Измерительная схема,например,для детектора по теплопроводности

Измерительная схема,например,для детектора по теплопроводности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

«»769423

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.11.77 (21) 2539104/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень № 37 (45) Дата опубликования описания 28.10.80 (51) М.Кл 3 G 01 N 27/18

//б 01 R 17/06

1осударственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 543.274 (088.8) (72) Авторы изобретения

Н. П.,Шевченко, А. А. Нарцов, А. И. Пурвин и В. А. Брызгалов

Специальное конструкторское бюро по автоматике в нефтепереработке и нефтехимии (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СХЕМА ДЛЯ ДЕТЕКТОРА

ПО ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ,Изобретение относится к области аналитического приборостроения, предназначено для обнаружения и количественного определения жомпонентов анализируемой смеси с автоматической коррекцией дрейфа нулевой линии .и может использоваться в про- . мышленных и лабораторных хроматографах.

Известен детектор теплопроводности с коррекцией дрейфа нулевой линии, содер- 10 жащий мост с чувствительными элементами, в измерительную диагональ:которого подключен усилитель, соединенный с реверсивным двигателем, перемещающим движок реохорда до положения равновесия 15 моста (Ц.

Недостатком детектора является его низкая надежность из-за наличия трущегося контакта.

|Известно также техническое решение, 20 предусматривающее компенсацию изменения сопротивления чувствительного элемента,путем изменения сопротивления элемента, включенного в плечо моста, последовательно с чувствительным элементом (2 и 3). 25

Однако такое техническое решение не позволяет получить высокую чувствительность в течение рабочего периода. Наиболее близким техническим решением является измерительная схема, на- ЭО пример, для детектора теплопроводности, содержащая источник питания, мост, в смежные:плечи которого включены чувствительные элементы и в те же плечи — элементы подстройки, связанные с управляющими элементами, а в измерительную диагональ — дифференциальный усилитель с регистрирующим прибором 14).

В этой схеме сигнал разбаланса моста детектора (т. е. сигнал дрейфа нулевой линии) после усиления поступает между выходами хроматографических пиков через замкнутый ключ на аналоговое запоминающее устройство, выходной сигнал которого компенсирует сигнал, поступающий от усилителя на вход регистрирующего прибора.

Однако наибольший сигнал, а следовательно, и наибольшая чувствительность, имеющая место при сбалансированном состоянии моста и равенстве всех его плеч, будет иметь место только в начальный период работы детектора. А с течением времени за счет уноса неподвижной фазы из хроматографической колонки, изменения температуры, особенно,при ее программировании, изменения расхода газа-носителя и ряда других факторов сопротивление чувствительных элементов моста не сохраняется постоянным и;равным друг другу, посколь769421 ку в измерительной и сравнительной ячейках нарушается теплообмен. При изменении условий теплообмена изменяется темлература чувствительных элементов и, как следствие, их сопротивление (причем величина сопротивлений измерительного и сравнительного чувствительных элементов становится разной), что вызывает разбаланс моста детектора. Этот разбаланс, выражающийся как дрейф нулевой линии, с течением времени увеличивается, а следовательно, чувствительность с течением времени уменьшается. При изменении сопротивления чувствительного элемента изменяется величина тока через плечо моста. А с изменением тока моста изменяется его чувствительность, следовательно, нарушается воспроизводимость анализа, т. е. возрастает погрешность в определении концентрации анализируемых компонентов.

При регистрации результатов хроматографического анализа на разбалансированном мосте детектора, в измерительную диагональ которого .подключен дифференциальный усилитель, будет разбалансирован и сам усилитель (поскольку входной каакад дифференциального усилителя построен по мостовой схеме) и при увеличивающемся разбалансе моста не только уменьшается чувствительность, но и сокращается линей-. ный диапазон измерения как детектора, так и усилителя.

Если в качестве чувствительного элемента используют не вольфрамовые или платиновые нити, а термисторы, обеслечивающие значительно большую чувствительность моста детектора, то действия факторов, вызывающих дрейф, проявляются в еще большей степени..И зависимость величины дрейфа от изменения условий теплообмена имеет более выраженный и сложный характер.

Таким образом, поскольку в известном устройстве увеличивается с течением времени разбаланс моста, то чувствительность устройства с течением времени уменьшается, а следовательно, дополнительно вносится погрешность в определении IKQHIIeHTpBции анализируемых компонентов.

Дополнительная погрешность также связана и с изменяющимся током моста при разбалансе. Кроме того, при этом сни-. жается,и,верхняя граница использования детектора и усилителя в линейной части зависимости.

Целью изобретения является повышение чувствительности .измерений, а именно обеспечение регистрации результатов хроматографического анализа при неизменной во времени максимальной чувствительности детектора.

Поставленная цель достигается тем, что измерительная схема содержит источник опорного напряжения и два дополнительных дифференциальных усилителя, инвер5 ю

55 тирующие входы которых соединены с вершинами измерительной диагонали моста, неинвертирующие,входы подключены к источнику опорного напряжения, а выход каждого через ключ, аналоговое запоминающее устройство и управляющий элемент подключен к вершине диагонали питания моста.

На чертеже представлена, измерительная схема для детектора теплопроводности с коррекцией дрейфа нулевой линии.

Устройство содержит измерительный мост 1, содержащий в смежных плечах термисторные чувствительные элементы 2 и

8. один,из которых расположен в измерительной ячейке 4, другой — в сравнительной ячейке б. В те же плечи моста включены управляемые от сигнала разбаланса элементы подстройки, вьгполненные в виде фототранзисторов оптронов б и 7. В плечи моста включены также резисторы 8 — lil u резисторы:12 и 18.

Измерительные вершины моста соединены со входами дифференциального усилителя 14, выход которого подключен к регистрирующему прибору,15.,Кроме того, одна измерительная вершина соединена и с инвертирующим входом ди фференциального усилителя 16, другая — с инвертирующим входом дифференциального усилителя

17 (инвертирующий вход обозначен знаком

« — », неинвертирующий — знаком «+»), Неинвертирующие входы усилителей 16 и

17 соединены с источником опорного напряжения, выполненным на стабилитроне

18 и резисторе 19. Выходы дифференциальных усилителей 16 и 17 с помощью ключей

20 и 21 соединены со входами аналоговых запоминающих устройств 22 и 28.

Управляющими элементами являются светоизлучающие диоды оптронов 6 и 7, Которые подключены между вершиной диагонали питания моста, находящейся на общей шине питания, и выходами запоминающих устройств 22 и 28, соединенных через ключи 20 и 21 с выходами усилителей lб и

17, инвертирующие входы которых соединены с вершинами измерительной диагонали моста. Резистор 24 служит для подстройки оптимальной величины тока моста детектора.

Устройство ра ботает следующим образом.

После включения потока газа-носителя через сравнительную ячейку б продувается чистый газ-носитель, а через измерительную ячейку 4 — газ-носитель, выходящий из хроматографической колонки. После этого включают питание моста и электронных блоков.

После выхода на режим при пропускании чистого газа-носителя через сравнительную и,измерительную ячейки Б и 4 измерительный мост 1 сбалансирован и сиг769421

15

65 нала нет, так как сопротивления плеч моста при этом равны.

Когда выходящий из колонки (на чертеже не показан) компонент анализируемой пробы попадает в измерительную ячейку 4, теплопроводность смеси (газ-носитель плюс проба) изменяется. В связи с этим изменяется температура чувствительного элемента 2, расположенного .в измерительной ячейке 4, а следовательно, и его сопротивление. При этом происходит разбаланс моста 1, являющийся сигналом, который измеряется регистрирующим прибором 15.

Однако за счет уноса неподвижной фазы из хроматографической колонки, изменения температуры, изменения давлений на разную величину в измерительной и сравнительной ячейках 4 и 5 и ряда других факторов равенство сопротивлений элементов 2 и

8 измерительного моста 1 начинает нарушаться, т. е. происходит разбаланс моста, фиксируемый как дрейф нулевой линии, Например, при этом увеличивается сопротивление чувствительного элемента 2, следовательно, потенциал измерительной вершины моста, соединенного синвертирующим входом усилителя,16, понижается.

На выходе дифференциального усилителя 16 появляется сигнал противоположной полярности. При замкнутом:ключе 20 этот сигнал поступает на аналоговое запоминающее устройство 22, выходной сигнал которого увеличит величину тока через управляющий элемент оптрона 6. При этом увеличивается величина оптического излучения на управляемый элемент оптрона б, что увеличит его проводимость до такого значения, при котором общая проводимость плеча с чувствительным элементом 2 не станет равной проводимости смежного плеча с чувствительным элементом 8 (т. е. пока не выравняются потенциалы измерительных вершин) . Потенциал каждой измерительной вершины моста 1 сравнивается с неизменной во времени .величиной напряжения опорного источника (при этом сравнение обеих измерительных вершин осуществляется относительно одного источника опорного .напряжения). После выравнивания потенциалов измерительных вершин моста 1 по заданной .временной программе, осуществляемой программным устройством (на чертеже не показано), размыкаются ключи 20 и 21. При разомкнутых ключах 20 и 21 выходной сигнал аналоговых устройств 22 и 28, определяющих величину проводимости управляемых элементов оптронов 6 и 7, практически сохраняется неизменным в течение времени выхода хроматографического пика (или группы пиков). При этом сохраняется неизменным баланс моста при равенстве сопротивлений всех его плеч, а следовательно, и чувствительность сохраняется неизменной и максимальной.

Зо

Восстановление проводимости другого плеча (сравнительного) осуществляется аналогично. В случае уменьшения сопротивления одного из чувствительных элементов моста 1 восстановление потенциала измерительной вершины осуществляется аналогично, но с той лишь разницей, что при этом происходит уменьшение проводимости фотоприемника оптрона, последовательно соединенного в этом плече с чувствительным элементом.

В устройстве за счет схемного решения достигнута регистрация результатов хроматографического анализа при постоянной во времени и максимальной чувствительности не только потому, что мост стал при этом сбалансированным,и соблюдается равенство всех плеч моста, а также и потому, что автоматически обеспечивается поддержание постоянной оптимальной величины тока моста при использовании в качестве чувствительных элементов термисторов, обеспечивающих максимальную чувствительность.

Устройство исключает дорогостоящую и кропотливую операцию строгого подбора идентичных пар термисторов по удельному сопротивлению от температуры, вольт-амперным характеристикам, стабильности и по некоторым другим параметрам. Это достигается благодаря тому, что в плечи моста последовательно с термисторами подключены фотоприемнини оптронов, с помощью которых сопротивления плеч моста, автоматически управляемые схемой, выравниваются,и поддерживаются постоянными, как и ток моста.

Устройство по схемному решению применимо и для детектора IIQ плотности, поскольку электрические принципиальные схемы, измерительных мостов детектора теплопроводности и плотности аналогичны.

Хотя детектор на термисторах B сравнении с детектором на нитях (вольфрамовых или платиновых) обладает рядом преимуществ (более высокой чувствительностью, малым рабочим объемом), однако имеет ограниченное применение. Предлагаемая схема обладает возможостью анализирования всех веществ с лучшими метрологическими характеристикамк (в том числе и как следствие — расширением линейного диапазона), меньшим весом и габаритами, а также,и меньшим потреблением энергии, чем другие детекторы. Эту схему целесообразно использовать для анализа состава газа космических кораблей и для исследования атмосфер Земли и других планет.

Формула изобретения

Измерительная схема, например, для детектора по теплопроводности, содержащая источник питания, мост, в смежные плечи которого включены чувствительные

769421

Составитель В. Екаев

Техред О, Павлова

Редактор О. Филиппова

Корректор И. Осиповская

Заказ № 1303/1293 Изд. № 486 Тираж 1033 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-36, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент> элементы и в те же плечи элементы подстройки, связанные с управляющими элементами, а в измерительную диагональ — дифференциальный усилитель с регистрирующим прибором, о тл и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения чувствительности измерений, она содержит источник опорного напряжения и два дополнительных дифференциальных усилителя, инвертирующие входы которых соеди.нены с вершинами .измерительной диагонали моста, неинвертирующие входы подключены к источнику опорного напряжения, а ,выход каждого через ключ, аналоговое запоминающее устройство и управляющий элемент подключен к вершине диагонали питания моста.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 163272, кл. G Оl N 17/О2, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

10 № 338837, кл. G Оl N 27/ОО, 197О.

3. Авторское свидетельство СССР № 5 86391, жл. G 01 N 17/ОО, 1976.

4. Патент CLIIA № 3886787, кл, 73-27. опублик. 1975 (прототип).