Концентратомер

В.Лапшин,и гид ения пазо ност ельство 1(44, 0 ьство СС1/44, 0 ССР.01.81.Р 0982. ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИ АВТОРСКОМУ Сви(57) Изобретение относитсяметрическим устройствам дляння концентрации веществ вгазообразных, а также аэрозольных средак. Цель иэобрерасширение динамического диизмерений при сохранении тоизмерений. Концентратомер сдиском с и оптическими филь11469359 для последовательного выделения испектральных участков, показательослабления исследуемых веществ в которых различается в одинаковое числораз, и системой автоматизированногоуправления положением диска, состоящей из блока 29 выбора диапазоновизмерения, формирователя 4 кода диапазона измерений, и-входовой схемы32 ИЛИ, двух инверторов 30 и 31 идвух устройств 25 и 26 выборки и хранения, обеспечивающих автоматизированный выбор для измерений такого Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к фотометрическим устройствам для измерения концентрации веществ в жидких,газообразных, а также аэро- и гидрозольных средах.Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерений концентраций при сохранении точности измерений,На чертеже представлена блок-схемаустройства.Концентратомер содержит источник 1излучения, поворотный диск 2 с и оптическими фильтрами, снабженный фиксатором 3 положения, формирователем4 кода диапазона измерений и механически связанный с реверсивным двигателем 5 через редуктор 6, оптический 20коммутатор, включающий светоделитель7 и поворотные зеркала 8; оптическийразделитель 9 с фотоэлектрическимблоком 10 синхронизации, кюветы 11и 12 и оптический сумматор 13, на 25выходе которого установлен фотоприемник 14 с предварительным усилите",лем 15, источники 16 и 17 опорныхнапряжений, подключенные к соответствующим входам коммутатора 18, управляющий вход которого подключен квыходу блока 10 синхронизации, логарифматор 19, вход которого подключенк выходам коммутатора 18 и предварительного усилителя 15, первый и второй синхронные детекторы 20 и 21,входы которых подключены к выходулогарифматора 19, управляющие входыспектрального участка, в котором дляданной концентрации анализируемоговещества величина плотности оптической среды находится в строго заданныхпределах, определяющих погрешностьизмерений. При этом в блоке умножения 27 производится нормировка по отношению к сигналу, вырабатываемомунормирующим устройством 33 для получения сигнала на входе регистратора28, прямо пропорционального концентрации, независимо от положения дискас оптическими фильтрами. 1 ил. к выходам блока 10 синхронизации,а выходы - к входам первого и второго вычитающих устройств 22 и 23,блок 24 деления, первое и второе устройства 25 и 26 выборки и хранения,блок 27 умножения, регистратор 28,блок 29 выбора диапазонов, первый ивторой инверторы 30 и 31, и-входоваясхема ИЛИ 32, нормирующее устройство33, выход которого подключен к входупервого устройства 25 выборки и хранения, выход которого подключен кпервому входу блока 27 умножения, ауправляющий вход к выходу п-входовойсхемы ИЛИ 32, и к управляющему входунторого устройства 26 выборки и хранения, вход которого подключен к выходу блока 24 деления, а выход - квторому входу блока 27 умножения,подключенного выходом к регистратору 28, и входу блока 29 выбора диапазона измерений, выход которогоподключен к электрическому входу реверсивного двигателя 5, а первый ивторой управляющие входы блока 29к выходам соответственно первого ивторого инверторов 30 и 3 1, входы которых подключены соответственно кп-му и первому выходам формирователя 4 кода диапазона измерений. Блок29 выбора диапазонов, в свою очередь, состоит из компараторов 34 и35 верхнего уровня и нижнего уровня,входы которых объединены и являютсяинформационным входом блока выборадиапазонов, двух ключей 36 и 37, информационные входы которых подключе 1ны к выходам компараторо 34 и 35, управляющие входы которых являются соответственно первым и вторым управляющими входами блока 29 и дифференциального усилителя 38 мощности, входы5 которого подключены к выходам ключей Зб и 37, а выход является выходом блока 29.Нормирующее устройство 33 состоит из и регулируемых источников.39 напряжений, п ключей 40, информационные входы которых подключены к выходам соответствующих регулируемых .источников 39 напряжений, а выходы являются общим выходом нормирующего устройства 33, п логических элементов 2 ИЛИ 41, выходы которых подключены к управляющим входам соответствующих ключей 40, и схем 42 задержки, выходы которых подключены к первым входам 20 соответствующих логических элементов 2 ИЛИ 41, а входы к вторым входам соответствующих логических элементов2 ИЛИ 4 1, являющихся входами нормирующего устройства 33, 25формирователь 4 кода диапазона измерений представляет собой систему оптронных пар, оптически замыкающихся через отверстия в диске 2, и преобразователей сигналов оптронных пар, обеспечивающих необходимую крутизну фронта сигналов. Для каждого положения диска существует своя комбинация отверстий, соответствующая номеру диапазона в двоичном коде. Формирователь 4 кода диапазона включает в себя также дешифратор кодовых комбинаций.Погрешность измерения концентрации зависит от погрешности измерения от 40 ношения прошедшего 1, к падающемуо1, на среду потоков, которая в свою очередь зависит от величины оптической толщины среды ;с 1, где Я,1показатель ослабления веществ на длине волны Ъ;, с - ксццентрашя веществ в среде, 1 - толщина кюветы со средой в кажцый момент времени, В частности, при Г 1 с 1 ) 3 величина 1,1, становится более, чем в 20 раз меньшеовеличины 1., что приводит к существенно большей погрешности первой из них при одной и той же величине собственных шумов устройства вследствие существенного изменения величины отношения сигнал/шум. При достаточно малых оптических толщинах среды Г с 1 (с. 1,в ,- - 11 относитель"1 1;1,. Ь(й, с 1)цая погрешностьизмеренияс 1увеличивается при 1, -1 дажепри постоянной относительной погреш 1 а;ности измерения отношения -г-:ИЕк с 1Я ,с 1 1 1 м о Ч; 1 а,Расширение динамического диапазона измерений концентрации при сохранении погрешности обеспечивается автоматическим выбором для измерения концентрации длины волны Ъ;, на которой величина Я , с 1 находится в оптимальЪных, с точки зрения заданной погреш 1 а; ности измерения 1 п - ,-, пределах. Ука%; занный выбор может быть практическивсегда осуществлен, так как практически для любых сред можно выбратьтакие длины волн Ъ;, на которых величины показателя .1 ослабленияданного вещества отличаются на порядки.Устройство работает следующим образом,Поток источника 1 излучения, проходя через один из оптических фильтров поворотного диска 2, светоделитель 7 и поворотные зеркала 8, разделяется на две части, которые оптическим разделителем 9 направляютсячерез контрольную 11 и измерительную 12 кюветы соответственно. Собранное оптическим сумматором 13 излучение направляется на фотоприемник 14.На выходе фотоприемника попеременнообразуются два импульса напряжения -контрольный и измерительный, которыеусиливаются предварительным усилителем 15, логарифмируются логарифматором 19, детектируются синхроннымдетектором 20, работой которого уп-,равляет фотоэлектрически блок 10 син.хронизации, и вычитаются с помощьювычитающего устройства 22. Таким об- .разом, напряжение на выходе вычитающего устройства 22 равно Чнавливается значение 0" на второмвходе логического элемента 2 ИЛИ 41,а на его первом входе схемой 42 задержки в это время поддерживаетсязначение "1". Уровень " 1" на выходелогического элемента 2 ИЛИ 41 поддерживает в замкнутом состоянии ключ 40в течение времени, определяемого схемой 42 задержки и необходимого длязапоминания выходного напряжения устройства 33 устройством 25 выборки ихранения.При совмещении оси пучка источника 1 излучения с геометрическим центром оптического фильтра соответствующие оптронные пары формирователя 4кода диапазона оптически замыкаются,формируется код, соответствующийочередному диапазону, и на соответствующем выходе формирователя 4 кодадиапазона появляется уровень " 1",что приводит к установлению " 1" навыходе и входовой схемы ИЛИ 32, который переводит устройства 25 и 26 25выборки и хранения в режим выборки.При этом сигнал "1" с выхода формирователя 4 кода диапазона поступаетв нормирующее устройство 33 на второйвход соответствующего элемента 2 30ИЛИ 41, выходной сигнал которого не- .смотря на уровень "0" на выходе схемы 42 задержки устанавливается в состояние " 1" и замыкает соответствующий ключ 40, На выходе устройства 33появляется напряжение соответствующего регулируемого источника 39 напряжения,Выходной сигнал с блока 24 деления через устройство 26 выборки и 40,хранения поступает на входы компараторов 34 и 35 блока 29 выбора диапазонов и устанавливает выходы компараторов в нулевое состояние, Выходной сигнал дифференциального усили 45теля 38 мощности падает, двигательостанавливается, Во избежание самохода диска 2 он стопорится фиксато"ром 3 положения.При снижении выходного напряженияблока 24 деления ниже заданного нижнего уровня срабатывает компаратор 35блока 29 выбора диапазонов и переключение оптических фильтров обеспечивается аналогичным образом черезключ 37 и дифференциальный усилитель38 мощности, причем выходное напряжение усилителя 38 имеет противоположную полярность и реверсивный двигатель 5 вращает через редуктор 6 диск 2 с оптическими фильтрами в противоположную сторону. При крайних положениях диска 2 (диапазоны первый и и-й) выходной сигнал формирователя 4 кодов диапазона через соответствующий инвертор 30 или 31 размыкает один иэ ключей 36 или 37 и блокирует поворот диска за крайние положения.Для каждого из п фильтров диска 2 существует свой коэффициент пропорциональности для определения концентрации, полученный на основании предварительного изучения среды. Нормирующее устройство 33 устанавливает на своем выходе этот коэффициент в соответствии с установленным на пути потока источника 1 1-го фильтра диска 2. Оно вырабатывает напряжение,1пропорциональноеГ,1При использовании в регистраторе цифровых вольтметров с автоматическим выбором диапазона, характеризующихся большим динамическим диапазоном и малой погрешностью, практически постоянной во всем диапазоне измерений, сигнал нормирующего устройства 33 совместно с сигналом блока 24 деления подается на аналоговый умножитель 27, выход которого подключается к вольтметру, который показывает величину Б , прямо пропорциональную 1концентрации, при Ъюбом положении диска 2 с оптическими фильтрами.Устройство обеспечивает решение динамического диапазона в 10 раз измеряемых концентраций при сохранении погрешности измерения.Формула и з о б р е т е н и яКонцентратомер, содержащий оптический блок, выполненный в виде оптически связанных источника излучения, оптического коммутатора с фотоэлектрическим блоком синхронизации, двух кювет и оптического сумматора, фото- приемник с предварительным усилителем, выход которого подключен к входу логарифматора и через коммутатор к двум источникам опорных напряжений, выход логарифматора подключен к входам первого и второго синхронных детекторов, подключенных через первое и второе вычитающие устройства к блоку деления, и регистратор, причем10 9 1469359 Составитель Е.МаколкинТехред Л.Сердюкова Корректор М.Самборская Редактор О,Спесивых Тираж 466 Заказ 1350/47 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Производственно-нздательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 управляющие входы синхронных детекторов и коммутатора подключены к вы - ходу фотоэлектрического блока синхронизации, о т л и ч а ю щ и й с я5 тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерений при сохранении точности измерений, в него введены блок выбора диапазона измерения, нормирующее устройство, и-входовая схема ИЛИ, первый и второй инверторы, первое и второе устройства выборки и хранения и блок умножения, при этом оптический блок снабжен закрепленным на валу редуктора, механически связанного с валом реверсивного двигателя, диском с и оптическими фильтрами, фиксатором положений и формирователем кода диапазона измерений, причем диск размещен между источником излучения и оптическим коммутатором с возможностью последо" вательного перекрывания потока источника излучения оптическими фильтрами, при этом п электрических выходов 25 формирователя кода диапазона измерений подключены к соответствующимвходам и-входовой схемы ИЛИ и к управляющим входам нормирующего устройства, выход которого подключен квходу первого устройства выборки ихранения, выход которого подключенк первому входу блока умножения, ауправляющий вход - к выходу п-входовой схемы ИЛИ и к управляющему входувторого устройства выборки и хранения, вход которого подключен к выходу блока деления, а выход - к второму входу блока умножения, подключенного выходом к регистратору, и квходу блока выбора диапазона измерений, выход которого подключен к электрическому входу реверсивного двигателя, а первый и второй управляющиевходы - к выходам соответственно первого и второго инвертора, входы которых подключены соответственно ки-му и первому выходам формирователякода диапазона измерений.