SU769421A1

SU769421A1 - Measuring circuit, e.g. for detectors on conductivity

Info

Publication number: SU769421A1
Application number: SU772539104A
Authority: SU
Inventors: Николай Петрович Шевченко; Александр Афанасьевич Нарцов; Анатолий Иванович Пурвин; Виктор Андреевич Брызгалов
Original assignee: Специальное Конструкторское Бюро По Автоматике В Нефтепереработке И Нефтехимии
Priority date: 1977-11-16
Filing date: 1977-11-16
Publication date: 1980-10-07

Description

ку в измерительной и сравнительной чейках нарушаетс теплоо;бмен.Cu in the measuring and comparative cells is broken heat; bmen.

При изменении условий теплообмена измен етс температура чувствительных элементов и, как следствие, их сопротивление (причем величина сопротивлений измеритель-ного и сравнительного чувствительных элементов становитс разной), что вызывает разбаланс моста детектора. Этот разбаланс , выражающийс как дрейф нулевой линии, -с течением времени увеличиваетс , а следовательно, чувствительность € течением времени уменьшаетс . При изменении сопротивлени чувствительного элемента измен етс величина TOiKa через Плечо моста . А с изменением тока моста измен етс его чувствительность, следовательно, нарушаетс воспроизводимость анализа, т. е. возрастает погрешность в определении ко центрадии анализируемых компонентов. When the heat exchange conditions change, the temperature of the sensing elements changes and, as a result, their resistance (and the resistance value of the measuring and comparative sensing elements becomes different), which causes an imbalance of the detector bridge. This imbalance, expressed as zero-line drift, increases with time and, consequently, the sensitivity decreases with time. When the resistance of the sensing element changes, the value of TOiKa across the bridge arm changes. And with a change in the current of the bridge, its sensitivity changes, therefore, the reproducibility of the analysis is violated, i.e., the error in determining the center of the analyzed components increases.

При регистрации результатов хроматографического анализа -на разбалансированном мосте детектора, в измерительную диагональ которого лодключен дифференциальный усилитель, будет разбалансирован и сам усилитель (поскольку входной каакад дифференциального усилител построен по мостовой схеме) и при увеличиваюш:емс раэбалансе моста не только уменьшаетс чувствительность, но и сокращаетс линейг ный диапазон измерени как детектора, так и усилител .When recording the results of a chromatographic analysis on an unbalanced detector bridge, the measuring amplifier of which includes a differential amplifier, the amplifier itself will be unbalanced (since the input amplifier of the differential amplifier is built according to the bridge circuit) and when the balance is balanced, the sensitivity decreases, but also decreases linear measurement range of both the detector and the amplifier.

Если в качестве чувствительного элемента используют не вольфрамовые или платиновые ити, а термисторы, обеспечивающие значительно большую чувствительность моста детектора, то действи факторов , вызывающих дрейф, про вл ютс в еще большей степени. -И зависимость величины дрейфа от изменени условий теплообмена имеет более выраженный и сложный характер.If thermistors are used as a sensitive element, rather than tungsten or platinum ITIs, which provide a much greater sensitivity of the detector bridge, the effects of the factors causing drift are even more pronounced. - And the dependence of the drift value on the change in heat transfer conditions is more pronounced and complex.

Таким образом, поскольку в известном устройстве увеличиваетс с течением времени разбаланс моста, то чувствительность устройства с течением времени уменьшаетс , а следовательно, дополнительно вноситс погрешность в определении (концентрации анализируемых компонентов.Thus, since the imbalance of the bridge increases with time in the known device, the sensitivity of the device decreases with time and, therefore, an error is introduced in the determination (concentration of the analyzed components.

Дополнительна погрешность также св зана и с измен ющимс током моста при разбалансе. Кроме того, при этом сниг жаетс ,и верхн граница использовани детектора и усилител в линейной части зависимости .An additional error is also associated with the varying current of the bridge when unbalanced. In addition, this decreases, and the upper boundary of the use of the detector and amplifier in the linear part of the dependence.

Целью изОбретени вл етс повышение чувствительности измерений, а именно обеспечение регистрации результатов хроматографического анализа при неизменной во времени максимальной чувствительности детектора.The aim of the invention is to increase the sensitivity of measurements, namely, to ensure the recording of the results of chromatographic analysis with the maximum sensitivity of the detector unchanged over time.

Поставленна цель дастигаетс тем, что измерительна схема содержит источник опорного напр жени и два дополнительных дифференциальных усилител , инвертирующие входы которых соединены с вершинами измерительной диагонали моста, неинвертируюшие .входы подключены к источнику опорного напр жени , а выходThe goal is achieved by the fact that the measuring circuit contains the source of the reference voltage and two additional differential amplifiers, the inverting inputs of which are connected to the vertices of the measuring diagonal of the bridge, the noninverting inputs connected to the source of the reference voltage, and the output

каждого через ключ, аналоговое запоминающее устройство и управл ющий элемент подключен к вершине диагонали питани моста.each through a key, analog storage device and control element connected to the top of the diagonal of the power bridge.

На чертеже представлена .измерительна схема дл детактора теплопроводности с коррекцией дрейфа нулевой линии.The drawing shows a measuring circuit for a thermal conductivity detailer with zero-line drift correction.

Устройство содержит измерительный мост 1, содержащий в .смежных плечах, термисторные чувствительные элементы 2 иThe device contains a measuring bridge 1, containing in. Adjacent arms, thermistor sensitive elements 2 and

3, один ,из которых расположен в измерительной чейке 4, другой - в сравнительной чейке 5. В те же плечи моста включены управл емые от сигнала разбаланса элементы подстройки, выполненные в виде3, one of which is located in the measuring cell 4, the other in comparative cell 5. The same shoulders of the bridge include adjustment elements controlled from the imbalance signal, made in the form

фототранзисторов оптронов 6 и 7. В плечи моста включены также резисторы и резисторы .13 и 13.Phototransistors of optocouplers 6 and 7. The shoulders of the bridge also include resistors and resistors .13 and 13.

Измерительные вершины моста соединены со входами дифференциального усилител 14, выход которого подключен к регистрирующему прибору i/5. .Кроме того, одна измерительна вершина соединена и с инвертирующим входом дифференциального усилител 16, друга - с инвертирующим входом дифференциального усилител The measuring vertices of the bridge are connected to the inputs of the differential amplifier 14, the output of which is connected to the recording device i / 5. In addition, one measuring tip is connected to the inverting input of the differential amplifier 16, and the other to the inverting input of the differential amplifier.

/7 (инвертирующий вход о бозначен знаком/ 7 (the inverting input is labeled with

«-, неинвертирующий - знаком « + ).“- non-inverting -“ +) sign.

Неинвертирующие входы усилителей 16 иNon-inverting inputs of amplifiers 16 and

17 соединены с источником опорного напр лсени , выполненным на стабилитроне IS и резисторе 19. Выходы дифференциальных усилителей 16 и 17 с помощью .ключей 20 и 21 соединены со входами аналоговых запоминающих устройств 22 и 23.17 are connected to the source of the reference voltage, made on the Zener diode IS and the resistor 19. The outputs of the differential amplifiers 16 and 17 are connected to the inputs of the analog storage devices 22 and 23 by means of the switches 20 and 21.

Управл ющими элеьментами вл ютс светоизлучающие диоды оптронов 6 и 7, которые подключены между вершиной диагонали питани моста, наход щейс на общей шине питани , и выходами запоминающих устройств 22 и 23, соединенных через ключи 30 и 21 с выходами усилителей М и 17, инвертирующие входы которых соединены с вершинами измерительной диагонали моста. Резистор 24 служит дл подстройки оптимальной величины тока моста детектора.The control elements are light-emitting diodes of optocouplers 6 and 7, which are connected between the top of the diagonal of the bridge power supply, located on the common power line, and the outputs of memory devices 22 and 23, connected via switches 30 and 21 to the outputs of amplifiers M and 17, inverting inputs which are connected to the vertices of the measuring diagonal of the bridge. Resistor 24 serves to adjust the optimum current value of the bridge of the detector.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

После включени потока газа-носител через сравнительную чейку 5 продуваетс чистый газ-носитель, а через измерительную чейку 4 - газ-носитель, выход щий из хроматографической колонки. ПослеAfter the carrier gas stream is switched on, a clean carrier gas is blown through the comparative cell 5, and through a measuring cell 4 a carrier gas is discharged from the chromatographic column. After

этого включают питание мОСта и электронных блоков.This includes power supply of mosta and electronic components.

После выхода на режим при пропускании чистого газа-носител через сравнительную и измерительную чейки 5 и 4 измерительный мост 1 сбалансирован и сигнала нет, так как сопротивлени плеч моста при этом равны.After entering the mode by passing a pure carrier gas through the comparative and measuring cells 5 and 4, measuring bridge 1 is balanced and there is no signal, since the resistances of the shoulders of the bridge are equal.

Когда выход щий из колонки (на чертеже не показан) компонент анализируемой пробы попадает в измерительную чейку 4, теплопроводность смеси (газ-носитель плюс проба) измен етс . В св зи с этим измен етс температура чувствительного элемента 2, расположенного .в измерительной чейке 4, а следовательно, и его сопротивление . При этом происходит разбаланс моста 1, вл ющийс сигналом, который измер етс регистрирующим прибором 15.When the component of the sample being analyzed leaves the column (not shown) and enters the measuring cell 4, the thermal conductivity of the mixture (carrier gas plus sample) changes. In connection with this, the temperature of the sensitive element 2 located in the measuring cell 4, and hence its resistance, varies. When this occurs, the imbalance of the bridge 1 occurs, which is the signal that is measured by the recording device 15.

Однако за счет уноса неподвижной фазы из хроматографичесКой колонки, изменени температуры, изменени давлений на разную величину в измерительной и сравнительной чейках 4 и 5 и р да других факторов равенство сопротивлений элементов 2 и 3 измерительного моста / начинает нарушатьс , т. е. происходит разбаланс моста, фиксируемый как дрейф нулевой линии.However, due to the entrapment of the stationary phase from the chromatographic column, the temperature change, the pressure change by different values in the measuring and comparative cells 4 and 5, and a number of other factors, the resistance of elements 2 and 3 of the measuring bridge begins to be violated, i.e. fixed as zero line drift.

Например, при этом увеличиваетс сопротивление чувствительного элемента 2, следовательно, потенциал измерительной вершины моста, соединенного с инвертирующим входом усилител 16, понижаетс .For example, this increases the resistance of the sensing element 2, therefore, the potential of the measuring tip of the bridge connected to the inverting input of the amplifier 16 decreases.

На выходе дифференциального усилител 16 по вл етс сигнал противоположной пол рности. При замкнутом ключе 20 этот сигнал поступает на аналоговое запоминающее устройство , выходной сигнал которого увеличит величину тока че.рез управл ющий элемент оптрона 6. При этом увеличиваетс величина оптического излучени на управл емый элемент оптрона 5/что увеличит его проводимость до такого значени , при котором обща проводимость плеча с чувствительным элементом 2 не станет равной проводимости смежного плеча с чувствительным элементом 5 (т. е. пока не выравн ютс потенциалы измерительных верщин). Потенциал каждой измерительной вершины моста / сравниваетс с неизменной во времени величиной напр жени опорного источника (при этом сравнение обеих измерительных вершин осуществл етс относительно одного источника опорного .напр жени ). После выравнивани потенциалов измерительных вершин моста 1 по заданной временной программе, осуществл емой программным устройством (на чертеже не показано), размыкаютс ключи 20 и 2.1. При разомкнутых ключах 20 и 2.1 выходной сигнал аналоговых устройств 22 и 23, определ ющих величину проводимости управл емых элементов оптронов 6 VL 7, практически сохран етс неизменным в течение времени выхода хроматог.рафического пика (или группы пиков). При этом сохран етс неизменным баланс моста при равенстве сопротивлений всех его плеч, а следовательно , и чувствительность сохран етс неизменной и максимальной.At the output of the differential amplifier 16, an opposite polarity signal appears. When the switch 20 is closed, this signal is fed to an analog storage device, the output of which will increase the current through the control element of the optocoupler 6. This increases the amount of optical radiation per controlled element of the optocoupler 5 /, which will increase its conductivity to such a value that The total conductivity of the shoulder with the sensing element 2 will not become equal to the conductivity of the adjacent arm with the sensing element 5 (i.e., until the potentials of the measurement peaks are equalized). The potential of each measuring tip of the bridge () is compared with a constant voltage of the reference source in time (in this case, the comparison of both measuring tips is relative to one reference voltage source). After equalizing the potentials of the measuring vertices of bridge 1 according to a predetermined time program carried out by a software device (not shown in the drawing), the keys 20 and 2.1 open. With open keys 20 and 2.1, the output signal of analog devices 22 and 23, which determine the conductivity value of the controlled elements of optocouplers 6 VL 7, remains almost unchanged during the time of the chromatographic peak (or peak groups). At the same time, the balance of the bridge remains unchanged with equal resistance of all its shoulders, and, consequently, the sensitivity remains unchanged and maximum.

Восстановление проводимости другого плеча (сравнительного) осуществл етс аналогично. В случае уменьшени сопротивлени одного из чувствительных элементов моста 1 восстановление потенциала измерительной вершины осуществл етс аналогично, но с той лищь разницей, что при этом происходит уменьшение проводимости фотоприемника оптрона, последовательно соединенного в этом плече с чувствительным элементом.The restoration of the conductivity of the other arm (comparative) is similar. In the case of reducing the resistance of one of the sensitive elements of the bridge 1, the potential of the measuring tip is restored similarly, but with the difference that this results in a decrease in the conductivity of the photoreceiver of the optocoupler connected in series with the sensitive element.

В устройстве за счет схемного решени достигнута регистраци результатов хроматографического анализа при посто нной воIn the device, due to the circuit solution, the registration of chromatographic analysis results was achieved at a constant

15 времени и максимальной чувствительности не только потому, что мост стал при этом сбалансированным ,и соблюдаетс равенство всех Плеч моста, а также и потому, что автоматичеоки обеспечиваетс поддержание посто нной оптимальной величины тока моста дри использовании в качестве чувствительных элементов термисторов, обеспечивающих максимальную чувствительность .15 time and maximum sensitivity not only because the bridge became balanced at the same time, and the equality of all the shoulders of the bridge is observed, but also because the automatic loop maintains a constant optimum value of the current of the bridge when used as sensitive elements of thermistors providing maximum sensitivity.

5 Устройство исключает дорогосто щую и кропотливую операцию строгого подбора идентичных пар термисторов по удельному сопротивлению от температуры, вольт-амперным характеристикам, стабильности и5 The device eliminates the expensive and painstaking operation of rigorous selection of identical pairs of thermistors for their specific resistance to temperature, current-voltage characteristics, stability and

0 по некоторым параметрам. Это достигаетс благодар тому, что в плечи моста последовательно с термисторами подключены фотоприемники оптронов, с помощью которых сопротивлени плеч моста,0 in some respects. This is due to the fact that photodetectors of optocouplers are connected in series with thermistors to the shoulders of the bridge, with which the resistances of the arms of the bridge,

5 автоматически управл емые схемой, выравниваютс .и поддерживаютс посто нными , как и ток моста.5, automatically controlled by the circuit, are aligned and kept constant, as is the bridge current.

Устройство по схемному решению применимо и дл детектора по плотности, по0 скольку электрические принципиальные схемы измерительных мостов детектора теплопроводности и плотности аналогичны. Хот детектор на термисторах в сравнении с детектором на нит х (вольфрамовыхThe device according to the circuit design is also applicable to the density detector, since the electrical schematic diagrams of the measuring bridges of the thermal conductivity and density detector are similar. Although a thermistor detector is compared with a detector on yarns (tungsten

5 или платиновых) обладает р дом преимуществ (более высокой чувствительностью, малым рабочим объемом), однако имеет ограниченное применение. Предлагаема схема обладает возможостью анализирова0 ни всех веществ с лучшими метрологичеCKHLMH характеристиками (в том числе н как следствие - расширением линейного диапазона), меньшим весом и габаритами, а также и меньшим потреблением энергии,5 or platinum) has a number of advantages (higher sensitivity, small working volume), but it has limited application. The proposed scheme has the ability to analyze all substances with the best metrological characteristics KKHLMH (including, as a result, the expansion of the linear range), lower weight and dimensions, as well as lower energy consumption.

чем другие детекторы. Эту схему целесообразно использовать дл анализа состава газа космических кораблей и дл исследовани атмосфер Земли и других планет.than other detectors. This scheme should be used to analyze the composition of the gas of spacecraft and to study the atmospheres of the Earth and other planets.

6060

Claims

1.A-Vtorok certificate of the USSR No. 163272, cl. G 01 N 17/02, il963.

2. USSR author's certificate number 338837, cl. G 01 N 27/00, 1970.

3. USSR author's certificate number 5i86391, cl. G 01 N 17/00, 1976.

4. US patent number 38867187, cl. 73-27. publish 1975 (prototype).