SU883733A1 - Пол рограф переменного тока - Google Patents

Description

Изобретение относится к средствам аналитического контроля и электрохимических исследований и может быть использовано во многих отраслях цветной металлургии, геологии, медицине, химической промышленности и т.д. для ⁵ проведения массового экспресс-анализа растворов.

Известно устройство для получения переменно-токовых полярограмм, содержащее генератор постоянного поляризующего напряжения, датчик, генератор развертки, генератор импульсов,, потенциостат, измерительное устройство и регистратор [1] .

Однако указанное.устройство не обладает достаточной чувствительностью и быстродействием вследствие инерционного временного разделения реактивной и активной составляющих тока полярографической ячейки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является полярограф переменного тока, содержа2 щий генератор постоянного поляризующего напряжения, генератор низкой частоты и генератор развертки, соединенные со входом стабилизатора напряжения, к выходу которого подключена трехэлектродная полярографическая ячейка, вспомогательный электрод которой соединен с устройством синхронизации отрыва ртутной капли, рабочий электрод с токоснимающим резистором, последовательно соединенные усилитель переменного тока, фазовый детектор и регистратор, фазовращатель , подключенный к фазовому детектору [2].

Однако известное устройство не обладает достаточным для проведения массового анализа быстродействием, так как измерительная часть устройства имеет большую инерционность.

Цель изобретения — повышение чувствительности и быстродействия полярографа переменного тока.

Поставленная цель достигается тем, что полярограф переменного тока, содержащий генератор постоянного поляризующего напряжения, генератор низкой частоты и генератор развертки, соединенные со входом стабилизатора напряжения, к выходу которого подключена трехэлектродная полярографическая ячейка, вспомогательный электрод которой соединен с устройством синхронизации отрыва ртутной капли, рабочий электрод с токоснимающим резистором, последовательно соединенные усилитель переменного тока, фазовый детектор и регистратор, фазовращатель, подключенный к фазовому детектору,' дополнительно снабжен устройством управления фазовым детектором, двумя одновибраторами, интегратором, схемой совпадения, запоминающим устройством и двумя ключами, при этом вход устройства управления фазовым детектором подключен к выходу фазовращателя, а выход — к управляющему входу фазового детектора и ко входу первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом схемы совпадения и входом второго одновибратора, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, подключенного-параллельно интегратору, вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход — со входом второго ключа, управляющий вход которого соединен с выходом Схемы совпадения, а выход — через запоминающее, устройство с регистратором, второй вход схемы совпадения соединен с выходом устройства синхронизации отрыва капли и с управляющим входом генератора развертки.

Такой полярограф дает возможность регистрировать полярограмму переменного тока за 2-3 с, т.е. при использовании ртутно-капельного электрода, за время жизни одной капли;

На фиг. 1 представлена функциональная схема полярографа переменного тока; на фиг. 2 — эпюры, поясняющие работу синхронизатора; на фиг.3~ эпюры, поясняющие работу измерительной части полярографа.

Выход источника 1 постоянного поляризующего напряжения соединен с одним из входов стабилизатора 2 напряжения. К входам стабилизатора 2 подключены также выходы генератора 3 напряжения развертки, генератора 4 низкой частоты;

Выход стабилизатора 2 напряжения соединен со вспомогательным электро5 дом 5 электрохимической ячейки 6.

Вспомогательный электрод 5 подключен также к входу синхронизатора 7 времени измерения с отрывом капли.

Электрод 8 сравнения соединен со вхо10 дом стабилизатора 2 напряжения. Рабочий электрод 9 ячейки 6 соединен с токоснимающим резистором 10 и со входом усилителя 11 переменного тока. Второй вывод токоснимающего резисто15 ра 10 соединен с общей точкой схемы.

Выход усилителя 11 переменного тока соединен с сигнальным входом фазового детектора 12, управляемый вход которого подключен к устройству 13 20 управления фазовым детектором и, ко входу первого одновибратора' 14, вход устройства 13 управления фазовым детектором подключен к выходу фазового вращателя 15, соединенного с выходом ₂₅ генератора 4 низкой частоты. Выход фазового детектора 12 соединен со входом аналогового интегратора 16, параллельно конденсатору которого подключен первый ключ 17. Управляемый ₃₀ вход ключа 17 соединен с выходом -второго одновибратора 18. Вход одновибратора 18 подключён одновременно к выходу первого одновибратора 14 и кодномуиз входов схемы 19 совпадения. Второй вход схемы 19 совпадения ³⁵ соединен с выходом синхронизатора 7 и управляемым входом генератора 3 напряжения развертки. Выход аналогового интегратора 16 подключен к сигнальному входу второго последователь⁴⁰ ного ключа 20, управляемый вход которого соединен с выходом схемы 19 совпадения. Выход ключа 20 соединен со входом запоминающего устройства 21, выход которого соединен со входом ре⁴⁵ гистратора 22.

Полярограф работает следующим образом.

Трехэлектродная ртутно-капельная электрохимическа ячейка 6 заполняет⁵⁰ ся анализируемым раствором. На входы стабилизатора 2 напряжения от источника 1.постоянного поляризующего напряжения 1 поступает начальное поляризующее напряжение, от генератора 4 55 низкой частоты подаётся синусоидальное напряжение, с генератора 3 напряжений развертки по команде синхронизатора 7 поступает линейно изме няющееся напряжение. Сумма этих напряжений с выхода стабилизатора напряжения подается на вспомогательный электрод 5 ячейки 6.

Стабилизатор 2 напряжения обеспечивает стабильное напряжение между электродом 8 сравнения и рабочим электродом 9 ячейки 6 вне зависимости от величины протекающего через ячейку тока.

Вспомогательный электрод подключен также к входу синхронизатора 7. Синхронизатор обеспечивает синхронизацию 23 времени измерения с определенным временем жизни капли, когда ее поверхность мало изменяется. За время действия команды 24 сфорироваванной синхронизатором, генератор развертки вырабатывает линейно изменяющееся напряжение 25. Скорость нарастания этого напряжения выбирается таким образом, что за время измерения полностью регистрируется полярограмма 26 одного или нескольких анализируемых элементов. Команда 24 с синхронизатора управляет также схемой 19’совпадения, что дает возможность за время измерения проводить запись информации с аналогового интегратора 16 в запоминающее устройство 21.через ключ 20, т.е. в конечном итоге регистрировать полярограмму 26. Кроме того, управление измерительной частью схемы производится от опорного сигнала 27,.поступающего с выхода фазовращателя 15 на вход устройства 13 управления фазовым детектором, которое вырабатывает стабильные по длительности команды управления фазовым детектором 12. Моменты начала команд управления фазовым детектором определяются соотношением фазы измеряемого сигнала 29 или 3θ с фазой опорного сигнала 27. По окончании команды. 28 первым одновибратором 14 формируется команда 3-1 записи информации в запоминающее устройство 21. Эта команда 31 через схему 19 совпадения управляет ключом 20. Команда 31 проходит на управляемый вход последовательного ключа 20 только на время действия команды 24 от синхронизатора 7. 8 остальное время схема 19 совпадения не пропускает команду 31 и ключ 20 остается разомкнутым.

По окончании команды 31 записи второй одновибратор 18 формирует команду 32 установки интегратора 16 в исходное -состояние. Этой командой управляется

883733 6 первый ключ 17, через который осуществляется разряд конденсатора аналогового интегратора 16.

Длительность команд 28 управления $ фазовым детектором 12, записи 31 и установки интегратора в исходное состояние 32 в сумме должна быть меньше или равна периоду синусоидального сиг нала 27.

Переменный ток, протекающий через токоснимающий резистор 10 — величина комплексная. Полезная информация о концентрации анализируемого элемента в растворе содержится в активной соU ставЛяющей тока ячейки 6, тогда как реактивная составляющая является помехой. В измерительной части схемы осуществляется компенсация реактивной составляющей тока ячейки.

ГО В случае отсутствия деполяризатора в растворе через ячейку протекает только реактивный ток. Переменное напряжение, действующее на токоснимающем резисторе 10, поступает на 2J вход усилителя 11 переменного тока.

С выхода усилителя 11 измеряемый си|— нал 29 поступает на вход фазового детектора 12, управляемого командами 28 устройства 13 управления фазовым ГО детектором. При этом фазовращателем 15 устанавливается такое время действия команды 28, чтобы на выходе фазового детектора 12 была вырезана строго симметричная относительно нуля часть полупериода сигнала 33. Одновременно сигнал 33 интегрируется на интеграторе 16. Результат интегрирования за время действия команды 28, который в данном случае равен нулю, запоминается на интеграторе и по команде 31 переписывается в запоминающее устройство 21, а затем поступает на регистратор 22. Из эпюры 34 видно, что на выходе схемы регистрируется нулевое значение, т.е. произошла компенсация сигнала от реактивного тока ячейки.

В случае наличия деполяризатора в анализируемом растворе через ячейку протекает ток, имеющий как активную, так и реактивную составляющие. На входе усилителя 11 переменного тока действует сигнал 30, сдвинутый по фазе относительно реактивного сигнала 29. При этом фазовый детектор ^iS вырезает несимметричную часть синусоиды 29, которая интегрируется интегратором 16. Результат интегрирования 35 запоминается на интеграто7 записи в запоминаю21 по команде 31. Зало команде 32 устанавре 16 на время щее устройство тем интегратор ливается в исходное состояние.

Записанное в запоминающее устройство значение тока Зб пропорциональное активной составляющей тока ячейки, поступает на вход регистратора 22. В следующем периоде синусоидального напряжения процесс измерения повторяется.

Быстродействующий, чувствительный полярограф может быть использован как в исследовательских целях, так и при массовом экспресс-аналиЭе технологических продуктов предприятий химической промышленности, цветной и черной металлургии.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к средствам аналитического контрол  и электрохимических исследований и может быть использовано во многих отрасл х цветной металлургии, геологии, медицине, химической промышленности и т.д. дл  проведени  массового экспресс-анализа растворов. Известно устройство дл  получени  переменно-токовых пол рограмм, содержащее генератор посто нного пол ризующего напр жени , датчик, генератор развертки, генератор импульсов,, потенциостат, измерительное устройство и регистратор 1 Однако указанное.устройство не обладает достаточной чувствительностью и быстродействием вследствие инерционного временного разделени  реактивной и активной составл ющих тока пол рографической  чейки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  пол рограф переменного тока, содержащий генератор посто нного пол ризующего напр жени , генератор низкой частоты и генератор развертки, соединенные со входом стабилизатора напр жени , к выходу которого подключена трехэлектродна  пол рографическа   чейка, вспомогательный электрод которой соединен с устройством синхронизации отрыва ртутной капли, рабочий электрод с токоснимающим резистором , последовательно соединенные усилитель переменного тока, фазовый детектор и регистратор, фазовращатель , подключенный к фазовому детектору 2. Однако известное устройство не обладает достаточным дл  проведени  массового анализа быстродействием, так как измерительна  часть устройства имеет большую инерционность. Цель изобретени  - повышение чувствительности и быстродействи  пол рографа переменного тока. 3 Поставленна  цель достигаетс  тем что пол рограф переменного тока, со-держащий генератор посто нного пол ризующего напр жени , генератор низкой частоты и генератор развертки, соед4иненные со входом стабилизатора напр жени , к выходу которого подклю чена трехэлектродна  пол рографическа   чейка, вспомогательный электрод которой соединен с устройством синхронизации отрыва ртутной капли, рабочий электрод с токоснимающим резистором , последовательно соединенные усилитель переменного тока, фазо вый детектор и регистратор, фазовращатель , подключенный к фазовому детектору,дополнительно снабжен уст ройством управлени  фазовым детектором , двум  одновибраторами, интегратором , схемой совпадени , запоминающим устройством и двум  ключами, при этом вход устройства управлени  фазовым детектором подключен к выходу фазовращател , а выход - к управл ющему входу фазового детектора и ко входу первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом схемы совпадени  и входом вто рого одновибратора, выход которого подключен к управл ющему входу первого ключа, подключенного-параллельн интегратору, вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход - со входом второго ключа, управл ющий вход которого соединен с выходом Схемы совпадени , а выход - через заломинающее. устройство с регистратором , второй вход схемы совпадени  соединен с выходом устройства синхронизации отрыва капли и с управл ющим входом генератора развертки . Такой пол рограф дает возможность регистрировать пол рограмму переменного тока за 2-3 с, т.е. при использовании ртутно-капельного электрода, за врем  жизни одной капли; На фиг. 1 представлена функциональна  схема пол рографа переменного тока; на фиг. 2 - эпюры, по сн ющие работу синхронизатора; на фиг.3 эпюры, по сн ющие работу измерительной части пол рографа. Выход источника 1 посто нного пол ризующего напр жени  соединен с одним из входов стабилизатора 2 напр жени . К входам стабилизатора 2 подключены также выходы генератора 3 3 напр жени  развертки, генератора низкой частоты; Выход стабилизатора 2 напр жени  соединен со вспомогательным электродом 5 электрохимической  чейки 6. Вспомогательный электрод 5 подключен также к входу синхронизатора 7 времени измерени  с отрывом капли. Электрод 8 сравнени  соединен со входом стабилизатора 2 напр жени . Рабочий электрод 9  чейки 6 соединен с токоснимающим резистором 10 и со входом усилител  11 переменного тока. Второй вывод токоснимающего резистора 10 соединен с общей точкой схемы. Вь1ход усилител  1 1 переменного тока соединен с сигнальным входом фазового детектора 12, управл емый вход которого подключен к устройству 13 управлени  фазовым детектором и, ко входу первого одновибратора 1A, вход устройства 13 управлени  фазовым детектором подключен к выходу фазового вращател  15, соединенного с выходом генератора низкой частоты. Выход фазового детектора 12 соединен со входом аналогового интегратора 1б, параллельно конденсатору которого подключен первый ключ 17. Управл емый вход ключа 17 соединен с выходом -второго одновибратора 18. Вход одновибратора 18 подключён одновременно к выходу первого одновибратора и кодномуиз входов схемы 19 совпадени . Второй вход схемы 19 совпадени  соединен с выходом синхронизатора 7 и управл емым входом генератора 3 напр жени  развертки. Выход аналогового интегратора 1б подключен к сигнальному входу второго последовательного ключа 20, управл емый вход которого соединен с выходом схемы 19 совпадени . Выход ключа 20 соединен со входом запоминающего устройства 21, выход которого соединен со входом регистратора 22. Пол рограф работает следующим образом . Трехэлектродна  ртутно-капельна  электрохимическа  чейка 6 заполн етс  анализируемым раствором. На входы стабилизатора 2 напр жени  от источника 1 посто нного пол ризующего напр жени  1 поступает начальное пол ризующее напр жение, от генератора 4 низкой частоты подаётс  синусоидальное напр жение, с генератора 3 напр жений развертки по команде синхронизатора 7 поступает линейно измен ющеес  напр жение.Сумма этих напр жений с выхода стабилизатора напр жени  подаетс  на вспомогательный электрод 5  чейки 6, Стабилизатор 2 напр жени  обеспечивает стабильное напр жение между электродом 8 сравнени  и рабочим электродом 9  чейки 6 вне зависимости от величины протекающего через  чейку тока. Вспомогательный электрод подключен также к входу синхронизатора 7. Синхронизатор обеспечивает синхронизацию 23 времени измерени  с определенным временем жизни капли, когда ее поверхность мало измен етс . За врем  действи  команды 2k сфорироваванной синхронизатором, генератор развертки вырабатывает линейно измен ющеес  напр жение 25. Скорость нарастани  этого напр жени  выбираетс  таким образом, что за врем  измерени  полностью регистрируетс  пол рограмма 26 одного или нескольких анализируемых элементов. Команда с синхронизатора управл ет также схемо 19 совпадени , Что дает возможность за врем  измерени  проводить запись информации с аналогового интегратора 1б в запоминающее устройство 21.чере ключ 20, т.е. в конечном итоге ре-гистрировать пол рограмму 26. Кроме того, управление измерительной часть схемы производитс  от опорного сигна ла 27,.поступающего с выхода фазовращател  15 на вход устройства 13 управлени  фазовым детектором, которое вырабатывает стабильные по длительности команды управлени  фазовым детектором 12. Моменты начала команд управлени  фазовым детектором определ ютс  соотношением фазы измер емого сигнала 29 или 30 с фазой опорного сигнала 27. По окончании команды . 28 первым одно-вибратором Н формируетс  команда 3-1 записи информации в запоминающее устройство 21. Эта команда 31 через схему 19 совпадени  управл ет ключом 20. Команда 31 проходит на управл емый вход последовательного ключа 20 только на врем  действи  команды от синхронизатора 7. В остальное врем  схема 19 совпадени  не пропускает команду 31 и ключ 20 остаетс  разомкнутым По окончании команды 31 записи второ одновибратор 18 формирует команду 32 установки интегратора 1б в исходное -состо ние. Этой командой управл етс первый ключ 17, через который осуществл етс  разр д конденсатора аналогового интегратора 16. Длительность команд 28 управлени  фазовым детектором 12, записи 31 и установки интегратора в исходное состо ние 32 в сумме должна быть меньше или равна периоду синусоидального сигнала 27. Переменный ток, протекающий через токоснимающий резистор 10 - величина комплексна . Полезна  информаци  о концентрации анализируемого элемента в растворе содержитс  в активной coставЛ ющей тока  чейки 6, тогда как реактивна  составл юща   вл етс  помехой . В измерительной части схемы осуществл етс  компенсаци  реактивной составл ющей тока  чейки. В случае отсутстви  депол ризатора в растворе через  чейку протекает только реактивный ток. Переменное напр жение, действующее на токоснимающем резисторе 10, поступает на вход усилител  11 переменного тока. С выхода усилител  11 измер емый си|- нал 29 поступает на вход фазового детектора 12, управл емого командами 28 устройства 13 управлени  фазовым детектором. При этом фазовращателем 15 устанавливаетс  такое врем  действи  команды 28, чтобы на выходе фазового детектора 12 была вырезана строго симметрична  относительно нул  часть полупериода сигнала 33Одновременно сигнал 33 интегрируетс  на интеграторе 16. Результат интегрировани  за врем  действи  команды 28, который в данном случае равен нулю, запоминаетс  на интеграторе и по команде 31 переписываетс  в запоминающее устройство 21, а затем поступает на регистратор 22. Из эпюры видно, что на выходе схемы регистрируетс  нулевое значение, т.е. произошла компенсаци  сигнала от реактивного тока  чейк.и. В случае наличи  депол ризатора в анализируемом растворе через  чейку протекает ток, имеющий как активную , так и реактивную составл ющие. На входе усилител  11 переменного тока действует сигнал 30, сдвинутый по фазе относительно реактивного сигнала 29- При этом фазовый детектор вырезает несимметричную часть синусоиды 29, котора  интегрируетс  интегратором 16. Результат интегрировани  35 запоминаетс  на интеграторе 1б на врем  записи в запоминающее устройство 21 по команде 31. За тем интегратор по команде 32 устана ливаетс  в исходное состо ние. Записанное в запоминающее устрой ство значение тока Зб пропорциональ ное активной составл ющей тока  чей ки, поступает на вход регистратора 22. В следующем периоде синусоидального напр жени  процесс измерени  повтор етс . Быстродействующий, чувствительный пол рограф может быть использован как в исследовательских цел х, так и при массовом экспресс-анализе технологических продуктов предпри тий химической промышленности, цвет ной и мерной металлургии. Формула изобретени  . Пол рограф переменного тока, содержащий генератор посто нного пол  ризующего напр жени , генератор.низ кой частоты и генератор развертки, соединенные со входом стабилизатора напр жени , к выходу которого подключена трехэлектродна  пол рографическа   чейка, вспомогательный электрод которой соединен с устройством синхронизации отрыва ртутной капли, рабочий электрод с токоснимающим резистором, последовательно соединенные усилитель переменного тока, фазовый детектор и регистрато фазовращатель, подключенный к фазовому детектору,о тличающийс   тем, чтсГ, с целью повышени  чувствительности и быстродействи , он дополнительно снабжен устройством управлени  фазовым детектором, двум  одновибраторамй, интегратором, схемой совпадени , запоминающим устройством и двум  ключами, при этом вход устройства управлени  фазовым детектором подключен к выходу фазовращател , а выход - к управл ющему входу фазового детектора и ко входу первого одновибратора, выход которого соединён с первым входом схемы совпадени  и входом второго одновибратора, выход которого подключен к управл щему входу первого ключа, подключенного параллельно интегратору вход которого соединен с выходом фазового детектора , а выход - со входом второго ключа , управл ющий вход которого соединен с выходом схемы совпадени , а выход - через запоминающее устройство с регистратором, второй вход схемы совпадени  соединен с выходом устройства синхронизации отрыва капли и с управл ющим входом генератора развертки. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Брук Б.С. Пол рографические методы . М., Энерги , 1972, с. 127.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 45702, кл. G 01 N , 197.

   А 3pm.

   капли

   23

   .CHHX

   Zk

   A ОразВерт..

   регистр

   26

   Фиг. I

   r

   27

   28 3t

   32 29

   ч

   33

   30

   х

   /