Фотометр для измерения концентрации веществ с использованием индикаторных полос

) С 0 кгс ТЕ ВТОР с Сс. асс И Д Ьд ика 7 уммаателя ормэпр ра Фотометр для вещества с испол полос состоит из о ника 2 света с зад топриемника 3, уГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИ.Е И У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ФОТОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНДИКАТОРНЬЯ ПОЛОС (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фотометрии. Целью изобретения является расширение вида используемых индикаторных полос за счет возможности непосредственной настройки на определенный вид индикатор,381(088,8)ент США М 4207533, кл. 6 01 Л 1/42,Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фотометрии.Целью изобретения является расширение области применения за счет увеличения видов используемых индикаторных полос путем возможности непосредственно настройки на определенный вид индикаторных полос при одновременном упрощенииконструкции.Изобретение поясняется чертежом, гдеедставлена структурная схема фотометизмерения концентрации зованием индикаторных тического блока 1, источанной длиной волны, фоилителя 4, устройства 5 ных полос при одновременном упрощении конструкции. Фотометр содержит оптический блок, источник света с заданной длиной волны, фотоприемник, усилитель, устройства установки коэффициентов аппроксимации, источник опорного напряжения, аналоговый сумматор, аналого-цифровой преобразователь, устройство отображения информации, После калибровки фотометра в оптический блок вводится прореагировавшая индикаторная полоска, на выходе усилителя ус,анаьливается напряжение, гнэопорциональное коэффициенту отражения данной полоски. Аналого-цифровой преобразователь совместно с аналоговым сумматором и устройствам:, установки коэффициентов производят одновременно преобразование в цифоогой код и аппроксимацию напряжения полученного на выходе усилителя, 1 ил установки коэффициента К 1, устрой установки коэффициента К 2 источн опорного напряжения, аналогового тора 8, аналого-цифрового преобразо 9 и устройства 10 отображения инф ции Оптический блок 1 выполнен в виде интегрирующей сферы, имеющей окна и приспособления для крепления источника 2 света, фотоприемника 3. а также зажим для фиксации индикаторной полосы возде специального измерительного окна в интегрирующей форме, Источник 2 све 1 а, в качестве которого может быть использован светодиод, имеющий узкий спектр излучения с явно выраженным максимумом, освещает внутреннюю поверхность интегрирующей сфе 1695142ры, где за счет многократного диффузного отражения образуется равномерное свечение. Э от свет через окно в интегрирующей сфере освещает индикаторную полоску, от которой диффузно отражается (или сквозь которую проходит) и попадает на фотоприемник 3, Такая конструкция оптического блока обеспечивает высокую точность преобразования количества света, отраженного от индикаторной полоски (или прошедшего через нее), в электрический сигнал. Фогоприемник 3 соединен с входом усилителя 4, выполненного по схеме М - ДМ- усилителя, за счет чего полностью устраняются погрешности фотометра, вызванные изменением напряжения смещения и температурным дрейфом разности входных токов усилителя. Аналоговый сумматор 8 построен на операционном усилителе по схеме дифференциального сумматора с независимой регулировкой коэффициента усиления по каждому из входов. При этом устройство 5 установки коэффициента К 1, в качестве которого используется многооборотный переменный резистор в реостатном включении, одним концом подключено к вы. ходу усилителя 4, э другим к инвертирующему входу операционного усилителя аналогового сумматора 8, К неинвертирующему входу этого усилителя подключен вывод устройства б установки коэффициента Кр, выполненного аналогично устройству коэффициента К 1, Вход устройства б установки коэффициентаК 2 соединен с выходом источника 7 опорного напряжения. Выход аналогового сумматора 8 подключен к входу 11 аналого-цифрового преобразователя 9, предназначенному для подачи входного напряжения. К входу 12, предназначенному для подачи на АЦП опорного напряжения, подключен выход усилителя 4. Аналого-цифровой преобразователь 9 выполнен на микросхеме функционально законченного АЦП, имеющей выход непосредственно на жидкокристаллический цифровой индикатор, который используется в фотометре в качестве устройства 10 отображения информации.Напряжение, подаваемое на вход, предназначенный для подачи опорного напряжения, для этой микросхемы не должно превышать 1 В, Исходя из этого, усилитель Фотометра настраивается таким образом, чтобы напряжение на выходе усилителя соответствовало коэффициенту отражения образца, вводимого в оптический блок. При этом необходимо отметить, что такая регулировка усилителя не обязательна, Главное требование, которое обеспечивает точность измерений - это сохранение пропорциональной зависимости между коэффициен том отражения и напряжением на выходе усилителя, Фотометр, предназначен для измерения концентрации веществ с использованием специальных индикаторных полос 5 путем аппроксимации значений коэффициента отражения прореагировавших индикаторных полос уравнением, имеющим вид У=К + -К 2 Т(2) 30 где й - выходной код АЦП;Овх - напряжение, подаваемое на измерительный вход АЦП;35 О 0 п - напряжение, подаваемое на входопорного напряжения АЦП;К - коэффициент пропорциональности,зависящий от типа АЦП,Обычно АЦП работают в режиме, когда40 на измерительный вход подключают измеряемый сигнал, а на вход подачи опорногонапряжения - стабильное, установленное свысокой точностью напряжение, осуществляющее согласно уравнению (2) масштаби 45 ровэние зависимости между входнымсигналом и выходным кодом АЦП. При этомвыражение (2) может быть записано следующим образом: 50(3) А =- КОоп где Х - изменяющееся напряжение, которое на АЦП преобразуется в цифровую форму,Если согласно выражению (2) напряжение Овх поддерживать постоянным, а вход, предназначенный для подачи опорного нагде У - значения концентрации, отображаемые на устройстве отображения;Т - коэффициент отражения индикэтор ной полоски,К 1 и К 2 - коэффициенты уравнения аппроксимации.Известно. что аналого-циФровой преобразователь по принципу работы является 20 устройством сравнения. В нем сравнивается входное напряжение с так называемым "опорным" и результат этоо сравнения преобразуется в цифровую форму, Это сравнение осуществляется путем деления 25 входного напряжения на некоторое постоянное опорное напряжение, В общем виде это выглядит следующим образом.30 или И=К(К+) С 5) где К 1, К 2 - коэффициенты аппроксимации;Оо - опорное напряжение,Таким образом, включение аналого цифрового преобразователя в соответствии с предложенным решением позволяет простым способом реализовать функциональную зависимость между входным сигналом, пропорциональным интенсивности света, 45 попавшего на блок фотоприемника, и выходнымкодом аналого-цифрового преобразователя, поступающим на устройство отображения информации, Зависимость описывается гиперболическим уравнением 50 с двумя регулируемыми. коэффициентами К 1 и К 2, причем коэффициент К 1 оказывает максимальное влияние на ход кривой при больших значениях Х, а коэффициент К 2 при малых значениях Х. Наличие в уравнении 55 двух регулируемых коэффициентов; каждый из которых осуществляет воздействие на кривую в своей области с незначительным взаимным влиянием, делает такой способ/гдеА =К Ох.В этом случае выходной код АЦП М связан с входным сигналом гиперболической функцией с одним коэффициентом А, 10Напряжения на оба Входа АЦП подаются нестандартно, а именно: на вход, предназначенный для подачи входного напряжения, поступает напряжение, равное сумме напряжений, одно из которых - 15 напряжение с выхода усилителя, пропорциональное коэффициенту отражения индикаторной полосы, умноженное на коэффициент аппроксимации К 1, а другое - опорное напряжение, умноженное на коэффи циент аппроксимации К 2, и на вход, предназначенный для подачи опорного напряжения, подается напряжение с выхода усилителя, пропорциональное коэффициенту отражения образца, 25При этом в соответствии с уравнением преобразования выходной код АЦП связан с выходным сигналом уравнением построения функционально гибким, а фотометр - легко и в широких пределах перестраиваемым,При этом все величины, участвующие вфоомировании выходного кода АЦП - Оех,К 1 и К 2 - поступают на вход АЦП одновременно, что позволяет наблюдать на цифровом индикаторе изменение любой иэ них, Вчастности, при настройке фотометра для работы с данным конкретным видом индика-торных полос достаточно иметь двекалибровочные полоски, например, "тест 1"и "тест 2", коэффициент отражения которых(Т) эквивалентен концентрации иссли;, емого компонента соответственно У 1 и У 2; еслиТ 1Т 2, то У 1 У 2(см. уравнение С 1,Примечание: Калибровочные полоски Тест1" и "Тест 2" могут быть получены в результате воздействия на индикаторные полосыконтрольных растворов, содержащих исследуемое вещество в концентрациях У 1 и У 2соотве-.с вте н но.Установив в фотометр полоску "Тест 2"и наблюдая показания индикатора 10, изменением коэффициента К 2 в устройстве б,например, вращением ручки резистора, устанавливаем показание индикатора, равноеУ 2, Заменив полоску "Тест 2 на "Тест 1",изменением коэффициента К 1 добиваемсяпоказания индикатора, равного У 1, Изменение коэффициентов К 1 и К 2 может быть осуществлено в широких пределах, чтопозволяет настроить фотометр на любойвид индикаторных полос непосредственнооператору при эксплуатации прибора,Параллельная обработка поступающейинформации, применяемая в предлагаемомустройстве, позволяет опеоатору, эксплуатирующему прибор, варьировать коэффициенты К 1 и К 2, что обуславливает возможность работы с любыми видами индикаторных полос,Формула изобретенияФотометр для измерения концентрации веществ с использованием индикаторных полос, содержащий оптический блок,устройство освещения индикаторных полос, помещаемых в оптический блок, светомна заданной длине волнь, фотоприемник,оптически связанный с оптическим блоком,к выходу которого подключен усилитель, устройства установки коэффициентов К 1 и К 2уравнения аппроксимации кривой зависимости концентрации вещества от коэффициента отражения индикаторной полосы,источник спорного напряжения, аналогоцифровой преобразователь и устройствоотображения информации, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью расьчирения областиприменения за счет увели ения видов ис1695142 Составитель А.ЯстребовРедактор Н,Коляда Техред М,Моргентал Корректор М.Демчи Подписноеиям и открытиям я наб 4/5 каз 4155, Тираж ВНИИПИ Государственного комите 113035, Москва, ГКг. изобрет , Раушск оизводственно-издательский комбинат "Патент рина, 10 город,польэуемых индикаторных полос путем возможности непосредственной настройки на определенный вид индикаторных полос при одновременном упрощении конструкции, в фотометр введен аналоговый сумматор, при этом выход усилителя соединен с опорным входом аналого-цифрового преобразователя и с входом устройства установки коэффициента К 1 уравнения аппроксимации, выход которого подключен к первому входу аналогового сумматора, выход источника опорного напряжения соединен с входом устройства установки коэффициента Кр уравнения аппроксимации, выход которого 5 подключен к второму входу аналоговогосумматора, выход сумматора соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход ко орого подключен к входу устройстьа отображения инфор мации,