СИСТЕМА АНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЖИДКИХ ПРОБ Российский патент 2001 года по МПК G01N1/10 G01N35/08 

Изобретение относится к области аналитического контроля проб растворов и суспензии металлургических и химических производств и может быть использовано при измерении спектральных характеристик жидких материалов.

Известна система аналитического контроля жидких проб, содержащая последовательно соединенные комплекс средств пробоотбора и транспортную магистраль с циркуляционным замкнутым измерительным контуром, включающим последовательно соединенные воздухоотделительную емкость, проточную кювету спектрометра, расположенную в высшей точке контура, разгрузочную трубку, клапан сброса и струйный насос [1].

Недостатком известной системы является низкая точность анализа, обусловленная непостоянством объемного расхода пробы в кювете.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является система аналитического контроля жидких проб [2].

Указанная система содержит последовательно соединенные комплекс средств пробоотбора и транспортную магистраль с циркуляционным замкнутым измерительным контуром, включающим последовательно соединенные воздухоотделительную емкость, проточную кювету спектрометра, расположенную в высшей точке контура и гидравлически соединенную через разгрузочную трубку с последовательно соединенными стартовым эжекторным устройством, компенсирующей емкостью, сообщающейся с атмосферой, клапаном сброса и струйным насосом.

Однако эта система не обеспечивает требуемой достоверности ввиду невозможности достижения необходимой однородности пробы, а также из-за ее аэрации в процессе подачи в кювету спектрометра. Для обеспечения достоверности контроля в этой системе необходимо иметь значительный объем пробы для ее усреднения, но этот объем в свою очередь повышает энергозатраты.

В основу изобретения положена задача создания системы аналитического контроля жидких проб, обеспечивающей достоверность контроля за счет повышения представительности пробы путем ее усреднения, при снижении энергозатрат за счет уменьшения объема пробы.

Поставленная задача решается тем, что система аналитического контроля жидких проб, содержащая последовательно соединенные комплекс средств пробоотбора, транспортную магистраль, воздухоотделительную емкость, насос, клапан сброса и проточную кювету спектрометра, дополнительно снабжена нижним и верхним устройствами коммутации, причем верхнее устройство коммутации снабжено измерительной емкостью, емкостью усреднения пробы и установленной на входе в устройство управляемой распределительной трубкой, расположенной над измерительной емкостью и емкостью усреднения пробы, а воздухоотделительная емкость соединена с первым входом насоса, его выход соединен с управляемой распределительной трубкой и выход измерительной емкости соединен через проточную кювету спектрометра со входом нижнего устройства коммутации, выход которого соединен с третьим входом насоса, при этом проточная кювета спектрометра расположена по высоте между верхним и нижним устройствами коммутации.

Кроме того, нижнее устройство коммутации содержит набор емкостей, установленную над ними распределительную трубку и многопозиционный исполнительны механизм, на штоке которого закреплен двухпозиционный исполнительный механизм для перемещения распределительной трубки.

Клапан сброса установлен в корпусе насоса.

Введение дополнительного контура усреднения пробы, состоящего из насоса и емкости усреднения пробы, позволяет за счет многократной прокачки повысить представительность пробы, состоящей из неоднородных продуктов, при снижении ее объема.

Расположение проточной кюветы по высоте между верхним и нижним устройствами коммутации позволяет осуществить стабильную по производительности подачу пробы самотеком, что упрощает систему, так как не требует эжекторного стартового устройства и гарантирует в совокупности с введением дополнительного контура усреднения пробы заполнение кюветы однородной по составу пробой.

Заявляемое выполнение верхнего и нижнего устройств коммутации позволяет объединить несколько линий прободоставки и соединить их с одной проточной кюветой спектрометра.

Предлагаемая система позволяет исключить прорыв пленки проточной кюветы спектрометра, так как самотек обеспечивает постоянство давления на пленку, при поддержании постоянного уровня пробы в измерительной емкости верхнего устройства коммутации.

Предлагаемая система иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - структурная схема системы для одной точки контроля;
на фиг. 2 - общий вид нижнего устройства коммутации.

Устройство состоит из пробоотборника 1 с щелевым ножом 2, установленным на перепаде технологического потока 3. Слив щелевого ножа 2 пробоотборника 1 установлен над накопительным блоком 4 проб, который с помощью электроуправляемого вентиля 5 подключен с сети сжатого воздуха. Пробоотборник 1 с щелевым ножом 2, накопительный блок 4 проб и электроуправляемый вентиль 5 объединены в комплекс 6 средств пробоотбора, причем выход накопительного блока 4 проб является выходом этого комплекса. Этот выход через транспортную магистраль 7 соединен со входом воздухоотделительной емкости 8, выход которой соединен с первым входом насоса 9. В корпусе насоса 9 установлен управляемый клапан 10 сброса для осуществления дренажа.

Верхнее устройство 11 коммутации включает измерительную емкость 12, емкость 13 усреднения пробы и управляемую распределительную трубку 14. Управляемая распределительная трубка 14 может представлять собой трубку, закрепленную на штоке двухпозиционного исполнительного механизма. Вход управляемой распределительной трубки 14 является входом верхнего устройства 11 коммутации, а выходы емкости 13 усреднения пробы и измерительной емкости 12 являются выходами верхнего устройства 11 коммутации. Выход емкости 13 усреднения пробы соединен со вторым входом насоса 9, выход которого соединен со входом верхнего устройства 11 коммутации, образуя тем самым контур усреднения пробы.

Нижнее устройство 15 коммутации (фиг. 2) включает набор емкостей 16 и управляемую распределительную трубку 17. Управляемая распределительная трубка 17 закреплена на штоке двухпозиционного исполнительного механизма 18, который в свою очередь закреплен на штоке многопозиционного исполнительного механизма 19. Вход управляемой распределительной трубки 17 является входом нижнего устройства 15 коммутации, а выход одной из емкостей 16 является выходом нижнего устройства 15 коммутации.

Выход измерительной емкости 12 гидравлически через кювету 20 спектрометра соединен со входом управляемой распределительной трубки 17 нижнего устройства 15 коммутации. Выход нижнего устройства 15 коммутации (выход одной из емкостей 16) соединен с третьим входом насоса 9. Последовательно соединенные насос 9, измерительная емкость 12 верхнего устройства 11 коммутации, проточная кювета 20 спектрометра и одна из емкостей 16 нижнего устройства 15 коммутации образуют измерительный контур системы аналитического контроля жидких проб. Причем последовательно соединенные одна из емкостей 16 нижнего устройства коммутации 15, насос 9 и управляемая распределительная трубка 14 образуют цепь принудительного возврата пробы в измерительном контуре, а измерительная емкость 12, проточная кювета 20 спектрометра и управляемая распределительная трубка 17 образуют цепь свободной циркуляции пробы (самотек), поскольку проточная кювета 20 расположена по высоте между измерительной емкостью 12 и управляемой распределительной трубкой 17.

Представленная на фиг. 1 структурная схема системы приведена для аналитического контроля жидких проб в одной точке технологического процесса. Однако верхнее устройство 11 коммутации и нижнее устройство 15 коммутации позволяют объединить несколько комплексов средств пробоотбора и линий прободоставки через соответствующие емкости и соединить их с одной проточной кюветой 20 спектрометра.

Общее управление комплексом средств 6 пробоотбора, транспортной магистралью 7, регулирование временных режимов потока пробы по контуру усреднения пробы и измерительному контуру, а также осуществление необходимых соединений для аналитического контроля жидких проб в различных точках технологического потока осуществляется вычислительно-управляющим комплексом 21. Электрические связи вычислительно-управляющего комплекса 21 с управляемыми элементами системы аналитического контроля жидких проб на чертеже не показаны.

Система работает следующим образом. Отбор проб производится с помощью комплекса средств 6 пробоотбора посредством пробоотборника 1 с щелевым ножом 2, установленным на перепаде контролируемого технологического потока 3, путем пересечения потока щелевым ножом 2.

Взятая проба по гибкому шлангу поступает в накопительный блок 4 проб. Для обеспечения постоянства объема пробы накопительный блок 4 заполняется водой до уровня перелива. Проба подается в нижнюю часть накопительного блока 4 под уровень воды и вытесняет излишки воды через перелив. Отправка и транспортировка пробы осуществляется подачей в накопительный блок 4 сжатого воздуха с помощью электроуправляемого вентиля 5. При этом проба по транспортной магистрали 7 поступает в воздухоотделительную емкость 8, где воздух выделяется в вентиляционную систему.

Проба из воздухоотделительной емкости 8 поступает на первый вход насоса 9. Для замыкания контура усреднения пробы по сигналу вычислительно-измерительного комплекса управляемая распределительная трубка 14 верхнего устройства коммутации 11 устанавливается над емкостью 13 усреднения пробы. Насос 9 прокачивает пробу через емкость 13 усреднения пробы верхнего устройства 11 коммутации, из которой проба возвращается в насос 9. Происходит многократная циркуляция пробы по контуру усреднения пробы. Этот процесс необходим для усреднения пробы, так как в процессе ее транспортировки сжатым воздухом происходит расслоение неоднородной по составу пробы. Как правило, сначала приходит более плотная составляющая, а затем жидкая фракция отдельными порциями. Процесс усреднения занимает около 1 минуты.

После этого по сигналу вычислительно-измерительного комплекса 21 поток пробы переключается в измерительный контур системы. При этом управляемая распределительная трубка 14 устанавливается над измерительной емкостью 12 верхнего устройства 11 коммутации. Проба в измерительном контуре из измерительной емкости 12 верхнего устройства 11 коммутации через проточную кювету 20 спектрометра в одну из емкостей 16 нижнего устройства 15 коммутации движется самотеком. Затем проба поступает в насос 9 и принудительно возвращается им в измерительную емкость 12 верхнего устройства 11 коммутации. Измерительная емкость 12 снабжена датчиком уровня (на чертеже не показан), позволяющим контролировать постоянное наличие пробы и исключить попадание воздуха в проточную кювету 20 спектрометра.

Самотек пробы в измерительном контуре позволяет стабилизировать объемную производительность потока при прохождении его через проточную кювету 20 спектрометра, что снижает аппаратурную погрешность анализа. Кроме того, самотек предотвращает прорыв пленки проточной кюветы 20 спектрометра. Время анализа пробы зависит от типа спектрометра и составляет в среднем около 1 минуты. За это время весь объем пробы благодаря совмещению принудительного возврата и самотека проходит через кювету не менее четырех раз, что резко повышает точность анализа.

После окончания цикла анализа клапан 10 сброса насоса 9 открывается и проба сбрасывается в дренаж, оба контура промываются водой и на анализ поступает следующая проба.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 836553, дата публикации 06.02.81 г., G 01 N 1/10, "Система аналитического контроля жидких проб".

2. Авторское свидетельство СССР N 1075106, дата публикации 23.02.84 г., G 01 N 1/10, "Система аналитического контроля жидких проб".

Изобретение относится к аналитическому контролю проб растворов и суспензий металлургических и химических производств и может быть использовано при измерении спектральных характеристик жидких материалов. Система аналитического контроля жидких проб содержит последовательно соединенные комплекс средств пробоотбора, транспортную магистраль, воздухоотделительную емкость, насос, клапан сброса и проточную кювету спектрометра. Система снабжена нижним и верхним устройствами коммутации. Верхнее устройство коммутации снабжено измерительной емкостью, емкостью усреднения пробы и установленной на входе в устройство управляемой распределительной трубкой, расположенной над измерительной емкостью и емкостью усреднения пробы. Воздухоотделительная емкость соединена с первым входом насоса, его выход соединен с управляемой распределительной трубкой и выход измерительной емкости соединен через проточную кювету спектрометра со входом нижнего устройства коммутации, выход которого соединен с третьим входом насоса. Проточная кювета спектрометра расположена по высоте между верхним и нижним устройствами коммутации. Система позволяет проводить анализ с высокой точностью, объем расхода пробы в кювете постоянен. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Система аналитического контроля жидких проб, содержащая последовательно соединенные комплекс средств пробоотбора, транспортную магистраль, воздухоотделительную емкость, насос, клапан сброса и проточную кювету спектрометра, отличающаяся тем, что она снабжена нижним и верхним устройствами коммутации, причем верхнее устройство коммутации снабжено измерительной емкостью, емкостью усреднения пробы и установленной на входе в устройство управляемой распределительной трубкой, расположенной над измерительной емкостью и емкостью усреднения пробы, а воздухоотделительная емкость соединена с первым входом насоса, его выход соединен с управляемой распределительной трубкой и выход измерительной емкости соединен через проточную кювету спектрометра со входом нижнего устройства коммутации, выход которого соединен с третьим входом насоса, при этом проточная кювета спектрометра расположена по высоте между верхним и нижним устройствами коммутации. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что нижнее устройство коммутации содержит набор емкостей, установленную над ними распределительную трубку и многопозиционный исполнительный механизм, на штоке которого закреплен двухпозиционный исполнительный механизм для перемещения распределительной трубки. 3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что клапан сброса установлен в корпусе насоса.