Устройство для измерения парциального давления углекислого газа в биологических средах и газах Советский патент 1984 года по МПК G01N27/02 

1 Изобретение относится к исследованию и анализу материалов путем Измерения давления газов и может быть использовано, например, в микро биологических исследованиях, Известен датчик для измерения пар циального давления углекислогр газа (рСОл), основанный на методе Северингхауза, содержащий измерительный и вспомогательный рН электроды, размещенные в растворе электролита и отделенные от исследуемой среды газопроницаемой мембраной ij, Недостатками датчика является нестабильность показаний, значительная инерционность, нелинейность характеристики, различные прямые и обратные динамические характеристики Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой ство для измерения парциального давления в биологических средах и газах содержащее датчик с входным и выходным каналами для протока раствора, соединенными канавкой, закрытой газопроницаемой мембраной, расположен ную в датчике электродную систему, подключенную к генератору и регистр тору, резервуар с раствором, соединенный с входным каналом и связанный с регулятором количества раствора 2 . Однако измерение pCOg , проводимое в известном устройстве не позволяет контролировать течение проце са измерения в ходе длительных эксп pи ieнтoв, то сказывается на точнос и достоверности результатов измерени Целью изобретения является повыше ние точности и достоверности результатов измерения. Эта цель достигается тем, что в устройстве для измерения парциального давления углекислого газа в биологических средах и газах, содержащем датчик с входным и выходным каналами для протока раствора, соединенными канавкой, закрытой газогфоницаемой мембраной, расположенную в датчике электродную систему, подключенную к генератору и регистр тору, резервуар с раствором, соедине ньш с входным каналом и связанный с регулятором количества раствора, Б датчик введены дополнительный канал соединенный с входным каналом, сосуд с калибровочным раствором, сообщающийся с выходным каналом через клапан, а электродная система 192 в)полнена в виде двух четырехэлекгродр1Ь х ячеек, разменкмшых во входном и выходном каналах, причем место соединения входного и дополнительного каналов 11аходится между газопроницаемой мембра юй и ячейкой. Введение дополнительного канала с установкой двух четырехэлектродных ячеек и соединение датчика через клапаны с резервуаром для калибровочного раствора и сосудом для слива позволяет проводить калибровку датчика без применения поверочных газовых смесей как перед работой, так и в процессе длительных экспериментов . В любой момент времени измерения рСОлВ ходе мякробиологического процесса, не нарушая самого. процесса пропуская капиброБОчный раствор через рабочую ячейку датчика можно определить степень воздействия на датчик следующих отрицательных факторов, изменение Состава раствора КОН; появление пузырьков воздуха в канавке или ячейках датчика; выход из строя мембраны. Эти факторы могут сказываться на уход нуля или изменение крутизны характеристики преобразования устройства, причем изменение показаний зафиксировано на диаграммной ленте записи процесса- измерения, В этот момент можно провести подстройку нуля или. крутизны характеристики преобразования или устанить причину, вызвавшую это изменение, например удалить пузырь воздуха или сменить раствор КОН. Тем самым повышается точность и достоверность результатов измерений pCOj . Повышение точности измерений достигается также применением двух четырехэлектродных электрохимических ячеек, которые позволяют полностью компенсировать емкостную составляющую импеданса потенциальных электродов, улучшить переходные характеристики и устранить поляризационные явления, искажающие результаты. На чертеже изображено предлагаемое устройство. Устройство содержит датчик I с входным 2, выходным 3 и дополнительным 4 каналами, соединенныг-м канавкой 5, закрытой газопроницаемой мембраной 6. Входной канал 2 соединен через регулятор 7 количества раствора с

резервуаром 8 для раствора КОН, снабженным хлоркальциевой трубкой 9, заполненной поглотителем С0„,

Выходной канал 3 соединен с сосудом 10 для слива и через клапан 11 соединяется с резервуаром 12 для калибровочного раствора.

Дополнительный канал 4 через клапан 13 соединен с сосудом 10 для слива. Во входном 2 и выходном 3 каналах установлены сравнительная ячейка 14 и рабочая ячейка 15 с крайними токовыми электродами 16 и средними потенциальными электродами 17. Токовые электроды 16 подключены к генератору 18 тока, а потенциальные электроды 17 к дифференцианой схеме измерительного преобразователя 19, подключенного к регистратору 20.

Устройство работет следующим образом.

Раствор щелочи из резервуара 8 через регулятор 7 количества раствор поступает с определенной скоростью во входной канал 2 датчика 1 и протекает последовательно сравнительную ячейку 14, канавку 5, рабочую ячейку 15, и через выходной канал 3 вытекае в сосуд 10 для слива.

В рабочем положении клапаны 1I и

13закрыты.

Если в исследуемой среде отсутствуют молекулы С02 (), то электропроводность раствора в ячейках

14и 15 остается одинаковой и показания измерительного преобразователя 19 равны 0. При появлении в среде мелекул СОл, они под действием парциального давления проникают через газопроницаемую мембрану 6 в раствор КОН, протекающий по канавке 5, вступают в химическую реакцию с КОН, меняя тем самым, электропроводность раствора, поступающего из канавки 5 в рабочую ячейку 15. Это изменение электропроводности измеряется с помощью измерительного преобразователя. Величина изменения прямо пропорциональна величине рСОл в исследуемой среде.

Дня проведения калибровочных операций автоматически или вручную от75194

крывают клапаны II и 13 и калибровочный раствор поступает по выходному каналу 3 в рабочую ячейку I5 и протекает далее через канавку 5 и 5 дополнительный канал 4 в сосуд 10 для слива. Раствор КОН в этот момент продолжает поступать в сравнительную ячейку 14 и по дополнительному каналу 4 вытекает в сосуд для слива

o 10.

Показания датчика по шкале регистратора 20 с помощью измерительного преобразователя 19 выставляются на определенную отметку шкалы.

5 Е процессе длительной работы

устройства в датчике возможно повреждение мембраны. В этом случае резко изменяются показания датчика. Для определения характера неисправности

Q через рабочую ячейку 15 пропускают калибровочный раствор по изложенной методике. Если показания датчика впроцессе контроля совпадают с выставленным значением при калибровке, то можно сде5 лать вывод о повреждении мембраны. Если же показания датчика резко отличаются от этого значения, то следовательно в ячейках датчика появился пузырек воздуха, который необхоQ димо удалить.

В качестве калибровочного раствора могут использоваться рабочий раствор или свеже приготовленный раствор КОН - для калибровки нуля, раствор КОН+КлСО,,или раствор КС1 для калибровки крутизны характеристики преобразования. Резервуары с различными калибровочными растворами могут быть подсоединены через клапаны к выходному каналу. Расширение функциональных возможностей устройства с повышением точности и достоверности результатов измерений позволяет активно контролировать процесс измерения 1рС02, что особенно важно в ходе длительных экспериментов.

Предлагаемое устройство имеет линейную градуировочную характеристику, одинаковые прямые и обратные дяцамические характеристики, высокое быстродействие, неограниченный срок службы, повышает точность и достоверность результатов измерений.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА : В БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ И ГАЗАХ, содержащее датчик с входным и выходным каналами для протока раствора, соедиенным канавкой, закрытой газопроницаемой мембраной, расположенную в датчике электродную систему, подключенную к генератору и регистратору, резервуар с раствором, соединенный с входным каналом и связанный с регулятором количества раствора, отличающееся тем, что, с цепью повьшения точности и достоверности результатов измерений, в датчик введены дополнительный канал. соедиенный с входным каналом, сосуд с калибровочным раствором, сообщающийся с выходным каналом через клапан, а электродная система выполнена в виде двух четырехэлектродных я ячеек, размещенных во входном и выходном каналах, причем место соединения входного и дополнительного каналов находится между газопроницаемой р мембраной и ячейкой.