делит эту разность концентрации на время, равное рассматриваемому цериоду, в результате получают величину потребления кислорода в единицу времени.
На фиг. 1 представлена кривая потребления кислорода культурой, выраженная в миллиграммах на литр, в единицу времени, в часах. Эта кривая, полученная при помощи предложенного анализатора, показывает, что исследуемая культура содержит несколько видов микрооргаиизмов, сменяющих друг друга (ломаная линия).
На фиг. 2 представлена кривая потребления кислорода культурой, в которую периодически добавляют питательные вещества (распределение показано стрелками). Видно, что подкормка сопровождается резким увеличением потребления кислорода и, таким образом, может быть легко обнаружена.
На фиг. 3 представлена пунктирная кривая потребления кислорода культурой в зависимости от времени t и температуры Т°, выраженной по стоградусной щкале, изменеиие же температуры в зависимости от времени показано СЦЛОП1НОЙ линией. Сравнение кривых показывает, что потребление кислорода в зависимости от времени и температуры растет быстрее, чем от увеличения только температуры (изменение температуры на 5° за 4 час увеличивает вдвое эндогенное дыхание, тогда как известно из теории, что такое увеличение соответствует увеличению температуры на 10°).
На фиг. 4 показан предложенный электрохимический анализатор, один из вариантов; на фиг. 5 и 6 - вид различных узлов анализатора в соответствии с фиг. 4, отиосящихся к различным вариантам выполнения устройства для насыщения кислородом; на фиг. 7- график изменения концентрации раствореиного кислорода (в миллиграммах на литр) в зависимости от времени (в секундах); на фиг. 8 - схематическое изобралсение второго варианта анализатора; на фиг. 9 - график изменения концентрации кислорода, измеренной анализатором, изображенным на фиг. 8; на фиг. 10 - график, представляющий огибающую изменения концентрации растворенного кислорода в зависимости от времени, полученную с запоминающего устройства; па фиг. II - график, представляющий огибающую изменения концентрации растворенного кислорода в зависимости от времени, полученную на выходе усилителя; на фиг. 12 - анализатор, вариант; на фиг. 13 - камера переменного объема, частичный разрез; на фиг. 14 - график, полученный с помощью анализатора, показанного на фиг. 12, и представляющий собой изменение концентрации растворенного кислорода в зависимости от времени; на фиг. 15 и 16- схематическое изображение узлов анализатора, изображенного на фиг. 12.
Нредложенный анализатор содержит измерительную камеру 1, заполняемую загрязненной жидкостью, которая перемещивается устройством 2. Это устройство может быть любо го типа, например магнитная мешалка.
Для насыщения пробы кислородом выше определенной для каждого случая величины d2 предусмотрена восстановительная система. Эта система (фиг. 4-8) состоит из емкости 3 для насыщения анализируемой жидкости кислородом, установленного около дна емкости диффузора 4, к которому постоянно нагнетается воздух или кислород по трубе 5. Емкость 3 соединена с измерительной камерой 1 трубопроводом 6, на котором смонтирован насос 7, приводимый в действие от двигателя 8 через вал 9. Измерительная камера 1 снабжена
колонкой 10, соединяющейся с емкостью 3 перепускной трубой 11, имеющей ввод в емкость несколько выще уровня жидкости в ней.
Насос 7, обеспечивающий принудительную циркуляцию жидкости от реактора к измерительной камере, может в случае необходимости заменить пробу, обедненную по содержанию кислорода, порцией жидкости из реактора с высоким, превышающим величину (/2, содержанием кислорода. Отработанная проба воз вращается в этом случае в реактор по перепускной трубе 11. Насос гможет также изолировать ;из мерительиую ка.меру и обогащенную пробу, содержащуюся в ней.
В варианте, представленном на фиг. 5, восстаиоБительная система остается прежней, но емкость 3 расположена выще измерительной камеры 1, так что жидкость вытекает из нее под действием силы тяжести. При этом система труб упрощается, она может быть снабжена затвором 12 дистанционного управления, например вентилем.
Восстановительная система (фиг. 6) может быть нредставлена воздушной или кислородной цепью 13, соединенной с измерительной
камерой 1, в которую помещена постоянная проба, и снабженной затвором дистанционного действия.
Нри любом типе восстановительной системы достаточно следить за питанием двигателя
8 и величиной возбуждения катушек затвора 12, чтобы проба была хорошо изолирована и в нее не мог поступать никакой другой кислород, кроме растворенного в жидкой среде. Во всех случаях контроль за пробой осуществляется посредством блока управления 14.
Предложенный анализатор (см. фиг. 4) снабжен также измерительным преобразователем 15, соединенным с измерительным электродом 16 и с записывающим устройством 17.
Измерительиый электрод смонтирован на измерительной камере, погружен в пробу 2 и соединен с массой 18. Электрод позволяет создать электрический ток, величина которого зависит от концентрации растворенного кислорода.
Измерительный преобразователь содержит механизм 19, который преобразует изменение тока на электроде 16 в прямолинейное перемещение d, пропорциональное концентрации
растворенного кислорода. Это перемещение
передается механизмом 19 подвижной части записывающего устройства, перемещающейся перпендикулярно направлению бумажной ленты, скорость движения которой есть функция времени.
Механизм 19 имеет деталь (не указанную на чертеже), которая движется по оси записывающего устройства. Эта деталь связана с двумя электрическими контактами 20 и 21, установленными па фиксированной части механизма и смещенными по фазе на упомянутой оси.
Контакт 20 соответствует максимальному порогу dz концентрации раствореппого кислорода, который должен быть достигнут и даже превзойден в пробе в начале каждого замера. Контакт 20 подключен проводниками 22 и 23 к линии 24 и к линии возбуждения реле 25, которое вводит в действие контактор блока управления 14 и остановки насоса 7.
Контакт 21 соответствует минимальному норогу dj концентрации растворенного кислорода, т. е. величине, с которой можно онределять расход кислорода. Для исключения помех, могущих возникать вследствие нестабилизированных нереходящих явлений, происходящих в период между прекращением поступления кислорода и началом стабилизированного потребления кислорода, порог c/i устанавливают ниже порога dz.
Контакт 21 подключается носредством проводников 22, 26 и 27 к выключающей системе датчика времени 28 для передачи команды на отсчет времени, затрачиваемого на измерение потребления необходимого количества кислорода. В данном случае использован электромеханический датчик времени. В любом случа,е, по окончании отсчета времени, реле, вмонтированное в датчик 28 и соединенное проводниками 27 и 29 с лиргией 24, вызывает замыкание контактора блока 14 и остановку насоса 7.
Цикл работы анализатора состоит в том, что насос 7 регенерирует пробу и концентрация растворенного кислорода возрастает до достижения порога dz (точка а кривой 30, фиг. 2). На контакт 20 воздействует механическое устройство 19 измерительного нреобразователя 15, связанного с электродом 16, одновременно реле 25 останавливает насос 7. При изолированной пробе и наличии микроорганизмов, ноглощающих растворенный кислород, концентрация последнего уменьшается. Когда она достигает порога di (точка «& кривой 30 фиг. 7), на контакт 21 воздействует механическое устройство 19, что вызывает выключение датчика времени 28. В конце цикла измерения реле приводит в действие насос (точка «с кривой 30 фиг. 7), концентрация раствореппого кислорода вновь увеличивается, и цикл повторяется при прохождении порога t/j. Таким образом достигается ненрерывная запись концентрации растворенного кислорода. И действительно, огибающая 31 кривой 30 (фиг. 7) ясно показывает изменение потребления кислорода в зависимости от времени в течение носледовательных непрерывных испытаннй.
Точная величина С этого нотребления на
каждом отрезке времени зависит от разности Д между величиной порога di и величиной соответствующей точки абсциссы с на огибающей 31. Таким образом, необходимо выделить из записи для дальнейшего ее иснользования огибающую 31 и расшифровать ее.
Достаточно одного сигнализатора порога di или d2 при условии, что этот сигпализатор, постоянно следя за своевременным выключением датчика вре.мени, допускает небольшую
задержку при выключении насоса.
В то же время оба сигнализатора порогов di и dz, представляющие собой либо контакты 20 и 21, либо другие эквивалентные приспособления, могут быть переключаемы, так как
в некоторых случаях порог di должен быть выше порога Й2, в частности, когда потребление кислорода культурой происходит быстрее, чем растворение кислорода, поступающего вместе с жидкостью. И, наконец, записывающее устройство 17 может быть заменено любым подходящим индикатором, например счетчиком. Иногда вследствие небольшой ошибки огибаюп ая 31 (фиг. 7) может быть не совсем точной. Действительно, при включении насоса 7 нельзя быть уверенным, что концентрация растворенного кислорода немедленно перестает уменьшаться. Наоборот, в большинстве случаев происходит небольшое запаздывание и вытекающая отсюда ошибка не является постоянной.
На фиг. 8 показан новый вариант анализатора, в котором измерительная камера 1 соединена через насос 7 с регенерационной системой и снабжена мешалкой 2 н измерительньш электродом 16, соединенным с массой 18. В этом электрохимическом анализаторе применяется электронный преобразователь. Он включает в себя, кроме электрода 16, насоса 7 и записывающего устройства 17, усилительпреобразователь АС; два датчика DI и D2 порогов di и dz; датчик времени Те; блок логического унравления LC; запомипающее устройство М, усилитель-ограничитель AS. Вход усилителя-преобразователя АС соедипен проводннками 32 и 33 с измерительным электродом 16 и массой 18. Усилитель-нреобразователь предназначается для трансформации электрического сигнала электрода до электрической величины, пропорциональной
концентрации растворенного кислорода. Выходы усилителя-преобразователя соединены проводником 34 со входом запоминающего устройства М и проводниками 35 с входами датчиков порогов DI и Do. Каждый датчик
действует отдельно.
По диаграмме работы датчика DI (фиг. 9) видно, что датчик DI находится в рабочем положении Т на отрезках be, cd кривой 30, а в нерабочем положении R - на отрезках de и fg
этой кривой. Короче говоря, датчик DI переходит от положения Т к R в том случае, когда концентрация растворенного кислорода изменяется от порога di в сторону увеличения, а от положения R к положению Т он переходит при изменении порога в сторону уменьшения.
По диаграмме работы датчика D2 (фиг. 9) можно видеть, что датчик Ог находится в положении Т на отрезках be, dc и fg кривой 30 и что он находится в положении R на отрезке ef этой кривой. Иначе, датчик D2 переходит от положения Т и R в том случае, когда концентрация растворенного кислорода изменяется от порога d в сторону увеличения. И, наоборот, он переходит от R к Т, когда порог начинает уменьшаться.
В схему логического управления входят следующие элементы: переключающаяся цепь 36, входы которой 37 и 38 связаны проводниками 39 и 40 с выходами датчиков DI и D2; логическая цепь «И-ИЛИ 41, связанная проводником 42 с первым выходом переключающейся цепи 36 и проводником 43 с первым выходом датчика времени Те, вход которого соединен проводником 44 со вторым выходом переключающейся цепи; ответвленная цепь RC, вход которой связан проводником 45 со вторым выходом датчика времени Те.
Цепь управлепия насоса 8 соединена проводником 46 с выходом логической цепи «И- ИЛИ 41. Вход запоминающего устройства М соединен проводником 34 с выходом усилителя-преобразователя АС, вход управлепия устройством соединен проводником 47 с выходом ответвленной цепи RC, а выход информации запомипающего устройства М подключается проводником 48 к записывающему устройству 17.
В то время когда датчик времени Те включен па выходе переключающейся цепи 36 и находится в таком состоянии в течение определенного времени, на диаграмме Те (фиг. 9) можно заметить, что его рабочее положение Т соответствует отрезку Ьс кривой 30, а положение R - отрезку cdefg.
При включении переключающейся цепи 36, позволяющей указать прохождение порогов (1 и в нужном направлении, на диаграмме PS (фиг. 9) рабочее положение Т этой цепи (которое должно показывать только переход к возрастанию порога 2) соответствует отрезкам аЬ и efg кривой 30, а положение, при котором начинается понижение порога d, соответствует отрезку b с de кривой 30.
Зная, что насос 7 должен работать только на отрезке cde кривой 30, можно заметить, что логическая цепь 41 подготовлена к выполнению команды. Действительно, цепь 41, будучи подключенной к переключающейся цепи 36 и к временному датчику Те, может привести в действие насос в том случае, если эти цепи находятся в нерабочем положении. Диаграмма Р (фиг. 9), которая дает представление об управлении насоса цепью 41, ясно показывает, что положение Т цепи 41 соответствует общим отрезкам положения R диаграмм Те временного датчика и PS переключающейся цепи 36, т. е. соответствует отрезку cde цепи.
Более того, поскольку управлепие запоми5 пающим устройством должно быть осуществлено по истечении замера времени, па диаграмме фиг. 9 можно заметить, что импульс i управления устройством М дается цепью RC тогда, когда временной датчик Те (диаграмма Те) переходит от положения Т к R, а не от R к Т, т. е. импульс i соответствует точке с кривой 30 - моменту, когда замер должен прекратиться.
Когда запоминающее устройство М получает через проводник 34 данные из усилителяпреобразователя АС об изменении концентрации растворенного кислорода, то оно «запоминает только данные, выщедщие в момент, когда импульс команды i подается временным
20 датчиком Те через ответвленную цепь RC. В таком случае запоминающее устройство М между двумя имиульсами передает записывающему устройству 17 только ностояпную величину концентрации растворенного кислорода, равную величине с. График последовательных циклов, полученный на записывающем устройстве, изображен на фиг. 10. Кривая 49 соответствует изменению во времени концентрации растворенного кислорода на различных
0 стадиях оныта.
Чтобы знать изменение во времени потребления кислорода прп различных опытах, первый вход усилителя-ограничителя AS подсоединяется посредством проводника 48 к выходу информации запоминающего устройства М, второй вход связывается проводником 50 с зажимом датчика DI. Выход усилителя-ограничителя AS подключается через проводник 51 к записывающему устройству 17.
0 Усилитель-ограничитель изменяет постоянное напряжение (соответствующее порогу di), выходящее из датчика DI, на переменное напряжение (кривая 49), выходящее из запоминающего устройства М. В результате получается напряжение, изображенное на фиг. 11 кривой 52, которое соответствует изменению во времени потребления кислорода от одного опыта к другому.
0 На фиг. 12-14 показан один из вариантов конструкции анализатора.
Анализатор снабжен емкостью 53, в которую помещают исследуемую жидкость и затем устройством 54 подают кислород. Емкость 53
5 аналогична емкости 43 и может представлять собой бак для аэрации или иакислораживания на станции биологической очистки.
Трубопровод 55 соединен концами с емкостью таким образом, что обеспечивается за0 бор жидкости и возврат ее после анализа.
На трубопроводе последовательно смонтированы насос с постоянным расходом 56 и камера 57, объем которой периодически изменяется во избежание утечки, вероятной при пуль5 сации жидкости. Измерительный электрод 16
установлен в расширении трубонровода в зоне измерения 58.
Камера 57 находится ниже насоса и устроена таким образом, что положение поперечных слоев жидкости в камере не меняется во время изменения объема.
Камера 57 (фиг. 13) содержит гибкий патрубок 59 (предпочтительно из эластичного материала). Диаметр патрубка в нерабочем положении примерно равен диаметру трубопровода 55, а длина патрубка больше его диаметра в рабочем положении. Места соединения патрубка с трубопроводом водонепроницаемы. Патрубок заключен в водонепроницаемый кожух 60.
На кожухе находится трехходовой кран 61, позволяюш,ий соединять кожух с вакуумной камерой (не указанной на чертеже) для того, чтобы увеличивать объем патрубка 59 и заодно камеры 57, либо впускать атмосферный воздух, что приводит к уменьшению объема патрубка и камеры. Работа крана регулируется.
К измерительному электроду 16 и массе 18 присоединен измерительный преобразователь 15 и записывающее устройство 17.
На фиг. 14 показана запись, произведенная устройством 17. Запись представляет собой извилистую линию 62, верхние точки 63 которой, указывающие ка максимальную концентрацию растворенного кислорода, соответствуют минимальному времени пребывания жидкости в «амере (уменьшенный объем камеры 57), а впадииы 64 указывают на минимальную .концентрацию растворенного кислорода, что соответствует максимальному времени пребывания жидкости, возросшему по отношению к предыдущему на At (увеличенный объем камеры). Таким образом, потребление кислорода определяется разностью концентраций растворенного кислорода в зоне измерения 58 и, следовательно, разностью ординат ДВУХ последовательных точек 63 и 64 кривой 62.
Кривые 65 и 66 (фиг. 14), показывающие изменение концентрации кислорода, раствооенного в жидкости, за отрезки времени t и , не совсем точно совпадают с количеством потребляемого кислорода, поскольку это изменение зависит также и от изменения поступления кислорода в резервуар 53 или от изменения количества растворимого кислорода в жидкости, поступающей в резервуар, и т. д. Следовательно, для того, чтобы получить точные результаты и узнать количество потребляемого кислорода, необходимо измерять на конвой 62 разности ординат между точками 63 и 64 и переносить эти разности на другой график.
Измерительный преобразователь (фиг. 15) имеет два запоминающих устройства MI и М2, входы данных которых соединены проводниками 67 и 68 с выходом усилителя-преобразователя АС, соединенного проводниками 32 и 33 с измерительным электродом 16 и массой 18, Входы команд устройств Mj и MS подключены к цепи включения двумя независимыми контактами 69 и 70. соединенными с датчиком объема камеры 57.
В приводимом на фиг. 13 типе камеры представляется горазно выгоднее приводить в действие контакты 69 и 70 известпым методом для того, чтобы периодически управлять краном 61 кожуха 60. Этот кран может быть выполнен в виде телеуправляемого трехходового вентиля, обмотка возбуждения 71 которого находится под контролем регулируемого датчика времени М. Этот датчик может быть электромеханическим. В таком случае он приводит в действие кулачок 72, сообщающийся с контактом 73 цепи питания 74 обмотки 71. Этот кулачок приводит в действие вентиль, соединяя его с вакуумом для увеличения объема патрубка 59 и камеры или с атмосферой для уменьшения объема.
Датчик М приводит в действие также кулачки 75 и 76, снабженные выступающими пальцами, которые включают контакты 69 и 70. Пальцы смещены на 180° в том случае, если контакты 69 и 70 находятся в фазе. Следовательно, когда кожух 60 соединяется с атмосферой, контакт 60 закрывается, а затем быстро открывается, чтобы подать через электрическую цепь 77 сигнал команды запоминающему устройству MI, которое хранит величину, данную ему в этот момент усилителем - преобразователем АС, т. е. величину, соответствующую минимальной концентрации (кривая 64) растворенного кислорода. Аналогичным образом, когда кожух 60 подключен к вакуумной камере, контакт 70 находится в закрытом состоянии, а затем быстро открывается для подачи через электрическую цепь 78 сигнала команды к запоминающему устройству Мг, которое хранит поданную в этот момент усилителемпреобразователем АС величину, соответствующую максимальной концентрации (кривая 63) растворенного кислорода.
Выходы запоминающих устройств MI и Мо в таком случае подсоединены посредством проводников 79 ц 80 к входам ограничительной цепи CS, выход которой соединен через проводник 81 к записываюн1ему устройству 17 или к другому индикатору.
Таким образом происходит запись разности концентраций растворенного кислорода н легко измеряется количество потребляемого кислопода.
Устройство, представленное на фиг. 16, позволяет получить еще более точные резлльтаты. Запоминающие устройства MI и Мз расположены между усилителем-преобпазователем АС и ограничительной цепью CS. Их командные входы соединены проводниками 82 и 83 с отводной пепью CD, вход которой связан проводником 84 с выходом усилителя-преобразователя АС. Эта отводная цепь предназначена для выявления во временном отнощении зависимости концентрации пастворенного кислорода, выраженной кривой 62 на фиг. 14,
для сигнализации в случае изменения этой зависимости, для различения сигналов, указывающих на изменение концентрации растворенного кислорода после увеличения (кривая 63) от сигналов умеиьшения (кривая 63), от сигналов уменьшения (кривая 64) и, наконец, для выборочиой иодачи этих сигналов в запоминающие устройства MI и М2. Иначе говоря, отводная цепь CD имеет нулевой детектор и сигнальный дискримииатор и заставляет более четко работать контакты 69 и 70 после получения команды.
Электрохимический анализатор независимо от способа его использования может служить для определеиия с высокой точностью в нужвый момент и с небольшим опозданием (порядка нескольких мипут) биоразлагаемого загрязпения жидкости.
Он быть использован и для анализа сложных явлений, возникающих в процессе биоразложения загрязненной среды, для Koirrроля над биоразложением с внесением поправок на мешающие факторы.
Электрохимический анализатор, таким образом, может быть использован в качестве автоматического контролера на водоочистительных станциях (как бытовых, так и промышленных). Он нрименим также и в лабораторных условиях для определения степени загрязненности воды и влияния па пее городских, индустриальных и нрочих условий. Его можно использовать и в специальных лабораториях, занимающихся исследованиями микроорганизмов, естественным биоразложением в почве, водными течениями и т. д.
Формула изобретения
1.Электрохимический аиализатор кислорода, раствореиного в жидкости, содержащий измерительную камеру с электродами, измерительный преобразователь с блоком управления и вторичным прибором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и увеличения скорости аиализа, аиализатор снабжен емкостью для насышегшя анализируемой жидкости кислородом, соединеииой с измерительной камерой системой труб, причем иа трубопроводе, подающем жидкость от емкости к камере, установлен управляемый блоком управления измеритель расхода.
2.Анализатор по п. 1, отличаюшийся тем, что измеритель расхода выполнен в виде последовательно установленных насоса постоянного расхода и камеры переменного объема.
ШО Т
JX
L
о 1
С, мг/л
700
I
50 О
W
Фиг-1
f Pvz.Z
Cj МГ//
t,
(+ 5
Л1
-23
)6
t.ceiii
ЗТ.
0,мг1л
di d.
(ригЛ 3S Фиг. в 37
-Ьсек
9иг. 10
t.ceif
- С/ /Г/;7
1/г. JJ
i
.
Jbd
Фиг. J5
r/
л
Фиг. J6
