УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ Российский патент 2003 года по МПК G01N27/00 G01N27/26 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано на атомных и тепловых электростанциях, в химической и других отраслях промышленности для контроля состава жидких сред с применением ионселективного электрода.

Известные потенциометрические анализаторы (см., например, пат. Англии 1497669, 1490604 по кл. G 01 N 27/46, книгу Живиловой Л.М. и др. Автоматический контороль водно-химического режима ТЭС. М.: Энергия, 1979) включают устройство ввода потока в анализатор, средства стабилизации параметров пробы (расхода, pH, температуры), измерительную ячейку и систему измерения с ионселективным электродом. В гидравлическую схему включаются также фильтр, средства улавливания и сброса пузырьков газа. При контроле потоков из разных источников применяется переключатель потоков. Из-за большого объема и сложности гидравлической трассы при небольших допускаемых расходах пробы (в потенциометрических анализаторах расход пробы обычно составляет 0,5...1,5 л/ч) анализаторы имеют высокую инерционность. При ламинарном режиме течения жидкости в местах стыковок элементов и в самих элементах при любом изменении сечения трассы образуются застойные зоны, в которых местная скорость течения жидкости приближается к нулю. Такой застойный зоной является и пристеночный слой жидкости даже в прямой трубке. В застойных зонах накапливаются механические взвеси, при наличии пленкообразующих веществ на стенках оседает пленка и могут накапливаться пузырьки газа. Ионный обмен между жидкостью в застойных зонах и протекающей дополнительно увеличивает инерционность и снижает точность анализа.

В совокупности эти недостатки ограничивают функциональные возможности анализаторов, в частности исключают их применение для контроля потоков из разных источников при широком диапазоне измеряемых концентраций. Накапливание взвесей, пленок, пузырьков газа ограничивает применение анализаторов только для чистых жидкостей, или потребуются частые остановки анализатора для профилактики.

Наиболее близким к предлагаемому является анализатор для детектирования хлоридов по пат. Англии 1497669, кл. G 01 N 27/46, принятый за прототип. В гидравлической трассе анализатор содержит устройство ввода потока, стабилизатор параметров пробы, измерительную ячейку и систему измерения с ионселективным электродом. Устройство ввода потока включает: четыре входные магистрали потоков, две входные магистрали калибровочных потоков, переключатель, состоящий из клапанов, и коллекторы потоков. Стабилизатор параметров пробы включает сдвоенный перестальтический насос для подачи пробы и фонового электролита, маностаты, установленные на каждой магистрали анализируемых потоков, смеситель, средство улавливания и сброса пузырьков газа и теплообменник. Из-за большого объема и сложности гидравлической трассы, наличия застойных зон и небольших допускаемых расходов пробы анализатор имеет высокую инерционность. Из-за ионного обмена между жидкостью в застойных зонах и протекающей дополнительно увеличивается инерционность и снижается точность. Развитая поверхность элементов перестальтического насоса и теплообменника препятствуют применению анализатора для контроля потоков, содержащих пленкообразующие вещества, механические взвеси. Пленка, взвеси будут накапливаться на поверхности элементов трассы, в застойных зонах, что потребует частых остановок анализатора для его профилактики.

Эти недостатки ограничивают функциональные возможности анализатора, исключают его применение в широком диапазоне измеряемых концентраций; для анализа потоков, содержащих механические взвеси, пленкообразующие вещества и выделяющие пузырьки газа, а также вещества, оказывающие вредное воздействие на ионселективный электрод.

Цель изобретения - снижение инерционности, повышение точности и расширение функциональных возможностей, в частности расширение диапазонов анализируемых концентраций, анализ жидкостей, содержащих механические взвеси, пленкообразующие вещества, выделяющие пузырьки газа и оказывающих вредное воздействие на ионселективный электрод.

Для достижения этой цели в известное устройство, содержащее входные магистрали потоков, подсоединенные к ним краны, маностаты с дросселями, установленными на каждой магистрали, два коллектора потоков, две параллельные ветви стабилизаторов параметров пробы, измерительную ячейку и систему измерения с ионселективным электродом, на выходы маностатов и измерительной ячейки введены клапаны, золотник крана выполнен в виде шара с каналами ввода потока, сброса в дренаж и подачи в маностат, причем сечение канала сброса в дренаж, по крайней мере, в полтора раза больше сечения канала ввода потока в кран, а измерительная ячейка состоит из двух приемных камер и размещенной между ними камеры с ионселективным электродом.

При закрытом клапане маностата весь входной поток направляется в трассу анализатора, а через открытый клапан на выходе приемной камеры измерительной ячейки поток сбрасывается в дренаж. При увеличении расхода до турбулентного (вихревого) режима из застойных зон со стенок трассы интенсивно вымываются остатки предыдущей пробы, механические взвеси, смывается незакрепившаяся пленка, разбиваются и выносятся пузырьки газа. При турбулентном режиме для отмывки необходим гораздо меньший объем жидкости, а отмывка производится быстрее и качественнее. При открытом клапане маностата стабилизируется расход и другие параметры пробы. Проба в трассе по составу анализируемого компонента соответствует жидкости на входе анализатора. При закрытом клапане на выходе приемной камеры подготовленная проба направляется в камеру с ионселективным электродом, из которой перед этим предыдущая проба сбрасывается в дренаж через открытый клапан на выходе камеры.

Совокупность отличительных признаков заявленного устройства является новой (в известных устройствах анализируемый поток от входа переключателя до выхода из ячейки проходит непрерывно с постоянным расходом, а переключение потоков осуществляется только на входе устройства) и существенной, так как позволяют формировать каждую пробу, не смешивая ее с жидкостью других проб. Вспомогательные операции (ускоренную подготовку пробы, калибровку, промывку трассы) можно проводить параллельно с анализом пробы. Указанная совокупность признаков дает положительный эффект, а именно: благодаря сливу жидкости из трассы, увеличению расхода при подготовке пробы и проведению этих операций параллельно с анализом уменьшается инерционность, благодаря отмывке трассы от предыдущей жидкости, механических взвесей, газовых пузырьков повышается точность.

Совокупность отличительных признаков дает возможность расширить функциональные возможности и использовать анализатор для контроля потоков с широким диапазоном измеряемых концентраций, с жидкостями, содержащих механические взвеси, пленкообразующие вещества и оказывающих вредное воздействие на ионселективный электрод.

На фиг. 1 изображена принципиальная гидравлическая схема устройства, на фиг. 2 - кран, общий вид, на фиг.3 - сечение А-А крана, на фиг.4 - измерительная ячейка, общий вид.

Устройство содержит входные магистрали потоков 1, подключенные к кранам 2, маностаты 3 с дросселями 4, клапаны 5, установленные на выходах маностатов и измерительной ячейки 6, коллекторы 7 и 8, два стабилизатора параметров пробы 9 и 10, формируемые в зависимости от задачи анализа.

Система измерения содержит ионселективный электрод 11, установленный в измерительную ячейку, вспомогательный электрод 12, установленный в бачок 13 с насыщенным раствором хлористого калия, электролитический ключ 14, подсоединенный к выходу измерительной ячейки и бачку 13, ионселективный и вспомогательный электроды подсоединены к прибору 15.

Кран состоит из золотника 16, выполненного в виде шара, расположенного между двумя полусферами 17 и 18, составляющими корпус крана. В шаре выполнены соединенные между собой в центре каналы: ввода потока 19, сброса в дренаж 20, подачи потока в маностат 21 и отверстие для штока 22. Вокруг отверстия каждого канала и отверстия для штока встроены кольцевые уплотнители 23. Между полусферами установлена уплотнительная прокладка 24. К верхней полусфере подсоединен патрубок 25 входного потока и патрубок 26 маностата. К нижней полусфере подсоединен патрубок 27 сброса потока в дренаж. Измерительная ячейка состоит из двух приемных камер 28, 29 и размещенной между ними камеры 30 с ионселективным электродом 11. Камера 30 соединена с приемными камерами переливными каналами 31 и 32. Электролический ключ 14 установлен в канал сброса пробы из камеры 30 и состоит из керамической мембраны 33, трубки 34 и эластичной трубки 35, присоединенной к бачку 13.

Устройство работает следующим образом. Золотник крана может быть установлен в одно из трех положений. В первом положении отверстия каналов 20 и 21 перекрыты стенками полусфер, кран закрыт, но жидкость из маностата сбрасывается в дренаж через зазор между корпусом и золотником в патрубок 27. Поворотом штока 22 золотник устанавливается в положение, при котором канал 20 совмещается с патрубком 27, поток сбрасывается в дренаж, промывается входная магистраль, отверстие канала 21 перекрыто стенкой корпуса. В этом положении золотника через открытый клапан 5 на выходе приемной камеры освобождается от жидкости гидравлическая трасса анализатора. Клапан 5 в маностате должен быть открыт. Поворотом штока 22 золотник 16 переводится в третье положение, при котором канал 21 совмещается с патрубком 26 и входной поток поступает в маностат, канал 20 перекрыт стенкой корпуса. При закрытом клапане 5 маностата весь входной поток проходит в трассу анализатора и сбрасывается в дренаж через открытый клапан 5 на выходе приемной камеры, промывается гидравлическая трасса анализатора. При открытом клапане 5 маностата стабилизируется расход и другие параметры пробы в трассе анализатора. При закрытом клапане 5 приемной камеры проба через переливной канал подается в камеру 30 с ионселективным электродом. При переходе от одной пробы к другой предыдущая проба из камеры сбрасывается в дренаж через открытый клапан 5 на выходе этой камеры.

В заявленном устройстве каждая проба формируется отдельно и не смешивается с жидкостью других проб и потоков, а при подготовке пробы гидравлическая трасса промывается увеличенным расходом анализируемой жидкости. Благодаря этому снижается инерционность и повышается точность, т.е. увеличивается производительность анализа и качество контроля технологического процесса. Эти же факторы позволяют использовать анализатор для контроля потоков из разных источников с широким диапазоном измеряемых концентраций, для контроля жидкостей, содержащих механические взвеси, оказывающих вредное воздействие на ионселективный электрод. Возможность калибровки и промывки трассы, не прерывая процесса измерения, повышает его эксплуатационную надежность. Испытания на макетах показали, что время на анализ пробы составляет 2...4 мин.

Использование: в анализаторах состава жидких сред с применением ионселективного электрода. Сущность: устройство включает входные магистрали потоков, подключенные к кранам, маностаты с дросселями, два коллектора, средства стабилизации пробы, формируемые в зависимости от задачи анализа, измерительную ячейку с ионселективным электродом. На выходы маностатов и измерительной ячейки установлены клапаны. Золотник крана выполнен в виде шара с каналами ввода потока, подачи в маностат, сброса в дренаж, все каналы соединены между собой в центре, причем сечение канала сброса в дренаж, по крайней мере, в полтора раза больше сечения канала ввода потока. Измерительная ячейка состоит из двух камер приема пробы и размещенной между ними камеры с ионселективным электродом. Технический результат изобретения заключается в снижении инерционности, повышении точности и расширении функциональных возможностей. 4 ил.

Устройство для потенциометрических измерений, содержащее входные магистрали потоков, подключенные к ним краны, маностаты с дросселями, коллекторы, средства стабилизации параметров пробы, измерительную ячейку с ионселективным электродом, отличающееся тем, что в маностаты и на выходы измерительной ячейки введены клапаны, золотник крана выполнен в виде шара с соединенными в центре каналами ввода потока, сброса в дренаж и подачи в маностат, причем сечение канала сброса в дренаж, по крайней мере, в полтора раза больше сечения канала ввода потока, а измерительная ячейка состоит из двух приемных камер и размещенной между ними камеры с ионселективным электродом.