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 контроль водно-химического режима ТЭС. М.: Энергия, 1979) включают устройство ввода потока, средства стабилизации параметров пробы (расхода, pH, температуры), измерительную ячейку с ионселективным электродом и систему измерения. В гидравлическую схему включаются также фильтр, средства улавливания и сброса газовых пузырьков. 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 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.

Эти недостатки вызывают необходимость пропускать через гидравлическую трассу одну и ту же пробу длительное время для получения результата, т.е. известные анализаторы имеют низкую производительность. Эти же недостатки исключают применение анализаторов для контроля в широком диапазоне концентраций, для контроля потоков, содержащих механические взвеси, пленкообразующие вещества и вещества, оказывающие вредное воздействие на ионселективный электрод.

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 и измерительную ячейку 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, устройство сброса газовых включений 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 вызывают необходимость длительное время пропускать через гидравлическую трассу одну и ту же пробу для получения результата анализа. Таким образом анализатор имеет низкую производительность и ограниченные функциональные возможности, исключается его применение в широком диапазоне измеряемых концентраций для анализов потоков, содержащих механические взвеси, пленкообразующие вещества, а также вещества, оказывающие вредное воздействие на ионоселективный электрод.

Цель изобретения - повышение производительности анализа многоканального анализатора и расширение функциональных возможностей, в частности использование в широком диапазоне измеряемых концентраций, для анализа потоков, содержащих механические взвеси, пленкообразующие вещества, а также вещества, оказывающие вредное воздействие на ионселективный электрод.

Для достижения этой цели в известном устройстве, содержащем входные магистрали, два переключателя потоков, подключенные к ним маностаты с дросселями, два стабилизатора параметров пробы, измерительную ячейку, состоящую из двух приемных камер и расположенной между ними камеры с ионселективным электродом, клапаны, установленные на выходы маностатов и камер измерительной ячейки, и систему измерения, золотник переключателя выполнен в виде диска, установленного корпусе на неподвижном вале с возможностью вращения вокруг вала, Г-образный канал приема потоков выполнен по радикальной оси золотника и соединен с каналом выдачи потока, расположенным по оси вала.

При нейтральном положении золотника все потоки сливаются в дренаж через отверстие в дне корпуса. При открытом клапане в маностате и на выходе приемной камеры измерительной ячейки сливается жидкость из переключателя, маностата и гидравлической трассы. Для подачи потока в маностат достаточно установить Г-образный приемный канал над отверстием входной магистрали. При закрытом клапане маностата весь поток будет направлен в гидравлическую трассу и сливаться через открытый клапан приемной камеры. При турбулентном (вихревом) режиме течения из гидравлической трассы интенсивно вымываются остатки жидкости из застойных зон, механические взвеси, вымывается незакрепившаяся пленка. При открытом клапане маностата стабилизируется расход и другие параметры пробы, во всей гидравлической трассе устанавливается жидкость, соответствующая по составу жидкости на входе анализатора. Закрыв клапан на входе приемной камеры, проба направляется к ионселективному электроду. При переходе от одной пробы к другой остатки прежней жидкости из камеры с ионселективным электродом сливаются через открытый клапан. В заявленном устройстве реализован принцип: "каждая проба готовится отдельно и не смешивается с другими пробами".

Совокупность отличительных признаков заявленного устройства является новой (в известных устройствах анализируемый поток от входа до выхода из ячейки проходит непрерывно в одном направлении, а в заявленном обеспечивается слив жидкости из гидравлической трассы) и существенной, так как позволяет исключить смешивание анализируемой пробы с другими и ускорить подготовку пробы. Указанная совокупность признаков дает положительный эффект - увеличивается производительность анализа. Совокупность отличительных признаков позволяет также расширить функциональные возможности и использовать устройство для контроля в широком диапазоне измеряемых концентраций для анализа потоков, содержащих механические взвеси, пленкообразующие вещества и вещества, оказывающие вредное воздействие на ионселективный электрод.

На фиг. 1 изображена принципиальная гидравлическая схема устройства, на фиг. 2 - переключатель потоков, общий вид, на фиг.3 - измерительная ячейка и система измерения.

Устройство содержит входные магистрали потоков 1, подключенные к переключателям 2 и 3, маностаты 4, 5 в комплекте с дросселями 6 и 7, стабилизаторы параметров пробы 8 и 9, формируемые в зависимости от задачи анализа, и измерительную ячейку 10 с ионселективным электродом 11. На выходы маностатов и измерительной ячейки установлены клапаны 12. Система измерения состоит из ионселективного 11 и вспомогательного 13 электродов, электролитического ключа 14, подсоединенного к бачку 15, заполненного насыщенным раствором хлористого калия. Ионселективный и вспомогательный электроды подсоединены к прибору 16.

Переключатель потоков состоит из золотника 17, установленного в корпусе 18 на вале 19. Вал скреплен с корпусом и опорой 20. Корпус закрыт крышкой 21. Между валом и золотником установлена втулка 22, скрепленная с золотником. По радикальной оси золотника выполнен Г-образный канал 23 приема потоков, соединенный с каналом 24 выдачи потока через отверстие 25 во втулке и прорези 26 в вале. Вокруг отверстия канала 23 выполнено кольцевое уплотнение 27. Золотник прижат к дну корпуса пружиной 28, действующий через вилкообразный рычаг 29 на ведомую шестерню 30, скрепленной с золотником. Шестерня 30 взаимодействует с ведущей шестерней 31. В дне корпуса выполнено отверстие 32 для слива жидкости из каналов переключателя 33 для слива жидкости, поступающей по входным магистралям.

Измерительная ячейка состоит из двух камер 34 и 35 приема пробы и камеры 36 с ионселективным электродом 11. Камера 36 соединена переливными каналами 37 и 38 с камерами приема пробы. Электролитический ключ 14 установлен в патрубок слива жидкости и состоит из керамической мембраны 39, трубки 40 и эластичной трубки 41, присоединенной к бачку 15.

В нейтральном положении канал 23 устанавливается над отверстием 32, жидкость из каналов переключателя, маностата и гидравлической трассы сливается в дренаж через отверстие 32 и открытый клапан на выходе приемной камеры. Для подачи потока в маностат необходимо нажать пружину 28, вращая золотник, установить его приемный канал против штуцера нужной магистрали и отпустить пружину 28. При закрытом клапане маностата весь поток направляется в трассу. При турбулентном (вихревом) режиме течения из трассы интенсивно вымываются остатки жидкости, механические взвеси, смывается незакрепившаяся пленка. При турбулентном режиме отмывка трассы осуществляется гораздо быстрее и качественнее. При открытом клапане маностата стабилизируется расход и другие параметры пробы. Закрыв клапан на выходе приемной камеры, пробу направляют к ионселективному электроду. Остатки предыдущей пробы из камеры 36 перед этим сливаются в дренаж через открытый клапан 12.

В заявленном устройстве после выполнения анализа жидкость из соответствующей ветви гидравлической трассы сливается. Благодаря этому сокращается время на подготовку следующей пробы, т.е. увеличивается производительность анализа. Слив жидкости позволяет также, используя один из каналов переключателя, промывать трассу водой или специальными промывочными жидкостями, тем самым исключая накапливание взвесей, пленкообразующих веществ. Уменьшение времени контакта ионселективного электрода с пробой позволяют использовать устройство для анализа жидкостей, оказывающих вредное воздействие на ионселективный электрод.

Использование: в анализаторах состава жидких сред с применением ионселективного электрода. Сущность: устройство включает входные магистрали потоков, подключенные к двум переключателям, подсоединенным к маностатам с дросселями, две параллельные ветви стабилизации параметров пробы, формируемые в зависимости от задачи анализа, клапаны, установленные в маностаты и на выходы измерительной ячейки, состоящей из двух приемных камер и расположенной между ними камеры с ионселективным электродом. Золотник переключателя выполнен в виде диска, установленного на неподвижном вале, Г-образный канал приема потоков выполнен по радиальной оси золотника и соединен с каналом выдачи потока в маностат, выполненный по оси вала. Технический результат изобретения заключается в повышении производительности анализа с помощью многоканального анализатора жидкости и расширении функциональных возможностей. 3 ил.

Устройство для потенциометрических измерений, содержащее входные магистрали, два переключателя потоков, маностаты с дросселями, два стабилизатора параметров пробы, измерительную ячейку, состоящую из двух приемных камер и расположенной между ними камеры с ионселективным электродом, клапаны, установленные на выходы маностатов и камер измерительной ячейки, отличающееся тем, что золотник переключателя потоков выполнен в виде диска, установленного в корпусе на неподвижном вале с возможностью вращения вокруг него, Г-образный канал приема потоков выполнен по радиальной оси золотника и соединен с каналом выдачи потока, расположенным по оси вала.