CN2702309Y - 极谱仪 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种测量水中Zn、Cd、Pb、Cu等浓度的仪器，名称为极谱仪。为解决现有的极谱仪在同一时刻主放大器只能采用一种放大倍数，测量过程繁琐，工作效率低的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：极谱仪，包括信号补偿器、主放大器和数据处理设备，信号补偿器的输出端与主放大器的输入端连接，主放大器的输出端与数据处理设备的输入端之一连接。还包括辅助放大器1。辅助放大器1的输入端与主放大器的输出端连接，辅助放大器1的输出端与数据处理设备的输入端之二连接。本实用新型测量过程简单，节省测量时间。

Description

极谱仪
技术领域：
本实用新型涉及一种极谱仪。
背景技术：
极谱仪是测量水中Zn、Cd、Pb、Cu等浓度的重要仪器。目前已有的极谱仪主要包括工作电压发生器、恒电位器、电解池、电流—电压转换器、微分器、信号补偿器、主放大器和数据处理设备。其中数据处理设备主要采用微机、记录仪等，它用于对主放大器输出的测量数据进行处理，从而计算出Zn、Cd、Pb、Cu等的浓度。其中主放大器的放大倍数一般可以调节，从而调节极谱仪的灵敏度。上述极谱仪的灵敏度虽然可以通过调节主放大器的放大倍数进行调节，但在同一时刻只能以一种放大倍数进行输出。由于同时测量Zn、Cd、Pb、Cu等多种物质的浓度，这些物质产生的被测量信号的大小往往相差很大，经常出现一种物质的被测量信号很小，而另一种的又很大的现象。在这种情况下，由于主放大器采用同一信号放大倍数，较大和较小的测量信号就难以兼顾，通常对较小的信号需要调高灵敏度测量，对较大的信号需要降低灵敏度测量，才能选择出主放大器较合适的放大倍数，因此，在测量多种物质的浓度时，也要对主放大器采用不同的放大倍数经过多次测量来完成，测量过程烦琐，工作效率较低。
发明内容：
本实用新型要解决的技术问题是，现有的极谱仪在同一时刻主放大器只能采用一种放大倍数，测量过程烦琐，工作效率低。为解决该技术问题，本实用新型采用以下技术方案：极谱仪，包括信号补偿器、主放大器和数据处理设备，信号补偿器的输出端与主放大器的输入端连接，主放大器的输出端与数据处理设备的输入端之一连接。它的特殊之处是：还包括辅助放大器1。辅助放大器1的输入端与主放大器的输出端连接，辅助放大器1的输出端与数据处理设备的输入端之二连接。
本实用新型的上述技术方案主要在现有的极谱仪的基础上，对主放大器的输出方式进行了改进，其它部分与现有的极谱仪基本相同。现有的极谱仪的主放大器的输入端与信号补偿器的输出端连接，主放大器的输出端直接与数据处理设备的输入端连接。而本实用新型的上述技术方案中主放大器的输出端经过两条途径分别与数据处理设备的两个不同的输入端连接，一条途径是主放大器的输出端直接用连线与数据输出设备的输入端之一连接，这条途径对信号补偿器输出的信号的放大倍数就是主放大器的放大倍数，另一条途径是主放大器的输出端经过辅助放大器1与数据处理设备的输入端之二连接，这条途径对信号补偿器输出的信号的放大倍数是主放大器的放大倍数与辅助放大器1的放大倍数的乘积。这样，在同一次测量中可以得到两种不同放大倍数的测量信号。在本实用新型的上述技术方案中，主放大器的输出端经过两条途径分别与数据处理设备的两个不同的输入端连接，其中的一条途径是采用连接导线直接连接，这条途径也可以采用一个辅助放大器代替，该辅助放大器的放大倍数与辅助放大器1的放大倍数不同，一般为1。采用辅助放大器代替采用连接导线直接连接的方法，同样在本实用新型的保护范围内。主放大器可以采用一级或多级放大。
为了对信号补偿器输出的信号同时进行三种放大倍数的放大，本实用新型在上述技术方案的基础上还包括辅助放大器2。辅助放大器2的输入端与主放大器的输出端连接，辅助放大器2的输出端与数据处理设备的输入端之三连接。
上述技术方案中，由于增加了辅助放大器2，使主放大器的输出端经过三条途径分别与数据处理设备的三个不同的输入端连接，从而可以同时对信号补偿器输出的信号进行三种放大倍数的放大。
为了对信号补偿器输出的信号同时进行四种放大倍数的放大，本实用新型在上述技术方案的基础上还包括辅助放大器3。辅助放大器3的输入端与主放大器的输出端连接，辅助放大器3的输出端与数据处理设备的输入端之四连接。
上述技术方案中，由于增加了辅助放大器3，使主放大器的输出端经过四条途径分别与数据处理设备的四个不同的输入端连接，从而可以同时对信号补偿器输出的信号进行四种放大倍数的放大。辅助放大器可以采用一级或多级放大。
为了对信号补偿器输出的信号同时进行更多不同放大倍数的放大，在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以根据实际需要增加更多的辅助放大器。
本实用新型的数据处理设备可以采用单片机，单片机I/O口的不同输入端分别作为数据处理设备的输入端之一、输入端之二、输入端之三和输入端之四，主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3的输出端分别与单片机I/O口的不同输入端连接。
对信号补偿器输出的信号同时进行四种放大倍数的放大后，得到的四路放大信号输入单片机中储存，由单片机进行数据处理，然后传输到微机中计算出测量结果。由于上述主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3的输出信号都是模拟信号，因此要求上述技术方案中单片机具备内置A/D转换器。
如果上述技术方案中的单片机没有内置A/D转换器，可以采用以下方式进行连接：主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3的输出端分别通过A/D转换器4、A/D转换器5、A/D转换器6和A/D转换器7与单片机I/O口连接。
主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3的输出的模拟信号分别经过A/D转换器4、A/D转换器5、A/D转换器6和A/D转换器7转换为数字信号后再输入单片机进行处理。
本实用新型的数据处理设备还可以采用多谱图记录仪，多谱图记录仪的不同输入端分别作为数据处理设备的输入端之一、输入端之二、输入端之三和输入端之四，主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3的输出端分别与多谱图记录仪的不同输入端连接。
对信号补偿器输出的信号同时进行四种放大倍数的放大后，得到的四路放大信号输入多谱图记录仪中，由多谱图记录仪同时打印出四种不同放大倍数的信号谱图。
本实用新型的数据处理设备还可以采用记录仪8、记录仪9、记录仪10和记录仪11，记录仪8、记录仪9、记录仪10和记录仪11的输入端分别作为数据处理设备的输入端之一、输入端之二、输入端之三和输入端之四，主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3的输出端分别与记录仪8、记录仪9、记录仪10和记录仪11的输入端连接。
记录仪8、记录仪9、记录仪10和记录仪11都是普通的记录仪。对信号补偿器输出的信号同时进行四种放大倍数的放大后，得到的四路放大信号分别输入记录仪8、记录仪9、记录仪10和记录仪11，由记录仪8、记录仪9、记录仪10和记录仪11分别打印出四种不同放大倍数的信号谱图。
本实用新型的辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3分别包括运算放大器A1、运算放大器A2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1和电容C2；电阻R1的一端作为辅助放大器的输入端与主放大器的输出端连接，电阻R1的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接；电阻R2的两端分别与运算放大器A1的反相输入端和输出端连接；电阻R3的一端与运算放大器A1的同相输入端连接，电阻R3的另一端接地；电容C1的两端分别与运算放大器A1的反相输入端和输出端连接；电阻R4的一端与运算放大器A1的输出端连接，电阻R4的另一端与运算放大器A2的反相输入端连接；电阻R5的两端分别与运算放大器A2的反相输入端和输出端连接；电阻R6的一端与运算放大器A2的同相输入端连接，电阻R6的另一端接地；电容C2的两端分别与运算放大器A2的反相输入端和输出端连接；运算放大器A2的输出端作为辅助放大器的输出端与数据处理设备的输入端连接。
辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3都是经过了两级放大，其中运算放大器A1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1组成第一级放大，运算放大器A2、电阻R4、电阻R6、电阻R6和电容C2组成第二级放大。如果只采用第一级放大，输出的信号谱图与主放大器输出信号谱图的方向相反，不便于对谱图进行分析计算，因此需要经过第二级放大后将信号再经过一次反相，这样经过两级放大后输出的信号谱图与主放大器输出的信号谱图的方向相同。
与现有的极谱仪相比，由于本实用新型增加了辅助放大器，可以对信号补偿器输出的信号同时进行两种以上放大倍数的放大，放大后的信号数据经过数据处理设备储存或者输出，供分析人员选用。分析人员可以从不同放大倍数的数据中选取合适的数据进行分析，一般不存在所有放大倍数的信号数据都过大或者过小的情况。这样，分析人员一般可以通过一次测量就能分析出被测物质的浓度。特别是在测量同一被测溶液中的几种不同物质的浓度时，分析人员可以通过一次测量，选用不同放大倍数的数据，分析出各种不同物质的浓度。本实用新型与现有极谱仪相比，测量过程简单，节省测量时间。
附图说明：
图1为本实用新型的实施例1的电路方框图；
图2为本实用新型的实施例2的电路方框图；
图3为本实用新型的实施例3的电路方框图；
图4为本实用新型的实施例1、实施例2和实施例3中的辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3的电路图；
图5为本实用新型的实施例1中A/D转换器4、A/D转换器5、A/D转换器6和A/D转换器7与单片机的连接关系图。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细描述。
实施例1：
如图1、图4和图5所示，本实施例是一种用于测量水中Zn、Cd、Pb、Cu等浓度的极谱仪，它主要由工作电压发生器、恒电位器、电解池、电流—电压转换器、微分器12、微分器13、转换开关、信号补偿器、主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2、辅助放大器3、A/D转换器4、A/D转换器5、A/D转换器6、A/D转换器7和数据处理设备组成。电解池中包括辅助电极、工作电极和参比电极。工作电压发生器可以采用线性扫描电压发生器，也可以采用脉冲扫描电压发生器。恒电位器用于使电解池内的溶液的电压与工作电压同步变化。电流—电压转换器用于把工作电极上的电流信号转换为电压信号。转换开关采用波段开关。电流—电压转换器的输出端与转换开关的输入端f和微分器12的输入端连接，微分器12的输出端与转换开关的输入端g和微分器13的输入端连接，微分器13的输出端与转换开关的输入端h连接。转换开关的输出端与信号补偿器的输入端连接，信号补偿器的输出端与主放大器的输入端连接。电流—电压转换器输出被测量信号，微分器12用于对电流—电压转换器输出的被测量信号取一阶导数，微分器13用于对微分器12输出的一阶导数信号取二阶导数。转换开关可以选择电流—电压转换器、微分器12和微分器13三者之一的输出端与信号补偿器的输入端连接，使分析人员每次测量只能根据具体情况选择电流—电压转换器输出的被测量信号、微分器12输出的一阶导数信号和微分器13输出的二阶导数信号三者之一输入信号补偿器。信号补偿器主要用于对被测量信号进行零点补偿和斜度补偿，在信号补偿器中零点补偿信号、斜度补偿信号与被测量信号、一阶导数信号和二阶导数信号三者之一相加。信号补偿器输出的合成信号输入主放大器进行放大。数据处理设备采用单片机IC1，单片机IC1采用80C51。该单片机IC1没有内置A/D转换器，因此主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3输出的模拟信号需要分别经过A/D转换器4、A/D转换器5、A/D转换器6和A/D转换器7转换为数字信号后才能输入单片机IC1中。主放大器的输出端分别与A/D转换器4、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3的输入端连接，辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3的输出端分别与A/D转换器5、A/D转换器6和A/D转换器7的输入端连接。A/D转换器4、A/D转换器5、A/D转换器6和A/D转换器7的输出端与单片机IC1的I/O口连接。如图4所示，辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3分别包括运算放大器A1、运算放大器A2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1和电容C2。电阻R1的一端作为辅助放大器的输入端与主放大器的输出端连接，电阻R1的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接。电阻R2的两端分别与运算放大器A1的反相输入端和输出端连接。电阻R3的一端与运算放大器A1的同相输入端连接，电阻R3的另一端接地。电容C1的两端分别与运算放大器A1的反相输入端和输出端连接。电阻R4的一端与运算放大器A1的输出端连接，电阻R4的另一端与运算放大器A2的反相输入端连接。电阻R5的两端分别与运算放大器A2的反相输入端和输出端连接。电阻R6的一端与运算放大器A2的同相输入端连接，电阻R6的另一端接地。电容C2的两端分别与运算放大器A2的反相输入端和输出端连接。运算放大器A2的输出端作为辅助放大器的输出端经过相应的A/D转换器后与单片机IC1的I/O口连接。辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3可以通过选择或者调节有关元器件的参数来获得不同的放大倍数。其中运算放大器A1和运算放大器A2可以采用同一块集成电路LM348组成。如图5所示，A/D转换器4、A/D转换器5、A/D转换器6和A/D转换器7采用同一块集成电路IC2，集成电路IC2采用MAX197BCNI。集成电路IC2共有8个A/D转换器，本实施例中使用了其中的4个，分别作为A/D转换器4、A/D转换器5、A/D转换器6和A/D转换器7，集成电路IC2的16脚、17脚、18脚和19脚分别作为A/D转换器4、A/D转换器5、A/D转换器6和A/D转换器7的输入端。在本实施例中，主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3的输出端分别与集成电路IC2的16脚、17脚、18脚和19脚连接。集成电路IC2与单片机IC1连接。单片机IC1主要用于贮存A/D转换器4、A/D转换器5、A/D转换器6和A/D转换器7输出的不同放大倍数的合成信号数据、进行数据处理和控制清洗、富集、静置时间等参数。
实施例2：
如图2和图4所示，本实施例是一种用于测量水中Zn、Cd、Pb、Cu等含量的极谱仪，它主要由工作电压发生器、恒电位器、电解池、电流—电压转换器、微分器12、微分器13、转换开关、信号补偿器、主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2、辅助放大器3和数据处理设备组成。本实施例的数据处理设备采用多谱图记录仪，因此省去了实施例1中的A/D转换器4、A/D转换器5、A/D转换器6和A/D转换器7。本实施例中工作电压发生器、恒电位器、电解池、电流—电压转换器、微分器12、微分器13、转换开关、信号补偿器、主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3所采用的元器件以及它们之间的连接关系与实施例1的相同，这里不再赘述。本实施例的主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3的输出端分别与多谱图记录仪的四个不同信号输入端连接。多谱图记录仪主要用于打印主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3输出的不同放大倍数的信号谱图。
实施例3：
如图3和图4所示，本实施例是一种用于测量水中Zn、Cd、Pb、Cu等含量的极谱仪，它主要由工作电压发生器、恒电位器、电解池、电流—电压转换器、微分器12、微分器13、转换开关、信号补偿器、主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2、辅助放大器3和数据处理设备组成。本实施例的数据处理设备采用记录仪8、记录仪9、记录仪10和记录仪11，记录仪8、记录仪9、记录仪10和记录仪11都采用普通记录仪。本实施例采用记录仪8、记录仪9、记录仪10和记录仪11共四台普通记录仪代替实施例2中的多谱图记录仪，其它部分所采用的元器件以及它们之间的连接关系与实施例2的相同，这里不再赘述。本实施例中主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3的输出端分别与记录仪8、记录仪9、记录仪10和记录仪11的输入端连接。记录仪8、记录仪9、记录仪10和记录仪11分别用于打印主放大器、辅助放大器1、辅助放大器2和辅助放大器3输出的不同放大倍数的信号谱图。

Claims (8)

1.极谱仪，包括信号补偿器、主放大器和数据处理设备，信号补偿器的输出端与主放大器的输入端连接，主放大器的输出端与数据处理设备的输入端之一连接；其特征是：还包括辅助放大器(1)；辅助放大器1的输入端与主放大器的输出端连接，辅助放大器(1)的输出端与数据处理设备的输入端之二连接。
2.根据权利要求1所述的极谱仪，其特征是：还包括辅助放大器(2)；辅助放大器(2)的输入端与主放大器的输出端连接，辅助放大器(2)的输出端与数据处理设备的输入端之三连接。
3.根据权利要求2所述的极谱仪，其特征是：还包括辅助放大器(3)；辅助放大器(3)的输入端与主放大器的输出端连接，辅助放大器(3)的输出端与数据处理设备的输入端之四连接。
4.根据权利要求3所述的极谱仪，其特征是：数据处理设备采用单片机，单片机I/O口的不同输入端分别作为数据处理设备的输入端之一、输入端之二、输入端之三和输入端之四，主放大器、辅助放大器(1)、辅助放大器(2)和辅助放大器(3)的输出端分别与单片机I/O口的不同输入端连接。
5.根据权利要求4所述的极谱仪，其特征是：主放大器、辅助放大器(1)、辅助放大器(2)和辅助放大器(3)的输出端分别通过A/D转换器(4)、A/D转换器(5)、A/D转换器(6)和A/D转换器(7)与单片机I/O口连接。
6.根据权利要求3所述的极谱仪，其特征是：数据处理设备采用多谱图记录仪，多谱图记录仪的不同输入端分别作为数据处理设备的输入端之一、输入端之二、输入端之三和输入端之四，主放大器、辅助放大器(1)、辅助放大器(2)和辅助放大器(3)的输出端分别与多谱图记录仪的不同输入端连接。
7.根据权利要求3所述的极谱仪，其特征是：数据处理设备采用记录仪(8)、记录仪(9)、记录仪(10)和记录仪(11)，记录仪(8)、记录仪(9)、记录仪(10)和记录仪(11)的输入端分别作为数据处理设备的输入端之一、输入端之二、输入端之三和输入端之四，主放大器、辅助放大器(1)、辅助放大器(2)和辅助放大器(3)的输出端分别与记录仪(8)、记录仪(9)、记录仪(10)和记录仪(11)的输入端连接。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的极谱仪，其特征是：辅助放大器(1)、辅助放大器(2)和辅助放大器(3)分别包括运算放大器(A1)、运算放大器(A2)、电阻(R1)、电阻(R2)、电阻(R3)、电阻(R4)、电阻(R5)、电阻(R6)、电容(C1)和电容(C2)；电阻(R1)的一端作为辅助放大器的输入端与主放大器的输出端连接，电阻(R1)的另一端与运算放大器(A1)的反相输入端连接；电阻(R2)的两端分别与运算放大器(A1)的反相输入端和输出端连接；电阻(R3)的一端与运算放大器(A1)的同相输入端连接，电阻(R3)的另一端接地；电容(C1)的两端分别与运算放大器(A1)的反相输入端和输出端连接；电阻(R4)的一端与运算放大器(A1)的输出端连接，电阻(R4)的另一端与运算放大器(A2)的反相输入端连接；电阻(R5)的两端分别与运算放大器(A2)的反相输入端和输出端连接；电阻(R6)的一端与运算放大器(A2)的同相输入端连接，电阻(R6)的另一端接地；电容(C2)的两端分别与运算放大器(A2)的反相输入端和输出端连接；运算放大器(A2)的输出端作为辅助放大器的输出端与数据处理设备的输入端连接。
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