Устройство для измерения пикового значения электрического сигнала и площади полупика

(19) ИИ Здп 8 01 й 19 ИЕ БРЕТСТВУ К МУ СВИД ц юпь иэщ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССВО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) 1. Патент Японии Р 54-29116, Кл. 8 01, й 19/04, 27,12,72.2, Авторское свидетельство СССР . Ф 573761, кл. С .01 й. 19/04, 04.02.76. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПИКОВОГО ЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА И ПЛОЩАДИ ПОЛУПИКА, содержащее блок обнаружения, экстремума, запоминающие устройства и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения надежности, чувствительности и точности измерения, в него дополнительно введены блок управления, первый, второй и третий ключи, интегратор и сумматор, при этом. вход устройства через первый ключ и первое запоминающее устройство подключен к первому .входу сумматора и непосредственно - ко второму ;входу сумматора, управляющий вход первого ключа соединен с первым .выходом блока управления, выход сумматора через второй ключ соединен с входом интегратора, выход которогочерез третий ключ соединен с входомвторого запоминающего устройства,выход которого подключен к регистриРующему прибору, блок обнаруженияэкстремума содержит, четвертый, пятыйи шестой ключи, триггер, линию задержки и дифференциальный усилитель,причем выход сумматора через четвертый ключ соединен с инвертирующимвходом дифференциального усилителя,а через четвертый и пятый ключи илинию задержки - с неинвертирующим .входом дифференциального усилителя,выход которого через третий ключ соединен с входом второго запоминающего устройства, а выход и инверти- Ерующий вход дифференциального усилителя соединены между собой черезшестой ключ, первый и второй входытриггера соединены соответственно свыходом дифференциального усилителяи третьим выходом блока управления,первый выход триггера соединен с уп.; равляющим входом шестого ключа, а второй выход триггера соединен с управ-;ляющими входами четвертого и пятого ,ключей и с первым управляющим входом второго ключа, второй управляющий вход которого подключен к вто- Я. рому выходу блока управления, четвер-тый выход блока управления подклю.чен к управляющему входу третьего ЯЛключа.Изобретение относится к техннке измерений и может быть использовано цля автоматической регистрации пикового значения электрического сигнала и площади полупика в полярографии.Известно устройство для определения пиковых значений переменного электрического сигнала, содержащее первый усилитель, выход которого подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, выход которого подключен к аноду первого диода, катод которого соединен с анодом второго диода., запоминающим конденсатором и входом второго усилителя, выход 15которого подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, катод второго диода соединен с неинвертирующии входом дифференциального усилителя1).Недостатком известного устройства является невозможность регистрации экстремальных значений медленно меняющихся сигналов низкого уровня и длительного хранения аналоговой информации.25Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для выделения пикового значения электрического сигнала, содержащее последовательно соединенные пус новой блок, блок обнаружения экстремума, запоминающие устройства,. блок определения и вычитания остаточного уровня сигнала и регистрирующий прибор 12), 35Недостатками этого устройства являются низкая надежность и чувствительность при измерении сигналов с неявно выраженными экстремумами,низкий уровень амплитуды пика2040от верхнего предела диапазона измерения ), большая зависимость точности измерения и надежности от скорости изменения сигнала в зоне перехода через экстремум, невозможность изме рения площади полупика.Цель изобретения - повышение надежности, чувствительности и точности измерения.Цель достигается тем, что в устройство для выделения пикового значения электрического сигнала, содержащее блок обнаружения экстремума, запоминающие устройства и регистрирующий прибор, дополнительно введены блок управления, первый, вто рой и третий ключи, интегратор и .сумматор, при этом вход устройства через первый ключ и первое запоминающее устройство подключен к первому входу сумматора и .непосредственноко второму входу сумматора, управляющий вход первого ключа соединен с первым выходом блока управления, выход сумматора через второй ключ соединен с входом интегратора, выход которого через третий ключ соединен с входом .второго запоминающего устройства, выход которого подключен к регистрирующему прибору, блок обнаружения экстремума содержит четвертый,пятый и шестой ключи, триггер, линию задержки и дифференциальный усилитель, причем выход сумматора через четвертый ключ соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, а через четвертый и пятый ключи и линию задержки - с неинвертирующим входом дифференциального.усилителя, выход которого через третий ключ соединен с входом второго запоминающего устройства, а выход и неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединены между собой через шестой ключ, первый и второй входы триггера соединены, Со" ответственно, с выходом дифференциального усилителя и третьим выходом блока управления, первый выход триггера соединен с управляющим входом шестого ключа, а второй выход триггера соединен с управляющими входами четвертого и пятого ключей и с первым управляющим входом второго ключа, второй управляющий вход которого подключен к второму выходу блока управления, четвертый выход блока управления подключен к управляющему входу третьего ключа.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, на фиг. 2 - временная .диаграмма работы блока управления; а) импульсы включения первого ключа, б) импульсы включения второго ключа, интегратора и генератора развертки, в) импульс установки триггера в рабочее состояние, г) импульс включения третьего ключа; на фиг. 3 - форма сигнала на входе первого сумматора.Устройство состоит из первого ключа 1, первого запоминающего устройства 2, сумматора 3, интегратора 4, второго ключа 5, третьего ключа б, блока 7 управления, линии 8 задержки, четвертого ключа 9, пятого ключа 10, дифференциального усилителя 11, ( компаратора) шестого ключа 12, триггера 13, второго запоминающего устройства 14, регистрирующего прибора 15.Устройство работает следующим образом.Полярографическая волна (фиг. 3) имеет начальный уровень 0 первый экстремум при 1), второй экстремум при+, третий экстремум при, восходящую 0 - 0)и спадающую (Оз - 0,) ветви.В полярографии и вольтамперометрии для стабилизации электрохимических характеристик анализируемого раствора (потенциал восстановления(окисления) определяемого веществами и него вводят фоновый электролит, чем достигается стабильность момента 1, соответствующего предпотенциалу восстановления (окисления) оп 5 ределяемого вещества.Для определения моментов 1, Э, ф 4 предварительно снимают несколько полярограмм при разных значениях концентраций. Исходя иэ полученных результатов, устанавливают длительность программ а - Ь .Программа а, равная по длительности- о, включает генератор раз-. вертки поляризующего напряжения в момент 1 ри первый ключ 1, через ко торый на вход запоминающего устройства 2 поступает в течение интерва- . ла времени (ЬО,Ц) измеряемый сигнал, соответствующий начальйому уровню полярограмьы на момент 1 . 20Устройство в течение одного циклаизмерения площади полупика или амплитуды пика полярограммы (вольтампернойкривой) выполняет следующие операции, 25По программе ц входной сигнал поступает непосредственно на инвертирующийвход сумматора 3 и через ключ 1 на запоминающее устройство 2, имеющее коэффициент передачи 1,В результате, выходное напряжениесумматора 3 в момент равно нулю.После отработки программы а ключ 1размыкается и вклпчается программа Ю,которая с момента 11 запускает генератор развертки полярографа и открывает второй ключ 5, соединяющий выходсумматора 3 с входом интегратора 4На выходе сумматора 3 и, следовательно, на входе интегратора 4 текущее напряжение изменяет уровень от 0 40до Ц 4 за вычетом 0(начальный уровеньполярограммы).Кроме того, выходной сигнал сумматора 3 поступает через ключ 9 на ин. вертирующий вход диФференциального 45усилителя 11 и через ключ 10 и линию8 задержки - на неинвертирующий входэтого усилителя. Вмоментпрограмма Ф передним Фронтом переводит триггер 13 в другое состояние, при котором ключи 9 и 10 открываются, а ключ42 закрывается. При этОм, обратнаясвязь усилителя 11 размыкается, иусилитель переводится в режим компаратора. В то же время с момента 6в одной сигнал су атора поступает 55через открытый ключ 9 на инвертирующий вход дифференциального усилителя.11, а через ключ 10 и линию 8 задержки - на неинвертируший вход.дифференциального усилителя 11, 60В период нарастания пика благодаря линии задержки ОэЕ на инвертирующем входе больше Оэна неинвертирующем входе и выходной сигнал компаратора 11 будет иметь обратный знаку относительно выходного напряжения сумматора 3.При переходе через максимум пика ОВрполярность выходного напряжейия компаратора изменяется на противоположную, триггер 13 устанавливается в другое состояние, при этом ключи 5,9 и 10 закрываются, а ключ 12 открывается и переводит усилитель 11 в режим масштабного усилителя В этом режиме усилйтель 11, линия 8 задержки и ключи 10,12 выполняют функцию аналогового запоминающего устройства. В зависимости от установленного режима программами Ь+4) открывает ключ б, соединяющий выход интегратора или выход усилителя 11 (устанавливается переключателем, не изображенным на схеме) с вторым запоминающим устройством 14, в результате происходит считывание и запоминание на длительное время площади полупика или его амплитудного значения относительно начального уров-. ня полярограммы. Выход запоминающего устройства соединен с регистрируквжм прибором 15, шкала которого проградуирована в единицах.концентрации.1Когда пик неявно выражен (ампли туда пика практически равна нулю), чувствительность компаратора оказывается недостатонной, В связи с этим, для повышения надежности в предлагаемом устройстве предусмотрен перевод триггера 13 в другое состояние задним Фронтом программы 4 Я) . При этом устройство измеряет площадь, пропорциональную выходному сигналу сумматора 3 и времени интегрирования, которое .задается программами д и 4(Ф, Ь) . В моментключ 5 открывается, а при Ф,з закрывается. Как видно иэ фиг. 2, если время интегрирования соответствует интервалу И 1,+), то интегратор измеряет площадь, ограниченную полярограммой,(фиг. 2), практически равную по величине неявно выраженной площади полупика или уровню выходного напряжения сумматора 3 в момент 1, измеренных относительно начального уровня полярограммы 0Сравнительные испытания известного и предлагаемого устройства показали, что наибольшее число отказов наблюдается при определении сигналов с низкими уровнями пиков (20 от верхнего уровня) и при их низких градиентах в зоне экстремумов.Предлагаемое устройство имеет большую надежность, чувствительность и точность, Устройство может быть применено для измерения сигналов малых уровней с низким градиентом в зоне экстремумов, а также для измерения площади полупика. Повышение надежности, точности и чувствительности.2 А. Митрофановьо Корректор СоставителТехред К.мыц едактор М. Т оста Заказ 2753/55 Тираж 708 ПодписноВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий35, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 достигается благодаря применению дифференциального усилителя с линией задержки, используемой одновременно в качестве аналогового запоминающего устройства, а также благодаря введению жесткой синхронизации, которую обеспечивает блок программирования, формирующий синхроимпульсы, дублирующие работу устройства обнаружения экстремумов при его отказе или при недостаточной его чувствительности.Сравнительные испытания прототипа и предлагаемого устройства показали, что среднеквадратичная приведенная погрешность известного устройства, Г 2 составляет 18, предлагаемого - 3.Устройство найдет широкое применение в системах. автоматического аналитического контроля состава вещества в технологических растворах, сточных и оборотных водах, в частности в автоматическом импульсном полярографическом концентратомере для автоматизации контроля микропримесей (меди, свинца и цинка) в сточных водах на уровне рыбохозяйственных норм,