Полярограф переменного тока

 

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 03. 12. 79 (21) 2846355/18-25 с присоединением заявки М (23)llрнорнтет (5I )M. Кл.

G 01 N 27/48

9кударстевкны6 квинтет

СССР ао аелвн кзебретенкВ и открытей

Опубликовано 23.11 ° 81 ° Бюллетень М 43 (53) УДК 545. .253(088.8) Дата опубликования описания 25. 11.81 (72,) Авторы изобретення

Б.С. Брук, Б.Д. Грачев, В.Д. Емельянов, Е.M. и Б.М. Стернберг (7l) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский и констр институт "Цветметавтоматика" (54) ПОЛЯРОГРАФ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к средствам аналитического контроля и электрохимических исследований и может быть использовано во многих отраслях цветной металлургии, геологии, медицине, химической промышленности и т.д. для проведения массового экспресс-анализа растворов.

Известно устройство для получения переменно-токовых полярограмм, содержащее генератор постоянного поляризующего напряжения, датчик, генератор развертки, генератор импульсов,. потенциостат, измерительное устройство и регистратор (1) .

Однако указанное устроиство не об1S ладает достаточной чувствительностью и быстродействием вследствие инерционного временного разделения реактивной и активной составляющих тока

20 полярогрвфической ячейки, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является полярограф переменного тока, содержа2 щий генератор постоянного поляризующего напряжения, генератор низкой частоты и генератор развертки, соединенные со входом стабилизатора напряжения, к выходу которого подклю" чена трехэлектродная полярографическая ячейка, вспомогательный электрод которой соединен с устройством син" хронизации отрыва ртутной капли, рабочий электрод с токоснимающим резистором, последовательно соединенные усилитель переменного тока, фазовый детектор и регистратор, фазовращатель, подключенный к фазовому детектору 1 2).

Однако известное устройство не обладает достаточным для проведения массового анализа быстродействием, так как измерительная часть устройства имеет большую инерционность.

Цель изобретения — повышение чувст" вительности и быстродействия полярографа переменного тока.

883733

Поставленная цель достигается тем, что полярограф переменного тока, содержащий генератор постоянного поляризующего напряжения, генератор низкой частоты и генератор развертки, соединенные со входом стабилизатора напряжения, к выходу которого подключена трехэлектродная пслярографическая ячейка, вспомогательный электрод которой соединен с устройством синхронизации отрыва ртутной капли, рабочий электрод с токоснимающим резистором, последовательно соединенные усилитель переменного тока, фазовый детектор и регистратор, фазовращатель; подключенный к фазовому детектору, дополнительно снабжен устройством управления фазовым детектором, двумя одновибраторами, интегратором, схемой совпадения, запоминающим устройством и двумя ключами, при этом вход устройства управления фазовым детектором подключен к

О выходу фазовращателя, а выход — к управляющему входу фазового детектора и ко входу первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом схемы совпадения и входом второго одновибратора, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, подключенного параллельно интегратору, вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход — со входом второго ключа, управляющий вход которого соединен с выходом Схемы совпадения, а выход— через запоминающее. устройство с регистратором, второй вход схемы совпадения соединен с выходом устройства синхронизации отрыва капли и с управляющим входом генератора развертки.

Такой полярограф дает возможность регистрировать полярограмму переменного тока за 2-3 с, т.е. при использовании ртутно-капельного электрода, . за время жизни одной капли;

На фиг. 1 представлена функциональная схема полярографа переменного тока; на фиг. 2 — эпюры, поясняющие работу синхронизатора; на фиг.3эпюры, поясняющие работу измерительной части полярографа.

Выход источника 1 постоянного поляризующего напряжения соединен с одним из входов стабилизатора 2 напряжения. К входам стабилизатора 2 подключены также выходы генератора 3

Зо

55 напряжения развертки, генератора 4 низкой частоты.

Выход стабилизатора 2 напряжения соединен со вспомогательным .электродом 5 электрохимической ячейки 6.

Вспомогательный электрод 5 подключен также к входу синхронизатора 7 времени измерения с отрывом капли.

Электрод 8 сравнения соединен со входом стабилизатора 2 напряжения. Рабочий электрод 9 ячейки 6 соединен с токоснимающим резистором 10 и со входом усилителя 11 переменного тока.

Второй вывод токоснимающего резистора 10 соединен с общей точкой схемы.

Выход усилителя 11 переменного тока соединен с сигнальным входом фазового детектора 12, управляемый вход которого подключен к устройству управления фазовым детектором и ко входу первого одновибратора 14, вход устройства 13 управления фазовым детектором подключен к выходу фазового вращателя l5, соединенного с выходом генератора ч низкой частоты. Выход фазового детектора 12 соединен со входом аналогового интегратора 16, параллельно конденсатору которого подключен первый ключ 17. Управляемый вход ключа 17 соединен с выхсдом второго одновибратора 18. Вход одновибратора 18 подключен одновременно к выходу первого одновибратора 14 и к одному из входов схемы 19 совпадения. Второй вход схемы 19 совпадения соединен с выходом синхронизатора 7 и управляемым входом генератора 3 напряжения развертки. Выход аналогового интегратора 16 подключен к сигнальному входу второго последовательного ключа 20, управляемый вход которого соединен с выходом схемы 19 совпадения, Выход ключа 20 соединен со входом запоминающего устройства 2l, выход которого соединен со входом регистратора 22.

Полярограф работает следующим образом.

Трехэлектродная ртутно-капельная электрохимическа ячейка 6 заполняет- ся анализируемым раствором. На входы стабилизатора 2 напряжения от источника 1 постоянного поляризующего напряжения 1 поступает начальное поляризующее напряжение, от генератора 4 низкой частоты подается синусоидальное напряжение, с генератора 3 напряжений развертки по команде синхронизатора 7 поступает линейно изме883733 няющееся напряжение. Сумма этих напряжений с выхода стабилизатора напряжения подается на вспомогательный электрод 5 ячейки 6.

Стабилизатор 2 напряжения обеспечивает стабильное напряжение между электродом 8 сравнения и рабочим электродом 9 ячейки 6 вне зависимости от величины протекающего через ячейку тока.

Вспомогательный электрод подключен также к входу синхронизатора 7.

Синхронизатор обеспечивает синхронизацию 23 времени измерения с определенным временем жизни капли, когда ее поверхность мало изменяется. За время действия команды 24 сфорироваванной синхронизатором, генератор развертки вырабатывает линейно изменяющееся напряжение 25. Скорость нарастания этого напряжения выбирается таким образом, что за время измерения полностью регистрируется полявограмма 26 одного или нескольких анализируемых элементов. Команда 24 с синхронизатора управляет также схемой

19 совпадения, что дает возможность за время измерения проводить запись информации с аналогового интегратора

16 в запоминающее устройство 21. через ключ 20, т.е. в конечном итоге ре-. гистрировать полярограмму 26. Кроме того, управление измерительной частью схемы производится от опорного сигнала 27,.поступающего с выхода фазовращателя 15 на вход устройства )3 управления фазовым детектором, которое вырабатывает стабильные по длительности команды управления фазовым детектором 12. Моменты начала команд управления фазовым детектором определяются соотношением фазы измеряемого сигнала 29 или 30 с фазой опорного сигнала 27. По окончании команды. 28 первым одновибратором 14 формируется команда 3.1 записи информации в запоминака(ее устройство 21.

Эта команда 31 через схему 19 совпадения управляет ключом 20. Команда

31 проходит на управляемый вход последовательного ключа 20 только на время действия команды 24 от синхронизатора 7. В остальное время схема

19 совпадения не пропускает команду

31 и ключ 20 остается разомкнутым.

По окончании команды 31 записи второй одновибратор 18 формирует команду 32 установки интегратора 16 в исходное состояние. Этой командой управляется б первый ключ 17 через который осуществляется разряд конденсатора аналогового интегратора 16.

Длительность команд 28 управления . фазовым детектором 12, записи 31 и установки интегратора в исходное состояние 32 в сумме должна быть меньше или равна периоду синусоидального сигнала 27.

30 Переменный ток, протекающий через токоснимающий резистор 10 — величина комплексная. Полезная информация о концентрации анализируемого элемента в растворе содержится в активной сон ставляющей тока ячейки 6, тогда как реактивная составляющая является помехой. В измерительной части схемы осуществляется компенсация реактивной составляющей тока ячейки.

10 В случае отсутствия деполяризатора в растворе через ячейку протекает только реактивный ток. Переменное напряжение, действующее на токоснимающем резисторе 10, поступает на

2s вход усилителя 11 переменного тока.

С выхода усилителя 11 измеряемый сигнал 29 поступает на вход фазового детектора 12, управляемого командами

28 устройства 13 управления фазовым

З0 детектором. При этом фазовращателем

15 устанавливается такое время действия команды 28, чтобы на выходе фазового детектора 12 была вырезана строго симметричная относительно нуля часть полупериода сигнала 33.

Одновременно сигнал 33 интегрируется на интеграторе 16. Результат интегрирования за время действия команды 28, который в данном случае равен нулю, запоминается на интегра40 торе и по команде 31 переписывается в запоминающее устройство 21, а затем поступает на регистратор 22. Из эпюры 34 видно, что на выходе схемы регистрируется нулевое значение, 4% т.е. произошла компенсация сигнала от реактивного тока ячейки.

В случае наличия деполяризатора в анализируемом растворе через ячейку протекает ток, имеющий как активную, так и реактивную составляющие.

На входе усилителя ll переменного тока действует сигнал 30, сдвинутый по фазе относительно реактивного сигнала 29. При этом фазовый детектор вырезает несимметричную часть синусоиды 29, которая интегрируется интегратором 16. Результат интегрирования 35 запоминается на интеграто883733 ре 16 на время записи в запоминающее устройство 2! по команде 31. Затем интегратор по команде 32 устанавливается в исходное состояние.

Записанное в запоминающее устройство значение тока 36 пропорциональное активной составляющей тока ячейки, поступает на вход Ьегистратора 22. В следующем периоде синусоидального напряжения процесс измерения повторяется.

Быстродействующий, чувствительный полярограф может быть использован как в исследовательских целях, так и при массовом экспресс-аналиЭе технологических продуктов предприятий химической промышленности, цветной и черной металлургии. формула изобретения

Полярограф переменного тока, содержащий генератор постоянного поляризующего напряжения, генератор низкой частоты и генератор развертки, соединенные со входом стабилизатора напряжения, к выходу которого подключена трехэлектродная полярографическая ячейка, вспомогательный электрод которой соединен с устройством синхронизации отрыва ртутной капли, рабочий электрод с токоснимающим резистором, последовательно соединенные усилитель переменного тока, фазовый детектор и регистратор, фазовращатель, подключенный к фазовому детектору,о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности и быстродействия, он дополнительно снабжен устройством управления фазовым детектором, двумя одновибраторами, интегратором, схемой совпадения, запоминающим устройством и двумя ключами, при этом вход

iO устройства управления фазовым детектором подключен к выходу фазовращателя, а выход — к управ.пяющему входу фазового детектора и ко входу первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом схемы совпадения и входом второго одновибратора, выход которого подключен к управлящему входу первого ключа, подключенного параллельно интегратору вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход — со входом второго ключа, управляющий вход которого соединен с выходом схемы совпадения, а выход — через запоминающее устройство с регистратором, второй вход схе. мы совпадения соединен с выходом устройства синхронизации отрыва капли и с управляющим входом генератора развертки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Брук Б.С. Полярографические методы. М., "Энергия", 1972, с. 127.

2. Авторское свидетельство СССР

N 457024, кл. G 01 и 27/48, 1974.