Автоматический двухволновой фотометрический концентратомер

 

Использование: определение состава веществ в химической, микробиологической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: анализатор, содержащий осветитель, конденсатор, монохроматоры на сравнительную и аналитическую длины волн, поглотитель, переключатель монохроматоров, переключатель поглотителя, устройство управления, кювету , фотоприемник, усилитель, восстановитель постоянной составляющей, два ключа, первую схему сравнения, источник опорного напряжения и индикатор, снабжен логарифмом , суммирующим усилителем, двумя схемами выборки-хранения, дозатором в анализируемой среде, а кювета выполнена в виде мерной емкости с мешалкой, сливным клапаном и клапаном для подачи разбавителя . 1 ил Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4809413/25 (22) 02.04.90 (46) 30.06.92. Бюл, N 24 (71) Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (72) А.В.Олифир, В.М.Колмогоров и В,П.Соколов (53) 621.381 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

3Ф 989332, кл. G 01 J 1/44, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N- 568849, кл.G 01 J 1/10, 1977. (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ДВУХВОЛНОВОЙ . ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ КОНЦЕНТРАТО-, МЕР .. (57)- Использование: определение состава веществ в химической, микробиологической

Изобретение относится к автоматиче- . ским спектроабсорбционным фотометрам и анализатором, предназначенным для oripe- . деления состава веществ в химической, микробиологической, медицинской и других отраслях промышленности, Известен фотометр. содержащий источник излучения с системой разделения светового потока на два канала, в одном из которых установлена рабочая кювета, а.в другом — сравнительная кювета, модулятор световых потоков с двумя светофильтрами, установленными на нем, и со схемой синхронизации, фотопреобразователь, подключенный по входу четырехканального синхронного детектора, два вычитающих ус-. тройства и регистрирующий прибор., НеДостатками известного устройства являются невысокая точность и ограничен. ный диапазон измерения, обусловленные ЯЛ,, 1744511 А1 (я)з G 01 J 1 /44 и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: анализатор, содержащий осветитель, конденсатор, монохроматоры на сравнительную и аналитическую длины волн, поглотитель, переключатель монохроматоров, переключатель. поглотителя, устройство управления, кювету, фотоприемник, усилитель, восстановитель постоянной составляющей, два ключа, первую схему сравнения, источник опорного напряжения и индикатор, снабжен логарифмом, суммирующим усилителем, двумя схемами выборки-хранения, доэатором в анализируемой среде. а кювета выполнена в виде мерной емкости с мешалкой, сливным клапаном и клапаном для подачи разбавителя. 1 ил. зависимостью погрешности измерения от величины потока излучения источника и от соотношения потоков излученния, выделяемых рабочим и сравнительным светофильтрами, и нарушениями закона Бугера—

Ламберта — бера в области высоких концентраций анализируемой среды.

Известен двухволновой фотометр, который по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является наиболее близким к изобретению, содержащий осветитель, конденсор, два монохроматора, переключатель монахроматоров, эталонный поглотитель, переключатель эталонного поглотителя, последовательно соединенные фотоприемник, устройство регулировки коэффициента передачи электрического тракта фотометра, усилитель, восстановитель постоянной составляющей, выход которого соединен с вхедами первого

1744511 (8) 30

Тэт (3) светофильтрами на аналитическую и сравнительную длины волн соответственно;

Тэт — коэффициент пропускания эталонного светофильтра на сравнительной длине 40 волны;

Гас — КОЭффИцИЕНтЫ ПрОПуСКаНИя КЮдлине волны соответственно;

Ta Tc — коэффициенты пропускания ана- 45 лизируемой пробы в кювете на аналитической и сравнительной длине волны, соответственно;

ka, kc — чувствительность фотоприемника на аналитической и сравнительной длине волны соответственно. и второго ключей, выход первого ключа соединен с индикатором, выход второго ключа соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход устройства сравнения соединен с управляющим входом устройства регулировки коэффициента передачи электрического тракта фотометра, управляющие входы первого и второго ключей и переключатели монохроматоров связаны с устройством управлен.ия.

В этом устройстве происходит nooseредное формирование трех измерительных сигналов; первого, пропорционального коэффициенту пропускания кюветы с анализируемой средой на аналитической длине волны, второго, пропорционального коэффициенту пропускания кюветы с анализируемой средой на сравнительной длине волны, третьего, пропорционального произведению коэффициентов пропускания кюветы с анализируемой средой и эталонного светофильтра на сравнительной длине волны.

Измерительные сигналы (на выходе фотоприемника) данного фотометра описываются выражениями

01 = ФаГа Така ; (1)

02 =ФГ„-Гс Tckc (2 )

0з = ФсГс ТсТэт <,с где 01, UZ, 0Э вЂ” значения первого, второго и третьего сигналов соответственно;

Ф, Фс — потоки излучения, выделяемые веты на аналитической и сравнительной

Затем измерительные сигналы поступают. на устройство регулировки коэффициента передачи электрического. тракта фотометра и усилитель переменного тока с общим коэффициентом передачи k и на восстановитель постоянной составляющей, осуществляющей привязку уровня второго

25 сигнала к нулю (т.е. вычитающий иэ всех сигналов второй сигнал). Значения измерительных сигналов на выходе восстановителя. постоянной составляющей

Ub1 = (<4 Га Taka ФсГс Tckc)k, (4)

Ubg = (ФсГс Tckc ФсГс Toke)k = 0 (5)

0Ьз = (Ф Г Т ТэА - ФсГc Tckck =ФсГ Toke(Tat

- 1)k (6)

Сигнал Uba поступает на вход схемы сравнения, сравнивается с опорным и разность сигналов поступает на управляющий вход устройства регулировки коэффициента передачи электрического тракта фотометра.

При этом образуется замкнутая система автоматического регулирования, устанавливающая такой коэффициент передачи электрического тракта фотометра, при котором значение сигнала 0ьэ равно опорному, т.е, c c Tckc(1 - Тэт) = Uooop; (7) где 0опор — значение опорного сигнала, подаваемого на схему сравнения в отрицательной полярности.

Таким образом, система автоматического регулирования устанавливает коэффициент передачи электрического тракта фотометра равным

Сигнал Ub1 поступает на выходной индикатор фотометра, его значение составляет

0Ь1 = (Фа Га Така ФсГс Tckc)k = опор

U п Я, (а а 1 ) (9)

".— Т ФГ Т, Недостатками известного устройства являются низкая точность и ограниченный

"диапазон измерения, обусловленные влиянием загрязнений кюветы, изменениями спектральных характеристик излучения источника, изменениями спектральных характеристик фотоприемника и нарушением закона Бугера — Ламберта — Бера в области больших концентраций, приводящих к появлению систематической составляющей погрешности; а также влиянием шума фотоприемника и усилителя и неоднородностей в потоке анализируемой среды, приводящих к появлению случайной составляющей погрешности в области больших концентрацийй.

Иэ выражения (9) для выходного сигнала фотометра видно, что полная компенсация погрешностей, обусловленных загрязнением кюветы, имеется в случае

1744511

20

30

50

55 погрешности вследствие нарушения закона 45

Бугера — Ламберта — Бера.

Другим фактором, ограничивающим применение известного устройства для анализа высококонцентрированных или малопрозрачных сред, являются флюктуации 50 оптической плотности слоя анализируемой.

Х = Хс, т,е; в случае неселективных загрязнений (таких загрязнений, поглощение которых не зависит от длины волны). Как правило, двухволновые фотометры используются для анализа селективно поглощающих веществ, причем чем больше концентрация анализируемого вещества, тем большее загрязнение оно вызывает и тем больше при этом становится систематическая составляющая погрешности фотометра, что обуславливает его низкую.. точность, особенно при анализе высококонцентрированных сред.

Другим фактором, снижающим точность известного устройства, является зависимость выходного сигнала фотометра от спектрального состава излучения (сомнОжитель Ф /Ф в (9)) и от спектральной характеристики фотоприемника (сомножитель

ka/k> в (9)). Спектральный состав излучения источника может меняться в процессе старения, при изменении его температуры, при изменении расстояния между источником излучения и конденсором (вследствие, например, теплового расширения элементов конструкции) из-за хроматических аберраций оптики.

Спектральная характеристика фотоприемника также может меняться при изменении температуры, при старении фотоприемника или его замене.

Изменение спектрального состава излучения и спектральной характеристики фотоприемника приводит к тому, что при неизменном значении измеряемого параметра выходной сигнал фотометра изменяется, что приводит к снижению точности, известного устройства, Еще одним фактором, снижающим точность и ограничивающим диапазон измерения известного устройства, является нраблюдаюащяся при больших концентрациях измеряемого вещества зависимость коэффициента поглощения от концентрации, приводящая (при фиксированном минимальном значении оптической базы кюветы, обусловленной наличием в анализируемой среде механических примесей) к нарушению линейности зависимости оптической плотности слоя анализируемой среды в кювете от концентрации и приводящая возникновению систематической составляющей среды в кювете, тем большие, чем больше концентрация анализируемого продукта и чем меньше оптическая база кюветы. что приводит к появлению случайной составляющей погрешности измерения, Кроме того, в этом устройстве динамический диапазон измерительных .сигналов на выходе фотоприемника определяется коэффициентом пропускания слоя анализируемой среды в кювете. При измеернии концентрации малопрозрачных или высококонцентрированных сред величина коэффициента усиления устройства регулировки коэффициента передачи электрического тракта фотометра автоматически устанавли5 вается такой, чтобы обеспечить выполнение равенства (7). При этом значение коэффициента усиления может быТь настолько велико, что начинают сказываться шумы фотоприемника и усилителя, приводящие к появлению случайной составляющей по- гешности измерения. Попытке ограничить динамический диапазон сигнала с помощью уменьшения оптической базы кюветы препятствует наличие в среде механических примесей, забивающих тракты малых сечений и приводящие к отказу устройства.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения.

Укаэанная цель достигается тем, что двухволновой фотометрический концентратомер, содержащий два монохроматора, механически связанные с переключателем монохромато- . ров, осветитель, по ходу излучения которого последовательно установлены конденсор, один из двух монохроматоров, поглотитель, снабженный механизмом перемещения, кювету и фотоприемник, подключенный к входу усилителя, устройство регулировки коэффициента передачи измерительного тракта, восстановитель постоянной составляющей, вход которого подключен к выходу усилителя, два ключа, управляющие входы механизма перемещения поглотителя, ключей и- переключателя, монохроматоров соединены соответствующими выходами устройства управления, первую схему сравнения, первый вход которой соединен с источником опорного напряжения, а выход — с входом устройства регулировки коэффициента передачи измерительного тракта, а также индикатор, дополнительно содержит логарифматор, суммирующий усилитель, две-схемы выборки— хранения, дозатор анализируемой среды, а кювета выполнена в виде мерной емкости, соединенной с дозатором анализируемой среды, и снабжена мешалкой, сливным клапаном и клапаном для подачи разбавителя, а устройство регулировки коэффициента передачи измерительного тракта состоит из управляемого источника питаниня осветителя, второго ключа.

1744511

15

35

45 запоминающего устройства и второй схемы сравнения, вход управляемого источника питания осветителя соединен с выходом второго ключа, первый вход которого соединен с вторым входом второй схемы сравнения и первым входом запоминающего устройства и является входом устройства регулировки коэффициента передачи измерительного тракта, а второй вход соединен с выходом запоминающего устройства и с первым входом второй схему сравнения, выход которой соединен с вторым управляющим входом запоминающего устройства, при этом выход усилителя соединен с вторым входом первой схемы сравнения, выход восстановителя постоянной составляющей соединен с входом логарифматора, выход которого через последовательно соединенные первую и вторую схемы выборки — хранения соединен с индикатором и входом первого ключа, выход которого соединен с вторым входом суммирующего усилителя, а управляющие входы дозаторы анализируемой среды, сливного клапана и клапана для, подачи разбавителя, восстановителя постоянной составляющей, первой и второй схем выборки — хранений и первый управляющий вход запоминающего устройства соединены,с соответствующими выходами устройства упрарления.

Выполнение кюветы в виде мерной емкости, связанной с дозатором анализируемой среды, и снабжение ее мешалкой, сливным клапаном и клапаном для подачи разбавителя, а также снабжение устройства логарифматором, суммирующим усилителем, первой и второй схемами всыборки— хранения с соответствующими связями позволяет осуществлять промывку кюветы„дозированное разбавление продукта в ней анализируемого продукта, обеспечивающего снижение его оптической плотности и способствующее уменьшению загрязнения кюветы, а также позволяет компенсировать погрешности, обусловленные влиянием се лективно поглощающих излучение загрязнений кюветы, изменением спектрального состава излучения источника, спектральной характеристики фотоприемника и наличием примесей, влияющих на оптические свойства разбавителя, за счет чего расширяется диапазон измерения и увеличивается точность устройства. Обеспечение разбавления анализируемой среды перед изменением и перемешивание разбавленной анализируемой среды обеспечивает уменьшение случайной, обусловленной флуктуациями оптической плотности тонкого слоя высококонцентрированной анализируемой среды в кювете, и систематической составляющих погрешности за счет того, что фотометрированию подвергается разбавленная в требуемое число раз доза анализируемой среды, причем обьем дозы выбирается с учетом ее представительности, а коэфициент разбавления — такой величины, при котором обеспечивается выполнение закона Бугера — Ламберта—

Бера с треубемой точностью.

Снабжение кюветы сливным. клапаном и клапаном для подачи разбавителя, а также снабжение устройства логарифматором, суммирующим усилителем, схемами выборки — хранения с соответствующими связями и выполнение устройства регулировки коэффициента передачи измерительного тракта

s виде управляемого источника питания осветителя, первого ключа, запоминающего устройства, второй схемы сравнения с соответствующими связями позволяет уменьшить случайную составляющую погрешности, обусловленную влиянием шумов усилителя и фотоприемника, так как коэффициент передачи измерительного. тракта регулируется не путем увеличения коэффициента усиления электрического тракта фотометра в зависимости от уменьшения коэффициента пропускания слоя анализируемой среды в кювете (как в- прототипе), а путем увеличения светового потока осветителя (путь, принципиальо невозможный в прототипе, так как при этом изменяется спектральный состав излучения, приводящий к появлению систематической составляющей погрешности измерения).

На чертеже изображена схема автоматического двухволнового фотометрического концентратомера.

Концентратомер состоит из осветителя

1, конденсатора 2,. двух монохроматоров 3 и

4 на сравнительную и аналитическую длины волн соответственно, механически связанных с переключателем 5 монохроматоров, поглотителя 6 механически связанного с переключателем 7 поглотителя, дозатора 8 анализируемой среды с линиями 9 входа и

10 выхода анализируемой среды, кюветы 11, выполненной в виде мерной емкости, снабженной мешалкой 12, сливным клапаном 13, связанным с линией 14 сброса и клапаном, 15, связанным с линией 1б подачи разбавителя, фотоприемника 17, связанного с усилителем 1:8, выход которого связан с входом восстановителя 19 постоянной составляющей, выполненного, например, в виде цепи привязки уровня,.и с первым входом первой схемы 20 сравнения, второй вход которой связан с источником 21 опорного напряжения, логарифматора,22, вход которого подключен к выходу восстановителя 19, а выход — к первому входу инвертирующего сумми1744511

20

35

50 рующего усилителя 23, выход которого связан с входом первой. схемы 24 выборки— хранения, выход которой связан с входом второй схемы 25 выборки — хранения, выход которой связан с индикатором 26 и через 5 первый ключ 27 с вторым входом суммирующего усилителя 23, источник 1 света подключен к выходу устройства регулировки коэффициента передачи измерительного тракта 28, в состав которого входят управля- 10 емый источник 29 питания, вход которого подключен к выходу второго ключа 30, первый вход которого связан с выходом первой схемы 20 сравнения, входом запоминающего устрой тва 31 и вторым входом второй 15 схемы 32 сравнения, первый вход которой связан с выходом запоминающего устройства 31, а выход — с вторым управляющим входом запоминающего устройства 31 и устройство 33 управления, выполненного, например, на основе двоичного счетчика и программируемого постоянного запоминающего устройства, выходы которого связаны с управляющими входами переключателей 5 и

7, сливного клапана 13 и клапана 15 подачи 25 разбавителя, дозатора 8 анализируемой среды, восстановителя 19 постоянной составляющей первого 27 и второго 30 ключей, первой

24 и второй 25 схем выборки — хранения и запоминающего устройства 31

Анализатор работает в автоматическом режиме под действием команд устройства управления, Цикл измерения состоит из нескольких тактов.

В первом такте производится промывка и заполнение кюветы разбавителем, В исходном положении сливной клапан

13 и клапан 15 подачи разбавителя закрыты.

Под действием команды g, поступающей от устройства 33 управления, клапан 15 подачи разбавителя открывается и происходит заполнение мерного объема кюветы 11 разба- вителем, После заполнения кюветы 11 под 45 действием команды f открывается и через некоторое время закрывается сливной клапан 13, при этом происходит опорожнение кюветы 11, В зависимости от степени загрязнения операция промывки может включать в себя несколько циклов заполнения— опорожнения кюветы 11, Затем после окончания промывки кюветы 11 сливной клапан

13 закрывается и вновь открывается клапан

15 подачи разбавителя . После заполнения. 55 кюветы клапан закрывается.

Во втором такте производится регулировка коэффициента передачи измерительного тракта.

В исходном положении устройство регулировки коэффициента передачи измерительного тракта совместно с осветителем 1, фотоприемник 17, усилителем 18, первой. схемой 20 сравнения и источником 21 опорного напряжения образуют замкнутую систему автоматического регулирования, устанавливающую на выходе управляемого источника 29 питания такое напряжение пи- . тания осветителя 1, при котором напряжение сигнала на выходе усилителя 18 равно . опорному напряжению источника 21. По команде h. поступающей от устройства 33 управления в запоминающем устройстве 31. происходит запоминание управляющего напряжения, подаваемого на вход источника

29. Затем по команде а устройства 33 управления проиходит смена. монохроматора 3 (сравнительная длина волны) на монохроматор 4 (аналитическая длина волны). При этом система автоматического регулирования ус- . танавливает такое напряжение питания осветителя 1, при котором на выходе усилителя 18 напряжение вновь устанавливается равным опорному напряжению источника 21. Во второй схеме 32 сравнения

- управляющее напряжение, подаваемое на вход источника 29, соответствующее установленному в световой поток монохроматору 4, сравнивается с управляющим напряжением, соответствующим установленному в световой поток монохроматору 3, хранящимся в запоминающем устройстве

31. В случае,.если значение управляющего напряжения, соответствующего монохроматору 4, меньше значения управляющего напряжения, соответствующего монохро. матору 3 (и следовательно находящихся в таком же соотношеиии напряжений питания осветителя) на выходе второй схемы 32 сравнения устанавливается сигнал, разрешающий запоминание устройством 31 нового значения управляющего напряжения, в противном случае срабатывание запоминающего устройства запрещается. Запоминание нового. значения управляющего напряжения (в случае, если оно меньше прежнего значения) происходит по команде

h, поступающей от устройства 33 управле- . ния. Затем по команде.d устройство 33 управления второй ключ 30 переключается в такое положение, при котором на управляющий вход источника 29 питания подается сигнал с выхода запоминающего устройства

31. В результате во втором такте работы анализатора устанавливается такое значение коэффициента передачи измерительного тракта, при котором напряжение сигнала на выходе усилителя 18 не превышает опорного напряжения источника 21 (независимо

1744511

20

0з = -Klg

35

Фа 7ai ka (10) U> = -Klg

55 от того, какой монохроматор установлен в световой поток анализатора), что предупреждает перегрузку измерительного тракта анализатора при смене монохроматоров и обеспечивает оптимальные (с точки зрения обеспечения минимальных погрешностей) условия его работы. снижая мультипликативную составляющую погрешности измерительного тракта.

В третьем такте производится измерение оптических характеристик кюветы, заполненной рэзбавителем, В начале такта, по команде Ь устройства

33 управления срабатывает переключатель

7, перекрывающий световой поток с помощью поглотителя 6, Затем подается .команда k на восстановитель 19 постоянной составляющей, В результате этого происходит компенсация аддитивной составляющей погрешности измерительного тракта, обусловленной влиянием темнового тока фотоприемника, тока утечек и напряжения сдвига нуля усилителя.

Влияние этих составляющих наиболее существенно при применении в качестве монохроматоров узкополосных интерференционных. светофильтров, так как небольшое значение их интегрального коэффициента пропускания обуславливает малую величину измерительных сигналов, при которой становится существенным влияние указанных фак.торов. Затем команды управления восстановителем 19 постоянной составляющей и b переключателем 7 поглотителя 6 отключаются и поглотитель 6 возвращается в исходное положение.

На выходе инвертирующего суммирующего усилителя 23 устанавливается сигнал

Uq где К вЂ” постоянный коэффициент пропорционэл ьюсти;

0о — постоянный коэффициент, характеризующий параметры логарифматора 22; тм — коэффициент пропускания кюветы с разбавителем на аналитической длине волны (учитывающий коэффициенты пропускания собственно кюветы т, и слоя т,р разбавителя та1-" а хср )

После этого от устройства 33 управления подается команда!, переводящая первую схему 24 выборки — хранения из режима хранения в режим выборки. Затем первая схма 24 выборки — хранения возвращается в режим хранения и подается команда m, переводящая вторую схему 25 выборки— хранения иэ режима хранения в режим выборки. Затем команда m отключается и вто рая схамэ выборки — хранения возвращается в режим хранения, в результате чего в обеих схемах выборки — хранения запоминается сигнал (10), Затем отключается команда а управления переключателем 5 монохроматоров и в световой поток вновь устанавливается монохроматор 3 на сравнительную длину волны. При этом на первом входе ин вертирующего суммирующего усилителя

23 устанавливается сигнал Uz

02 = Klg, (11) где тс1 — коэффициент пропускания кюветы с раэбавителем нэ сравнительной длине волны (учитывающий коэффициент пропускания собственно кюветы и слоя разбавиТОЛЯ Xgp 7 1 = Tg Tgp ).

После этого.под воздействием команды с от устройства 33 управления происходит замыкание первого ключа 27 и на второй вход инвертирующего суммирующего усилителя 23 поступает сигнал (10), В результате этого на его выходе устанавливается сигнал 0з

Фс <с1 с . Ia >a1 а

+ Klg

0о 0о (12)

Затем от устройства 33 управления вновь подаются команды I u m управления первой и второй схемами 24 и 25 выборки— хранения. В результате этого в обеих схемах выборки — хранения запоминается сигнал (12), В червертом такте производится дозирование и разбавление анализируемой среды.

При этом иэ непрерывного потока анализируемой среды, протекающего через линии 9 входа и 10 выхода дозатора под действием команды е, поступающей от устройства 33 управления, производится отбор, дозировэние и подача в кювету 11 дозы анализируемой среды, где происходит ее смешение (под действием мешалки 12) с предварительно отдозированным разбавителем. Затем команда е управления дозатором 8 отключается. При этот кювета 11 оказывается заполненной анализируемой средой, разбавленной в пропорции,определяемой соотношением мерного объема кюветы и обьемом анализируемой среды, отбираемой дозатором 8, Соответствующий выбор соотношения этих объемов позволяет получить такой коэффициент разбавления, при котором обеспечивается выполнение закона Бугера — Ламберта—

Бера с требуемой точностью.

17445 1 1

14 те чего он размыкается мой среды в кювете на аналитической и

35 определяется только разностью оптических плотностей слоя разбавленной анализируе40

B пятом такте производится измерение оптических характеристик кюветы 11, заполненной разбавленной анализируемой средой и формирование выходного инфор- . мационного сигнала, 5

В случае, если за время предыдущих (третьего. и четвертого) тактов факторы, обуславливающие аддитивную составляю-. щую погрешности измерительного тракта (темновой ток фотоприемника, ток утечек и 10 напряжения сдвига нуля усилителя), существенно изменяется в начале такта, по команде Ь устройства 33 управления срабатывает переключатель 7, При этом

I световой поток перекрывается поглотите- 15 лем 6, Затем подается команда k на восстановитель 19 постоянной составляющей. В результате этого происходит компенсация аддитивной составляющей погрешности из- мерительного тракта, после чего команды k 20 и Ь управления восстановителем 19 постоянной составляющей и переключагелем 7 . поглотителя 6 отключаются, На первом входе инвертирующего суммирующего усилителя 23 устанавливается 25 сигнал U4

0о где Т,1 — коэффициент пропускания слоя разбавленной анализируемой среды в кю- 30 вете на сравнительной длине волны, а на

ВЫХОДЕ 05

U5 = KI9 Т 1 1с1+ к19

Фс с1 kñ

Uo

Фс Тс1 кс К Фа а1 k, r„4)

Uo o — Р9: . (""

Затем от устройства 33 управления вновь подаются команды I u m управления первой 24 и второй 25 схемами выборки— хранения, в результате чего в обеих схемах выборки — хранения запоминается сигнал (13).

Затем включается команда а управления переключателем 5 монохроматоров и в световой поток. устанавливается монохроматор 4 на аналитическую длину волны.

При этом на первом входе инвертирующего суммирующего усилителя 23 устанавливается сигнал U5 ,0о

ГдЕ Та1 — КОЭффИцИЕНт ПрОПуСКаНИя СЛОЯ разбавления анализируемой среды в кювете на аналитической длине волны, а на выходе От

О- К1 @ а1ка Т + К!

6= g U, .1+ g

Фс с1 kc + Kl Фа а1 а . 1- 9 u. 9 u. = 9 ч,а |а1 1<а ФЬ та1 Ь

Uо 1g О . Та 1

Фа 1 "с 1- ) к(Фа с1 "с

Uo o9 с1 9 Иоо

1 1

=K (ig Ig ) = k(Dg Dc); (16)

"а1 1с1

1 где D = lg — оптическая плотность слоя

Та1 разбавленной анализируемой среды в кювете на аналитической длине волны;

Ос = Ig — оптическая плотность слоя

Тс1 разбавленной анализируемой среды в кювете на сравнительной длине волны, Затем от устройства 33 управления вновь подаются команды управления первой 24 и второй 25 схемами выборки — хранения, в результате чего в обеих схемах выборки — хранения запоминается сигнал (16), поступающий на-индикатор 26, после чего отключается команда а управления переключателем 5 монохроматоров, возвращающим в световой.потокмонохроматора 3 на сравнительную длину волны, и команда с управления первым ключом 27, в результа,Таким образом, в пятом такте формируется выходной сигнал анализатора, пропорциональный разности оптических плотностей слоя разбавленной анализируесравнительной длинах волн, пропорционнал ьный согласно закону Бугера — Ламберта — Бера концентрации анализируемого компонента, Из анализа выражения (16) видно, что выходной сигнал предлагаемого фотометра мой среды в кювете на аналитической и сравнительной длинах волн и не зависит от оптических характеристик кюветы и разба-.

ВИтЕЛЯ (Tal Tc1), СПЕКтРаЛЬНОГО СОСтаеа ИЗлучения осветителя (Cа, Фс) и спектральной характеристики фотоприемника (ka, kc), что приводит к компенсации погрешностей, обусловленных влиянием изменения указанных факторов и повышению точности измерения.

В шестом такте производится опорожнение кюветы и ее промывка.

При этом по команде f,.ïîñòóïàþùåé от устройства ЗЗ управления, открывается клапан 13 и пройсходит опорожнение кюветы

11. Затем команда f управления клапаном

13 отключается, он закрывается и подается команда g, открывающая клапан 15 подачи разбавителя, заполняющего кювету 11. После заполнения кюветы 11 отключается ко1744511

5

30

40

50

55 манда g управления клапаном 15, он закрывается и включается команда f, управляющая клапаном 13, в результате чего происходит опорожнение кюветы 11. При необходимости операция промывки кюветы

11 может включать в себя несколько циклов заполнения — опорожнения кюветы.

По окончании промывки по командам f и g клапаны 13 и 15 закрываются.

На этом цикл измерения заканчивается.

Регулировка коэффициента передачи измерительного тракта в предлагаемом анализаторе в каждом цикле перед проведением измерений (при кювете, заполненной разбавителем) путем изменения напряжения питания осветителя позволяет при неизменном коэффициенте усиления электронной части обеспечить такие. уровни измерительных режимов. при которых обеспечивается максимальная точность работы схемы. При этом полностью исключается возможность перегрузки элементов измерительного тракта анализа ра при смене монохроматарав и компенсируется влияние на точность измерения начального (неселективного) поглощения излучения оптическими элементами анализатора и самым разбавителем. А коэффициент усиления электронной части измерительного тракта может быть выбран такай величины, при которой влияние помех и шумов на точность измерения несущественно, что снижает погрешности измерения. Предварительное измерение оптических характеристик кюветы, заполненной разбавителем, а затем измерение оптических характеристик кюветы, заполненной анализируемой средой, смешанной (в заданной пропорции) с той же порцией разбавителя с последующим сложением (с поочередно изменяющейся полярностью) прологарифмированных значений соответствующих измерительных сигналов обеспечивает расширение диапазона измерения в соответствии с коэффициентом разбавления и компенсацию погрешностей, обусловленных влиянием . селективно поглощающих излучение загрязнений оптических элементов, селективного поглощения излучения разбавителем, изменением спектрального состава излучения осветителя и спектральной характеристики фотоприемника.

Построение оптической части анализатора по однолучевой схеме (при которой потоки излучения, соответствующие различным измерительным сигналам, распространяются по одному и тому же оптическому тракту), а электронной части по одноканальной схеме (при которой различные электрические сигналы проходят через одни и те же элементы) упрощает конструкцию анализатора, уменьшает его габариты и массу и позволяет исключить погрешности, связанные с изменением стечением времени характеристик элементов оптического и электрического трактов вследствие их старения, зависимости характеристик от условий окружающей среды и т.д., что также способствует повышению точности.

Изобретение позволяет осуществлять селективное измерение концентрации одного из компонентов суспензии или раствора при минимальном влиянии на точность измерения других компонентов.

Так, для определения концентрации биомассы в дрожжевой суспензии микробиологического производства в качестве аналитической выбирается длина волны, соответствующая максимуму цитохромного поглощения дрожжевой клетки, а в качестве сравнительной — длина волны, при которой поглощение клеточного цитохрома невелико. Такой выбор позволяет на фоне поглощения и рассеяния излучения, обусловленного влиянием других компонентов суспензии (растворенных питательных солей, мехпримесей, взвешенных капелек жидких углеводородов и т.д,), а также самих клеток— прадуцентов, выделить поглощение, обусловленное цитохромами клетки, которое характеризует концентрацию живых клеток в суспензии.

Сравнительные испытания известного устройста показали, что диапазон измерения концентрации биомассы при линейной характеристике 0 — б0 г/л (при диапазоне в устройстве-прототипе 0 — 30 г/л), погрешность измерения 3,2% (при погрешности в устройстве-прототипе 4,8%). При этом отсутствует влияние конценттрации углеводородов и загрязнений стекол кюветы на точность измерения.

Формула изобретения

Автоматический двухволнавой фотометрический концентратомер, содержащий два монохроматора, механически связанные с переключателем монохроматоров, осветитель, по ходу излучения которого последовательно. установлены конденсор, .один из двух монохроматорав, поглотитель, снабженный механизмом перемещения, кювету и фотоприемник, подключенный к входу усилителя, устройство регулировки коэффициента передачи измерительного тракта, восстанавитель постоянной составляющей, вход которого flop,êëючен к выходу усилителя, два ключа, управляющие входы механизма перемещения поглотителя, ключей и переключателей монохроматоров соединены

1744511

Составитель А.Ястребов

Редактор M.Êoáûëÿíñêàÿ Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Заказ 2189 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 с соответствующими выходами- устройства управления, первую схему сравнения, первый вход которой соединен с источником опорного напряжения, а выход — с .входом устройства регулировки коэффициента пе- 5 редачи измерительного тракта,.a также индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, он дополнительно содержит логарифматор, суммирующий 10 усилитель, две схемы выборки — хранения, дозатор анализируемой среды, а кювета выполнена в виде мерной емкости, соединенной с дозатором анализируемой среды, и снабжена мешалкой, сливным клапаном и 15 клапаном для подачи раэбавителя, а устройство регулировки коэффициента передачи измерительного тракта состоит из управляемого источника питания осветителя, второ- . го ключа, запоминающего устройства и 20 второй схемы сравнения. вход управляемого источника питания осветителя соединен с выходом второго ключа, первый вход ко.торого соединен с вторым входом второй схемы сравнения и первым входом заломи- 25 нающего устройства и является входом устройства регулировки коэффициента передачи измерительного тракта, а второй вход соединен с выходом запоминающего устройства и с первым входом второй схемы сравнения. выход которой соединен с вторым управляющим входом запоминающего устройства, при этом выход усилителя соединен с вторым входом первой схемы сравнения, выход восстановителя постоянной составляющей соединен с входом логарифматора, выход которого соединен с первым входом суммирующего усилителя, выход счммирующего усилителя через последовательно соединенные первую и вторую схемы выборки — хранения соединен с индикатором и входом первого ключа, выход которого соединен с вторым входом суммирующего усилителя, а управляющие входы доэатора анализируемой среды, сливного клапана и клапана для подачи разбавителя, восстановителя постоянной составляющей, первый и второй схем выборки — хранения и первый управляющий вход запоминающего устройства соединены с соответствующими выходами устройства управления.