Фотометрический анализатор

 

Союз Советснид

Социапистическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ

<и>85773 1 (6 ) ) Дополнительное к ввт. свид-ву(22) Заявлено 10.1279 (21) 2849588/18-25 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 23088 1. Бюллетень М

Дата опубликования описания 230881 (51)М. Кл.

G 01 J 1/44

Государствеииый комитет

СССР

IIo делам изобретеиий и открытий (53) УДК 535.242 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.È. Шевчук, В.И. Быков и С.И. Руденко (71) Заявитель (54) ФОТОИЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин, а точнее к фотометрическим анализаторам состава веществ.

Известен двухлучевой фотометр, содержащий подвижный зеркальный светоделитель, фотоэлектрическую приемную систему и отсчетное устройство, связанное с приводом перемещения светоделителя.

В этом фотометре при измерении оптической плотности илн концентрации анализируемого вещества выходной сигнал в общем случае представляет собой нелинейную функцию, определяемую законом поглощения света

Р(х) = А/(1+10 "), где F(x) — выхоДной сигнал фотометра, в зависимости от линейного перемещения светоделителя х, A — суммарный размер пропускающей и отражающей зон (l).

Этот фотометр обладает тем недостатком, что для обеспечения линейности выходного сигнала в этом фотометре рекомендуется применение привоца со специальным кулачком, выполненным по заданному закону. Это связано с большой трудоемкостью из готовления этого кулачка, определение в каждом конкретном случае вида закона нелинейности и изготовления множества кулачков разной формы при решении разных задач.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотометрический анализатор, содержащий оптико-электронную схему, четырехплечий измерительный мост с реохордом, подвижный вывод которого связан с оптическим клином оптикоэлектронной схемы 121 °

Недостатком этого анализатора является нелинейная зависимость выходного сигнала от концентрации вещества.

Цель изобретения — обеспечение линейности выходного сигнала и повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в известный фотометрический анализатор, содержащий оптико-электронную схему, четырехплечий измерительный мост с реохордом, подвижный койтакт которого связан с оптичеоким клином оптико-электронной схемы, введены резисторы, одна пара из которых включена последовательно с реохордом, а к ее противоположным выводам подключена вторая пара резисторов, которые, в свою очередь, 857731 соединены с подвижным выводом реохорда.

На фиг. 1 изображена схема фотометрического анализатора, обеспечивающего линейную градуировочную характеристику выходного сигнала; на фиг. 2 — зависимости выходного сигнала измерительного моста от положения подвижного вывода реохорда при различных значениях резисторов (данные взяты из таблицы).

Фотометрический анализатор содержит оптико-электронную схему 1, четырехплечий измерительный мост 2, регистрирующий прибор 3. Оптикоэлектронная схема включает в себя излучатель 4, кювету 5 с анализиру- 15 емым образцом, зеркала 6, полупрозрачные зеркала 7, модулятор 8 светового потока, светофильтры, рабочий

9 и сравнительный 10, фотоприемник

ll, предварительный усилитель 12, 2О фазочунствительный детектор 13, усилитель 14 разбаланса (мощности), реверсивный электродвигатель 15, механически связанный с оптическим клином 16 и подвижным выводом (контактом) реохорда 17. Четырехплечий измерительный мост 2 состоит из резистора 18-21 и двух пар дополнительных резисторов 22, 23 и 24, 25.

Первая пара резисторов 22,23 включена последовательно реохорду, а вторая пара 24,25 параллельно части реохор.да и электрически связана с первой парой резисторов и подвижным выводом реохорда 17. Резистор 21 является подгоночным резистором, обеспечивающим требуемый выходной сигнал моста.

Фотометр работает следующим образом., При изменении концентрации анализируемой среды и кювете 5 на фо- 40 топриемнике 11 возникает разностный сигнал, который после усиления н 12 и преобразования в постоянный сигнал требуемой полярности в фазовом детекторе 13 подается на усилитель 14 мощности и реверсинный электродвигатель 15. Ренерсивный электродвигатель 15 перемещает оптический клин до тех пор, пока разностный сигнал на фотоприемнике не станет ранным нулю. Одновременно с перемещением оптического клина 16 перемещается подвижный контакт реохорда 17,,.а напряжение сигнала, снимаемого с этого контакта, подается на регистрирующий прибор 3.

В общем случае закон поглощения света анализируемым веществом имеет нелинейный характер (чаше всего экспоненциальный), а с учетом нелинейности коэффициента пропускания оп- ур тического клина 16 перемещение подвижного контакта реохорда и, следовательно, выходной сигнал может иметь нелинейность любого вида. Это зависит от толщины кюветы„ длин волн,65 выделяемых рабочим и сравнительным светофильтрами, диапазона изменения концентрации вещества и его спектральных характеристик.

Чтобы устранить полученную нелинейность ныходного сигнала надо, чтобы нелинейность вдоль шкалы измерительного моста 2 была по величине одинаковой с нелинейностью закона перемещения оптического клина и обратной ему по закону. Тогда будет наблюдаться полная компенсация погрешности нелинейности выходного сигнала вдоль шкалы, и выходная градуироночная характеристика и шкала прибора 3 будет линейной.

Требуемый и в принципе любой вид нелинейности обеспечивается включением в измерительный мост двух пар резисторов 22, 23 и 24, 25. Это обусловлено тем, что при перемещении подвижного контакта реохорда от одного конца ко второму меняется соотношение резисторов, включенных последовательно-параллельно различным частям реохорда, в связи с чем сопротивление плеча изменяется по нелинейному закону. Следовательно, и выходной сигнал измерительного моста будет иметь также нелинейный характер.

Были проведены испытания фотометрического анализатора с предложенной схемой измерительного моста. В качестве реохорда 16 использовался стандартный реохорд (круглый с сопротивлением R, 120 Ом), применяемый н серийных потенциометрах и мостах типа КСП и KCN. Величина резисторов 18 и 19 равнялась 100 Ом, а резистора 20-25 Ом. Для получения выходного сигнала до 10 мВ величина резистора 21 была равна 16-18 Ом.

Результаты экспериментов приведены в таблице, где показаны зависимости выходного сигнала измерительного моста Б; от перемещения подвижного вывода реохорда на угол 4 -при различных соотношениях резисторов

22-25. Данные таблицы иллюстрируются на фиг. 2.

Из фиг. 2 и" таблицы видно, что обеспечив соответствующие соотношения резисторов 22-25 можно добиться нелинейности любого знака, величины и формы, в том числе получить нелинейность знакопеременную и с несколь кими точками перегиба. Для обычного моста, когда резисторы 22 и 23 равны нулю, а 24, 25 — бесконечности, выходное напряжение имеет линейный характер (кривая 1), т.е. н измерительный мост резисторы 22 и 23 устанавливаются равными нулю, а 24,25 бесконечности ° Затем определяется вид градуировочной характеристики и ее нелинейность. После этого в измерительный мост устанавливаютСя резисторы 22-25 такой величины, при

857731

Ut

0 1,6

7,4 10,0

3,3 5,2

О 30 30

0 30 100

О 100 30

6 О

7 0 а о

Формула изобретения которых обеспечиваются нелинейность, равная по величине полученной, но обратного знака. В результате, выходная градуировочная характеристика фотометра имеет линейный характер.

Результаты испытаний подтвердили, что при нелинейности закона погло1

1 0 О

2 100 0 1000

3 100 0 100 амр

4 О 100 ос 1000

5 0 100 о 100

Фотометрический анализатор, содержащий оптико-электронную схему, четырехплечий измерительный мост с реохордом, подвижный вывод которого связан с оптическим клином оптикоэлектронной схемы, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения линейности выходного сигнала и повышения точности измерений, в него введены резисторы, одна пара из которых включена последовательно с реохордом, а к ее противоположным щения до 16% предложенное устройство позволяло получить линейную градуировочную характеристику анализатора с погрешностью, не превышающую

0,5-1Ъ, т,е. нелинейность уменьшилась в 15-20 раэ, а погрешность анализатора снизилась в 1,5-2 раза.

0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0

0 2,4 4,6 6,5 8,3 10 0

0 3,5 5,(, 7,6 8,9 10,0

0 0,85 1,9 3,4 5,8 10,0

0 2ю45 Зю4 4с3 5к65 10ю0

0 1,55 2,4 3,4 5,05 10,0

0 3,65 5,2 6,2 7,5 10,0 выводам подключена вторая пара резисторов, которые, в свою очередь, соединены с подвижным выводом реохорда.

35 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 408159, кл. G 01 J 1/04, 1973.

2. Зайка Г.A. и др. Промышленный

4р инфракрасный анализатор жидкости Анализ — 1 . -"Приборы и системы управления, 1975, 9 11, с. 40-41 .(прототип).

857731

Составитель A. Муров

Техред С. Мигунова Корректор .

Редактор Н. Пушненкова

Тирам 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаи изобретений и открытий

113035, Москва(.Ж-35 Рау аская наб., д. 4/5

Заказ 7225/бб

Филиал ППП Патент, г. Умгород, ул. Проектная, 4