Автоматический фотоэлектрический анализатор

Автоматический фотоэлектрический анализатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, может быть использовано для автоматизации фотоэлектрического контроля концентрации компонентовтехнологических растворов. Цель изобретения состоит в упрощении конструкции и повышении надежности работы за счет выполнения устройства оптической компенсации в виде расположения в оптических каналах измерения и сравнения анализатора подвижных систем гальванометров оптического клина, неподвижно расположенного непосредственно перед фотоэлементом оптического канала сравнения. Автоматический фотоэлектрический анализатор, имеющий каналы измерения и сравнения, содержит подвижные системы гальванометров с оптическим отсчетом, расположенные в оптических каналах измерения и сравнения за соответствующими кюветами 6 и 7, рамки 10 и 11 которых с расположенными на них зеркалами 12 и 13 соединены последовательно друг с другом и выходом усилителя , фотоприемники 14 и 15, соединенные по дифференциальной схеме на входе усилителя , и неподвижно расположенный клин 17. Положение луча света на оптическом клине зависит от напряжения разбаланса фотоприемников , величина которого пропорциональна оптической плотности раствора в измерительной кювете. 2 ил. ;/ О сл С 4 СО СО О 4 00 17 f5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s>)s 6 01 и 21/27

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3980275/25 (22) 22,11,85 (46) 15.05.92. Бюл, № 18 (71) Северо-Кавказский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "Цветметавтоматика" (72) Е, Я. Жуков, Ю. С, Динцис, Е. А. Мостипака и Э. А, Леков (53) 535.242(088.8) (56) Кашарский Б, Д, Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы, Справочное пособие. Л.: Машиностроение, 1976 г„с. 169, Цветная металлургия, Изв. вузов, 1969, ¹ 6, с. 148 — 151. (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к аналитическому приборостроению, может быть использовано для автоматизации фотоэлектрического контроля концентрации компонентов технологических растворов. Цел ь изобретения состоит в упрощении конструкции и повышении надежности работы за счет выполнения ус ройства оптической компенсации в виде расположения в оптических каналах измерения и сравнения анализатора подвижных систем гальванометров оптического клина, неподвижно расположенного непосредственно перед фотоэлементом оптического канала сравнения. Автоматический фотоэлектрический анализатор, имеющий каналы измерения и сравнения, содержит подвижные системы гальванометров с оптическим отсчетом, расположенные в оптических каналах измерения и сравнения эа соответствующими кюветами 6 и 7, рамки 10 и 11 которых с расположенными на них зеркалами 12 и 13 соединены последовательно друг с другом и выходом усилителя, фотоприемники 14 и 15, соединенные по дифференциальной схеме на входе усилителя, и неподвижно расположенный клин 17.

Положение луча света на оптическом клине зависит от напряжения разбаланса фотоприемников, величина которого пропорциональна оптической плотности раствора в измерительной кювете, 2 ил.

1733978

Изобретекис ат оси,ся кана;;;;, . гескому приборосгр-v.;- и а ....::,-кет бь:ть использсвано для ав л;а;:;зации контроля как,. ентрац и ксл|г:акентов техналогиче « ;;х,:астваров и жидкой фазы пульп пред риятий цветной металлургии.

Цель изобретения -- упрощение конст рукции и повышение надежности рабаты.

На фиг. 1 представлена оптическая cõå.:a, на фиг. 2 — электрическая функционал;— .:.. я схема, Автоматический фотоэлектрический акaëèçàòoð содержит источник 1 света, светофильтры 2 и 3, формирователи измерительного 4 и сравнительного 5 оптических каналов, измерительчую кювету 6 и кювету

7 сравнения, зеркала 8 и 9, установленные . епадвижко, рамки 10 и 11 с зеркалами 12 и 13 подвижных систем гальванометров с оптическим отсчетал, фотоприемники 14 и

15, клин 16 измерительного оптического канала, клин 17 оптического канала сравнения, предназначенный для автоматической оптической компенсации, усилитель 18. измерительный прибор 19 и источник 20 питан1 я.

Фотоприемники 14 и 15 {фиг, 2) Bl .лючеь,с дифференциальной схеме ка вход усилигеля 18, а рамки 10 и 11 подвижных систем гальванометров с оптическим отсчетом включены последовательно на один из вы,.с,:ав усилителя 18.

В качестве фотоприемников выбраны селенавые фотоэлементы типа ФЗС с размером фоточувствительной поверхности

55х22 мм. Кроме указанных фотоэлементов могут быть применены и другие, например фотоэлемент Ф-10 с диаметром фотакатада

60 мм. В качестве усилителя испальзсвак преобразователь промышленный П 205; Б анализаторе использованы подвижные с:..:— темы приборов типа М 1730 С, имеюгцие рабочий угол поворота зеркала 22 град.

Фотоприемник 14 и фотоприемник 15 поставлены каждый в своем оптическом канале во фронтальной плоскости, образуюшей острый угол с плоскостью установки зеркала рамки подвижной системы и перпендикулярно к плоскости, проходящей чер23 ось рамки, являющейся биссектрисой у l=.i ее поворота. Условия установки фотоприел1ников относительно подвижных систем гальванаметров определены из того абае "оятельства, что при изменении угла падения луча света на фотоприемкик, а это кл;еег место при работе автоматического фа; сэлектрического анализатора, меняется е о чувствительность к свету, т, е. его фото1 ". Рг1 . мглькая установка фотоприемника

35 др

55 относительно зеркала рамки гальванометра будет в том случае, когда на середину рабочей поверхности фотоприемника приходится луч света, падающий на нее под углом 90 град и направленный зеркалом рамки при повороте ее на 1/2 рабочего угла поворота.

Только при такой установке фотоприемника изменение чувствительности по его рабочей повеохности будет минимальным.

Острый угол, образованный фронтальной плоскостью фотоприемника и плоскостью установки зеркала рамки подвижной системы, позволяет получить минимальный угол падения и отражения луча света на зеркале рамки при ее полном повороте. Зто условие позволяет уменьшить вазмо>ккые искажения формы луча света, которые также влияют на изменение чувствительности фотоприемника.

При рабочем угле поворота рамки подви>кной системы прибора M 1730 С, равным 22 град и соответственно такой же величине угла половины поворота луча свега зеркалом рамки, оптимальный угол установки фотоприемника относительно ггласкасти зеркала рамка подви>кной системьi:- ахадится в пределах 30 — 35 град, при

",гам максимальное изменение фототока фотоприемника, связанное с изменением угла падения луча света, составляет 38,7%.

В автоматическом фотоэлектрическом акализаторе предусмотрена автоматическая корректировка изменений фототока приемника излучения, связакчага с изменением угла падения луча света. Зта достигается тем, что в каждом из двух оптических каналов автоматического фотоэлектрического анализатора установлены идентично фа, априемник и подвижная систел а гальванамегра с оптическим отсчетом. при этом фотоприемники включены на вход усилитеi:ÿ ilo дифференциальной схеме. а рамки г адвижных систем гальванаметров с оптическим отсчетом включены электричес ки последовательно на один из выходов усилителя. При изменении величины разностнога сигнала фотоприемников 14 и 15 изменяется выходной сигнал усилителя 18 и рамки 10 и 11 с зеркалами 12 и 13 изменяет свое положение, поворачиваясь вокруг своей оси, чта синхронно изменит положение лучей света в обоих оптических каналах в плоскости установки фотоприемников 14 и 15, Поскольку установки фотоприемников

14 и 15 относительно плоскостей зеркал 12 и 13 рамок 10 и 11 идентичны, то изменение угла падения лучей света на поверхности фотоприемников 14 и 15 одинаково изменит их чувствительность, а разностная величина фататока приемников 14 и 15 не зависит от

1733978 угла падения на них лучей света в оптических каналах.

Для оптической компенсации оптической плотности анализируемого раствора, поступающего в кювету 6 измерительного оптического канала, в оптическом канале сравнения автоматического фотоэлектрического анализатора расположены последовательно кювета 7 сравнения, рамка 11 с зеркалом 13 подвижной системы гальванометра с оптическом отсчетом, оптический клин 17, неподвижно расположенный непосредственно перед фотоэлементом 15, а в измерительном оптическом канале расположены перед измерительной кюветой 6 оптический клин 16, перемещением которого осуществляется настройка оптического нуля анализатора, и после кюветы 6 рамка 10 с зеркалом 12 подвижной системы гальванометра с оптическим отсчетом, фотоприемник 14. В обоих каналах могут быть установлены светофильтры 2 и 3, если анализатор работает в фильтрованном свете, причем в оптических каналах могут. быть установлены светофильтры на одну или на две разные области пропускания света.

Этим достигается возможность использования анализатора для осуществления дифференциального, одноволнового и двухволнового спектрофотометрического анализа.

Оптический клин 17, предназначенный для оптической компенсации, поставлен в канале сравнения неподвижно перед фотоприемником 15 и плотной частью обращен в сторону вершины острого угла между плоскостями установки фотоприемника 15 и зеркала 13 рамки 11 подвижной системы гальванометра с оптическим отсчетом. Такая установка оптического клина 17 определяется тем, что при увеличении концентрации измеряемого компонента в растворе увеличивается оптическая плотность раствора в кювете 6 измерительного оптического канала. Возникший разностный сигнал фототока фотоприемников 14 и

15 подается на вход усилителя 18, к одному из выходов которого подключены последовательно рамки 10 и 11 подвижных систем гальванометров с оптическим отсчетом, при этом рамки 10 и 11 вместе с зеркалами 12 и

13 синхронно поворачиваются, изменяя положение лучей света на фоточувствительной поверхности фотоприемников 14 и 15. Эффект оптической компенсации введенной в канал измерения оптической плотности кюветы 6 за счет увеличения концентрации измеряемого компонента в растворе может быть достигнут в оптическом канале сравнения путем ввода в этот канал компенсирую5

55 щей оптической плотности клина, в нашем случае путем перемещения луча света по клину до положения, соответствующего равенству оптических плотностей измерительной кюветы 6 и оптического клина 17.

Положение неподвижно установленного оптического клина 17 перед фотоприемником 15должно бытьтаким, чтобы при увеличении оптической плотности в измерительном канале луч света в канале сравнения должен менять свое положение на оптическом клине 17 в сторону увеличения его оптической плотности, Положение луча света на оптическом клине 17 зависит от напряжения разбаланса .фотоприемников 14 и 15, величина которого пропорциональна оптической плотности раствора в измерительной кювете 6. Напряжение разбаланса усиливается усилителем 18, на один из выходов которого подключены электрически последовательно соединенные рамки 10 и 11 с зеркалами 12 и 13. При увеличении напряжения разбаланса, что соответствует увеличению оптической плотности кюветы 6, рамки 10 и 11 с зеркалами

12 и 13 синхронно изменяют свое положение, поворачиваясь в сторону вершины острого угла, образованного плоскостями установки фотоприемников 14 и 15 и зеркал

12 и 13 рамок 10 и 11 подвижных систем.

Значит, для достижения эффекта оптической компенсации, введенной в канал измерения оптической плотности, оптический клин 17 в канале сравнения должен быть установлен непосредственно перед фотоприемником 15 и обращен плотной частью в сторону вершины острого угла, образованного плоскостями установки фотоприемника 15 и зеркала 13 рамки 11, Величина напряжения разбаланса на входе усилителя

18 калибруется при настройке анализатора по эталонным растворам путем изменения коэффициента усиления усилителя 18, Величина разбаланса на входе усилителя автоматического фотоэлектрического анализатора изменяется в пределах 0,50 мВ: а на выходе усилителя измерительный сигнал изменяется в пределах 0 — 5 мА или

0-10 В, который измеряется измерительным прибором 19.

Автоматический фотоэлектрический анализатор работает следующим образом.

Свет от источника 1 проходит светофильтр 2, формирователь 4 измерительного оптического канала, оптический клин 16, измерительную кювету 6, отражается последовательно от зеркал 8 и 12 рамки 10 первой подвижной системы гальванометра и попадает на фотоприемник 14. Одновременно свет проходит светофильтр 3, формирова1733978 тель 5 оптического канала сравнения, кювету 7 сравнения, отражается последовательно от зеркал 9 и 13 рамки 11 второй подвижной системы с оптическим отсчетом и попадает на оптический клин 17 и фотоприемник 15.

Напряжение разбаланса фотоприемников 14 и 15, пропорциональное концентрации измеряемого компонента в растворе кюветы 6, усиливается усилителем 18 и измеряется измерительным прибором 19, а электропитание анализатора осуществляется источником 20 питания. На один из выходов усилителя 18 подключены электрически последовательно рамки 10 и 11 с зеркалами

12 и 13 первой и второй подвижных систем гальванометров, установленных в измерительном и сравнительном оптических каналах. Путем синхронного изменения угла поворота рамок 10 и 11 зеркал 12 и 13, которое осуществляется от выхода усилителя 18, изменяется положение лучей света на клине 17 и фотоприемниках 14 и 15 и осуществляется оптическая компенсация оптической плотности измеряемого компонента в растворе кюветы 6.

Настройка оптического нуля автоматического фотоэлектрического анализатора производится оптическим клином 16 при кюветах 6 и 7, заполненных раствором с концентрацией измеряемого компонента, соответствующей началу шкалы измеряемых концентраций. Настройка верхнего предела измерения анализатора производится потенциометром "крутизна характеристики" усилителя 18 при кювете 6, заполненной раствором с концентрацией измеряемого компонента, соответствующей концу шкалы измеряемых концентраций, а кювета 7 заполнена раствором, соответствующим началу шкалы концентра5 ций.

Формула изобретения

Автоматический фотоэлектрический анализатор, содержащий источник света, 10 измерительный и сравнительный оптические каналы, каждый из которых содержит расположенные по ходу излучения набор светофильтров, оптический формирователь, кювету, устройство оптической компенса15 ции с оптическим клином, выполненным подвижным в измерительном канале, и фотоприемник, при этом электрические выходы фотоприемников соединены с входом усилителя тока, выход которого соединен с

20 входом устройства оптической компенсации и входом измерительного прибора, а усилитель тока и источник света соединены с источником питания, отличающийся тем,.что, с целью упрощения конструкции и

25 повышения надежности работы, устройство оптической компенсации содержит гальванометр с вращающейся рамкой и установленным на ней зеркалом, причем фотоприемники установлены так, что обра30 эуют острые углы между нормалями их приемных площадок и оптическими потоками, падающими на зеркала, при этом гальванометры электрически последовательно соединены между собой и выходом усилителя

35 тока, а оптический клин канала сравнения расположен между зеркалом гальванометра и фотоприемником.

1733978

Составитель Б.Зверев

Редактор T.Ëàçoðåíêa Техред M.M|.ðãåíòàë Корректор Н. Ре вс - я

Заказ 1665 Тираж Подписное г /

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при Г„Н i

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. .: