Устройство для измерения физико-химических параметров многокомпонентных сред Советский патент 1982 года по МПК G01N35/00 

Изобретение относится к устройствам технологического контроля состава многокомпонентных сред и может быть использовано, например, для определения и регулирования концентрации кислот и солей водных растворов в металлургической (при химическом солянокисготном и сернокислотном травлениях стальных изделий), химической, нефтехимической, горнорудной и других отраслях промышленности.

Известно устройство для определения технологических параметров растворов по удельной электрической проводимости , содержащее источник питания, генератор, датчик, преобразователь, термокомпёнсирующую цепочку.

Известно устройство для определения параметров растворов по плотности, содержащее две пьезометрические трубки, дифманометр с электрическим выходом.

Недостатками данных устройств являются:

а) возможность обеспечения измерения только одного технологического параметра в однородных водных кислотН ных, или солевых растворах, например, концентрацию кислоты - по электрической проводимости - кондуктометром;

концентрацию соли - по плотности плотномером, что снижает функциональные возможности устройств (в этих случаях электрическая проводимость или плотность являются функциями одной переменной величины: концентрации кислоты, или соли);

б) низкие метрологические характеристики при измерении какого-либо технологического параметра в много-, компонентных средах, например, в солянокислотных водных растворах (НС1+ +FeCln+H2O), где основными параметрами являются соляная кислота НС1 и хлористое железо FeCl, сернокислотных водных.растворах (H2SO4+FeSO4+ ) , где основными параметрами являются серная кислота железный купорос FeSO (в этих случаях электрическая проводимость и плотность являются функциями двух переменных величин: концентрации кислоты и соли, при постоянном значении тетлпературы контролируемой среды).

Наиболее близким к предлагаемс у является устройств о для измерения и автоматического регулирования концентрации соляной кислоты НС1 и хлористого железа FeClj в травильных агрегатах металлургических заводов, содер-/ жащее канал измерения концентрации соли, состоящий из блока питания воздухом, подключенного соответствукяцими магистралями к внутренним полостям пьезометрических трубок датчика плотности и к выходу преобразователя плотности, электрический выход которого подсоединен к входу счетно-решагацего устройства по соли и далее - к вторичному прибору измерения концентрации соли; канал измерения концентрации кислоты, состоящий из отборного устройства технологического раствора с дозирующим блоком, выход которого подсоединен к кондуктометрической ячейке с контакт ным датчиком и термочувствительным элементом, соединенной с входом преобразователя электрической проводимости, выход которого через усилител постоянного тока подсоединен к входу счетно-решающего устройства по кислоте и далее - к вторичному прибо ру измере 1ия концентрации кислоты. Недостатками данного устройства ЯВЛЯЮТСЯ:, косвенный низкочастотный кондукто метрический метод измерения электрической проводимости технологического раствора, который влечет за собой сложную систему отбора раствора из травильного агрегата, необходимость точной дозир вки при разбавлении раствора водой и поддержание определен ной температуры раствора, снижает то ность и надежность измерений. Целью изобретения является увеличение точности и надежности измерений. Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем канал измерения концентрации соли, состоящий из бло ка питания воздухом, подключенного соответствующими магистралями к внут ренним полостям пьезометрических трубок датчика плотности, соединенны магистралями отбора давления воздух с входом преобразователя плотности, электрический выход которого подсое динен к входу счетно-решающего устройтсва по соли и далее через усили тель постоянного тока - к вторичному прибору измерения концентрации соли; канал измерения концентрации кислоты, состоящий из датчика электрической проводимости, индуктивный чувствительный элемент которого сое динен с входом преобразователя элек трической проводимости, выход которюго подсоединен к входу счетно-решающего устройства по кислоте и далее через усилитель постоянного тока - к вторичному прибору измерения концентрации кислоты; блок термочув ствительных элементов, подсоединенны к соответствующим входам счетно-решающих устройств, введено общее для датчиков плотности, электрической проводимости и блока термочувствительных элементов распределительное устройство ввода и вывода информации между указанными датчиками, блоком термочувствительных элементов и остальными элементами схемы, причем блок термочувствительных элементов совмещен с датчиком электрической проводимости, а датчик электрической проводимости расположен ниже датчика плотности, при этом устройство содержит блок питания водой, подключенный магистралями питания водой к внутренним полостям пьезометрических трубок. На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого изоб ретения. Устройство включает канал измерения концентрации соли, в который входит: блок 1 питания воздухом, датчик плотности, состоящий из двух пьезометрических трубок 2 и 3 соответственно сравнения и измерения, блок 4 питания водой, магистрали 5,6 и 7, Соответственно, питания воздухом, водой и отбора давления воздуха, преобразователь 8 плотности, счетно-решающее устройство 9, усилитель 10 постоянного тока, вторичный прибор 11; канал измерения концентрации кислоты, в который входят: датчик 12 электрической проводимости, состоящий из индуктивного чувствительного элемента 13, защищенного от контролируемой среды фторопластовым чехлом 14, преобразователь 16 электрической проводимости, счетно-роиающее устройство 17, усилитель 18 постоянного тока, вторичный прибор 19; блок 15 термочувствительны элементов, совмещенный с датчиком 12 электрической проводимости; распределительное устройство 20 ввода и вывода информации. Устройство работает одновременно по двумя каналам измерения концентрации соли и кислоты. Работа прибора по каналу измерения концентрации соли осуществляется следующим образом. Сжатый воздух из блока 1 питания воздухом по магистралям 5 питания воздухом, а вода из блока 4 питания водой по магистралям 6 питания водой, поступают в пьезометрические трубки 2 и 3 соответственно сравнения и измерения. Блок питания водой предназначен для.смачивания внутренних поверхностей трубок во избежание их зарастания кристаллами соли на разделе двух сред воздух-раствор. Сжатый воздух, барботируя через контролируемый технологический раствор, выходит в атмосферу. При изменении концентрации соли в растворе изменяется в основном плотность и в незначительной степени электрическая проводимость. Соответствующая величина давления воздуха в пьезометрических трубках 2 и 3, пропорциональная «лотности «3 контролируемого раствора: Р, {) и P,(ci) передается на два входа преобразователя 8 плотности, преобразуется в выходной электрический сигнал Ugj, f ( ) f(d) и поступает на один из входов Летно-решающего устройства 9 по соли, на два других входа которого поступают корректируюадие сигналы: с блока 16 термочувствительных элементов - сигнал, пропорциональный сопротивлению Rft ответствукадего элемента, зависящему от. температуЕлл раствора ( R) f(t); с счетно-решающего устройства 17 по кислоте - сигнал, пропорционал ный изменению электрической проводимости X : (}. Выходной сигнал счетно-радающего устройства 9 по соли, пропорциональный концентрации соли Ugj,,2f (-соли) через усилитель 10 постоянного тока Ь унифицированнью выходом 0-5 мА поступает на вторичный прибор 11, отградуированный в единицах концентра ции соли, и может использоваться дл автоматического регулирования соста ва. технологического раствора. Работа прибора по каналу измерени концентрации кислоты осуществляется следующим образом: при изменении концентрации кислоты в растворе изменяется в основном электрическая проводимость и в незначительной стастепени - плотность. Сигн.ал с индуктивного чувствитель ногчэ элемента 13 датчика 12 электрической проводимости, пропорциональный эквивалентному сопротивлению Rj элемента 13, которое определяется степенью затухания электромагнитных волн элемента 13 в зависимости от электрической проводимости раствора )-f(x)f поступает на вход измерительного преобразователя 16 электрической проводимости, выходной сигнал которого Ugjj|j( (аб) подается на один из входов счетно-решагацего устройства 17 по кислоте, иа два дру гих входа которого передаются коррек тирующие сигналы: с блока термочувст вительных элементов 15 - сигнал, про порциональный сопротивлению Rtl соответствующего элемента, зависящему от температуры раствора -t : tj n-tal с счетно-ралающего устройства 9 по соли - сигнал, пропорциональный изменению плотности Un,j«€(ol). Выходной сигнал счетно-решающего устройства 17 по кислоте, пропорциональный концентрации кислоты Од,,,4 f ( С-кислоп, ) через усилитель 18 постоянного тока с унифицированным выходом 0-6 мА поступает на вторичный прибор 18, оградуированный в единицах концентрации кислоты, и может использоваться для автоматического регулирования состава технологического раствора. Вся информация, поступающая на датчики плотности (пьезометрические трубки 2,3), электрической проводимости 12, и с датчиков - на блок термочувствительных элементов 15, с него передается через общее распределительное устройство 20 ввода и вывода информации, позволяющее создать единую комплексную связь между всеми элементами схемы, подключить к измерительной схеме требуемое число датчиков, создать единую комбинированную конструкцию датчиков, увеличить точность и надежность измерений. Расположение датчика 12 электрической проводимости ниже пьезометрических трубок 2 и 3 предотвращает попадание пузырьков воздуха на его поверхность из пьезометрических трубок, чем исключается дополнительная погрешность измерений, а совмещение блока термочувствительных элементов с датчиком электрической проводимости позволяет уменьшить количество элеiieHTOB схемы итем самым повысить надежность измерений. Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом обладает рядом технических преимуществ: измерение плотности, электрической проводимости и корректировка выходных сигналов при измерении температуры раствора, .непосредственно в реальном технологическом растворе травильного агрегата повышает точность и надежность измеЕ ений; более широкая область применения, возможность работы устройства как при солянокислотисм,- так и при сернокислотном травлении стальных изделий на металлургических заводах при температурах раствора до 100°С; прост в обслуживании, не требует специального подготовленного высококвалифицированного персонала. Формула изобретения 1. Устройство для измерения физико-химических параметров многокомпонентных сред, содержгидее канал измерения концентрации соли, состоящий из блока питания воздухом, подключенного соответствуквдими магистралями к внутренним полостям пьезометрических трубок датчика плотности, соединенных магистралями отбора давления воздуха с входом преобразователя плотности, электрический выход которого подсоединен к входу счетнорешающего устройства по соли и дгшее через усилитель постоянного тока - к