Компенсатор остаточного тока для универсального полярографа

Компенсатор остаточного тока для универсального полярографа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

КОМПЕНСАТОР ОСТАТОЧНОГО ТОКА ДЛЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО ПОЛЯРОГРАФА, содержащий пульт управления и связанные с ним контакты, запоминающее устройство , первый и второй дифференциальные усилители, выходы которых подсоединены через свои нормально замкн /тые контакты соответственно к входа первого и второго интеграторов, выход первогооинтегратора соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя, а выход второго интегратора соединен с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя , отличающийся тем, что, с целью повышения точности компенсации в широком диапазоне скоростей развертки он дополнен активным фильтром, инерционным звеном, двумя усилителями постоянного тока, двумя, делителями и сумматором, причем вход активного фильтра является входом компенсатора, а его выход соединен через инерционное звено с первым входом сумматора и непосредственно с инвертируняцим входом первого дифференциального усилителя, выход которого через первый усилитель постоянно§ го тока подключен к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя, выход которого через второй усилитель постоянного тока и нормально замкнутые контакты подключен к запоминающему устройству, выход которого через делитель и нормально разомкнутый контакт соединен с входом второго интегратора, выход ;о которого через второй делитель и :о нормально разомкнутый контакт соединен с входом первого интегратора и с эо ю вторым входом сумматора.

ае ав

83 А

ГОСУД Ствинный комитат аее

ДВ АКМЭ% ФВ Il

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автавснамм v (21) 3548206/18-21 (22) 24. 12.82 (46) 23.05.84. Бюл. - 19 (72) А.И.Зиновьев, Ю.А.Иванов, Г.И.Гинзбург и Л.Н.Гурок (71) Томский ордена Октябрьской

Резолюции и ордена Трудового Красного

Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова (53) 621. 316. 761. 2 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 569935, кл. С 01 N 27/48, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3409023/25, кл. С 01 и 27/48, 1982 (прототип). (54)(57) КОМПЕНСАТОР ОСТАТОЧНОГО ТОКА

ДЛЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО ПОЛЯРОГРАФА, содержащий пульт управления и связанные с ним контакты, запоминающее устройство, первый и второй дифференциальные усилители, выходы которых подсоединены через свои нормально замкнутые контакты соответственно к входам, первого и второго интеграторов, выход первогооинтегратора соединен с sessвертирующим входом первого дифференциального усилителя, а выход второго интегратора соединен с неинвертируинцим

1 а@у G 01 к 17/06, G 01 N 27/48 входом второго дифференциального усилителя, отличающийся тем, что, с целью повьпиения точности компенсации в широком диапазоне скоростей развертки, он дополнен активным фильтром, инерционным звеном, двумя усилителями постоянного тока, двумя, делителями и сумматором, причем вход активного фильтра является входом компенсатора, а его выход соединен через инерционное звено с первым входом сумматора и непосредственно с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя, выход которого через первый усилитель постоянноа го тока подключен к инвертирующему @ входу второго дифференциального усилителя, выход которого через второй усилитель постоянного тока и нормально замкнутые контакты подключен к запоминающему устройству, е выход которого через делитель и-нормально разомкнутый контакт соединен с входом второго интегратора, выход которого через второй делитель и ! нормально разомкнутый контакт соединен с входом первого интегратора и с

1 вторым входом сумматора. !

1093983

Изобретение относится к полярографическому анализу и может быть использовано в универсальных полярографах для определения малых концентраций примесей в веществах высокой чистоты.

Известей полярограф с нелинейным компенсазором остаточного тока, содержащий сумматоры, интеграторы, запоминающие устройства, дифференцирующие усилители,.ключи и пульт управления.

Компенсирующий сигнал в таком компенсаторе представляет собой сумму трех членов ряда Тейлора.. Компенсатор позволяет компенсировать временной и температурный дрейф остаточного тока, его наклон и частично кривиз-, ну Г 3).

Недостатком устройства является низкая точность компенсации, так как производные для компенсирующего сигнала (особенно вторая) получаются с достаточно большими искажениями.

Это обусловливается тем, что дифференцирующие усилители являются усилителями высокочастотных шумов и помех. Кроме того, схема компенсатора сложна и трудна в настройке.

Наиболее близким к изобретению .по технической сущности является компенсатор остаточного тока, содержащий пульт управления и связанные с ним контакты, запоминающее устройство и два звена, каждое из которых представляет собой последователь- З5 но соединенные через нормально замкнутые контакты усилитель и интегратор, охваченные общей отрицательной обратной связью с выхода интегратора на неинвертирующий вход усилителя.

Выход интегратора и неинвертирующий вход усилителя первого звена являются выходом и входом компенсатора соответственно. Выход первого усилителя соединен с инвертирующим входом

45 второго усилителя, выход которого через нормально замкнутые контакты соединен с входом запоминающего устройства. Выход запоминающего устройства и второго интегратора через 50 нормально разомкнутые контакты подключены к входам второго и первого интеграторов Г23.

Недостатком известного устройства является низкая стабильность и точ55 ность компенсации, зависящая от скорости развертки. Это вызвано следующими причинами.. С преобразователя тока в постоянное напряжение вместе с сигналом, пропорциональным остаточному току, поступают более высокочастотные шумы и наводки, .мешающие получению производных и ухудшающие точ- . ность комйенсации. При низких и средних:скоростях развертки время sanoминания величины остаточного тока н его производных является значительньм-, поэтому емкостные запоминающие устройства и интеграторы в режиме запоминания из-за неидеальности входных характеристик микросхем не могут обеспечить продолжительное хранение информации без искажения, причем, чем меньше запомненная величина, тем большую в процентном отношении погрешность внесет запоминающее устройство из-за интегрирования входного тока собственной микросхемы. Таким образом, при разных скоростях развертки (раэное время запоминания) погрешность, вносимая запоминающим устройством и интеграторами, будет различна, а следовательно, при разных скоростях развертки компенсатор будет иметь разную степень компенсации. Звено, представляющее собой последовательно соединенные усилитель и интегратор, охваченные отрицательной обратной связью, является инерционным, à его постоянная времени определяется постоянной времени интегратора и коэффициентом усилителя и не может быть сделана как угодно малой, так как величины производных будут соизмеримы с величиной шумов микросхемы усилителя.

Чем больше скорость изменения остаточного тока, тем больше сказывается инерционность звеньев, больше запаздывание компенсируипцего напряжения относительно напряжения, пропорционального остаточному току, запаздывание взятия производных, а следовательно, хуже компенсация.

Цель изобретения - повышение точности компенсации в широком диапазоне;"скоростей развертки.

Поставленная цель достигается тем, что компенсатор остаточного тока для универсального полярографа, содержащий пульт управления и связанные с ним контакты, запоминающее устройство, первый и второй дифференциальные усилители,,выходы. которых 1 подсоединены через свои нормально замкнутые контакты соответственно к

3 109 входам первого и второго интеграторов, выход первого интегратора сое динен с неинвертирующим входом.первого дифференциального усилителя,а выход, второго интегратора соединен с неинвертнрукнщим входом второго дифференциального усилителя дополняется активным фильтром, инерционным звеном, двумя усилителями постоянного тока, двумя делителями и сум- 10 матором, причем вход активного фильтра является входом компенсатора, а его выход соединен через инерционное звено с первым входом сумматора и непосредственно с инвертирующим 15 входом первого дифференциального усилителя, выход которого через первый усилитель постоянного тока подключен к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя, 2О выход которого через второй усилитель постоянного тока и нормально замкнутые контакты подключен к запоминающему устройству, выход которого через делитель и нормально разомкну- 25 тый контакт соединен с входом второго интегратора, выход которого через второй делитель и нормально разомкнутый контакт соединен с входом первого интегратора и с вторым входом сумма- ЗО тора.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Схема содержит пульт 1 управления, дифференциальные усилители 2 и 3, 35 интеграторы 4 и 5, запоминающее устройство 6, активный фильтр 7, инерционное звено 8, сумматор 9, усилители 10 и 11 постоянного тока, делители 12 и 13 и контакты 14-16.

Выходы дифференциальных усилителей 2 и 3 подсоединены через свои

С нормально замкнутые контакты 14 и 15 соответственно к входам иитеграторов

4 и 5, выход первого интегратора 4 45 соединен с неинвертирующим входом. первого дифференциального усилителя .

2, а выход второго интегратора 5 соединен с неинвертирующим входом второго дифференциального усилите- 50 ля 3. Вход активного фильтра 7 является входом компенсатора, à его выход соединен через инерционное звено с входом сумматора 9 и с инвертирующим входом первого дифферен- 55 циального усилителя 2, выход которого через первый усилитель 10 постоянного тока подключен к инвер3983 4 >HÐ åõó входу второго дифференциального усилителя 3,. выход которого через второй усилитель 11 постоянного тока и нормально замкнутые контакты 16 подключен к запоминающему устройству

6, выход которого через делитель 13 и нормально разомкнутый контакт 15 соединен с входом второго интегратора 5., выход которого через второй делитель 12 и нормально разомкнутый контакт 14 соединен с входом интегратора 4 и с вторым входом сумматора 9.

Компенсатор остаточного тока работает следующим образом.

В режиме "Настройка" (до переключения контактов 14-16) с выхода демпфирующего усилителя универсального полярографа подается на активный фильтр 7 напряжение, пропорци- ональное йескомпенсированной части постоянного, переменного или импульсного токов ячейки.. Частота среза активного фильтра 7 выбирается равной верхней гармонической составляющей пика определяемого элемента.

Все более высокочастотные шумы и наводки ослабляются, что способствует более точному взятию производных. С выхода активного фильтра 7 напряжение подается одновременно через инерционное звено 8 и через первый повторитель, образованный дифференциальным усилителем 2 и интегратором 4, охваченными отрицательной обратной связью, на сумматор 9. Коэффициент передачи повторителя равен (+1), а инерционного звена (-1). Поэтому, если постоянные времени повторителя и инерционного звена 8 равны, на выходе сумматора 9 напряжение равно нулю при любом изменении входного напряжения компенсатора. При отсутствии инерционного звена за счет запаздывания напряжения на выходе повторителя выходное напряжение на выходе сумматора 9 становится отличным от нуля при изменяющемся напряжении на входе компенсатора, что затрудняет автоматическое измерение высоты пика. Кроме этого, использование инерционного звена 8 позволяет исключить запаздывание взятия первой производной и значительно уменьшить запаздывание взятия второй.

Повторители, образованные дифференциальным усилителем 2, интегра тором 4,. дифференциальным усилителем 3

1093983 и интегратором 5,-охваченными 100Х-ной отрицательной обратной связью, являются схемами неявного дифференцирования. Поэтому на выходе дн44еренциального усилителя 2 появится напряжение, равное первой производной от входного сигнала. Это напряжение усиливается.усилителем 10, причем амплитудно-частотная характеристика усилителя 10 (а также усипителя 11) го делается такой, чтобы усиливались только низкочастотные составляющие, а высокочастотные помехи подавлялнсь.

Напряжение с выхода усилителя 1О поступает на второй повторитель, образованный дифференциальным усилителем 3 и интегратором 5, поэтому на выходе интегратора 5 появится напряжение, равное первой производной от входного сигнала, умноженной на коэффициент усиления усилителя 10.

Одновременно с этим на выходе дифференциального.усилителя 3 появится напряжение, равное второй производной от входного напряжения, умноженной на коэффиииент усиления усилителя 10.

Это напряжение усиливается усилителем 11 н поступает на запоминающее

1 устройство 6. При переходе в режим

"Измерение" в момент времени йо переключаются контакты 14-16. При этом интегратор 4 запоминает величану остаточного напряжения 04,интегратор 5 - величину первой производной, умноженной на коэффициент усиления 35 усилителя 10 (U ), а запоминающее устройство 6 — величину второй производной, умноженной на произведение коэффициентов усиления усилителей

1О и 11 (Ug). А компенсирующее нап- 40 ряжение формируегся в виде:

В 0 (а)

U (t) U (t )+ — +

4 4 О

К1 R1 С1

6 6 О

К.К R С..К С где t - текущее время, 50

К вЂ” коэффициенты деления дели2 телей 12 и 13

Р1 С„- постоянная времени интегратора 4

Р2С2- постоянная времени интегра- у тора 5.

Коэффициенты деления делителей 12 и 13 выбираются равными коэ4фициентам усиления соответственно усилителей

10 и 1!. Поэтому выражение (1) можно переписать в виде:

U4 (СЕ)

П (t)-U (t )+- -- — (t-t ).+ 4 о4 о

1! о

4 о — — — — (t-t ) (2)

2 о т.е. компенсирующий сигнал как и в известном устройстве равен сумме членов ряда Тейлора. Однако из выражения (1) видно, что интегратор 5 и запоминающее устройство 6 будут из-за своей неидеальности вносить при хранении запоминающего напряжения первой и второй производной погрешность,.меньаую соответственно в К. и К К раэ чеи в известном устройстве.

Бапряжение на выходе сущчатора 9 равно Uy И)

Ф а

9 8 4. 6

П (t) U (t)-U (t )+ — - — — (t-,)+

0" (с ) ъ2 — — — - (t-t ) 2l (3) Применение активного фильтра 7 и усилителей 10 и 11 позволяет значительно уменьюить уровень помех, что дает возможность производить более точные измерения.

Такии образом, предлагаемое устройство по .сравнению с известными где 0 (t) - напряжение на выходе

8 инерционного звена 8.

Учитывая что 0б(С ) t !О (й )) можно сделать вывод, что все йики ,определяемых элементов при любом методе полярографии будут начинаться с нулевой линии. Это позволяет автоматизировать измерение высоты пика (,концентрации определяемого элемента) без дополнительных устройств. возможность более длительного хранения напряжения запоминающими устройствами при заданной допустимой погрешности позволяет работать предлагаемому коипенсатору остаточного тока при более низких скоростях развертки, чем прототип.

Применение инерционного звена дает возможность при той же точности компенсации работать при более высоких скоростях.

1093983 .8 фовой составляющих остаточного тока, Кроме того, устройство не требует подстройки, так как является самонастраивающимся и допускает автоматизацию полярографа, в котором он применен. позволяет повысить точность компенсации остаточного тока в 30-100 раз и, вследствие этого увеличить чувствительность и точность измерений за счет компенсации нелинейной и дрей-. 5

ВНИИПИ Заказ 3417/36 Тираж 711 Поддисмое

Филиал ППП "Патеат", г.Уигород, ул.Проектная, 4