СИГНАЛИЗАТОР ПАРОВ КИСЛОТЫ Российский патент 2013 года по МПК G01N1/02 G01N1/24 

Изобретение - сигнализатор паров кислоты относится к измерительной технике в области газового анализа вредных паров кислоты. Сигнализатор может быть использован для измерения концентрации паров и сигнализации о содержании паров в рабочей зоне при химической обработке (травлении) металлоизделий при повышенных температурах раствора травления.

Известен прибор - газоанализатор газообразного диоксида серы «Хоббит-T-SO₂» [л.1], сероводорода «Хоббит-T-H₂SO₄» [л.1], угарного газа «Хоббит-Т-СО» [л.1], предназначенные для контроля опасной загазованности производственных помещений. Газоанализатор содержит блок датчика, блок индикации, блок питания, блок коммутации. Диапазон 20-100 мг/м³, относительная погрешность 25%. Световая и звуковая сигнализация.

Известен также газоанализатор «АНАКАТ-7654» фирмы «Аналит-прибор» [л.2].

Известен прибор "Экотест-2000" - иономер жидкостной на 16 ионов, в том числе концентрации иона Cl^-, NO₂ ^-, SO₄ ^-2, СО₃ ^-2. Недостаток - измеряет в растворе, в котором происходит определение концентрации иона хлора, серы, углерода, а не газовоздушной смеси, а не паров кислоты. Диапазон измерения 10^-5-10^-1 моль/дм³; рН>1; t_среды - 45-80°С [л.3].

Устройство "Экотест-2000" содержит корпус, платформу-держатель электродов, шлангов; реакционный сосуд, в который налит раствор, в т.ч. раствор кислоты, в сосуде размещен селективный электрод на ион килоты, измеряемый во внутреннем пространстве реакционного сосуда, электрическая связь электрода с устройством обработки и отображение результата измерения. Для обеспечения правильности результатов измерений рН должны быть обеспечены уход и обслуживание электродов, проверка целостности и механических дефектов стеклянной мембраны, в порядке ли эталонный электролит электрода, не загрязнен ли электрод, электрод должен быть промыт, осушен, отведено влияние газа CO₂, который всегда находится в окружающей среде, сухие ли электрические контакты разъемов электрода и устройства обработки информации. В эксплуатации устройство сложно.

Известны также рН-метры/ионометры "Та-Ион", "Итан" фирмы ООО "НПП "Томьаналит" [л.4] и анализаторы фирмы "Testo AG", "Testo 205", "Testo 206", "Testo 230","Testo 325-350" [л.5] на растворы.

Известен газоанализатор "ГАНК-4" для контроля вредных веществ в воздухе. Содержит встроенный насос, датчик - оптронофотометрический, либо электрохимический, либо твердоэлектролитический [л.6].

При превышении установленного уровня срабатывает звуковая и световая сигнализация.

Недостаток - сложен, громоздок, не точен, не предусматривает измерение паров кислоты.

Известны также другие измерительные приборы: ионный хроматограф "Стаер А" фирмы ЗАО "ЛОИП" [л.7], "Tea 4000" фирмы "Advanced Word wide Technologies" [л.8], DEFOR, GSM 800 фирмы "Sick [л.9], "Кондуктометрический детектор НПО "Химавтоматика" [л.10], "Элан" фирмы "Эко-интех" [л.11], … Недостаток - дороги.

Известно устройство для автоматизированного анализа газообразных сред [л.14], содержащее многоходовой кран переключатель, реверсивный насос, реакционную емкость, детектор, отличающееся тем, что к реакционной емкости подключен аспиратор для подачи газообразной пробы, через двухходовой кран-переключатель в реакционную емкость с поглотительным раствором, который подается через один из каналов многоходового крана-переключателя с помощью реверсивного насоса, остальные каналы многоходового крана-переключателя являются каналами для подачи реагентов и раствора аналитической формы на детектор.

Устройство, в котором в качестве реакционной емкости используется стеклянная трубка, заполненная гранулами политетрафторэтилена диаметром 2-3 мм.

Устройство, в котором в качестве детектора используется электрохимическая ячейка.

Известен пост пробоотборный [л.15], содержащий корпусную панель, находящуюся в окружающем воздухе, на которой закреплена система отбора проб токсичных примесей воздуха, включающая пробоотборное устройство, пневматическое соединение с элементом, задающим расход воздуха и воздушным насосом, отличающееся тем, что воздушный насос выполнен в виде эжектора, нагнетающий патрубок которого соединен с пневматической сетью сжатого воздуха, а всасывающий патрубок - с пробоотборным устройством, при этом эжектор имеет регулируемый дроссель, устанавливающий заданный максимальный расход воздуха через нагнетающий патрубок и соответственно через пробоотборное устройство, а пробоотборное устройство выполнено в виде съемного сменного поглотительного сосуда с твердым сорбентом или поглотительной жидкостью, выбираемых в зависимости от вида токсичных примесей.

Несмотря на наличие широкого спектра ионометров и газоанализаторов - в технической и патентной литературе сигнализатора паров кислоты, а тем более собственно в производственной линии обработки (травления) металла не просматривается в районе диапазона ПДК ~ 1-3 мг/м³.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы обеспечить сигнализацию количества паров кислоты в атмосфере агрегатов травления производственной линии обработки металла в горячих ваннах при температуре 60-80°С раствора. Конструкция включает пробоотборник - газопровод паров из атмосферы над травильной ванной, прокачку отобранного газового потока через чистый раствор деонизированной воды, растворение паров кислоты, измерение рН в растворе комбинированным измерительным электродом реакционного раствора сосуда, электрическую связь комбинированного измерительного и температурного электродов с устройством обработки информации и отображения результатов измерения ионов, вспомогательных операций, очистку измерительного электрода, промыв его прокачку и наполнение чистой деонизированной водой реакционной емкости, отвод газов в атмосферу.

Устройство сигнализатора представлено на фиг.1 и содержит:

1. Ванна с кислотой при температуре 70-80°С

2. Пары кислоты в пространстве над ванной

3. Пробоотборник

4. Реакционный сосуд

5. Платформа-держатель электродов, шлангов

6. Электрод комбинированный измерительный

7. Раствор кислоты в реакционном сосуде в приборе

8. Температурный электрод

9. Трубопроводы, шланги

10. Тройник

11. Клапан нормально закрытый

12. Насос

13. Дополнительный сосуд (емкость) с деонизированной водой

14. Связь электрическая комбинированного измерительного и температурного электродов с устройством управления, обработки информации и отображения

15. Второй клапан нормально открытый

16. Эжектор

17. Компрессор либо система сжатого воздуха объекта

18. Трубопроводы, шланги

19. Устройство управления вычислительное и отображения

20. Устройство управления

21. Вычислительное устройство

22. Устройство отображения, звуковая и цифровая индикация

23. Корпус сигнализатора паров кислоты

Сигнализатор работает следующим образом: над раствором кислоты, например H₂SO₄, имеющего температуру до 70-80°С, ванны 1 выделяются пары кислоты 2. В пары кислоты 2 введен газоотбор 3 и по газопроводу и шлангам 9 перекачивают пары 2 в реакционный сосуд 4, в котором периодически по циклу измерения закачан требуемый объем деонизированной воды 7. Пары кислоты 2 растворяются в чистой деонизированной 7 воде и становятся электролитом - раствором кислоты. В этом растворе находятся измерительный комбинированный электрод 6 и температурный электрод 8. Электрод 6, реагирующий на содержание рН ионов SO₄ ^-2, и электрод температуры раствора изменяют электрический потенциал в цепи 14. Электроды 6, 8, шланги 9, подводящий пары 2 и отводящий, размещены на платформе - держателе 5, укрепленном в корпусе 23 сигнализатора. Через шланг 9 с помощью компрессора 17 либо линии сжатого воздуха, клапана нормально открытого 15, эжектора 16 по трубопроводам - шлангам 18 происходит просасывание паров и выброс остатков атмосферы над ванной травления.

Насос 12 из дополнительной емкости 13, в которой размещена деонизированная вода, последняя через тройник 10 и шланги 18 закачивает определенный объем деонизированной воды в промытый реакционный сосуд 4, при нормально закрытом клапане 11. Программное устройство 20 обеспечивает следующие стадии управления: откачивается раствор деонизированной воды с растворенными газами и сливается, производится последовательная двойная промывка реакционного сосуда 4 и селективного электрода 6, 8 и слив; производится заполнение объема реакционного сосуда деонизированной водой; пропускаются пары кислоты через объем деонизированной воды и отсос выделившихся газов; фиксируется измерение концентрации рН раствора реакционного сосуда; обрабатывается результат измерения и сравнивается с заданными уровневыми параметрами концентрации в атмосфере ванны. Насыщенная парами кислоты 2 деонизированная вода становится электролитом и находящиеся в ней измерительный электрод 6 и термоэлектрод 8 по связи 14 изменяют электрические напряжения, которые поступают в блок управления 20 устройства 20-21-22, где сигналы преобразуются в уровень концентрации ионов SO₄ ^-2, либо СО₃ ^-2, сигналы затем поступают на устройства отображения звуковой 21 сигнализации, индикации цифровой 22.

По окончании стадии измерения и обработки информации 20-22 поступает сигнал, по которому прекращается прокачка паров через реакционный сосуд 7, а клапан 11 открывается и через него электролит 7 сливается из сосуда 4.

Затем включен насос 12 и закрыт клапан 11 и из емкости 13 в сосуд 4 снова закачивается деонизированная чистая вода, которая промывает сосуд 4, электроды 6, 8 и затем через открытый клапан 11 сливает воду, промывая систему 12-10-4-11. Эта операция повторяется дважды для тщательной обработки системы. После чего цикл полностью повторяется.

В качестве источника чистого воздуха используется компрессор с фильтром либо система сжатого воздуха объекта; в качестве побудителя расхода использован эжектор; в качестве клапанов использованы нормально открытый и нормально закрытый клапаны; в качестве насоса использован перистальтический насос; в качестве реакционного сосуда и дополнительной емкости использованы сосуды из полиэтилена, силикона либо стекла, в качестве устройства управления, обработки и отображения использовано устройство ОАО "Союзцветметавтоматика" либо другое аналогичное устройство "Экотест 2000" фирмы "Эконикс"; в качестве измерительного электрода на щелочь использован электрод комбинированный ЭСК-10603, либо электрод фирмы "Testo".

Предложенное устройство имеет изобретательный шаг, так как разработан новый сигнализатор паров кислоты, который имеет отбор паров из названного пространства с горячим кислотным раствором и доставку паров в реакционный сосуд; организован цикл измерения ионного потенциала, включая подготовку, заполнение реакционного сосуда, промыв системы; разработано устройство управления, обработки и отображения результатов измерения, выполнены связи.

Предложенное устройство ново, подобных по известному техническому уровню нет.

Предложенное устройство широко применимо для контроля и сигнализации состояния атмосферы над ваннами травления в производственных процессах.

Литература

1. Каталог фирмы "Информаналитика" "Хоббит" газоанализаторы на SO₂, H₂S, СО₂.

2. Каталог фирмы "Аналитприбор", газоанализатор "Анкат".

3. Каталог фирмы "ЭКОНИКС", 2010 г., "Экотест-2000".

4. Каталог фирмы ООО НПП "Томьаналит", "ТА-Ион", "Итан", 2010 г.

5. Каталог фирмы "TestoAG, Testo-240", 2011 г.

6. Каталог фирмы Газоанализатор ГАНК-4", 2009 г.

7. Каталог фирмы ЗАО "ЛОИП", 2008 г. Ионный хроматограф "Стайер А"

8. Каталог фирмы "Advanced Word wide Technologies", "Tea 4000", 2011 г.

9. Каталог фирмы "Sick", "Defor", "GSM 800".

10. Каталог фирмы НПО "Химавтоматика" "Кондуктометрический детектор", 2011 г.

11. Каталог фирмы "Экоинтех", "Элан".

12. Каталог фирмы "Gasmet", "Сем".

13. Катлог фирмы " EnvironSA".

14. Патент РФ на полезную модель №59248 G01 №1/00, БИ №34, 10.12.06.

15. Патент РФ на полезную модель №34739 G01 №1/02, БИ 10.12.03.

Изобретение относится к сигнализатору паров кислоты, который может быть использован для измерения концентрации паров кислоты и сигнализации о содержании в рабочей зоне при химической обработке (травлении) металлоизделий при повышенных температурах раствора. Сигнализатор содержит корпус и реакционный сосуд, заполненный анализируемым раствором. Также сигнализатор включает пробоотборник паров кислоты, отсосанных из пространства над производственной ванной через шланги посредством компрессора, нормально открытого клапана и эжектора, насос, тройник и нормально закрытый клапан, которые осуществляют подачу в реакционный сосуд по трубопроводам чистой деионизированной воды из емкости. Сигнализатор содержит платформу-держатель электродов для измерения температуры и рН анализируемого раствора полученного электролита, выходы которых связаны с устройством управления, обработки и отображения информации о концентрации паров кислоты, соединенным с насосом, компрессором и клапанами. При этом пропускание анализируемых паров кислоты через раствор деионизированной воды для образования анализируемого раствора электролита в реакционном сосуде осуществляется периодически, а смена деионизированной воды в реакционном сосуде на чистую осуществляется для каждого цикла измерения концентрации паров кислоты. Достигаемый при этом технический результат заключается в обеспечении определения паров кислоты со сниженной погрешностью измерения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сигнализатор паров кислоты, содержащий корпус и реакционный сосуд, заполненный анализируемым раствором, отличающийся тем, что он содержит пробоотборник паров кислоты, отсосанных из пространства над производственной ванной через шланги посредством компрессора, нормально открытого клапана и эжектора; насос, тройник и нормально закрытый клапан, которые осуществляют подачу в реакционный сосуд по трубопроводам чистой деионизированной воды из емкости; платформу-держатель электродов для измерения температуры и рН анализируемого раствора полученного электролита, выходы которых связаны с устройством управления, обработки и отображения информации о концентрации паров кислоты, соединенным с насосом, компрессором и клапанами, при этом пропускание анализируемых паров кислоты через раствор деионизированной воды для образования анализируемого раствора электролита в реакционном сосуде осуществляется периодически, а смена деионизированной воды в реакционном сосуде на чистую осуществляется для каждого цикла измерения концентрации паров кислоты.

2. Сигнализатор по п.1, отличающийся тем, что устройство управления выполнено как программное управляющее по времени цикла насосом, клапанами и компрессором; пробоотборник кислоты выполнен таким образом, что осуществляет периодический во времени отбор паров кислоты над производственной ванной травления; указанное программное устройство обеспечивает последующую продувку паров кислоты через объем деионизированной воды в реакционном сосуде, в которой пары кислоты растворяются в цикле измерения, причем оставшиеся пары атмосферы удаляются через шланги посредством компрессора, либо системы сжатого воздуха, эжектора и нормально открытого клапана; также программное устройство обеспечивает промывку реакционного пространства сосуда и электродов чистой деионизированной водой из емкости при помощи насоса через тройник при нормально закрытом клапане; последующий сброс воды из реакционного сосуда осуществляется при отключенном насосе через тройник и нормально открытый клапан; промывка реакционного сосуда и электродов в цикле осуществляется дважды, при этом предусмотрено повторное заполнение пространства реакционного сосуда чистой деионизированной водой, причем насос, компрессор и клапаны связаны с блоком управления таким образом, что обеспечивается выполнение программного управления по стадиям цикла измерения.

3. Сигнализатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве измерительного электрода использован комбинированный электрод.

4. Сигнализатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве насоса использован перистальтический насос.

5. Сигнализатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала реакционного сосуда использован полиэтилен, либо стойкий к агрессивным средам пластик, либо силикон.