Концентратомер Советский патент 1993 года по МПК G01N21/59 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для автоматического контроля концентрации компонентов технологических растворов и жидкой фазы пульпы при обогащении полезных ископаемых, а гидрометаллургии, при очистке сточных вод и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения влияния переменных физико-химических параметров анализируемого раствора.

На фиг. 1 показаны спектры поглощения гидратированных ионов никеля и меди в растворе.

Экспериментально установлена существенная зависимость оптической плотности медного купороса от температуры раствора, которая количественно составляет 0.6% на 1°С на длине волны 920 нм.

При автоматизации фотометрического анализа концентрации ионов меди в растворах медного купороса в процессах его производства необходимо автоматически вводить поправку в показания концентрации за счет изменения температуры раствора, которая может колебаться от 30 до 70 С. Такую поправку можно рассчитать, используя уравнение зависимости

D k-c-a-t,

где D - оптическая плотность раствора медного купороса;

с - концентрация ионов меди в растворе;

t - температура раствора;

к и а - коэффициенты пропорциональной связи оптической плотности с концентрацией и температурой, соответственно,

k

СО

р ел

Сл) СП 4

гр

k-c-a-t

т.е.

AD D/t/ - Drp . /t k-c-a.-t rp k-c-a /t-trp/, где. AD - приращение оптической плотности за счет изменения температуры от trp до t при концентрации С ионов меди в растворе;

D/t/ - оптическая плотность раствора едного купороса при температуре t ;

Drp/trp/ - оптическая плотность раствоа медного купороса при температуре tiy, радуировки.

Таким образом, для автоматизации фоометрического анализа концентрации онов меди в растворах переменной темпеатуры необходимо автоматически измеять оптическую плотность раствора и втоматически вычитать от нее поправку, пропорциональную произведению величины концентрации ионов меди в растворе на величину температуры раствора.

При автоматизации фотометрического нализа концентрации ионов меди и никеля в электролитах медно-никелёвого произодства необходимо автоматически вводить поправку в показания концентратомера ионов никеля за счет светопоглощения ионами меди переменной концентрации. Из спектров поглощения света ионами никеля и меди (фиг. 1) видно значительное поглощение света ионами меди в области фотометрического анализа концентрации ионов никеля. Оптическая плотность, измеренная на длине волны 675 нм, будет складываться из двух составляющих, зависящих от кон- центрации никеля и меди в растворе:

D DNS + Оси .ki.CNi + kz.ccu.a.t, где Ds - суммарная оптическая плотность раствора;

DN - составляющая оптической плотности за счет концентрации CN/ никеля в растворе;

Оси - составляющая оптической плотности за счет концентрации ecu меди в растворе при температуре t раствора;

ki. K2, а - коэффициенты пропорциональности.

Значит для автоматизации фотометрического анализа концентрации ионов никеля в присутствии ионов меди в растворе переменной температуры необходимо авто- матически измерить оптическую плотность раствора и автоматически вычитать от нее поправку, пропорциональную величине произведения величины концентрации ионов меди в растворе на величину температуры раствора.

На фиг. 2 и 3 показаны блок-схемы од- ноканального и n-канального концентратомера.

Концентратомер (фиг. 2) состоит из датчика 1, содержащего источник излучения - светодиод 1, оптическую систему 2, измерительную кювету 3, фотрприемник - фотодиод 4, термосопротивление 5 и переменное сопротивление 6 первой цепи автоматиче- ской подстройки, источник питания 7, термосопротивление 8 и переменное сопротивление 9 второй цепи автоматической подстройки, дифференциального преобразователя 10 напряжения с цифровым индикатором, набором

выходных сигналов и общей нулевой шиной.

Концентратомер (фиг. 3) содержит датчики I и II и преобразователи 10 и 20. Датчик II содержит элементы датчика I с аналогичными связями: источник излучения - светодиод 11. оптическую систему 12, измерительную кювету 13, фотоприемник- фотодиод 14, термосопротивление 15, переменное сопротивление 18 и переменное сопротивление 19.

5 В предлагаемом концентратрмере в датчик дополнительно введены вторые тер- моеопротивление и переменное сопротивление, последовательно соединенные между собой светодиодом-источником из0 лучения и источником питания. Данное соединение элементов предназначено для автоматической подстройки оптического канала датчика от изменения температуры окружающей среды и стабилизации нуле5 вого значения показаний концентрации. Стабилизация напряжения питания источника излучения осуществляется в источнике питания.

Концентратомер работает следующим

0 образом.

Излучение от источника 1 проходит оп-.

тическую систему 2, измерительную кювету

3 с анализируемым раствором и опущенным

в него термосопротивлением 5 и попадает

5 на фотоприемник 4, возбуждая в нем фото ЭДС, пропорциональную концентрации вещества и температуре раствора, Фотоприемник 4 соединен с высокоомным входом дифференциального преобразователя 10

0 напряжения, на котором возникает потенциал, пропорциональный концентрации вещества и температуре анализируемого раствора в измерительной кювете 3. Низко- омный вход дифференциального преобра5 зователя 10 напряжения соединен с общей нулевой шиной посредством термосопротивления 5, находящимся в нашем приме ре ( в кювете с раствором и соединен с одним из выводов напряжения выхода преобразова0 теля посредством переменного сопротивления б, а второй вывод напряжения выхода соединен с общей нулевой шиной. На низ- коомном входе дифференциального преобразователя 10 напряжения возникает

5 потенциал, пропорциональный произведению величины концентрации вещества в растворе и величины температуры анализируемого раствора, Преобразователь 10 напряжения усиливает и преобразует разностный сигнал, возникающий между

его входами, который регистрируется цифровым индикатором преобразователя. Показания индикатора и выходные сигналы пропорциональны оптической плотности измерительной кюветы 3 и концентрации вещества в растворе.

Источник 7 питания, стабилизирующий напряжение на светодиоде-источнике 1 излучения, соединен с ним через цепь автоматической подстройки тока через светодиод в зависимости от изменения температуры окружающей среды. Последовательным соединением переменного сопротивления 9. термосопротивления 8 и светодиода-источ- ника 1 излучения на выводы источника 7 питания и регулировкой переменного сопротивления 9 достигается независимость показаний концентратомера от температуры окружающей среды и стабилизация нулевого значения показаний концентратомера.

Для повышения точности анализа сложных растворов, например, при одновременном определении концентрации двух окрашенных веществ в растворе, заявляемый концентратомер содержит два датчика и II и два преобразователя 10 и 20. В этом случае переменное сопротивление 16 датчика II соединено с преобразователем 10. На низкоомном входе преобразователя 20 возникает потенциал, пропорциональный произведению величины концентрации вещества 11 в растворе, измеренной датчиком I и преобразователем 10, на величину температуры, измеренной термосопротивлением 15. На высокоомном входе преобразователя 20 возникает потенциал, зависящий от суммы величины, пропорциональной концентрации вещества II в растворе и величины, пропорциональной произведению концентрации вещества I в растворе на температуру раствора.

Преобразователь 20 напряжения усиливает и преобразует разностный сигнал, воз- .никший между его входами. Показания индикатора и выходные сигналы преобразователя 20 напряжения пропорциональны концентрации вещества И в растворе.

Если задача автоматического фотометрического анализа требует включения в состав заявляемого устройства п датчиков и п преобразователей, то первое переменное сопротивление п-го датчика соединено с одним из выводов напряжения выхода преобразователя 10 и д.т. для п 2.

Настройка устройства для фотометрического анализа концентраций веществ в растворе производится на эталонных растворах. Последовательно настраивают датчик 1 с его преобразователем 10 на растворах с нулевой и максимальной концентрацией вещества 1 в растворе. Затем отстраивают показания преобразователя 10 датчика 1 от температуры окружающей среды, изменяя номиналы сопротивления 9 и

5 термосопротивления 8 и отстраивают показания преобразователя 10 датчика 1 от температуры анализируемого раствора, изменяя номиналы сопротивления 6 и термосопротивления 5. Аналогично настройке

0 датчика I с преобразователем 10 производят настройку датчика II с преобразователем 20 на растворах вещества II. Затем отстраивают показания преобразователя 20 датчика II от температуры окружающей сре5 ды и концентрации вещества I в анализируемом растворе и его температуры и т.д. для .

Разработанный концентратомер будет использоваться в качестве датчика концен0 трации ионов меди в промышленных растворах производству медного купороса и медной фольги, концентраций меди, никеля и кобальта в промрастворах производства меди, никеля и кобальта, концентрации ко5 бальта и железа в промрастворах производства цинка и т.д.

Формула изобретения

1. Концентратомер, состоящий из дат0 чика, содержащего источник излучения и расположенные по ходу его луча оптическую систему, измерительную кювету и фотоприемник, термосопротивление, переменное сопротивление и источник питания, а также

5 измерительного устройства, выполненного в виде дифференциального преобразователя напряжения с высокоомным и низкоом- ным входами и цифровым индикатором, фотоприемник, датчика включен между вы0 сокоомным входом преобразователя и общей шиной,, а термосопротивление и переменное сопротивление соединены с низкоомным его входом, отличающий- е я тем, что, с целью повышения точности

5 анализа за счет исключения влияния переменных физико-химических параметров анализируемого раствора, в датчик концентратомера дополнительно введены вторые термосопротивление и переменное сопро0 тивление, последовательно соединенные

между собой и включенные между источни- . ком излучения и источником питания, при этом первое термосопротивление помещено в кювету, а первое переменное сопротив5 ление соединено с первым выводом напряжения выхода дифференциального преобразователя напряжения, а второй его, вывод и вторые выводы источника излучения и первого термосопротвления подключены к общей шине.

2. Концентратомер по п. 1. о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности анализа n-компонентных растворов за счет уменьшения влияния переменной концентрации первого компонента раствора на результаты анализа п-1 компонентов раствора, он содержит дополнительно п-1 датчиков и измерительных устройств, при этом первое переменное сопротивление каждого (п-1)-го датчика соединено с первым выходом первого дифференциального преобразователя напряжения,

Использование: автоматизация контроля концентрации компонентов технологических растворов. Сущность изобретения: устройство для автоматического фотометрического анализа состоит из п фотометрических датчиков и измерительных устройств с высокоомными и низкоомными входами и цифровыми индикаторами. Датчики имеют один оптический канал и содержат источник измерения, оптическую систему, измерительную кювету, полупроводниковый фотоэлемент, две цепи автоматической подстройки в зависимости от переменных физико-химических napaMefpoe анализируемого раствора и функциональный источник, питания. Выходной сигнал и показания измерительных устройств линейно зависят of концентрации измеряемых компонентов в растворе. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг, /