Устройство для анализа воды Советский патент 1984 года по МПК A01K61/00 G01N33/18 

Изобретение относится к исследованию химических свойств, в частности к анализу воды, и может быть использовано для контроля качества сточных вод, сбрасываемых в водоемы и водостоки промышленных предприятиями. Известно устройство для анализа воды, содержащее емкость, вертикальные перегородки, установленные в ней с образованием между ними измерительной камеры для размещения рыбы-индикатора, вертикальные электроды, подключенные к блоку измерения, и патрубки для подвода и отвода воды. При работе этого устройства рыба под действием токсических веществ, содержащихся в воде, теряет ориентацию, не может удерживаться в горизонтальном потоке воды и сносится им 1. Однако для потери ориентации рыбами вода должна содержать значительное количество токсических веществ, что снижает чувствительность устройства. Известно также устройство для анализа воды, содержащее бассейн с рыбой-индикатором, установленные в бассейне индикаторные электроды, подключенные к осциллографу через биоусилитель, смесительный резервуар для чистой и контролируемой воды и патрубки для подачи воды, соединяющие резервуар с бассейном по типу сообщающихся сосудов 2. Недостатком этого устройства является невысокая достоверность оценки токсичности воды. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство для анализа воды, содержащее разбавитель с патрубками для подачи контролируемой и чистой воды, регулятор степени разбавления, последовательно установленные и соединенные с разбавителем измерительные бассейны для рыб-индикаторов, оснащенные электродами и сливными патрубками, программный блок, блок индикации и блок регистрации. Известное устройство позволяет автоматически производить оценку токсичности воды при изменении концентрации токсических веществ в контролируемой воде 3. Однако количество химических веществ, растворенных в контролируемой воде, определяется при этом недостаточно достоверно. Цель изобретения - повыщение селективности определения химических веществ, растворенных в воде. Для достижения этой цели устройство для анализа воды, содержащее разбавитель с патрубками для подачи контролируемой и чистой воды, регулятор степени разбавления, последовательно установленные и соединенные с разбавителем измерительные бассейны для рыб-индикаторов, оснащенные электродами и сливными патрубками, программный блок, блок индикации и блок регистрации, снабжено интегратором, блоком задержки, реле отключения, трубопроводом для подачи в бассейны чистОй воды и дополнительными блоками индикации, блок регистрации представляет собой самописец, а измерительные бассейны соединены с разбавителем воды и с трубопроводом для подачи чистой воды посредством двухпозиционных клапанов, при этом число блоков индикации равно числу бассейнов, электроды каждого бассейна подключены к соответствующему блоку индикации, регулятор степени разбавления соединен с самописцем через интегратор, каждый из блоков индикации подключен к последующему блоку |индикации и к соответствующему этому блоку клапану, последний по ходу подачи воды блок индикации связан с интегратором через реле отключения и блок задержки с первым блоком индикации, с первым клапаном и с. программным блоком, а последний подсоединен к выходу реле отключения. На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - двухпозиционный клапан; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - измерительный бассейн с двухпозиционным клапаном и электродами, подключенными к блоку индикации. Устройство для анализа воды содержит программный блок 1 с регулятором 2 степени разбавления,, который подключен к разбавителю 3, связанному через двухпозиционные клапаны 4-8 с измерительными бассейнами 9-13 для рыб-индикаторов, блоки 14-18 индикации, пульт управления (не показан), управляющая связь 19 которого подключена к регулятору 2 степени разбавления через программный блок 1 реле 20 отключения, патрубок 21 для подачи в разбавитель 3 чистой воды, патрубок 22 для подачи в разбавитель 3 контролируемой воды, подсоединенный к патрубку 22 трубопровод 23 для подачи чистой воды в бассейны 9-13, патрубок 24 для отвода воды из клапана 8 и сливные патрубки 25-29 для отвода воды из бассейнов 9-13, а также блок регистрации, представляющий собой самописец 30, интегратор 31, блок 32 задержки и трубопроводы 33 для подачи к клапанам 4-8. Каждый клапан 4-8 имеет привод 34 (фиг. 2 и 3) для установки их в два положения. В первом положении (фиг. 4) клапаны 4-8 соединяют трубопровод 33 с измерительными бассейнами 9-13 (на фиг. 4 - с бассейном 9), а во втором положении (фиг. 2) соединяют трубопровод 33 со следующим клапаном, клапан 8 соединен с патрубком 24 для отвода воды. Внутри измерительных бассейнов 9- 13 (фиг. 4) установлены электроды 35, подключенные к блокам 14 -18 индикации. Каждый блок 14-18 индикации (фиг. 4) состоит из усилителя 36 биологических сигналов, элемента 37 измерения частоты дыхания рыбы (например, частотно-аналогового преобразователя) и порогового элемента 38, выход которого и является выходом блока индикации. Усилитель 36 биологических сигналов имеет коэффициент усиления в полосе частот 0,2- 10 Гц.

Пороговый элемент 38 срабатывает при достижении величины сигнала на его входе, соответствующей частоте дыхания рыб-индикаторов, преобразованной элементом 37 измерения частоты дыхания рыб

в величину, приемлемую для обработки этим элементом.

Частота дыхания рыб определяет порог чувствительности рыб к концентрации токсических веществ в контролируемой воде.

Кроме того, управляющая связь 19 подключена к клапану 4 для приведения его в первое положение и к блоку 14 индикации для его включения. Выход блока 14 индикации подключен к входу этого же блока 14 индикации для его отключения, к клапану 4 для проведения его во второе положение, к клапану 5 для приведения его в первое положение и к блоку 15 индикации для его включения.

Аналогичным образом блок 15 индикации подключен к своему входу, к блоку 16 индикации и к клапанам 5 и 6. Далее блок 16 индикации подключен к своему входу, к блоку 17 индикации и к клапанам 6 и 7.

Блок 17 индикации подключен к своему входу к блоку 18 индикации и к клапанам 7 и 8, а выход блока 18 индикации подключен к входу этого блока, к клапану 8, и кроме того, к реле 20 отключения, которое включено в цепь управляющей связи 19, подключено к приводу самописца. 30 для его щагового прокручивания и к сбросу интегратора 31 через блок 32 задержки для предотвращения преждевременного сброса информации с интегратора 31 до ее записи на самописце 30.

Регулятор 2 степени разбавления подсоединен к самописцу 30- через интегратор 31 для фиксации расхода контролируемой воды.

Устройство работает следующим образом.

Измерительные бассейны 9-13 заливают водой по трубопроводу 23 до уровня . сливных патрубков 25-29 (клапаны 4--8 находятся во втором положении). После этого в бассейн 9-13 помещают рыб-индикаторов.

В патрубок 22 подают контролируемую (загрязненнукх) воду и начинают цикл измерений.

Для анализа химического вещества, растворенного в загрязненной воде, через управляющую связь 19 включают устройство. От управляющей связи 19 срабатывает программный блок 1, который устанавливает первый уровень регулятора 2 разбавления, который управляет степень смешивания воды из патрубков 21 и 22. Величина уровня разбавления от регулятора 2

разбавления поступает на интегратор 31 и самописец 30. Управляющая связь 19 включает блок 14 индикации и переводит клапан 4 в первое положение. При этом загрязненная вода из патрубка 22, смешанная в разбавителе 3 с водой из патрубка 21, поступает по трубопроводу 33 через клапан 4 в измерительный бассейн 9, где омывает рыбу-индикатора и удаляется через патрубок 25. Состояние рыбы-индикатора конт0ролирует блок 14 индикации.

Исследования показали, что все живые возбудимью системы имеют режим минимальной энергии раздражения при определенном заданном пороговом отклике на это раздражение. Этот режим адекватен

5 физиологическому состоянию живого организма и взаимодействию его с окружающей средой. Какие-либо отклонения от этого режима вызывают увеличение затрат энергии на пороговое раздражение. Эта зако0номерность справедлива также при расходе какого-либо вещества, являющегося раздражителем для живого организма. При режиме адекватном физиологическому состояниюи взаимодействию живого с окружающей средой, необходим минимальный рас5ход химического вещества для достижения определенного заданного изменения в организме. Для каждого конкретного химического вещества у живого организма проявляется соответствующая реакция, а именно индивидуальный режим, адекватный

0 данным условиям. Каждому живому организму, в данном случае рыбе-индикатору, соответствует режим раздражения (химическим загрязнением), адекватный его состоянию и присущий данному виду раздражения.

5

Работа устройства основана на отыскании вида раздражения (химического загрязнения) по экспериментально полученным адекватным режимам, вычерченным на ленте .самописца 30.

0

Погистечении определенного времени воздействия химических веществ, растворенных в воде, частота и амплитуда дыхания рыбы-индикатора в бассейне 9 изменяются (возрастают), что фиксирует блок 14 индикации, который при этом включает блок 15

5 индикации, переводит клапан 5 в первое положение, а клапан 4 во второе положение и сам отключается. Аналогичный цикл работы происходит в бассейне 10 с блоком 15 индикации. Переключения происходят до блока 18 индикации, включение которого переводит во второе положение клапан 8, отключает блок 18 индикации и через реле 20 отключения подает сигнал на программный блок 1, включение блока 14 индикации, перевод клапана 4 в первое положение, включение блока 32 задержки и кратковременное прокручивание лентопротяжного механизма самописца 30. Блок 32 задержки, отработав время, необходимое для записи результата интегрирования с

выхода интегратора 31 на самописце 30, подает сигнал на сброс интегратора 31. Программный блок 1 выдает повторную команду на регулятор 2 разбавления для установки нового уровня разбавления загрязненной воды в разбавителе 3, после чего циклы работы устройства повторяются.

Отработав все циклы, программный блок 1 для прекращения работы устройства подает отключающий сигнал на реле 20 отключения, которое прерывает цепь устройства, но при этом клапаны 4-8 остаются во втором положении, что обеспечивает жизнеде 1тельность рыб-индикаторов в бассейнах 9-13 за счет водообмена в них из трубопровода 23.

На протяжении работы устройства в течение одного цикла измерения от регулятора 2 степени разбавления поступает информалия о интенсивности расхода загрязненной воды, которая является функцией концентрации загрязнений, растворенных в воде и поступающих на исследование. Эта информация суммируется на интеграторе 31. Полученная величина характеризует расход загрязненной воды. Цикл измерения устройства заканчивается, когда все рыбыиндикаторы отреагируют на загрязнение. Продолжительность цикла (время интеграции) ограничивается срабатыванием реле 20 отключения. Таким образом, самописец 30 фиксирует расход загрязненной воды по изменению в поведении рыб при воздействии на них загрязненной воды, зарегистрированном поочередно всеми блоками индикации на протяжении всего цикла измерения. Один цикл измерения на ленте самописца 30 очерчен одной вершиной. Серия циклов согласно программе блока 1 отображается в виде последовательного ряда вершин зависимости реакции рыб от концентрации загрязнений и времени их воздействия на рыб.

По вершинам этого ряда вычерчивают кривую пороговых раздражений рыб.

Таким образом, на ленте самописца 30 по верхним отметкам каждого цикла измерения вычерчивается характеристическая кривая пороговых раздражений, присущих определенному виду загрязнения, по которому оно определяется. Для этого перед началом анализа химических веществ устройство торируют на ожидаемые загрязнения, т.е. определяют характеристические кривые для ожидаемых загрязнений, rio конфигурации которых в последствии производят анализ воды.

Предложенное устройство для анализа воды относительео простое по конструкции и вь1сокочувствительное.

Подключение регулятора степени разбавления к самописцу через интегратор обеспечивает определение расхода загрязненной воды, необходимой для пороговой реакции рыб-индикаторов. Количество израсходованной воды, зафиксированное на самописце, при различных степенях разбавления свежей водой позволяет проводить анализ воды.

Подключение блоков индикации и клапанов последовательно в виде замкнутого контура обеспечивает сходство условий работы всех , рыб-индикаторов и позволяет в каждом цикле измерения компенсировать индивидуальные особенности рыб-индикаторов, что повышает достоверность анализа воды.

Подключение последнего блока индикации к сбросу интегратора обеспечивает нормальную запись результатов измерения одного цикла на самописце до сброса результа с выхода интегратора. Подключение последнего блока индикации к программному блоку с регулятором степени разбавления и первому блоку индикации обеспечивает возобновление цикла измерения с изменением степени разбавления. Введение в цепь соединения последнего и первого блоков индикации реле с управляющей обмоткой, подключенной к программному блоку, позволяет прекратить работу устройства после проведения всех циклов измерения.

Положение Ж

Фиг.1

23

ВидА

J4

/

Фиг.г

Фиг.З Положение

Фиг. 4 I

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ВОДЫ, содержащее разбавитель с патрубками для подачи контролируемой и чистой воды, регулятор степени разбавления, последовательно установленные и соединенные с разбавителем измерительные бассейны для {)ыб-индикаторов, оснащенные электродами и сливными патрубками, программный блок, блок индикации и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повыщения селективности определения химических веществ, растворенных в воде, оно снабжено интегратором, блоком задержки, реле отключения, трубопроводом для подачи в бассейны чистой воды и дополнительными блоками индикации, блок регистрации представляет собой самописец, а измерительные бассейны соединены с разбавителем воды и с трубопроводом для подачи чистой воды посредством двухпозиционных клапанов, при этом число блоков индикации равно числу бассейнов, электроды каждого бассейна подключены к соответствующему блоку индикации, р.егулятор степени разбавления соединен с самописцем через интегратор, каждый из блоков индикации подключен к последующему блоку индикации и к соответствующему этому блоку клапану, последний по ходу подачи (Л воды блок индикации связан с интегратором через реле отключения и блок задержки, с первым блоком индикации, с первым клапаном и с программным блоком, а последний подсоединен к выходу реле отключения.