Устройство для автоматической коррекции нулевой линии хроматографа

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ НУЛЕВОЙ ЛИНИИ ХРОМАТОГРАФА , содержащее последовательно соединенные стабилизированный источник напряжения, детектор ионизации, электрометрический усилитель и блок индикации, а. также компаратор, первый вход которого соединен с выходом электрометрического усилителя, втоI рой вход - с шиной нулевого потенциала , а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами реверсивного счетчика, тактовый .вход которого через ключ соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выходы старших разрядов реверсивного счетчика соединены с входами первого цифроаналогового преобразователя, а второй вход ключа соединен с шиной обнуления , отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности и распгирения динамического диапазона измерения устройства, в него введены второй цифроаналоговьш преобразователь , первый и второй масштабные элементы, а также суммирующий усилитель, выход которого соединен с вторым входом электрометрического усилителя, первый вход - с (Л шиной напряжения смещения, а второй вход через первый и второй масштабные элементы - соответственно с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, причем выходы младших разрядов реверсивного счетчика соединены с входами второго цифроаналогового преобразо00 со вателя. О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ONIH

РЕСПУБЛИН з(5ц G 05 В 11/01

4 ./

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3466674/24-24 (22) 05.07.82 (46) 15.10.84.Бюл. № 38 (72) А.M.Øàäðèí и А.В.Астахов (71) Опытно-конструкторское бюро приборов контроля и автоматики (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельтсво СССР

N - 750367, кл. G 01 31/08, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

N 761903, кл. G 01 N 31/08, 1980 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ НУЛЕВОЙ ЛИНИИ ХРОМАТОГРАФА, содержащее последовательно соединенные стабилизированный источник напряжения, детектор ионизации, электрометрический усилитель и блок индикации, а также компаратор, первый вход которого соединен с выходом электрометрического усилителя, вто рой вход — с шиной нулевого потенциала, а первый и второй выходы сое-: динены соответственно с первым и вторым управляющими входами реверсив„„SU„„1118960.. А ного счетчика, тактовый .вход которого через ключ соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выходы старших разрядов реверсивного счетчика соединены с входами первого цифроаналогового преобразователя, а второй вход ключа соединен с шиной обнуления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона измерения устройства, в него введены второй цифроаналоговый преобразователь, первый и второй масштабные элементы, а также суммирующий усилитель, выход которого соединен с вторым входом электрометрического усилителя, первый вход — с шиной напряжения смещения, а второй вход через первый и второй масштабные элементы — соответственно с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, причем выходы младших разрядов реверсивного счетчика соединены с входами второго цифроаналогового преобразователя.

О с< оп

1 1118

Изобретение относится к устройствам для осуществления. газового анализа и может быть использовано для коррекции нулевой линии детектрра газового хроматографа.

Известно устройство для автома, тической коррекции нулевой линии хроматографа, содержащее первый усилитель и связанный с ним через цепь обратной связи, содержащей конденсатор и резистор, второй усилитель, вто. рой конденсатор, ключ, ограничительный и измерительный резисторы, причем второй конденсатор одной обкладкой .. подключен к земле, а другой - к не-.;:. инвертирующему входу первого усилителя и через ключ и ограничивающий резистор — к выходу второго усилите.ля, а измерительный резистор включен между инвертирующим входом и выходом первого усилителя (1 ).

Недостаток данного устройства - необходимость применения ключа и конденсатора с малыми утечками и дополнительной изоляции неинвертирующего .входа первого усилителя, что снижает технологичность устройства и увеличивает его стоимость. Кроме того, разряд запоминающего конденсатора через входное сопротивление усилите30 ля и сопротивление утечки ключа сни- . жает точность измерения тока детектора хроматографа,. особенно при длительном анализе.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является система обнаруже-З5 ния хроматографических пиков, содержащая последовательно соединенные стабилизированный источник напряжения питания, детектор ионизации, электрометрический усилитель и блок индика- 40 ции, а также компаратор, первый вход

-которого соединен с выходом электрометрического усилителя, второй входс шиной нулевого потенциала, а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами реверсивного счетчика, тактовый вход которого через ключ соединен с. выходом генератора тактовых импульсов, выходы старших разрядов. реверсивного счетчика соединены с входами первого цифроаналогового преобразователя, а управляющий вход ключа соединен с шиной

"Обнуление" (2 $ И . „. Известная система обеспечивает высокую стабильность запоминаемого уровня нулевого сигнала детекто960 2 ра хроматографа. Однако точность и динамический диапазон компенсирующего напряжения иа неинвертирующем входе электрометрического усилителя ограничиваются дифференциальной погрешностью нелинейности цифроаналогового преобразователя, причем относительное значение Я не должно превышать величину! У

I где 0од - опорное напряжение;

М вЂ” количество разрядов цифро-! ,аналогового преобразователя.

Изготовить цифроаналоговый преобразователь с разрядностью выше одиннадцати cJloxHo вследствие необходимости .точной подготовки весовых резисторов.

Кроме того, при отсутствии сигнала детектора (фонового тока) или малой его величины (на грубом пределе электрометрического усилителя) напряжение смещения электрометрического усилителя на его выходе может быть больше по величине и противоположно по знаку напряжению, эквивалентному входному сигналу. В результате выходное напряжение цифроаналогового преобразователя .не ском-, пенсирует напряжение смещения, так как у них будет одинаковая полярность, и точность измерения тока детектора от воздействия полезного сигнала снизится.

Цель изобретения — повьппение точности и расширение динамического диапазона измерения тока детектора ионизации газового хроматографа без применения прецизионных цифроаналоговых преобразователей.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены второй цифроаналоговый преобразователь, первый и второй масштабные элементы, а также суммирующий усилитель, выход которого соединен с вторым входом электрометрического усилителя, первый вход - с шиной напряжения смещения, а второй вход через первый и второй масштабные элементы - соот» ветственно с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, причем выходы младших разрядов реверсивного счетчика соединены с

1 1189

1

Оцс д

3 входами второго цифроаналогового преобразователя.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит детектор 1 ионизации, стабилизированнщй источник 2 напряжения питания, электрометрический усилитель 3, блок 4 индикации, компаратор 5, реверсивный счетчик 6, первый 7 и второй 8 цифроаналоговые преобразователи, первый 9 и второй 10 масштабные элементы, суммирующий усилитель 11, ключ 12 и генератор 13 тактовых импульсов. Кроме. того, знаками

"+" и "-" обозначены неинвертирующие и инвертирующие входы усилителей.

Выходы реверсивного счетчика 6 начиная с младшего разряда подключаются последовательно к входам сначала второго цифроаналогового преобразователя 8, а затем первого 7, Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (перед коррекцией) на выходе усилителя 3 имеется напряжение, обусловленное протеканием фонового тока детектора 1 хроматографа. По шине "Обнуление" приходит сигнал, разрешающий прохождение тактовых импульсов генератора 13 че-. рез ключ 12. Компаратор 5 определяет отклонение от нулевого уровня и знак отклонения напряжения на выходе усилителя 3, задавая тем самым направ- Ç5 ление счета реверсивного считчика 6.

Последний накапливает число, пропорциональное напряжению на выходе уси-! лителя 3, и переходит в режим слежения эа изменением фонового тока. Циф-4О роаналоговые преобразователи 7 и 8 преобразуют накопленное счетчиком 6 число в аналоговые сигналы, которые суммируются усилителем 11 и подаются на второй вход электрометрического усилителя 3 для компенсации фонового тока детектора 1 и поддержания нуля на выходе усилителя 3. Скорость отслеживания нуля усилителя 3 определяется частотой тактовых импульсов генератора 13. После окончания цикла коррекции по шине "Обну" ление" приходит сигнал, запираю.щей ключ 12. Счетчик 6. сохраняет число, накопленное на нем, соответственно 55 сохраняется и компенсирующее наряжение на неинвертирующем входе электрометрического усилителя 3 в

60 4 течение всего времени анализа хроматографических пиков.

Для повышения Точности измерения, а именно для компенсации напряжения смещения усилителей 3 и 11, . первый вход усилителя 11 соединен с шиной "Напряжение смещения", величина О,„ которого выбирается из следующих соображений. При отсутствии сигнала детектора ионизации напряжение на выходе усилителя 3 (U«« ) x3 должно быть равно нулю

U =О +U К +О +0 =О, (2!

Вык цап c ш ч

- напряжение на выходе усилителя 3 под воздействием выходных напряжений цифроаналоговых преобразователей 7 и 8, Ll U — напряжение на выходе см см усилителя 3 под воздействием напряжений смещения нуля усилителей

3 и 11

k — коэффициент усиления усилителей 3 и 11.

Поскольку О о,„ — однополярно, а

U и Осм „„могут иметь любую поляр 3 ность, в том числе одниковую с U

Цсе n ° > то при изменении величины LIö „ должно выполняться равенство К О ) смш

Ъ!Осм,I+IÎñìì/, а знак LlcMtu должен быть противоположен U „, а следовательно, одинаков с О „ — опорным напряжением цифроаналоговых преобразователей. Таким образом, выходное напряжение цифроаналоговых преобразователей 7 и 8 скомпенсирует как фоновый ток детектора 1, так и на1 пряжения смещения усилителей 3 и 11.

Суммирование сигналов цифроаналоговых преобразователей 7 и 8 осуществляется по второму входу усилителя 11. Причем для повышения точности компенсации и расширения динамического диапазона коэффициент передачи сигналов от первого и второго цифроаналоroвых преобразователей

7 и 8, зависящий соответственно от номинальных величин сопротивлений масштабных элементов 9 и 10, выби- рается исходя из следующих соображений.

Точность компенсации предлагаемого устройства обеспечивается за. счет ограничения максимального приращения выходного напряжения суммирующего усилителя на величину не более

Ф 1118 заданной. При этом в отличие от прототипа на выходе суммирующего усилителя в период коррекции нулевой линии формируется /немонотонно возрастающее напряжение. Однако днскрет5 ность его приближения к уровню сравнения не превышает расчетную величину.

Напряжение О ы« на выходе суммирующего усилителя 11 определяется 1О выражением

u+ — и, (s) Рэ Кз вы«R и

1 г

fS где 0 — выходное напряженке первого цифроаналогового преобразователя 7

0" — выходное напряжение второго цифроаналогового 2р преобразователя 8, R — сопротивление масштабно1 го элемента 9

R — сопротивление масштабно-2 го элемента 10 25 — сопротивление масштабного

3 элемента в цепи обратной связи суммирующего усилителя 11.

Номинальное значение напряжения

Озы„ на выходе суммирующего усили «1 теля 11 под воздействием единицы младшего разряда. первого ЦАП 7 определяется выражением

9.60 б

Для обеспечения требуемой точности необходимо обеспечить условие

3 н вь «1 12 Вы« „„Вы«„ 1 где с - дифференциальная погрешность нелинейности первого цифроаналогового преобразователя К.

Значение E определяется как максимальная разность между теоретическим (номинальным) значением минимального уровня (кванта) изменения ..напряжения (V, ) и максимальным значением действительного кванта напряжения (Uz Ä ) первого

ЦАП 7, т.е. е =lu -u I ie) Из выражения (7) с учетом выражений (1), (4), (5) и (6) можно вывести требование к величине сопротивления масштабного элемента К

N1" 1 1

R cg R или > --- †. (g 2 2

При выполнении условия (9) абсолютная погрешность компенсации В определяет выражением

8< оп «9

2 с учетом выражения (1) 35

on 9

"ВЫхÄ NÄ R

1 (4) де .Й вЂ” число разрядов первого цифроаналогового преобразователя.

Номинальное значение напряжения на выходе суммирующего усилителя 11 под воздействием единицы младшего разряда второго ЦАП 8 опре-, деляется выражением

О R (1н on 3

Вы«1 N P

2 г 2 где Ц вЂ” количество разрядов второ50 :ro цифроаналогового преобразователя 8.

Напряжение на выходе суммирующего усилителя 11 под воздействием макси- мального напряжения ЦАП 8 определяет. 5$ ся выраженпем: оп

Как следует из выражения (11), точность компенсации, которую можно осуществить с помощью предлагаемого устройства, а следовательно, и точность измерения тока детектора можно.. повысить до предела, определяемого только разрешающей способностью компаратора и уровнем шумов детектора, составляющих величину порядка

-.14

5 ° 10 A,при этом динамический диапазон компенсации, а следовательно и детектирований, составит величину порядка 1 ° 10 .

Таким образом, в предлагаемом устройстве повьаиаетоя точность без увеличения количества разрядов и расшиется динамический диапазон измерения тока детектора газового хроматографа, особенно на самом чувствительном

1 пределе электрометрического усилителя, где фоновый ток достигает значительной

Составитель Г.Нефедова

Редактор Л.Пчелинская Техред С,Мигунова Корректор Г.Решетник, Заказ1450/33

Тираж 841 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 величины, достигается возможность скомпенсировать напряжения смещения

1 . электрометрического и суммирующего усилителей и обеспечивается высокая,стабильность уровня нулевого сигнала по "сравнению с базо1 И960 8 вым объектом (усилитель хроматографа и цвет-1000). Кроме того, предлагаемое устройство может использоваться и как система обнаружения пиков (прототип) с большим динамическим диапазоном детектирования.