Устройство для определения токсичности вод Советский патент 1992 года по МПК G01N31/22 G05D27/00 

Изобретение относится к аналитиче- ской химии, к техническим средствам контроля за состоянием сточных и природных вод, может быть использовано в гидрохимии, санитарном контроле качества вод, гидробиологии и являетря усовершенствованием известного устройства по авт. св. № 1474544.

Известен способ определения токсичности вод, включающий введение в пробу воды, содержащей биоту и окисляемый субстрат, вещества-индикатора с последующей регистрацией скорости изменения окраски получаемой смеси. В качестве вещества-индикатора используют паранитродиметилани- лин (ПНДМА).

Однако эта реализация способа связана с низкой оперативностью и большими трудозатратами на анализ.

Целью изобретения является повышение оперативности контроля и снижение трудозатрат на его проведение.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема блока анализа токсичности.

Устройство (фиг.1) содержит программное реле 1, дозаторы 2 и 3, измерительную ванну 4, блок 5 анализа токсичности, источник 6 светового потока, датчики принимав-, мого 7 и падающего 8 световых потоков, индикаторы 9-11.

В состав блока 5 анализа токсичности (фиг.2) входят первый компаратор 12, перvi

4 Os 00 О СО

ю

выи задатчик 13 напряжения, первый 14 и второй 15 элементы И. первый элемент НЕ 16. первый реверсивный счетчик 17, первый счетчик 18. первый цифроаналоговый преобразователь 19, первый дешифратор 20, генератор 21, реле 22, регулятор 23 напряжения, аналого-цифровой преобразователь 24, второй цифроаналоговый преобразователь 25, второй компаратор 26, второй задатчик 27 напряжения, третий компаратор 28, третий 29 и четвертый 30 элементы И, второй элемент НЕ 31, второй реверсивный счетчик 32, второй счетчик 33, третий цифроаналоговый преобразователь 34, второй дешифратор 35, пятый 36 и шестой 37 элементы И, третий элемент НЕ 38, формирователь 39, первый 40 и второй 41 элементы ИЛИ, триггер 42 и пороговый элемент 43.

Устройство работает следующим образом

Ритм работы устройства определяет программное реле 1, которое через заданные промежутки времени переходит из одной позиции в другую.

При переходе программного блока 1 в первую позицию напряжение с его второго выхода подается на первый дозатор 2, которым в ванну 4 заливается заданный объем подлежащей анализу воды.

После этого программное реле 1 переходит во вторую позицию. Напряжение с его второго выхода снимается и появляется напряжение на первом выходе этого реле. Оно подается на третий вход блока 5 анализа токсичности и через него на источник 6 светового потока, формирующий падающий на прозрачную измерительную ванну 4 световой поток с длиной волны 400 нм Интенсивность светового потока, прошедшего через анализируемую воду, преобразуется датчиком принимаемого светового потока в пропорциональное напряжение. Блок 5 анализа токсичности, сравнивая напряжение датчика 7 с заданным, формирует на собственном первом выходе напряжение, которым обеспечивается требуемая интенсивность светового потока на входе датчика 7, После того, как требуемая интенсивность светового потока достигнута, блок 5 анализа токсичности измеряет напряжение на выходе датчика 8 падающего светового потока Это напряжение характеризует интенсивность падающего светового потока при требуемой интенсивности принимаемою светового потока

Далее программное реле 1 переходит в третью позицию Снимается напряжение г ei о первого выхода п появляемся на т pi ч trt/i выходе Источник fi свемоного поток. си

клюмается Начинает работать торой дозатор 3. которым е исследуемую воду добавляется требуемый объем вещества- индикатора - ПНДМА Происходит окрэшивание исследуемой воды

Затем программное реле 1 переходит в четвертую позицию, в которой находится заданный промежуток времени (например, 15 мин). Напряжения сняты со всех его вы0 ходов.

При переходе программного реле 1 в пятую позицию появляющееся на его четвертом выходе напряжение подается на четвертый вход блока 5 анализа токсичности.

5 Этим блоком путем регулирования напряжения на источнике 6 светового потока устанавливается такая интенсивность потока, при которой выходное напряжение датчика 8 равно значению этого напряжения, изме0 ренному при нахождении программного реле 1 во второй позиции.. Блок 5 анализа токсичности, оценивая после этого величину напряжение на выходе датчика 7, анализирует интенсивность светового потока,

5 прошедшего через окрашенную воду. Если эта интенсивность меньше некоторого заданного значения, то по предварительной оценке исследуемая вода может быть признана нетоксичной. Если же интенсивность

0 прошедшего через исследуемую воду светового потока больше упоминавшегося заданного значения, то вода токсична. Немедленно напряжение с второго выхода блока 5 анализа токсичности выдается на

5 первый выход устройства, с которого может быть использовано для управления и сигнализации. Кроме того, оно подается на вход первого индикатора 9 и вход программного реле 1, Индикатор 9 высвечивает транспа0 рант Вода токсична, а программное реле 1 досрочно переводится в позицию временной выдержки перед переходом в первую позицию.

Далее программное реле 1 требуемое

5 число раз повторно переходит поочередно в четвертую и пятую позиции, благодаря чему проверка результатов анализа осуществляется многократно через выбранный промежуток времени (напри0 мер, 15 мин).

После того, как проходит 2 ч после заливки вещества-индикатора в исследуемую воду, программное реле 1 переходит в шестую позицию. Появляются напряжения на

5 четвертом и пятом выходах этого реле, которые передаются на четвертый и пятый входы блока 5 анализа токсичности. Полностью повторяется работа устройства при нахождении программного реле в пятой позиции, но в том случае, если по результатам знализа вновь окажется, что вода не токсична, то устройство выдает управляющее напряжение с третьего выхода блока 5 анализа токсичности на второй выход устройства. Оно может быть использовано для управления и сигнализации. Одновременно это напряжение подается на вход второго индикатора 10, которым высвечивается транспарант Вода не токсична.

После этого программное реле 1 переходит в седьмую позицию, в которой находится до момента начала следующего цикла анализа. Напряжения со всех его выходах сняты.

Если при установлении требуемой интенсивности светового потока источника 6 светового потока напряжение, подаваемое на его вход, превосходит некоторое предельное значение, то появляется напряже- ние на третьем выходе блока 5 анализа токсичности, которое передается на третий выход устройства для сигнализации. Оно же подается и на вход третьего индикатора 10. Загорается транспарант Перегрузка.

Блок 5 анализа токсичности работает следующим образом.

Напряжение с выхода датчика 7 через первый вход блока подается на первый вход первого компаратора 12, который сравнива- ет его с заданным постоянным напряжением с выхода задатчика 13. Это напряжение подведено к второму входу компаратора. Если напряжение на первом входе компаратора 12 меньше напряжения на его втором входе, то на выходе этого компаратора формируется разрешающий потенциал. Этим потенциалом открывается по первому входу первый элемент И 14, а также закрывается по первому входу второй элемент И 15, на который потенциал подается после инвертирования первым элементом НЕ 16. На вторые входы элементов И подаются прямоугольные импульсы с выхода генератора 21. В рассматриваемом режиме они проходят через первый элемент И 14 на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 17, каждый раз увеличивая его код на единицу. Выходные потенциалы счетчика управляют первым цифроаналоговым преобразователем 19, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное коду счетчика 17. Это напряжение через нормально замкнутый контакт реле 22 передается на вход регулятора 23 напряжения. Выходное напряжение этого регулятора через первый выход блока выдается для регулирования интенсивности светового потока источника 6. По мере увеличения кода счетчика 17 увеличивается и интенсивность принимаемого датчиком 7 потока, а следовательно, и напряжение на первом входе компаратора 12. Как только интенсивность принимаемого потока, т.е. потока, прошедшего через анализируемую воду, превосходит заданное значение, напряжение на втором входе компаратора 12 становится меньше напряжения на его первом входе. На выходе этого компаратора появляется запрещающий потенциал. Им запирается первый элемент И 14. После инвертирования этого потенциала первым элементом НЕ 16, формируемым разрешающим потенциалом, отпирается второй элемент И 15. Прекращается поступление импульсов на суммирующий вход счетчика 17, а они поступают на его вычитающий вход. Код этого счетчика начинает уменьшаться, что вызывает уменьшение напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 19 и на выходе регулятора 23. Интенсивность светового потока источника 6 так же уменьшается. В какой-то момент времени напряжение на первом входе компаратора 12 вновь станет меньше напряжения на его втором входе, вновь на выходе компаратора 12 появляется разрешающий потенциал. Начинает увеличиваться код счетчика 17 и т.д. Процесс перехода счетчика 17с суммирования на вычитание и обратно повторяется. При этом интенсивность светового потока, проходящего через анализируемую воду, колеблется около требуемого значения.

При каждом очередном появлении разрешающего потенциала на выходе первого элемента НЕ 16 увеличивается на единицу код счетчика 18. Как только сумма этого счетчика достигает заданного значения, на выходе дешифратора 20 появляется разрешающий потенциал. При этом срабатывает аналого-цифровой преобразователь 24, которым измерено напряжение на втором входе блока, т.е. напряжение на выходе датчика 8 падающего светового потока при требуемой интенсивности светового потока, проходящего через исследуемую воду. Аналого-цифровой преобразователь 24 запоминает измеренное значение, а управляемый им цифроаналоговый преобразователь 25 сформирует напряжение, точно равное напряжению на втором входе блока в момент поступления командного напряжения на аналого-цифровой преобразователь 24.

Описанный режим работы блока 5 анализа токсичности соответствует режиму, который возникает в нем при переходе программного реле 1 во вторую позицию. Процессы, происходящие в блоке при переходе программного реле 1 в пятую позицию, состоят в следующем

Подается напряжение на четвертый вход блока. Под его воздействием срабатывает реле 22, Размыкается нормально замкнутый контакт этого реле и замыкается нормально разомкнутый. Вход регулятора подключается к выходу третьего цифроана- логового преобразователя 34. Третий компаратор 28, сравнивая напряжения на втором входе блока с напряжением на выходе второго цифроаналогового преобразователя 25, управляет работой элементов 29-35. Эти элементы работают полностью аналогично элементам 14-20. С их помощью на выходе регулятора 23 напряжения формируется напряжение, под воздействием которого источник 6 создает световой поток такой интенсивности, при котором напряжение на выходе датчика 8 падающего светового потока оказывается равным напряжению на выходе цифроаналогового преобразователя. Это означает, что интенсивность падающего светового потока (интенсивность светового потока на входе в исследуемую воду) равна требуемой по калибровке устройства при нахождении программного реле 1 во второй позиции.

Анализ токсичности исследуемой воды осуществляется путем сравнения вторым компаратором 26 напряжений на первом входе блока с напряжением на выходе второго задатчика 27 напряжения, Если напряжение на выходе датчика 7 принимаемого светового потока (первом входе блока) меньше напряжения задатчика 27, то на выходе компаратора 26 формируется разрешающий потенциал. Это означает, что интенсивность принимаемого светового потока (светового потока на выходе из воды) меньше заданного значения, а следовательно, окрашенность воды не исчезла и вода по данной оценке не токсична. Однако, поскольку в рассматриваемом режиме напряжение на пятый вход блока не подается, разрешающий потенциал с выхода компаратора 26 на третий выход блока не передается - пятый элемент И 36, через который это должно осуществляться, заперт по третьему входу. Нет напряжения и на втором выходе блока, так как на элемент И 37 потенциал с компаратора 26 подается после инвертирования третьим элементом НЕ 38.

Если же оказывается, что напряжение на выходе датчика 7 больше напряжения задатчика 27, то на выходе компаратора 26 присутствует запрещающий потенциал. Это означает, что подкрашенная вода обесцветилась в такой мере, какая возможна только

при токсичности воды. При запрещающем напряжении на первом входе пятого элемента И 36 сохраняется запрещающий по- тенциал на третьем выходе блока.

Запрещающий потенциал с выхода компаратора 26 подается и на вход третьего элемента НЕ 38. После инвертирования этим элементом в разрешающий он открывает по первому входу шестой элемент И 37,

0 Однако сигнал на второй выход блока проходит только после того, как на второй вход элемента И 37 поступает разрешающий потенциал с выхода второго дешифратора 35. Этот потенциал свидетельствует,

5 что необходимые условия для получения достоверного результата анализа созданы.

Если по результатам анализа в пятой позиции оказывается, что вода может быть

0 признана нетоксичной, то программное реле 1 вновь переходит в четвертую позицию. В течение обусловленного промежутка времени (например, 15 мин) напряжения сняты со всех его выходов. Поспе этого программ5 ное реле 1 вновь переходит в пятую позицию. Вновь осуществляется анализ токсичности воды. Такой режим работы блока продолжается в течение 2 ч, в течение которых анализ повторяется через очёред0 ные заданные промежутки времени, если оказалось, что воду признать токсичной нельзя. Если же результаты любого анализа свидетельствуют о токсичности воды, то немедленно выдается напряжение на второй

5 выход блока, а следовательно, на вход первого индикатора 9 для сигнализации о токсичности воды и на первый выход устройства для сигнализации и управления. Кроме того, напряжение с выхода шестого

0 элемента И 37 передается через второй элемент ИЛИ 41 на пятый выход блока. С этого выхода оно передается на первый вход программного реле как команда на изменение . программы работы: через заданный проме5 жуток времени после поступления этого напряжения программное реле 1 переходит в первую позицию для начала нового цикла анализа.

Через 2 ч после введения вещества-ин0 дикатора в исследуемую воду программное реле 1 переходит в шестую позицию. Напряжения с четвертого и пятого выходов этого реле подаются на четвертый и пятый входы блока. Если по результатам анализа вода

5 оказывается токсичной, то процессы, происходящие в блоке, полностью совпадают с процессами, имеющими место при подаче напряжения на четвертый вход блока. В том случае, когда вода окажется нетоксичной, разрешающий потенциал с выхода второго

компаратора 26 подай на первый вход пятого элемента И 36 На второй вход этого элемента, после обеспечения достоверных условий анализа, подается разрешающий потенциал с выхода второго дешифратора 35. И наконец, в рассматриваемом режиме на третий вход элемента И 36 приложено разрешающее напряжение с пятого входа блока. Следовательно, на выходе пятого элемента И 36 появляется разрешающий потенциал, который с третьего выхода блока передан на второй выход устройства для управления и сигнализации. Он поступает и на вход второго индикатора 10, которым высвечивается транспарант о нетоксичности воды.

После этого программное реле 1 переходит в седьмую позицию, в которой находится до момента времени начала следующего анализа токсичности воды.

Если при установке требуемой интенсивности светового потока оказывается, что это возможно только при недопустимо большом напряжении на первом выходе блока, то срабатывает пороговый элемент 43. Формируемым на его выходе импульсом напряжения переводится в единичное состояние триггер 42. На пятом выходе блока появляется напряжение, свидетельствующее о невозможности измерения,так как источник 6 светового потока при допустимых значениях подаваемого на него напряжения не может обеспечить создание светового потока требуемой интенсивности.

Обнуление триггера 42, счетчиков 18 и 33 происходит при подаче напряжений на третий и четвертый входы блока, т.е. при переходе программного реле 1 во вторую, пятую и шестую позиции. Эти напряжения через первый элемент ИЛИ 40 подаются на формирователь 39, который и генерирует обнуляющий импульс.

При переходе во вторую позицию программного реле 1 одновременно с подачей напряжения на третий вход блока подаются напряжения питания элементов 14-20, а при переходе в пятую и шестую - на группу элементов 29-35. Цепи подачи питающих напряжений на структурной схеме не указаны.

Формула изобретения 1. Устройство для определения токсичности вод по авт. св. № 1474544, отличающееся тем, что, с целью повышения оперативности контроля и снижения трудоемкости на его проведение, в него введены блок анализа токсичности и программное реле, первый вход и первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены с пятым выходом и третьим входом блока анализа токсичности, входами первого и второго дозаторов и четвертым и пятым входами блока анализа токсичности соот- ветствеино, первый и второй входы и первый, второй, третий и четвертый выходы блока анализа токсичности соединены с выходами датчиков принимаемого светового потока и падающего светового потока, вхо0 дом источника светового потока, входом первого индикатора и первым выходом устройства, входом второго индикатора и вторым выходом устройства и входом третьего индикатора и третьим выходом устройства

5 соответственно.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок анализа токсичности содержит первый, второй и третий компараторы, первый и второй задатчики напряжения,

0 первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И, первый, второй и третий элементы НЕ, первый и второй реверсивные счетчики, первый и второй счетчики, первый, второй и третий цифроаналоговые

5 преобразователи, первый и второй дешифраторы, реле, регулятор напряжения, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй элементы ИЛИ, формирователь и пороговый элемент, причем первый вход пер0 вого компаратора соединен с первым входом блока и вторым входом второго компаратора, его второй вход подключен к выходу первого задатчика напряжения, а выход соединен с первым входом первого

5 элемента И и через первый элемент НЕ к первому входу второго элемента И и счетному входу первого счетчика, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого элементов И соединены с выходом генератора,

0 суммирующий и вычитающий входы и выходы первого реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И и входами первого цифроаналогового преобразователя соответственно, вход

5 сброса первого счетчика соединен с выходом формирователя и входами сброса второго, счетчика и триггера, а его выходы подключены к входам первого дешифратора, первый вход аналоге-цифрового преоб0 разователя соединен с вторым входом блока и первым входом третьего компаратора, его второй вход подключен к выходу первого дешифратора, а выходы соединены с входами второго цифроаналогового преоб5 разователя, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с третьим входом блока, его выход подключен к входу формирователя, а второй вход соединен с четвертым входом блока и входом реле, выход которого заземлен, входы нормально замкнутого и нормально разомкнутого контактов реле соединены соответственно с выходами первого и третьего цифроаналоговых преобразователей, а их выходы подключены к входу регулятора напряжения, выход которого соединен с первым выходом блока и входом порогового элемента, выход которого соединен с единичным входом триггера, второй вход третьего компаратора соединен с выходом второго цифроаналогового преобразователя, а его выход подключен к первому входу третьего элемента И и через элемент НЕ к первому входу четвертого элемента И и счетному входу второго счетчика, выходы которого соединены с входами второго дешифратора, суммирующий и вычитающие входы и выходы второго реверсивного счетчика соединены с выходами третьего и чет0

5

вертого элементов И и входами третьего цифроаналогового преобразователя соответственно, первый вход второго компаратора соединен с выходом второго зэдатчика напряжения, а его выход подключен к входу третьего элемента НЕ и первому входу пятого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго дешифратора и второму входу шестого элемента И, третий вход соединен с пятым входом блока, а выход подключен к третьему выходу блоке первый вход шестого элемента И соединен с выходом третьего элемента НЕ, а его выход подключен к второму выходу блока и первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом триггера и четвертым выходом блока, а выход подключен к пятому выходу блока.

Использование: изобретение относится к аналитической химии и касается технических средств контроля за состоянием сточных и природных вод и может быть использовано в гидрохимии, санитарном контроле качества вод, гидробиологии. Устройство содержит блок анализа токсичности и программное реле, первый вход и первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены с пятым выходом и третьим входом блока анализа токсичности, входами первого и второго дозаторов и четвертым и пятым входами блока анализа токсичности соответственно, первый и второй входы и первый, второй, третий и четвертый выходы блока анализа токсичности соединены с выходами датчиков принимаемого светового потока и падающего светового потока, входом источника светового потока, входом первого индикатора и первым выходом устройства, входом второго индикатора и вторым выходом устройства и входом третьего индикатора и третьим выходом устройства соответственно. Блок ана- лиза токсичности реализован на дискретных элементах вычислительной техники. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. СО С

ФиМ