RU14084U1 - Устройство для определения содержания кислорода в жидкости - Google Patents

Description

Известно устройство для определения содержания кислорода в анализируемой среде (см. а.с. СССР №754296, МПК G 01 N 27/46, опубл. 07.08.80), содержащее последовательно установленные источник газа-носителя, первую камеру трехкамерной твердоэлектролитной ячейки, емкость для анализируемой среды (десорбер), кислородные насосы, вторую камеру трехкамерной твердоэлектролитной ячейки, определенным образом связанные между собой.

Это устройство позволяет определять содержание кислорода путем отбора пробы жидкости известного объема, при этом из пробы в течение определенного времени (времени анализа) десорбируется весь кислород в поток газа-носителя. Количество кислорода определяют интегрированием тока кислородных насосов, что позволяет измерить содержание растворенного в жидкости кислорода.

Недостатками данного устройства являются:

-малая точность измерения содержания кислорода в области микроконцентраций;

-периодичность измерения, связанная с необходимостью отбора пробы.

Кроме того, устройство содержит большое количество кислородных насосов и требует сложной настройки.

Известно также устройство для определения содержания кислорода в жидкости, содержащее последовательно установленные источник газа-носителя, стабилизатор расхода газа, десорбер, твердоэлекролитную ячейку со встроенным в нее измерителем температуры и измерителем ЭДС, стабилизаторы расхода и уровня жидкости, установленные соответственно на входе и выходе жидкости из десорбера. («Теплоэнергетика, 1990 г., № 7, с 21-25 ).

Это устройство является наиболее близким к заявляемому и выбрано в качестве прототипа.

Устройство-прототип позволяет проводить измерение содержания кислорода непрерывно, обладает достаточным быстродействием и точностью определения.

Кроме того, в нем используется только одна твердоэлектролитная ячейка, а его настройка проводится градуировкой по методам химического анализа или по поверочным смесям.

Недостатком известного устройства является недостаточная точность определения содержания кислорода в области микроконцентраций ( от 2 до 100 мкг/ л ).

Недостаточная точность определения обусловлена наличием ряда неисключенных факторов, влияющих на результат определения.

Основными неисключенными факторами являются:

-наличие примесей кислорода в газе-носителе на входе в десорбер;

-отклонение индивидуальных характеристик твердоэлектролитных ячеек в области микроконцентраций ( от 0,2 до 0,0001 % объ.) от равновесного потенциала, определяемого уравнением Нернста.

Влияние этих факторов приводит к тому, что описанное устройство оказывается неработоспособным в области микроконцентраций ( от 2 до 100 мкг/ л ) и не позволяет решить поставленную задачу.

Достигаемым техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности определения содержания кислорода в области микроконцентраций.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявляемое устройство для онределения содержания кислорода в жидкости, содержащее последовательно установленные источник газа-носителя, стабилизатор расхода газа, десорбер, твердоэлектролитнзшз ячейку со встроенным в нее измерителем температуры и измерителем ЭДС, стабилизаторы расхода и зфовня жидкости, установленные соответственно на входе и выходе жидкости из десорбера, снабжено устройством для очистки газаносителя от кислорода, установленным между стабилизатором расхода газа и входом газа в десорбер.

Кроме того, устройство для очистки газа-носителя от кислорода снабжено регулятором степени очистки.

Заявляемая полезная модель является новой, что подтверждается перечисленными в формуле отличительными признаками.

Полезная модель отвечает критерию «промышленная применимость. Ничто в конструктивном выполнении и соединении элементов устройства не противоречит технической воспроизводимости и использованию его в промышленном производстве, не препятствует достижению технического результата, о котором сказано выше.

На представленном рисунке изображена принципиальная схема заявляемого устройства.

Устройство для определения содержания кислорода в жидкости содержит последовательно установленные стабилизатор 1 расхода жидкости, стабилизатор 2 уровня жидкости, десорбер 3, твердоэлектролитную ячейку 4, измеритель 5 ЭДС ячейки, измеритель 6 температуры,. встроенный в ячейку, источник 7 газаносителя, стабилизатор 8 расхода газа, устройство 9 для очистки газа-носителя от кислорода, регулятор 10 степени очистки газаносителя от кислорода и диспергатор 11 газа, установленный внутри десорбера 3.

В качестве устройства 9 для очистки газа-носителя от кислорода и регулятора 10 степени очистки могут быть использованы конкретные устройства, например:

твердоэлектролитный кислородный насос с регулятором напряжения постоянного тока; - поглотитель кислорода на основе металлической стружки, при

-натекатель газа-восстановителя с катализатором и регулятором его температуры;

-жидкие поглотители кислорода с регулированием поверхности масообмена

-другие устройства.

В качестве десорбера 3 возможно использование барботажной колонки, а также, массообменного аппарата любого типа (струйного, тарелочного и др.).

Устройство работает следующим образом.

В десорбер 3 через стабилизатор 1 расхода жидкости непрерывно подается анализируемая жидкость, которая сливается из него через стабилизатор 2 уровня жидкости.

В нижнюю часть десорбера 3 через диспергатор 11 газа подается от источника 7 газа-носителя газ-носитель с постоянным расходом, обеспечиваемым стабилизатором 8 расхода газа. Проходящий через десорбер 3 газ, предварительно очищенный от кислорода в устройстве 9 для очистки газа-носителя от кислорода имеет на выходе из десорбера 3 концентрацию кислорода (С гвых) прямопропорциональнзто концентрации кислорода (Сж) в анализируемой жидкости.

После десорбера 3 газ поступает в твердоэлектролитную ячейку 4, которая измеряет концентрацию содержащегося в нем кислорода. Определение концентрации кислорода в газе осуществляют по показаниям измерителя 5 ЭДС твердоэлектролитной ячейки 4 и встроенного измерителя 6 температуры в соответствии с законом Нернста.

Таким образом, зная концентрацию С гвых кислорода в газе после десорбера, однозначно определяют концентрацию Сж кислорода в жидкости.

Выражение для определершя концентрации Сж кислорода в жидкости можно представить следующим образом:

ж А X I3X Г -D X гвых )

где - С гвх концентрация кислорода в газе-носителе на входе десорбера; с гвых - концентрация десорбера; А и В - константы, десорбера.

В свою очередь:

(, -Ь ТЭЯ i -Ь OTIOlJ -

гвых ехр

- в

где «в - электрохимическая константа; Е я - ЭДС твердоэлектролитной ячейки; Е откл - ЭДС, характеризз ющая отклонение ЭДС реальной ТЭЯ от значения равновесного потенциала (по закону Нернста). Величина С гвх равняется:

Г Г+Г+ГС Л

гвх ист - наг - т 5 - /

где С ист - концентрация кислорода в газе-носителе, постзшающем от источника газа-носителя (например, баллона);

С нат - составляющая концентрации кислорода в газе, возникающая вследствие натеканий по тракту его подвода (застойные зоны, неплотности, газопроницаемость и т.п.);

С т - составляющая концентрации кислорода в газе, характеризующая временное изменение С „ат. Общее выражение для Сж имеет вид: Сж А(Сист+ Снат+ Ст)+Вехр

в соответствии с выражением (4), практическое проведение измерений осуществляют следующим образом. В устройство подают газ-носитель от источника 7 газа-носителя, при этом анализируемую жидкость не подают. При помощи устройства 9 для очистки газа-носителя от кислорода с регулятором 10 степени очистки на выходе десорбера 3 получают концентрацию С кислорода близкую к минимально достижимой.

(2) кислорода в газе на выходе онределяемые при градуировке (Е ТЭЯ i Е откл ) - (4)

Затем при помощи устройства 9 для очистки газа-носителя от кислорода с регулятором 10 степени очистки на выходе десорбера 3 задают заранее известную концентрацию С „ых кислорода, превышающую минимально достижимую в несколько раз и определяют «отклик системы (изменение Е „я) на это изменение.

Эту операцию проводят несколько раз, т.е. методом «последовательных добавок известных количеств кислорода определяют полностью градуировочную характеристику всего измерительного устройства. При этом определяются ( или исключаются ) сразу все неизвестные величины, входящие в уравнение (4).

Далее устройство работает в режиме измерения, при котором в десорбер 3 через стабилизатор 1 расхода жидкости подают анализируемую жидкость и измеряют величину Е тэя и температуру твердоэлектролитной ячейки 4. Расчет значения Сж производят в соответствии с выражением (4), вводя в него известные величины влияющих факторов (Е отш, С ист , С т , Снат ), а также температуру твердоэлектролитной ячейки 4. Для этого обычно используют любое микропроцессорное устройство, позволяющее реализовать необходимый алгоритм обработки.

ПРИМЕР. Для проведения определения содержания кислорода в воде в диапазоне от 10 до 100 мкг/л используется устройство, в котором в качестве устройства для очистки газа-носителя от кислорода используется твердоэлектролитный кислородный насос, а в качестве регулятора степени очистки - регулируемый источник напряжения постоянного тока.

Предварительно, не подавая анализируемую воду, устанавливают исходную величину С рвх равную С гвых и равную 0,002 % объемных кислорода. Настройку производят последовательными изменениями величины тока кислородного насоса.

По известным добавкам кислорода определяют соответствующие изменения аналитического сигнала Е я Конкретные значения определенных таким образом констант вводят в микропроцессорное устройство.

Затем в устройство подают анализируемую воду и производят непрерывное измерение концентрации растворенного кислорода.

причем единственным параметром, изменяющимся при изменении концентрации растворенного кислорода является Е эяПериодически, (один раз в две недели) контролируют временное изменение состояния всей системы ( величины С т) и, при необходимости производят корректировку параметров в микропроцессорном устройстве.

Claims (2)

1. Устройство для определения содержания кислорода в жидкости, содержащее последовательно установленные источник газа-носителя, стабилизатор расхода газа, десорбер, твердоэлектролитную ячейку со встроенным в нее измерителем температуры и измерителем ЭДС, стабилизаторы расхода и уровня жидкости, установленные соответственно на входе и выходе жидкости из десорбера, отличающееся тем, что оно снабжено устройством для очистки газа-носителя от кислорода, установленным между стабилизатором расхода газа и входом газа в десорбер.

2. Устройство для определения содержания кислорода в жидкости по п.1, отличающееся тем, что устройство для очистки газа-носителя от кислорода снабжено регулятором степени очистки.