ясно, как это можно выполнить. Выбор схемы датчика на основе магнитотранзистора с резистивной связью базы с коллекторами и тока эмиттера через третий коллектор, образованный рп-переходом база-карман и подложкой или базой и карманом, обеспечивает режим работы с минимальными напряжением и током рп-переходов измерительных коллекторов и базы. Задание минимального режима на коллекторах БМТ прп-типа, сформированного в кармане, и интегральное исполнение резисторов позволило получить начальный разбаланс между напряжениями на коллекторах менее 1 мВ, или 0,1 % напряжения коллектора.
Л и т е р а т у р а
1. Metz M. Diss: Offset in CMOS Magnetotransistors, Analysis and Reduction. — Zurich, 1999.
2. Тихонов P. Д., Козлов А. В., Поломошнов С. А. // Измерительная техника. — 2008. — № 8. — C. 57; Tikhonov R. D., Kozlov A. V., Polomoshnov S. A. // Measurement Techniques. — 2008. — V. 51. — N 8. — P. 856.
3. Tikhonov R. D. e. a. // Proc. SPIE. — V. 7025. Micro- and Nanoelectronics. — 2008. — N 70251B.
Дата принятия 09.02.2009 г.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
543/545:543.08.621.753.1
Пути повышения точности аналитических приборов
М. А. КАРАБЕГОВ
Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения,
Москва, Россия, e-mail: karabegov@rambler.ru
Рассмотрены методы и примеры повышения точности аналитических приборов на основе параметрической, структурной и циклической коррекций.
Ключевые слова: аналитические приборы, параметрическая, структурная и циклическая коррекции.
The methods and examples of analytical instruments accuracy increase, based on parametric, structural and cyclical corrections, are examined.
Key words: analytical instruments, parametric, structural and cyclical correction.
Аналитические измерения широко используют при определении состава и свойств технологических и природных сред в научной и производственной практике разных отраслей. Для выполнения таких измерений необходимы специальные методики и аналитические приборы (АП), основанные на оптических, электрохимических, хроматографичес-ких, рентгеновских, радиационных и других методах. Развивается и автоматическое аналитическое приборостроение. Все расширяющееся применение АП в различных отраслях и технологиях, сложность контролируемых сред и часто экстремальные условия эксплуатации предъявляют новые требования к решениям, обеспечивающим достоверность и инвариантность результатов измерений.
При анализе жидких сред основными объектами контроля являются жидкие химические растворы и дисперсные системы. Раствор — гомогенная (однородная) смесь, образованная не менее чем двумя компонентами, один из которых называется растворителем, а другие растворимы в нем; это также система переменного состава, находящаяся в состоянии химического равновесия. Чаще всего растворитель — жидкое вещество, например раствор соли или спирта в воде. В химической практике обычно под растворами
понимают гомогенные системы. В истинных растворах размеры взвешенных частиц составляют менее 1 нм, их невозможно обнаружить оптическими методами. Дисперсная система — гетерогенная смесь, в которую входят минимум два вещества, полностью или частично не смешивающихся и химически не реагирующих друг с другом. Первое вещество (дисперсная фаза, взвешенные частицы) мелко распределено во втором (дисперсионная среда, жидкая фаза). Фазы можно разделить — центрифугировать, сепарировать. В дисперсных системах размеры взвешенных частиц могут колебаться в широких пределах, например: (1—100) • 10-6, 1 • 10-9 — 5 • 10-7 м (коллоидные растворы) и др.
Жидкие растворы и дисперсные системы являются распространенными технологическими продуктами (промежуточными, конечными) и объектами контроля в процессах химических, гидрометаллургических, биотехнологических, пищевых производств, в атомной и тепловой энергетике, в системах контроля за состоянием природной среды и т. д.
Среди АП важное место занимают приборы, основанные на оптических методах: спектрофотометрические (фотометрические) для УФ-, видимой и ИК-областей спектра; атомно-абсорбционные с пламенной и электротермической
атомизацией; рефрактометрические разных типов; эмиссионные с возбуждением в пламени (пламенные фотометры), в индуктивно-связанной плазме с фотометрическим, масс-спектрометрическим детектированием; флуо-рометрические разных типов; фотометрическо-счетные и другие. Оптические аналитические приборы (ОАП) по объемам продаж занимают лидирующие позиции в структуре мирового рынка АП. Их широкому распространению способствуют высокие чувствительность и селективность, обеспечиваемые, в частности, благодаря спектральной изоляции, относительная простота конструкции, доступная стоимость и хорошо отработанные и освоенные методики применения в разных отраслях. Особенно важны ОАП при анализе жидких сред, а также для производственных лабораторий, выполняющих отдельные и массовые аналитические измерения. Основные информативные параметры этих приборов — интенсивностные, спектральные, временные, пространственные параметры излучения и их сочетания — формируются при взаимодействии излучения с анализируемой средой или воздействии на нее в чувствительной ячейке (кювете, атомизаторе, устройстве возбуждения эмиссии и др.). На рис. 1 приведена примерная схема аналитических измерений с помощью ОАП.
При выполнении аналитических измерений на достоверность результатов влияют мешающие факторы, обусловленные флуктуациями параметров звеньев приборов — Фп, анализируемых сред — Фс, условий эксплуата
анализируемых сред ции — Фу.
Факторы Фп формируются в схемах АП, содержащих звенья с параметрами а1, а2, ..., а. Для ОАП — это источник излучения; оптическая схема; чувствительная ячейка (кювета), в которой анализируемая среда взаимодействует с излучением, средой атомизации (эмиссии); фотоприемник; вычислительное устройство; для рН-метров — электроды с арматурой и т. д. Схемы содержат общие для типа прибора и специфические для метода (схемы) звенья с параметрами а 1, а'2, ..., а'. Параметры а1, а2, ..., а, а1, а'2, ..., а' при старении, внешних и других воздействиях изменяются, например: темнеет баллон ОАП и провисает нить излучателя; кювета загрязняется от контакта с анализируемой средой; флуктуируют параметры фотоприемника, элементов схемы, атомизатора. Параметры а^ и соответствующие погрешности являются функцией составляющих факторов Фп:
Фп = (а1, а2, ..., а/, а 1, а2, ..., а
Факторы Фс (неинформативные параметры среды и др.) присущи жидким анализируемым средам, характеризующимся сложными составом и агрегатным состоянием, химическими и механическими примесями, загрязнениями, высокими температурой и вязкостью, полимеризацией и другими составляющими с параметрами с1, с2, ..., с. Составляющие Фс с параметрами с 1, с', ..., с] могут зависеть от иных параметров (примеси и вязкость зависят от температуры), отличаться по степени воздействия на информативный сигнал с учетом структуры схемы и метода. Все указанные выше параметры и возникающие погрешности являются функцией составляющих факторов Фс:
фс = [^С^ Ъ сV ^ с
Рис. 1. Схема аналитических измерений с использованием оптических аналитических приборов
Факторы Фу — температура, давление, влажность, вибрации с параметрами Ь1, Ь2, ..., Ь.. Параметры внешних условий Ь 1, Ь..., Ь' при производственных измерениях могут значительно изменяться, воздействовать на другие. Параметры Ь,, Ь' и соответствующие погрешности являются
функцией составляющих факторов Фу:
Ф„
z/y [b1, b2, ..., ь, ь 1, b2, ..., ь;.].
С учетом влияния мешающих факторов статическая характеристика АП будет иметь вид
У = F(x) ФпФсФу = F(х) [/ (av а2, ..., а, а 1, а2, ..., а;)] х х {Zfc [с1, с2, ..., с, c 1, c2, ..., c.]} х х {z/y [b1,b2, ..., ь, ь 1, ь2, ..., ь;.]},
где x, у — входная и выходная величины.
Аналитические измерительные задачи многообразны, они дифференцируются в зависимости от состава, состояния и других характеристик анализируемой среды и мешающих факторов. В общем случае результаты измерений формируются при влиянии всех мешающих факторов Фп, Фс, Фу, возникают аддитивные и мультипликативные погрешности. Для повышения точности и обеспечения инвариантности результатов измерений к влиянию мешающих факторов в АП реализуются решения на основе методов коррекции — параметрической, структурной и циклической по «эталонному» значению измеряемой величины.
При параметрической коррекции компенсируется влияние мешающих факторов, статические и динамические характеристики звеньев измерительных систем АП стабилизируются:
У; = f (x) ^ const, yi (t) = f [xi (t)] ^ const
4/TMz
Т
Рис. 2. Структурная схема ИК-анализатора:
1 — излучатель; 2 — оптическое устройство; 3 — щтуцеры; 4, 7 — вспомогательная и основная проточные полости рабочей 5 и сравнительной 9 кювет; 6 — фотоприемники; 8 — гидравлические соединения; 10 — измерительно-вычислительное устройство
при условиях
фп = f [а Фc = f [ci
Фу = f [bi
а, а\ ... аi] ^ const;
c,, c\ ... c'] ^ const;
^ const,
где х, у, Х[(1), у (t) — входные и выходные величины в статике и динамике.
Такая коррекция возможна практически во всех АП при оптимизации схем, конструкций и элементной базы; стабилизации напряжения, частоты, давления, расхода; фильтрации; гашении вибраций; термостатировании и т. д.
При структурной коррекции на основе принципа «двух-канальных» измерений в схемах АП формируются один или несколько каналов коррекции, сигналы которых и информативные сигналы обрабатываются по специальным алгоритмам. Сигнал коррекции ук может содержать информацию, сформированную детерминированным значением измеряемого параметра х' и сигналами факторов Фп, Ф( ной интерпретации:
Фу в раз-
ук = (Рк )' [/ (а, ..., а')] {/ [с, ..., С]} {/ [Ь, ..., Ь]}; ук = [Рк (*')] [/ (а, ..., а))] {/ [с,,..., с)]} {/ [Ь, ..., Ь)]}.
Информативный сигнал у) содержит информацию, полученную в результате преобразований измеряемого параметра х и сигналов факторов Фп, Фс, Фу:
у) = (х) [/ (а), ..., а))] {/ [С), ..., с)]} {/ [Ь, ..., Ь)]}.
Информативный сигнал формируется в результате преобразования сигналов у) , ук по алгоритмам,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.