Емкостной датчик Советский патент 1984 года по МПК G01N27/22 

W

оо

| о

2. Датчик по п. 1, отличаю щ и и с я тем, что обе камеры имеют

для ввода

вывода жидканалыкости.

1. ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК, содержащий два коаксиально расположенных полых электрода.: изолированных друг от друга, и третий изолированный электрод, расположенный по оси внутреннего полого электрода, выполненный в виде стержня, отличающийся тем, что, с целью повышения точности непрерывного измеренц концентрации биомассы микроорганизмов в процессе производства, датчик в полости внутреннего полого электрода дополнительно снабжен связанным с механизмом возвратно-поступательного движения подвижным вдоль оси датчика изолятором, разделяющим указанную полость на две камеры, одна из которых заполнена исследуемой жидкостью, а другая заполнена жид-С костью с диэлектрическими характерис--j тиками дисперсной фазы суспензии микроорганизмов.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению концентрации суспензии микроорганизмов в процессе ферментации, и может быть использовано в микробиологической, пищевой и фармацевти ческой промьшшенности. Известен прибор для измерения концентрации микроорганизмов, основанный на прямом взвешивании биомассы и различных оптических свойствах микроорганизмов в культуральной среде Cli. Однако измерение этим прибором связано с пе риодическим отбором проб и не позволяет определять концентрацию непосредственно в ферментаторе. Наиболее близким к изобретению является емкостный датчик, содержащий два коаксиально расположенных полых электрода, изолированных друг от друга, и третий изолированный электрод, .расположенный по оси внутреннего полого электрода, выполненный в виде стержня Г2. Известным датчиком можно производить лишь дискретные измерения и невозможно Непрерывное автоматическое измерение концентрации биомассы в производственных условиях, в которых температура исследуемой системы не постоянна Цель изобретения - повышение точности непрерывного измерения концент рации суспензии биомассы микроорганизмов в процессе производства. Поставленная цель достигается тем, что емкостный датчик, содержащий два коаксиально расположенных полых электрода, изолированных друг от друга, и третий изолированный электрод, расположенный по оси внутреннего полого электрода,, выполненный в виде стержня, датчик в по лости внутреннего полого э лектрода ( дополнительно снабжен связанным с механизмом возвратно-поступательного движения подвижным вдоль оси датчика изолятором, разделяющим указанную полость на две камеры, одна из которых заполнена исследуемой жидкостьй а другая заполнена жидкостью с ди электрическими характеристиками дисперсной фазы суспензии микроорган 13мов, причем обе камеры имеют каналы для ввода и вывода жидкости. Это дает возможность измерять концентрацию биомассы микроорганизмов непрерывно с высокой точностью в производственных условиях при значительных изменениях температуры исследуемой среды. На фиг. 1 изображен емкостный датчик; на фиг. 2 - временная зависимость параметров. В полость внешнего электрода 1 введен полый внутренний электрод 2,. в полости которого находится третий электрод в видестержня 3. Все три электрода изолированы друг от изоляторами 4, 5 и 6. В полость внутреннего полого электрода 2 дополнительно введен соединенный с механизмом возвратно-поступательного движения подвижный вдоль Ьси датчика изолятор 7, который делит указанную полость на две камеры 8 и 9. В камеру 8 залита культуральная исследуемая жидкость, а в камеру 9 - эталонная жидкость, имеющая диэлектрические характеристики и их термические коэффициенты, равные соответствукадим величинам дисперсной фазы суспензии микроорганизмов. В изоляторах 5 и 7 имеются каналы 10 и 11, соединякнцие камеры 8 и 9 с емкостями для жидкостей. Через эти каналы жидкости перетекают в камеры и обратно при перемоцении изолятора 7 под воздействием механизма возвратно-поступательного движения. При увеличении объема камеры 8 культуральная жидкость втекает в эту камеру через каналы 11. Объем камеры 9 при этом уменьшается и из нее вытекает элалонная жидкость через каналы 10. При изменении направления перемещения изолятора 7 культуральная жидкость вытекает иэ камеры 8, а эталонная жидкость втекает в камеру 9. Предполагаемым датчиком измерения. концентрации биомассы микроорганизмов могут быть осуществлены как периодически дискретными измерениями так и. непрерывно с автоматической записью показаний. В том и другом случае температурные поправки вводятся без специальных номограмм и графиков . В случае дискретных измерений датчик, используют следующим образом. Датчик присоединяют с помощью фланца к аппарату с суспензией биомассы лшкроорганизмов. Суспензия проникает в открытую полость электрода 1, заполняя зазор между электродами 1 и 2. Электроды 1 и 2 подсоединяют к прибору и измеряют диэлектрические параметры суспензии микроорганизмов. Подсоединяют к прибору электроды 2 и 3 и с помощью механизма возвратно-поступательного движения перемещают изолятор 7 вдоль оси датчика, добиваясь либо равенства, либо какого-нибудь постоянного отношения диэлектрических параметров комбинации из эталонной и культуральной жидкос ей к соответствующим параметрам суспензии. Концентрацию биомассы микроорганизмов при этом определяют по величине камеры 9. Жидкости, находящиеся в полости электрода 2, имеют температуру суспензии и состав эквивалентный составу суспензии биомассы микроорганизмов, поэтому в этом случае существенно уменьшаются ошибки измерения, связанные с изменением термических коэффициентов суспензии при изменении ее .состава и температуры, т.е. температурные поправки вводятся автоматически. Методика непрерывных измерений с автоматической- записью показаний практически не отличается от методики дискретных измерений, но в этом случае постоянство отношений диэлектрических параметров суспензии и эквивалентной ей по составу комбинации культуральной и эталонной жидкостей поддерживается автоматически с помощью специальной схемы, воздействующей на механизм возвратно-поступательного движения, который, в свою очередь, изменяет положение изолятора и соотношение объемов эталонной и культуральной жидкостей в измерительной ячейке электродов 2 и 3.

Предлагаемый датчик можно использовать для непрерывного автоматического измерения концентрации суспензии биомассы микроорганизмов с высокой точностью измерений.

Пример . Проводят измерение концентрации суспензии биомаЬсы известным датчиком в дискретном и непрерывном режиме и предлагаемым датчиком в непрерывном режиме. Концентрацию биомассы микроорганизмов плавно уменьшают путем разбавления

абсолютно сухих дрожжей Candida GieCiermondii. В процессе опыта температуру суспензии плавно увеличивают и уменьшают. Концентрацию дрожжей периодически проверяют весо0 вым анализом.

Полученные результаты представлены и виде графиков на фиг. 2, на которой по оси X отложено текущее время, а по оси У - температура

5 опыта (кривая 12, линия То - температура калибровки прибора); концентрация биомассы микроорганизмов, измеренная весовым анализом , (точки а), дискретными измерениями известным

Q датчиком с введением температурных поправок (точки б), непрерывными измерениями известным датчиком с использованием в качестве эталонной жидкость, имеющую диэлектрические

5 параметры дисгТерсной фазы суспензии микроорганизмов (кривая 13), непрерывными измерениями известными датчиком с использованием культуральной жидкости в качестве эталонной, (кривая 14), непрерывными измерения ми предлагаемым датчиком (кривая 15),

Как видно из графиков, проводя дискретные измерения известным датчиком можно достичь высокой точности

5 измерений, однако при непрерывных измерениях имеются значительные погрешности, связанный с различием темпе ратурных коэффициентов диэлектри ческих характеристик суспензии раз0 личного состава и эталонной жидкости, состав которой нельзя изменить синхронно с изменением состава суспензии биомассы. При использовании предлагаемого датчика результа5 ты непрерывных измеренкй точно совпадают с результатами измерений весовым методом при любых изменениях температуры во всем диапазоне изменения концентрации суспензии биомассы микроорганизмов.