СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ pН ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G01N27/30 G01N27/333 G01N27/74 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в гидрологии и химическом анализе жидкостей.

Известны способ и устройство измерения рН жидкости [1, 2] с использованием

двух электродов, один из которых является ионоселективным измерительным электродом, а другой - электродом сравнения.:

Недостатком этих аналогов является зависимость результата измерения от температуры жидкости. Для уменьшения влияния температуры на результат измерения применяют датчик температуры и используют градуировочную характеристику измерителя с коррекцией по температуре схемно [3] или алгоритмически при обработке результатов измерения [4]. Однако динамическая погрешность при изменении температуры при таком методе коррекции влияния температуры на результат измерения не устраняется из-за трудности обеспечения одинаковой инерционности датчиков рН и температуры.

Известен способ измерения рН жидкости [5], заключающийся в том, что используют электрод сравнения и два однотипных электрода - эталонный и измерительный. Электроды, подключенные к измерительным цепям, помещают в жидкость. Осуществляют сравнение выходных сигналов цепей во времени и, при расхождении абсолютных значений сигналов, производят блокировку цепи с наименьшим изменением сигнала во времени.

В этом способе фактически осуществляется дублирование измерительного канала с обнаружением и отключением канала, динамические характеристики которого ухудшились в процессе эксплуатации.

По совокупности существенных признаков приведенный способ наиболее близок к предложенному техническому решению и выбран в качестве прототипа для каждого из изобретений, входящих в заявленную группу.

В основу изобретения поставлена задача создания способа измерения рН жидкости и устройства для осуществления этого способа, в которых обеспечивается технический результат - исключение фактора влияния температуры жидкости на результат измерений, что повышает точность определения рН жидкости.

Поставленная задача решается тем, что используют подключенные к электрической цепи один электрод сравнения и два ионоселективных измерительных электрода. Новым является то, что измерительные электроды имеют одинаковые параметры тепловой инерции и одинаковые водородные функции с разными параметрами изопотенциальных точек, соответственно погружают электроды в жидкость и регистрируют потенциалы первого измерительного электрода и второго измерительного электрода, вычисляют рН жидкости по формуле

где

В приведенной расчетной формуле отсутствует зависимость результата определения рН от температуры жидкости.

Сущность заявленного способа поясняется следующим.

Известно [6], что в соответствии с уравнением Нерста зависимость потенциала Ε измерительного электрода от рН жидкости выражается уравнением

где Τ - температура жидкости;

R - универсальная газовая постоянная;

F - постоянная Фарадея.

Для потенциалов двух измерительных электродов можем записать

Преобразуем систему уравнений (3) к виду

Разделив первое уравнение системы (4) на второе, получим

Разрешив уравнение (5) относительно рН, получим

Таким образом, результат измерения не зависит от температуры жидкости, если тепловая инерционность измерительных электродов одинакова и параметры изопотенци-альных точек

Это обеспечивает повышение точности измерений.

Поставленная задача изобретения решается также тем, что в заявленном устройстве, содержащем электрод сравнения, два ионоселективных измерительных электрода и первый, второй вторичные измерительные преобразователи, к входам которых подключены электрод сравнения и соответственно первый, второй измерительные электроды, новым является то, что выходы первого и второго вторичных измерительных преобразователей подключены к входам соответственно первого и второго преобразователей напряжения в цифру, выходы которых подключены к микропроцессору, выход которого является выходом устройства, причем параметры тепловой инерции первого и второго измерительных электродов равны, а параметры их изопотенциальных точек различны.

Сущность изобретения поясняется иллюстрацией, на которой приведена структурная схема заявленного устройства.

В состав устройства для определения рН жидкости входят первый измерительный электрод ИЭ-1 1, второй измерительный электрод ИЭ-2 2, электрод сравнения ЭС 3 и первый 4, второй 5 вторичные измерительные преобразователи, соответственно ВИП-1, ВИП-2. К входам ВИП-1 и ВИП-2 подключены электрод сравнения 3 и соответственно первый, второй измерительные электроды 1,2. Выходы ВИП-1 и ВИП-2 подключены соответственно к входами первого 6 и второго 7 преобразователей напряжения в цифру, соответственно ПНЦ-1 и ПНЦ-2, выходы которых поданы на входы микропроцессора МП 8, выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. При помещении электродов в жидкость на выходах измерительных электродов 1 и 2 и вторичных измерительных преобразователей 4 и 5 возникают потенциалы Е₁и Е₂, которые затем преобразуются ПНЦ 6 и 7 в цифровую форму и поступают в микропроцессор 8. Микропроцессор 8 вычисляет рН жидкости по формуле (1).

Использованные источники:

1. Gray, David Η., Santini, Edward P. Cycle chemistry pH measurement // Electric Util-

ity Chemistry Workshep. - Champaign, Illinois, 1998.

2. Устройство для измерения рН в морской воде. Великобритания, заявка № 2173906. Опубл. 22.10.86.

3. рН-метр. СССР АС № 918839. Опубл. Б. И. № 43, 1982.

4. Цифровой рН-метр. Япония, заявка № 55-2022. Опубл. 18.01.80.

5. Способ измерения значения рН жидкости. ФРГ, заявка № 2617045, G01 N 27/46. Опубл. 17.08.78 - прототип.

6. Лопатин Б.А. Теоретические основы электрохимических методов анализа. Учеб. пособие для ун-тов. М., "Высш. школа", 1975. 295 с. с ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в гидрологии и химическом анализе жидкостей.

Технический результат - исключение фактора влияния температуры жидкости на результат измерений, что повышает точность определения рН жидкости.

Сущность:

Согласно способу используют включенные в измерительные цепи вторичных измерительных преобразователей электрод сравнения и два ионоселективных измерительных электрода с одинаковыми параметрами тепловой инерции и разными параметрами их изопотенциальных точек, соответственно помещают электроды в жидкость, регистрируют потенциалы Е₁ и Е₂ на выходах первого и второго измерительных электродов и вычисляют рН жидкости по формуле

Устройство содержит электрод сравнения, два ионоселективных измерительных электрода с одинаковыми параметрами тепловой инерции и разными параметрами их изопотенциальных точек, первый и второй вторичные измерительные преобразователи ВИП-1 и ВИП-2, к входам которых подключены электрод сравнения и соответственно первый и второй измерительные электроды, выходы ВИП-1 и ВИП-2 подключены к входам соответственно первого и второго преобразователей напряжения в цифру, выходы которых подключены к микропроцессору, выход которого является выходом устройства. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения рН жидкости с использованием электрода сравнения и двух ионоселективных измерительных электродов, включенных в электрические цепи вторичных измерительных преобразователей, отличающийся тем, что используют измерительные электроды с одинаковыми параметрами тепловой инерции и разными параметрами их изопотенциальных точек, соответственно Е_i1, рН_i1 -для первого и E_i2, pH_i2 - для второго электродов, помещают электроды в жидкость, регистрируют потенциалы Е₁ и Е₂ на выходах соответственно первого и второго измерительных электродов и вычисляют рН жидкости по формуле

где

2. Устройство для определения рН жидкости, содержащее электрод сравнения, два ионоселективных измерительных электрода и первый, второй вторичные измерительные преобразователи, к входам которых подключены электрод сравнения и соответственно первый, второй измерительные электроды, отличающееся тем, что выходы первого и второго вторичных измерительных преобразователей подключены к входам соответственно первого и второго преобразователей напряжения в цифру, выходы которых подключены к микропроцессору, выход которого является выходом устройства, причем параметры тепловой инерции первого и второго измерительных электродов равны, а параметры их изопотенциальных точек различны.