сумматора.

Устройство состоит из первого ключа 1, первого запоминающего устройства 2, сумматора 3, интегратора 4, второго ключа 5, третьего ключа б, блока 7 управления, линии 8 задержки, четвертого ключа 9, пятого ключа 10, дифференциального усилителя 11, (компаратора) шестого ключа 12, триггера 13, второго запоминающего устройства 14, регистрирующего прибора 15.

Устройство работает следующим образом.

Полярографическая волна {фиг. 3) имеет начальный уровень 0„ (первый экстремум при 1„), второй экстремум при+, третий экстремум при, восходящую (0„ — Q )и спадающую (О

04.) ветви.

В полярографии и вольтамперометрии для стабилизации электрохими ческих характеристик анализируемого раствора (потенциал восстановления

1012150 (окисления) определяемого веществами и него вводят фоновый электролит, чем достигается стабильность момента 1л, соответствующего предпотенциалу восстановления (окисления) on5 ределяемого вещества.

Для определения моментов 4:,, ф4 предварительно снимают несколько полярограмм при разных значениях концентраций. Исходя иэ полученных результатов, устанавливают длительность программ а — Ь .

Программа а, равная по длительности л -, включает генератор раз-вертки поляризующего напряжения в момент Ер и первый ключ 1, через ко- 15 торый на вход запоминающего устройства 2 поступает в течение интерва- ла времени (+,Ц) измеряемый сигнал, соответствующий начальйому уровню полярограмьы на момент 1» . 20 устройство в течение одного цикла измерения площади полупика или амплитуды пика полярограммы (вольтамперной кривой) выполняет следующие операции. 25

По программе ц входной сигнал поступает непосредственно на инвертирующий вход сумматора 3 и через ключ 1 на запоминающее устройство 2, имеющее коэффициент передачи 1.

В результате, выходное напряжение сумматора 3 в момент + равно нулю.

После отработки программы а ключ 1 размыкается и вклпчается программаi5 которая с момента 1 запускает генератор развертки полярографа и открыва- 35 ет второй ключ 5, соединяющий выход сумматора 3 с входом интегратора 4 °

На выходе сумматора 3 и, следовательно, на входе интегратора 4 текущее напряжение изменяет уровень от U< 40 до 04 за вычетом U (начальный уровень полярограммы) .

Кроме того, выходной сигнал сумматора 3 поступает через ключ 9 на ин. вертирующий вход диФференциального 45 усилителя 11 и через ключ 10 и линию

8 задержки - на неинвертирующий вход этого усилителя. В момент программа 4 передним фронтом переводит триггер 13 в другое состояние, при котором ключи 9 и 10 открываются, а ключ 42 закрывается. При этом, обратная связь усилителя 11 размыкается, и усилитель переводится в режим компаратора. В то же время с момента 6 выходной сиги су атора поступает 55 через открытый ключ 9 на инвертирующий вход дифференциального усилителя.11, а через ключ 10 и линию 8 задержки - на неинвертируимций вход .дифференциального усилителя 11. 60

В период нарастания пика благодаря линии задержки U e на инвертирующем входе больше 0э на неинвертирующем входе и выходной сигнал компаратора 11 будет иметь обратный знак 5 относительно выходного напряжения сумматора 3.

При переходе через максимум пика полярность выходного напряжейия компаратора изменяется на противоположную, триггер 13 устанавливается в другое состояние, при этом ключи 5,9 и 10 закрываются, а ключ

12 открывается и переводит усилитель

11 в режим масштабного усилителя„ В этом режиме усилйтель 11, линия 8 задержки и ключи 10,12 выполняют функцию аналогового запоминающего устройства. В зависимости от установленного режима программа Ф (4;, ) открывает ключ б, соединяющий выход интегратора или выход усилителя 11 (устанавливается переключателем, не изображенным на схеме) с вторым запоминающим устройством 14, в результате происходит считывание и запо-минание на длительное время площади полупика или его амплитудного значения относительно начального уровня полярограммы. Выход запоминающего устройства соединен с регистрируюш лм прибором 15, шкала которого проградуирована в единицах.концентрации.

Когда пик неявно выражен (ампли туда пика практически равна нулю), чувствительность компаратора оказывается недостатонной. В связи с этим, для повышения надежности в предлагаемом устройстве предусмотрен перевод триггера 13 в другое состояние задним фронтом программы 4{1 ) . При этом устройство измеряет площадь, пропорциональную выходному сигналу сумматора 3 и времени интегрирования, которое . задается программами д и 8(g, -Ь) . В момент л ключ 5 открывается, а при Ф,з закрывается. Как видно иэ фиг. 2, если время интегрирования соответствует интервалу (g<.,+>), то интегратор измеряет площадь, ограниченную полярограммой,(фиг. 2), практически равную по величине неявно выраженной площади полупика или уровню выходного напряжения сумматора 3 в момент 1, измеренных относительно начального уровня полярограммы Ц

Сравнительные испытания известного и предлагаемого устройства показали, что наибольшее число отказов наблюдается при определении сигналов с низкими уровнями пиков (<20% от верхнего уровня) и при их низких градиентах в зоне экстремумов.

Предлагаемое устройство имеет большую надежность, чувствительность и точность. Устройство может быть применено для измерения сигналов малых уровней с низким градиентом в зоне экстремумов, а также для измерения площади полупика. Повышение надежности, точности и чувствительности

1012150

Ьг 8/, В tie 2

Up 1

t 1„ t

Фиг.2,сек ф,,у

Составитель A. Митрофанов

Техред К.Мыцьо Корректор М. Коста

Редактор М. Товтин

Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2753/55

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 достигается благодаря применению дифференциального усилителя с линией задержки, используемой одновременно в качестве аналогового запоминающего устройства, а также благодаря введению жесткой синхронизации, которую обеспечивает блок программирования, формирующий синхроимпульсы., дублирующие работу устройства обнаружения экстремумов при его отказе или при недостаточной его чувствительности.

Сравнительные испытания прототипа и предлагаемого устройства показали, что среднеквадратичная приведенная погрешность известного устройства. C2) составляет 18%, предлагаемого — 3%.

Устройство найдет широкое применение в системах автоматического аналитического контроля состава вещества в технологических растворах, сточных и оборотных водах, в частности в автоматическом импульсном полярографическом концентратомере для автоматизации контроля микропримесей (меди, свинца и цинка) в сточных водах на уровне рыбохозяйственных норм.