РН-метр Советский патент 1982 года по МПК G01N27/56 

Изобретение относится к измеритель ной технике, в частности к измерению концентрации водородных ионов.

В известных рН-метрах осуществляют измерения .концентрации водородных ионов путем установления равновесного состояния электродной системы рНметра. Электродные системы обладают большой инерционностью, что определяет их применение в стационарных условиях или при медленно меняю{цихся условиях. К тому же показания рН-метра в сильной степени зависят от величины температуры исследуемой среды.

Известны рН-метры. В Одном из известных рН-метров датчик ЭДС подключен к мостовой измерительной схеме, содержащей сопротивление термокомпенсации и,реохорд, управляемый двигателем с редуктором. ДвкЬатель питает усилитель, входной сигнал которого создается в диагонали моста при разбалансе последнего. При появлении сигнала от датчика мост разбаланскруется и разбаланс отрабатывается двигателем с управляемым им реохордом. Положение движка реохсФда после балансировки указывает на. величину рН среды. Изменение те лпературы

среды учитывается термокомпенсатором моста tl.

Недостатком рН-метра является его большая инерционность установления показаний рН среды.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является патчик для измерения показателя рН, содержащий электродную систему для,из10мерения рН жидких сред, соединенную с первым измерительныг- устройством, термодатчик, подключенный через функциональный-преобразователь к первому измерительному устройству.

15 .Термодатчик с функциональным преобразователем служит для учета температурной зависимости коэффициента передачи рН-метра 2.

20

Недостатком датчика для измерения показателя рН является длительное время переходного процесса измерения, вызьшаемохо инерционностью электродной системы и термодатчика, т.е. уст

25 ройство не может быть применено при исследовании сред с быстроменяющимися концентрацией и температурой.

Целью изобретения является повышение быстродействия рН-метра и точ30ности измерений. Поставленная цель достигается тем что в рН-метр содержащий электродную систему для измерения рН жидких сред соединенную с первым измерительным устройством, термодатчик, подключенный через функциональный преобразователь к первому измерительному устфойству, содержит дополнительно второе измерительное устройство и блок деления, при этом выход первого измерительного устройства подключен к первому входу блока деления, термодатчик через последовательно соедине ные второе измерительное устройство и функциональный преобразователь под ключен ко йторому входу блока деления, выход которого является выходом рН-метра. Кроме того, первое и второе измерительные устройства содержат блок дифференцирования, первый выход которого через блок произведения подключён к первому входу блока деления второй вход которого соединен со вто рым выходом блока дифференцирования, выход блока деления подключен к первому входу блока суммирования, выход которого является выходом измеритель ного устройства, второй вход блока суммирования соединен со входом блок дифференцирования и входом измерительного устройства. Йа чертеже -пг едставлена блок-схем рН-метра. Электродная система 1 для рН-метра предназначена для получения напря жения ), соответствующего мгновенной реакции системы на величину значения pfl, и подключена ко входу измерительного устройства 2, предназначенного для преобразоЬания напряжения U(t) в напряжение, соот-ветствующее истинной величине значения рН до окончания переходного процесса в электродной системе рН-ме ра. Термодатчик 3 предназначен для получения напряжения Ui-j(t), соответствующего мгновенной реакции датчика на величину температуры t°среды измерения, и подключен ко входу измерительного устройства 4 .для термо датчика, предназначенного для преоб разования напряжения U(j(t) в напряжение, соответствующее величине тем пературы среда, до окончания переходного процесса в т-ермодатчике. Каждое измерительное устройство выполнено следующим образом. Вход измерительного устройства соединен со входом блока 5 (9) диф.. . ... ференцирования, предназначенного дл получения первой и второй производн по времени входного сигнала U(t) Ш(Ъ)и U(t)j на первом и второ выходе блока соответственно. Первый выход блока дифференцирования через блок 6 (10) произведеия, предназначенного для возведеия в квадрат сигнала( U(t) , соеинен с первым входом блока 7 (11) еления,второй вход которого соедие со вторым выходом блока 5 (9) диференцирования непосредственно. Блок (11) деления предназначен для деения сигнала поступающего на первый ход, на сигнал, поступающий на втоой вход. Вход измерительного устройства соединен со вторым входом блока .8(12) суммирования первый вход которого соединен с выходом блока 7(11) деления. Блок суммирования предназначен для получения разности сигналов, поступающих на его входы, причем из сигнала, поступающего на второй вход, вычитается сигнал, поступающий на первый вход блока. Выход блока 8(12) суммирования соединен с выходом измерительного устройства. Выход измерительного устройства 4 соединен с входом функционального преобразователя 13, предназначенного для преобразования сигнала, соответствующего темпеjiaType среды, в сигнал, соответствующий статическому коэффициенту передачи рН-метра, являющегося функцией температуры. Выход функционального преобразователя 13 соединен со вторым входом блока 14 деления, первый вход которого соединен с выходом измерительного устройства 2, Блок 14 деления предназначен для получения истинной величины значения рН среды. Выход блока деления является выходом рН-метра в целом. Инерционные преобразователи температуры и концентрации водородных ионов (термодатчик и электродная система рН-метра) в электрическое напряжение описываю-тся дифференциальными уравнениями первого порядка T-U(t) + U(t)K x(t), (1) где U(t) - выходной электрический сигнал x(t) - измеряемая физическая величина;Т - параметр измерительного преобразователя; К - коэффициент передачи измерительного преобразователя;Для каждого измерительного преобразователя имеем Тан- U(t)4U-i(t)Kp4 x(t) , (2) ttO.U(t)+U,j(t)(t,. . (3) Зависимость о ° является функцией - статический коэффициент передачи электродной системы рН-метра Крц Кд (t). . (4) Условием вычисления искомой фйзической величины является следующее: для малого промежутка времени, много меньшего времени выполнения вычислеНИИ, можно положить, что физически величины x(t) и (t) являются постоянными, т.е. xit)x 5 и t°-(t)tp( Тогда из (I) путем дифференциро вания получают T-U(t) + U(t)0,(6 откуда , : ----gilK- п Таким образом получают для 1Г„ 1Й-1Ш21| 1Л - O.llt) 1 О KiO I-Ot-П-TTf-N(9 рН-метр работает следующим образом. При введении электродной системы и термодатчика 3 в исследуемую сред на их выходах появляются напряжения (t) и Ui;(t) соответственно. J Эти напряжения поступают на вход измерительных устройств 2 и 4 соответственно. Каждое измерительное устройство работает следующим образом. Входное напряжение измерительного устройства поступает на вход бло ка дифференцирования, вызывает появление на первом выходе блока сигнал U(t), а на втором - сигнал U(t) Сигнал 0(t), поступая на вход бл ка произведения, вызывает появление на выходе сигнсша lu(t) , который поступает на первый вход блока деле ния. На второй вход поступает сигнал 0(t), на выходе блока деления tu(t) появляется сигнал --frfrr который поступая на вход блока суммирования, алгебраически суммируется с сигналом U(t). При этом на выходе измерительных устройств 2 и 4 появляются сигналы UA( u,(t)TTftTua(t) {Ui(t)0(t) J соответственно. .сигнал U(t) поступающий на функциональнЁгй преооразова- тель 13, вызывает появление на еговыходе напряжения , соответствующего температуре исследуемой среды. Это напряжение поступает на второй вход блока 14 деления, на первый вход которого поступает сигнал TU (t)- Г o.,(t) j с выхода измерительного устройства Таким образом, на выходе блока 14 де ления получают сигнал д) U,(t)J являющийся выходным сигношом рН-метра, т.е. соответствующего значению величины рН исследуемой среды. Применение предлагаемого рН-метра дает экономический эффект при измерениях показателя рН большого количества сред в связи с сокращением времени измерения в каждой среде, достигнутого за счет уменьшения постоянной времени всей системы рН-метра и исключения дополнительных зат|рат времени на предварительное определение температ уры измеряемой среды. Применение рН-метра в измерительном звене систем автоматического регулирования (например в химических или технологических процессах) сдерживается большим временем проведения измерения. Применение предлагаемого рН-метра позволяет получить систему автомати.чёского регулирования с малым временем реакции, что в конечном счете повысит качество продукции данного химического или технологического процесса. Формула изобретения 1.рН-метр, содержащий электродную систему для измерения рН жидких сред, соединенную с первым измерительным устройством, термодатчик, . подключенный через функциональный преобразователь к первому измерительному устройству, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, он содержит дополнительно второе измерительное устройство и блок деления, при этом выход первого измерительного устройства подключен к первому входу блока деления, термодатчик через последовательно соединенные второе измерительное устройство и функциональный преобразователь подключен к второму входу блока деления, выход Которого является выходом рН-метра. 2.рН-метр по п.1, о тли ч а ю щ и и с я тем, что первое и второе измерительные устройства содержат блок дифференцирования, первый выход которого через блок произведения подключен к первому входу блока делени.я, второй вход которого соединен с вторым выходом блока дифференц.ирования, выход блока деления подключен к первому входу блока сумкдарования, выход которого является выходом измерительного устройства, второй вход блока суммирования соединен с входом дифференцирования и входом измерительного устройства.. Источники информации, , принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 4648).0, кл. G 01 N 27/52, 1975. 2.Патент Японии № 50-36597, л. 113122, G 01 N 27/56, опублик. 1976 (прототип).