Автоматический титратор Советский патент 1984 года по МПК G01N31/16 

Изобретение относится к техническим средствам физико-химического анализа, а конкретно к устройству титрйтора с автоматической регистрацией результатов анализа, проводимого с помощью измерения активности однсэ- и двухвалентных ионов (величин рх) в водных растворах, а также окислительно-восстановительных потенциалов (величина ) в этих же растворах, и может применяться во всех отраслях промьшленности при проведении массовых производственных анализов.

Изйестно устройство для автоматического реверсивного титрования, содержащее насосы-дозоторы, связанные с проточной ячейкой титрования, систму непрерьюной отработки эквивалентной точки титрования, регистрирующий прибор концентрации анализируемого вещества, подключенньй к блоку регулирования и измерения объемного расхода анализируемого вещества, связанного соответствующими входами с насосом-дозотором и с выходом проточной ячейки титрования C11.

Недостатком этого устройства является значительная погрешность, особенно при дозировании малык объемов, из-за низкой чувствительности блока измерения объемного расхода вещества

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство .для автоматического титрования, содержащее схему измерения рН., узел сравнения, преобразователь напржения в частотные импульсы., дискретную бюретку, показывагопщй цифровой вольтметр, генератор постоянного по- тенциала, счетчик, показывающее цифровое устройство, преобразоват.ель дискретных сигналов в аналоговые, генератор меток, выходное устройство для самопишущего прибора.

Известное устройство преобразует аналоговый сигнал разницы между электрическим напряжением на выходе усилителя, соответствующим электродвжущей силе (ЭДС) между электродами, помещенными в анализируемый раствор, и установленным электрическим напряжением, выбранным в соответствии с необходимым значением величины рН,, в дискретные импульсные величины электрического тока, которые подаются на шаговый электродвигатель, приводящий в движение механизм подачи реагентов, которые поддерживают

в анализируемом растворе необходимую разницу значения рН между фактическим значением .рН раствора и его установленным значением С2.

Недостатком известного устройства является значительная погрешность, обусловленная наличием микровинтового механизма, а также длительность анализов. Кроме того, устройство собрано из узлов и блоков, которые требуют для своего изготовления проведения специальных опытно-конструкторских работ. Кроме того, для получения результатов анализа в цифровой форме требуется проведение специальных расчетов или применения дополнительной ЭВМ.

Целью изобретения является повышение точности анализов и сокращение времени на их проведение.

Указанная цель достигается тем, что в автоматическом титраторе, содержащем иономер с электроконтакт- ным переключателем, размещенный в корпусе узел подачи реагента, состоящий из шприцов бюреток, плунжеры которых связаны с электроприводом подачи посредством толкателя, измеритель объема реагента с блоком регистрации н самопишущий прибор. подключенные к соответствующим входам блока управления последовательностью операций титрования с нормально закрытым и нормально открытыми микровыключателями, установленными в корпусе узла подачи реагента, и с реле времени, связанным с иономером через электроконтактньй переключатель, измеритель объема выполнен в виде трансформаторного датчика с коаксиально расположенныш1 обмотками, первичная из которых размещена на магнитопроводящем сердечнике, жестко связанном с толкателем, а вторичная обмотка - на изоляционном цилиндре,, жестко закрепленном на корпусе параллельно траектории движения толкателя, при этом блок управления последовательностью операций дополнительно содержит задатчик начала и конца анализа, соединенный входом с выходом электроконтактного переключателя иономера, а выходом - с самопишзтцим прибором и реле времени.

На фиг.1 представлена блок-схема втоматического титратора; на фиг.2инематическая схема узла подачи еагента с измерителем объема реагенTaj на фиг.З - принципиальная электрическая схема блока управления.

Автоматический титратор состоит из электродов 1, реакционной емкости 2, мономера, включающего усилитель 3, измерительную головку 4, электроконтактный переключатель 5 и контактный микроамперметр 6, блока 7 управления последовательностью операций титрования, содержащего реле 8 времени и задатчик начала и конца анализа, электропривода 9 подачи, толкателя 10, связанного с плунжерами шприцов 11 бюреток, 12, измерителя 13 объема реагента-с блоком 14 регистрации (показывающий прибор), на входе которого установлен преобразователь 15. Один из входов измерителя 13 объема соединен с генератором 16 повьшенной частоты, связанного с бло- 20 дит

ком 17 питания.

Усилитель 3 иономера связан с диаграммным механизмом 18 самопишущего прибора 19 через переключатель 20 вида работ. Измеритель 13 объема представляет.собой жестко связанный с толкателем 10 магнитопроводящий сердечник 21, на который намотана первичная обмотка 22 трансформаторного датчика. .На изоляционном цилинд ре 23, жестко прикрепленном к корпусу 24, размещена вторичная обмотка 25. Толкатель 10 размещен в роликовьк направлякицих опорах 26. Электропривод подачи представляет собой электродвигатель 27, соединенный через сменные шестерни 28 и 29, фрикционный ролик 30 и промежуточный ролик 31 с барабаном 32, жестко связанным с эвольвентньм кулачком 33, взаимодействующим с толкателем 10. Промежуточный ролик 31 закреплен на качающемся рычаге 34 связанном с поворотной рукоя.ткой 35 и взаимодействующем с нормально открытым микропереключателем 36. Нормально закрытый микропереключатель 37 установлен с возможностью взаимодействия с толкателем 10 в момент фиксации заданного объемно израсходованного реагента. Задатчик начала и конца анализа выполнен в виде электронной схемы, состоящей из триодного тиристора Т, диода Д, резистора 15/, и промежуточно го реле Рд. Контакты переключателя 5 обозначе ны на схеме BK.i, а переключателя

20 - на схеме блока управления обозначены ВКг, ВКз, ВК, ВКд.

Автоматический титратор работает следующим образом.

ЭДС, возникающая между электродами 1, помещенными в раствор, находящийся в реакционной емкости 2, преобразуется усилителем 3 иономера в электрическое напряжение, подаваемое на измерительную головку 4 этого иономера (микроамперметр М 2000.8 для иономера типа ЭВ-74) или через переключатель 5 - на измерительную головку контактного микроамперметра 6 (микроамперметр М ЗЗЗК).

Релейно-контактная группа микроамперметра 6 связана с блоком 7 упраления электропривода 9 подачи. При включении электропривода 9 происхотеля 10 и связанных непосредственно с ним плунжера шприца 11 и измерителя 13 объема с толкателем 10 могут быть жестко связаны два или более плунжеров, которые вместе с корпусами сменных шприцов 11 и пипетками представляют собой бюретки 12, при помощи которых подаются в емкость 2 необходимые для титрования реагоризонтальное перемещение толкагенты. Трансформаторный датчик измерения линейных перемещений вместе с преобразователем 15 переводит величину линейного горизонтального перемещения толкателя 10, а следовательно, и плунжера шприца 11 в аналоговьй электрический сигнал, который подается на показывающий прибор 14 (например, цифровой вольтметр типа В-7-20) и на показывающую часть самопишущего прибора 19 (например, самописец типа КСП-4). Трансформаторный датчик измерения объема питается напряжением повьш1енной частоты, вырабатываемым генератором 16. В зависимости от назначения того или иного анализа (вида работ) показывающая часть 19 самопишущего прибора через переключатель 20 может , быть подключена к преобразователю 15 или к выходу усилителя 3 иономера, а диаграммный механизм 18 через этот же переключатель 20 может быть подсоединен или к реле 8 времени, или к блоку 7 управления. После перевода поворотной рукоятки 35 вверх (фиг.2) промежуточный ролик 31 обеспечивает сцепление фрикционного ролика 30 с барабаном 32, одновременно микропереключатель 36 замкнется и (на принципиальной схеме он показан как МП л) подаст электропитание на схему блока 7 управления. Однако работа схемы задается положениями переключателя 20 (ВК ВК1.,и ВКд), оп ределяющими характер проводимого анализа. На принципиальной схеме уп равления (фиг.3) контакты показаны в положении, обеспечиваю:щем титрование при постоянном значении рН для случая, когда кислота, вьц еляющаяся в ходе реакции, нейтрализуется щелочью. На выход усилителя 3 иономера через переключатель 5 (ВКI) подключен контактный микроамперметр 6 (фиг.1), а показывающая часть 19 (фиг.1) самопишущего прибора переключена через переключатель 20 (BK.g) на выход измерителя 13 объемов. Диаграммный механизм 18 (фиг,1) ерез переключатель 20 (ВК) подключен на нормально открытые контакты промежуточного реле Pg . После включения микропереключателя 36 (Ш (фиг.З) на триодный тиристор Т подается анодное напряжение. Однако тиристор Т остается в непроводящем состоянии и регистрация результатов титрования не производится, В момент когда в реакционной среде между злек родами 1 (фиг.1) в ходе протекания реакции создается ЭДС, соответствунщая установленному значению рН, и подвижная стрелка контактного амперметра 6 совместится с левой зеленой стрелкой того же прибора, его релёйно-контактная группа замкнет контакты (фиг.З, зел.), анодное напряжение будет подано на обмотки реле P,j и P.J и через резистор Si и цкоц управлякмдий электрод тиристора Т Тиристор перейдет в проводящее состояние и анодное напряжение будет подано на обмотку реле Pg начнет вращаться электродвигатель 27, включаются реле а времени и диаграммный механизм 18 самописца. Вращение от электродвигателя 27 передается на эвольвентный кулачок 33 (фиг.2) и в результате поступательного движени плунжера Ешрица 11 бюреток 12. в реак ционную среду вытесняется некоторое количество щелочи. Одновременно с перемещением толка теля 10, первичная обмотка 22, перемещаясь во вторичную обмотку 25, увеличивает индуктивную связь между ними, и, следовательно, вторичное на. пряжение, пропорциональное объему вытесненного реагента, Вследствие увеличения значения рН, подвижная стрелка контактного микроамперметра 6 отойдет вправо, релейно-контактная группа микроамперметра 6 отключит анодное напряжение на обмотках реле Р и Р электродвигатель 27 остановится и подача щелочи в реакционную среду прекратится. Опять начнет возрастать кислотность реакционной среды и соответственно уменьшится значение рН. Вследствие /гого, что тиристор TI будет оставаться в проводящем состоянии, диаграммный механизм 18 самописца останется включенным при повторных циклах включения электродвигателя 27 (до тех пор, пока не истечет время, установленное для регистрации результатов анализа на реле 8 времени Pg,). Поскольку при проведении титрования объем прореагировавшего титранта в единицу времени однозначно связан с концентрацией исследуемого вещества, применение сложной вычислительной техники не требуется, что особенно важно при массовых произвойственнык анализах. При необходимости проводить ТИТ- : рованне при постоянном значении рН и при нейтрализации вьщеляющейся в ходе реакции щелоt|K кислотой необходимо переключатель ВКд переключить в положение, противоположное показанному на схеме (фиг.З). В этом случае роль ограничителя играет правая красная стрелка контактного микроамперметра 6. При проведении анализов титрования индикации точки эквивалентности ИЛИ анализов до заданной величины Х переключатели BKj, ВК; -ВКд должны быть переключены в положение, противоположное показанному на схеме (фиг.З). Для титрования индикации точки эквивалентности, т.е. для записи всей кривой титрования, ограничительные стрелки микроамперметра 6 (зеленая и красная) должны быть отведены в крайнее положение. В этом случае после замыкания микропереключателя 36 (Ш(|) анодное напряжение через, нормально замкнутый микропере«лючатель 37 (Mile) подается на реле Pg И через его замкнувширсл кон.7 такть реле времени Р и Р4 на реле Р и Pj . Двигатель начнет вращаться и подавать реагент в реакционную емкость 2. Вместе с двигателем через контакты реле Р начнет движение и диаграммный механизм 18 самбп шущего прибора. Движение толкателя производится до тех пор, пока нормально закрытый микропереключатель Л7 (МП) не разорвет анодную цепь реле Р и Pj, после чего остановится двигатель 27 подачи реагента и диаграммный механизм 18 самописца На регистрирующем приборе 14 (фиг.2 показано напряжение, соответствующее объему израсходованного реагента, на диаграммной ленте самопишущего прибора 19 записана кривая титрования. Для титрования до заданной величины рХ ограничительные стрелки контактного микроамперметра 6 (зеленая или красная) и соответственно переключатель ВК должны быть установлены на зто заданное значение рХ. В этом случае, когда измеритель ная стрелка контактного микроамперметра 6 совместится с его ограничительной стрелкой, релейная группа контактного микроамперметра 6 подас напряжение на реле Р, после срабатывания которого разорвется анодная цепь реле Р. Двигатель подачи и диаграммный механизм остановятся. Установив ограничительную контак ную стрелку микроамперметра 6 на значение рХ, соответствующее значению точки эквивалентности титруемых растворов, и зная точный за вре мя анализа объем изтэасходованного реагента, легко определяется иско мая концентрация анализируемого вещества, что особенно важно при масс вых производственных анализах. При отключении рычага 34 влево (фиг. 2) 45 тата

промежуточный ролик 31 выходит из .зацепления с барабаном 32, вследст-счетов, путем установки необходимой цены деления измерителя объемов. 76 вие чего последний приобретает возможность свободно вращаться, что позволяет толкателю 10 свободно перемещаться вправо, в то время как связанньй с толкателем плунжер шприца 11 проводит засасывание реагента в бюретку 12 для повторного анализа. Так как плунжер шприца строго цилиндрический, его линейное перемещение прямо пропорционально объему вытесненного из бюретки реагента, т.е. объему прореагировавшего в ходе реакции титранта. Величина этого линейного перемещения преобразуется трансформаторным датчиком в цифровое значение напряжения и фиксируется на показывающем приборе 14 и на диаграммной ленте 18 самописца 19. Вследствие того, что первичная и вторичная обмотки и ферритовый стержень представляют собой цилиндрические тела, их взаимная радиальная несоосность при перемещении первичной обмотки внутри вторичной не влияет на индуктивную связь и, следовательно, на точность измерения линейных перемещений. Использование трансформаторного датчика позволяет получать результаты анализа на табло цифрового вольтметра непосредственно в единицах весовйй или мольной концентраций титранта, что исключает необходимость пересчетных работ. Применение предлагаемого изобретения позволит сократить время анализа в 4-5 раз и повысить точность и воспроизводимость результатов анализа за счет ликвидации возможности появления случайных ошибок от ручного труда при фиксировании результатов анализа, а также за счет обеспечения возможности получения рёзульанализа без последующих перефиг. /

АВТОМАТИЧЕСКИЙ ТИТРАТОР, содержащий иономер с электроконтактным переключателем, размещенный в корпусе узел подачи реагента, состоящий из шприцов бюреток, плунжеры которых связаны с злектроприводом подачи посредством толкателя, измеритель объема реагента с блоком регистрации и самопишущий прибор, подключенные к соответствующим входам блока управления последовательностью операции титрования с нормально закрытым и нормально открытыми микровыключателями, установленными в корпусе узла подачи реагента, и с реле времени, связанным с иономером через электроконтактный переключатель, отличающийся тем, что, с целью повьниения точности анализов и сокращения времени на их проведение, измеритель объема выполнен в виде трансформаторного датчика с коаксиально расположенными обмотками, первичная из которых размещена на магнитопроводящем сердечнике, с S жестко связанном с толкателем, а вторичная обмотка - на изоляционном (Л цилиндре, жестко закрепленном на с корпусе параллельно траектории движения толкателя, при зтом блок управления последовательностью операций дополнительно содержит задатчик начала и конца анализа, соединенный входом с выходом электроконтактного переключателя иономера, а высо ходом - с самопишущим прибором и реа ле времени. ел О5