Автоматическое устройство для контроля ирегулирования процессов очистки сточных и природных вод Советский патент 1977 года по МПК C02F1/74 G01N27/00 G05D27/00 C02F1/74 C02F101/00 C02F103/00 

примыкающую k дну часть боковой шйерхности которого нанесено электроизоляционное химически стойкое покрытие, и антИдИффу зионный сетчатый электрод, размещенный на стержне внутри всиомогательного электрода по его оси, соединены между собой и с дисковым измерительным электродом, вмонтированным в торец сферической формы корпуса ячейки, соответственно электролитически через электролитную камеру и заливочное отверстие, а электрически непосредственно и через электронный блок, охваченный глубокой отрицательной обратной связью с раздельными корректорами чувствительности и температуры. На фиг. 1 представлена конструкция электрохимической ячейки с терморезистором; иа фиг. 2 - блок-схема предложенного автоматического устройства.

Электрическая ячейка содержит измерительный электрод I, иаиример из золота, антидиффузионный электрод 2, например из золота, и вспомогательный электрод 3, например из цинка, погружепные в электролитную камеру 4 и закрытые полимерной мембраной 5, например из фторопласта-4 (фиг. 1). Вопомогательный электрод 3, выполненный в виде перфорированного цилиндрического стакана, на дно и непосредственно примыкающую к дну часть боковой поверхности которого нанесено электроизоляционное химически стойкое покрытие, и аитндиффузиопный сетчатый электрод 2, размещенный на стержне 6 внутри электрода 3 по его оси, соединены электролитически между собой и с дисковым измерительным электродом 1, вмонтированным в торец сферической формы корпуса 7, соответственно через электролитную камеру и заливочное отверстие 8.

Полимерная мембрана 5 крепится к корпусу 7 резиновыми уплотнительиыми кольцами 9. На внешней поверхности корлуса 7 крепятся также коническая резиновая лробка 10, терморезистор И и специальный предохранительный стакан 12.

Электроды 2 и 3 электрически связаны между собой непосредственно токоотводом 13, а с электродом 1 посредством соединительного кабеля 14, со щтепсельным разъемом 15 через электронный блок 16.

Электронный блок 16 выполнен в виде взаимосвязанных модулятора 17 на полевых транзисторах с изолированным затвором, трехкаскадного усилителя переменного тока 18 с непосредственными связями, переходного трансформатора 19, двухкаскадного усилителя переменного напряжения 20 с непосредственными связями, оконечного усилителя 21 с непосредственными связями, выходной транзистор которого включен по схеме эмиттерного повторятеля, демодулятора 22, низкочастотного Т-образного фильтра 23 и усилителя постоянного тока 24, образующих преобразователь 25, охваченный глубокой отрицательной обратной связью с раздельными корректорами чувствительности 26 и температуры 27.

Электронный блок 16 coflep nf также Компенейтор остаточного тоКа 28, температурный мост 29, органы управлений 30, блоки питания 31 и Показывающий микроамперметр 32 и соедииен с одной стороны с электрохимической ячейкой 33, а с другой стороны со вторичным регистрирующим прибором 34.

Автоматическое устройство работает следующим образом.

При контактировании электрохимической ячейки 33 с анализируемой средой (сточной или природной водой) в ее выходной щепи возникает выходной сигнал (иредельный диффузионный ток), величина которого прямо пропорциональна парциальному давлению (концентрации) кислорода в анализируемой среде (см. фит. 1 и 2). При этом молекулы кислорода диффундируют через полимериую мембрану 5 к измерительному электроду 1, на котором происходит их электровосстановлеиие. Электролит в камере 4 служит для электролитической связи измерительного электрода 1 с антидиффузиониыми 2 и вспомогательным 3 электродами. Потенциалы электродов 1, 2, лежащие в области потенциалов предельного диффузионного тока электровосстановлеиия кислорода, обеспечиваются замыканием этих электродов со вспомогательным электродом 3. Таким образом, электрохимическая ячейка 33

является гальванической.

Для исключения влияния кислорода, растворенного в электролите, используется аптидиффузионный электрод 2, работающий в паре со вспомогательным электродом 3. Этим достигается снижение остаточного сигнала электрохимической ячейки 33 и улучшаются ее динамические свойства.

Электроизоляционное химически стойкое покрытие, например, в виде фторопластовой

эмульсии, нанесенное на дно и непосредственно примыкающую к дну часть боковой поверхности электрода 3, предотвращает образование окислов металла, являющегося материалом этого электрода. Образование окислов возMOJKHO в зоне размещения покрытия в случае отсутствия последнего, как следствие наличия трехфазной границы, создаваемой дном и непосредственно примыкающей к дну частью боковой поверхности электрода 3, электролитом и воздушным пузырьком, остающимся в камере 4 при ее заполнении электролитом.

Полимерная мембрана проницаема практически только для кислорода, что обеспечивает селективность измерения его парциального

давления (концентрации) и возможность ков.троля и регулирования кислородного режима процессов очистки анализируемой среды в целом.

Выходной сигнал электрохимической ячейки 33 поступает на вход модулятора 17, в котором сигнал постоянного тока преобразуется В переменный. Преобразованный сигнал переменного тока поступает далее на усилитель 18, нагрузкой которого служит переходной трансформатор 19. Со вторичной обмотки

трансформагбра 19 сигнал через усилитель переменнаго напряжения 20 поступает на оконечный усилитель 21, выходной транзистор которого для уменьшения его выходного сопротивления включен по схеме эмиттерного повторителя. Далее сигнал через демодулятор 22 поступает к низкочастотному Т-образному фильтру 23 и затем на усилитель постоянного тока 24, а через органы управления 30 к показывающему микроамперметру 32.

Элементы 17-24, 31 образуют преобразователь 25, охваченный глубокой отрицательной обратной связью, обеспечивающей с помощью корректоров 26 н 27 раздельное независимое корректирование соответственно чувствительности (шкалы) устройства и его температурного эффекта при любом заданном законе изменения выходного сигнала электрохимической ячейки 33 и концентрации растворенного кислорода от температуры. Для корректирования температурного эффекта предварительно производят измерение температуры анализируемой среды посредством терморезистора 11. При изменении сопротивления терморезистора И в зависимости от изменения температуры в диагонали моста 29 происходит разбаланс, ток которого фиксируется микроамперметром 32. Величина этого тока выставляется на калиброванном лимбе корректора температуры 27. В результате откорректированный сигнал ячейки 33 окончательпо фиксируется микроамперметром 32 и поступает к вторичному регистрирующему прибору 34, которым Производится запись парциального давления (концентрации) кислорода, растворенного в анализируемой среде, с учетом ее температурного режима.

Остаточный ток электрохимической ячейки 33 устраняется компенсатором 28. Питание электронного блока 16 обеспечивается блоками 31.

Выходные сигналы устройства по концентрации растворенного кислорода и температуре анализируемой среды поступают также на вход системы автоматического регулироваиия очистными сооружениями сточных и природных вод, в результате чего производятся соответствующие перемещения регулирующих органов на трубопроводах подачи реагентов, активного ила и биогенных добавок и поддержание тем самым заданных условий протекания процессов очистки сточных и цриродных вод.

Конструктивное решение электрохимической ячейки и соответствующая взаимосвязь отдельных ее элементов, а также выполнение

электронного блока в виде преобразователи, охваченного глубокой отрицательной обратной связью с раздельными корректорами чувствительности и температуры, обеспечивают более

качественный автоматический контроль и регулирование процессов очистки сточных и природных вод как при проведении измерений разового характера в отобранных пробах сточной и природной воды, так и непрерывно

в проточном режиме. Это особенно важно в производственных условиях с точки зрения интенсификации процессов очистки сточных и природных ВОД и уменьщеиия количества обслуживающего -персонала.

Формула изобретения

Автоматическое устройство для контроля и регулирования процессов очистки сточных и

природных вод, содержащее последовательно соединенную с электронным блоком и вторичным регистрирующим прибором электрохимическую ячейку с измерительным, аитидиффузионным и вспомогательным электродами, погруженными в электролитную камеру и закрытыми полимерной мембраной, и терморезистором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности работы устройства, вспомогательный электрод,

выполненный в виде перфорированного цилиндрического стакана, на дно и непосредственно примыкающую к дну часть -боковой поверхности которого нанесено электроизоляционное химически стойкое -покрытие, и антидиффззионный сетчатый электрод, размещенный на стержне внутри вспомогательного электрода по его оси, соединены между собой и с дисковым измерительным электродом, вмонтированным в торец сферической формы

корпуса ячейки, соответственно электролитически через электролитную камеру и заливочное отверстие, а электрически непосредственно и через электронный блок, охваченный глубокой отрицательной обратной связью с раздельными корректорами -чувствительности и температуры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Д. Н. Смирнов и др. Автоматизация процессов очистки сточных вод химической промышленности, «Химия, Л., 1972, с. 110.

2. Ottendarfer L. J., Messtationen fur physiKalischchemische Gewasseruntersuchungen, «Osterr -ABwasser-Rdsch, 1973, т. 18. №1, с. 3-6.