RU2210760C2

RU2210760C2 - Facility for potentiometric measurements

Info

Publication number: RU2210760C2
Application number: RU2000121199/28A
Authority: RU
Inventors: И.Н. Иванов; В.П. Никитин; Б.Р. Пырсиков
Original assignee: Северская городская общественная организация больных сахарным диабетом ОО "Диабет"
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2003-08-20

Abstract

FIELD: analyzers of composition of liquid media with use of ion-selective electrode. SUBSTANCE: facility includes input lines of flows connected to cocks, manostats with throttles, two collectors, sample stabilization means formed depending on object of analysis, measurement cell with ion-selective electrode. Valves are placed across outlets from manostats and measurement cell. Control valve comes in the form of ball with conduits for flow inlet, for feed to manostat, for release into drain. All conduits are interconnected in center. Section of conduit for release into drain is at least one and a half times greater than section of conduit for flow inlet. Measurement cell is made up of two chambers for sample intake and chamber housing ion-selective electrode. EFFECT: reduced lag, increased accuracy and widened functional capabilities. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано на атомных и тепловых электростанциях, в химической и других отраслях промышленности для контроля состава жидких сред с применением ионселективного электрода. The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in nuclear and thermal power plants, in chemical and other industries to control the composition of liquid media using an ion-selective electrode.

Известные потенциометрические анализаторы (см., например, пат. Англии 1497669, 1490604 по кл. G 01 N 27/46, книгу Живиловой Л.М. и др. Автоматический контороль водно-химического режима ТЭС. М.: Энергия, 1979) включают устройство ввода потока в анализатор, средства стабилизации параметров пробы (расхода, pH, температуры), измерительную ячейку и систему измерения с ионселективным электродом. В гидравлическую схему включаются также фильтр, средства улавливания и сброса пузырьков газа. При контроле потоков из разных источников применяется переключатель потоков. Из-за большого объема и сложности гидравлической трассы при небольших допускаемых расходах пробы (в потенциометрических анализаторах расход пробы обычно составляет 0,5...1,5 л/ч) анализаторы имеют высокую инерционность. При ламинарном режиме течения жидкости в местах стыковок элементов и в самих элементах при любом изменении сечения трассы образуются застойные зоны, в которых местная скорость течения жидкости приближается к нулю. Такой застойный зоной является и пристеночный слой жидкости даже в прямой трубке. В застойных зонах накапливаются механические взвеси, при наличии пленкообразующих веществ на стенках оседает пленка и могут накапливаться пузырьки газа. Ионный обмен между жидкостью в застойных зонах и протекающей дополнительно увеличивает инерционность и снижает точность анализа. Known potentiometric analyzers (see, for example, US Pat. England 1497669, 1490604, class G 01 N 27/46, book Zhivilova L.M. et al. Automatic control of the water-chemical regime of thermal power plants. M .: Energia, 1979) include flow input device into the analyzer, means for stabilizing sample parameters (flow rate, pH, temperature), a measuring cell and a measuring system with an ion-selective electrode. The hydraulic circuit also includes a filter, means of trapping and discharge of gas bubbles. When controlling flows from different sources, a stream switch is used. Due to the large volume and complexity of the hydraulic route at small allowable sample flow rates (in potentiometric analyzers, the sample flow rate is usually 0.5 ... 1.5 l / h), the analyzers have a high inertia. In the laminar regime of the fluid flow at the junctions of the elements and in the elements themselves with any change in the cross section of the path, stagnant zones are formed in which the local fluid flow velocity approaches zero. Such a stagnant zone is the parietal fluid layer even in a straight tube. In the stagnant zones, mechanical suspensions accumulate, in the presence of film-forming substances, a film settles on the walls and gas bubbles can accumulate. The ion exchange between the liquid in the stagnant zones and the flowing additionally increases the inertia and reduces the accuracy of the analysis.

В совокупности эти недостатки ограничивают функциональные возможности анализаторов, в частности исключают их применение для контроля потоков из разных источников при широком диапазоне измеряемых концентраций. Накапливание взвесей, пленок, пузырьков газа ограничивает применение анализаторов только для чистых жидкостей, или потребуются частые остановки анализатора для профилактики. Together, these shortcomings limit the functionality of the analyzers, in particular, exclude their use for monitoring flows from different sources with a wide range of measured concentrations. The accumulation of suspensions, films, gas bubbles limits the use of analyzers only for pure liquids, or frequent stops of the analyzer will be required for prevention.

Наиболее близким к предлагаемому является анализатор для детектирования хлоридов по пат. Англии 1497669, кл. G 01 N 27/46, принятый за прототип. В гидравлической трассе анализатор содержит устройство ввода потока, стабилизатор параметров пробы, измерительную ячейку и систему измерения с ионселективным электродом. Устройство ввода потока включает: четыре входные магистрали потоков, две входные магистрали калибровочных потоков, переключатель, состоящий из клапанов, и коллекторы потоков. Стабилизатор параметров пробы включает сдвоенный перестальтический насос для подачи пробы и фонового электролита, маностаты, установленные на каждой магистрали анализируемых потоков, смеситель, средство улавливания и сброса пузырьков газа и теплообменник. Из-за большого объема и сложности гидравлической трассы, наличия застойных зон и небольших допускаемых расходов пробы анализатор имеет высокую инерционность. Из-за ионного обмена между жидкостью в застойных зонах и протекающей дополнительно увеличивается инерционность и снижается точность. Развитая поверхность элементов перестальтического насоса и теплообменника препятствуют применению анализатора для контроля потоков, содержащих пленкообразующие вещества, механические взвеси. Пленка, взвеси будут накапливаться на поверхности элементов трассы, в застойных зонах, что потребует частых остановок анализатора для его профилактики. Closest to the proposed is an analyzer for the detection of chlorides according to US Pat. England 1497669, cl. G 01 N 27/46, adopted as a prototype. In the hydraulic route, the analyzer contains a flow input device, a stabilizer of sample parameters, a measuring cell and a measuring system with an ion-selective electrode. The flow input device includes: four input flow lines, two input lines of calibration flows, a switch consisting of valves, and flow collectors. The stabilizer of the sample parameters includes a dual peristaltic pump for feeding the sample and background electrolyte, manostats installed on each line of the analyzed flows, a mixer, a means for collecting and discharging gas bubbles and a heat exchanger. Due to the large volume and complexity of the hydraulic route, the presence of stagnant zones and the small allowable costs of the sample, the analyzer has a high inertia. Due to the ion exchange between the liquid in the stagnant zones and the flowing one, the inertia additionally increases and the accuracy decreases. The developed surface of the peristaltic pump and heat exchanger elements hinder the use of the analyzer to control flows containing film-forming substances, mechanical suspensions. The film, suspensions will accumulate on the surface of the track elements, in stagnant zones, which will require frequent stops of the analyzer for its prevention.

Эти недостатки ограничивают функциональные возможности анализатора, исключают его применение в широком диапазоне измеряемых концентраций; для анализа потоков, содержащих механические взвеси, пленкообразующие вещества и выделяющие пузырьки газа, а также вещества, оказывающие вредное воздействие на ионселективный электрод. These disadvantages limit the functionality of the analyzer, exclude its use in a wide range of measured concentrations; for analysis of flows containing mechanical suspensions, film-forming substances and emitting gas bubbles, as well as substances that have a harmful effect on the ion-selective electrode.

Цель изобретения - снижение инерционности, повышение точности и расширение функциональных возможностей, в частности расширение диапазонов анализируемых концентраций, анализ жидкостей, содержащих механические взвеси, пленкообразующие вещества, выделяющие пузырьки газа и оказывающих вредное воздействие на ионселективный электрод. The purpose of the invention is to reduce inertia, increase accuracy and expand functionality, in particular expanding the ranges of analyzed concentrations, analyzing liquids containing mechanical suspensions, film-forming substances that emit gas bubbles and have a harmful effect on the ion-selective electrode.

Для достижения этой цели в известное устройство, содержащее входные магистрали потоков, подсоединенные к ним краны, маностаты с дросселями, установленными на каждой магистрали, два коллектора потоков, две параллельные ветви стабилизаторов параметров пробы, измерительную ячейку и систему измерения с ионселективным электродом, на выходы маностатов и измерительной ячейки введены клапаны, золотник крана выполнен в виде шара с каналами ввода потока, сброса в дренаж и подачи в маностат, причем сечение канала сброса в дренаж, по крайней мере, в полтора раза больше сечения канала ввода потока в кран, а измерительная ячейка состоит из двух приемных камер и размещенной между ними камеры с ионселективным электродом. To achieve this goal, into a known device containing input flow arrears, taps connected to them, manostats with chokes installed on each highway, two flow collectors, two parallel branches of sample parameters stabilizers, a measuring cell and a measurement system with an ion-selective electrode, to the outputs of the manostats and valves are introduced into the measuring cell, the valve spool is made in the form of a ball with channels for introducing flow, discharge into the drain and feeding into the manostat, and the cross section of the discharge channel into the drain, at least one and a half times the cross section of the flow inlet channel to the tap, and the measuring cell consists of two receiving chambers and a chamber with an ion-selective electrode placed between them.

При закрытом клапане маностата весь входной поток направляется в трассу анализатора, а через открытый клапан на выходе приемной камеры измерительной ячейки поток сбрасывается в дренаж. При увеличении расхода до турбулентного (вихревого) режима из застойных зон со стенок трассы интенсивно вымываются остатки предыдущей пробы, механические взвеси, смывается незакрепившаяся пленка, разбиваются и выносятся пузырьки газа. При турбулентном режиме для отмывки необходим гораздо меньший объем жидкости, а отмывка производится быстрее и качественнее. При открытом клапане маностата стабилизируется расход и другие параметры пробы. Проба в трассе по составу анализируемого компонента соответствует жидкости на входе анализатора. При закрытом клапане на выходе приемной камеры подготовленная проба направляется в камеру с ионселективным электродом, из которой перед этим предыдущая проба сбрасывается в дренаж через открытый клапан на выходе камеры. When the manostat valve is closed, the entire inlet flow is directed to the analyzer path, and through the open valve at the outlet of the receiving chamber of the measuring cell, the flow is discharged into the drain. With an increase in flow rate to the turbulent (vortex) regime, from the stagnant zones from the walls of the route, the remains of the previous sample, mechanical suspensions are intensively washed out, the non-fixed film is washed off, gas bubbles are broken and carried out. In turbulent mode, a much smaller volume of liquid is required for washing, and washing is faster and better. With the manostat valve open, flow and other sample parameters stabilize. The sample in the trace according to the composition of the analyzed component corresponds to the liquid at the analyzer inlet. With the valve closed at the outlet of the receiving chamber, the prepared sample is sent to the chamber with an ion-selective electrode, from which the previous sample is then discharged into the drain through an open valve at the outlet of the chamber.

Совокупность отличительных признаков заявленного устройства является новой (в известных устройствах анализируемый поток от входа переключателя до выхода из ячейки проходит непрерывно с постоянным расходом, а переключение потоков осуществляется только на входе устройства) и существенной, так как позволяют формировать каждую пробу, не смешивая ее с жидкостью других проб. Вспомогательные операции (ускоренную подготовку пробы, калибровку, промывку трассы) можно проводить параллельно с анализом пробы. Указанная совокупность признаков дает положительный эффект, а именно: благодаря сливу жидкости из трассы, увеличению расхода при подготовке пробы и проведению этих операций параллельно с анализом уменьшается инерционность, благодаря отмывке трассы от предыдущей жидкости, механических взвесей, газовых пузырьков повышается точность. The set of distinctive features of the claimed device is new (in known devices, the analyzed stream from the switch input to the cell exit is continuous at a constant flow rate, and the flows are switched only at the device input) and significant, since they allow each sample to be formed without mixing it with liquid other samples. Ancillary operations (accelerated sample preparation, calibration, flushing the route) can be carried out in parallel with the analysis of the sample. The indicated set of features gives a positive effect, namely: due to the discharge of liquid from the route, an increase in flow rate during sample preparation and carrying out these operations, inertia decreases in parallel with the analysis, and due to washing of the route from the previous liquid, mechanical suspensions, and gas bubbles, the accuracy increases.

Совокупность отличительных признаков дает возможность расширить функциональные возможности и использовать анализатор для контроля потоков с широким диапазоном измеряемых концентраций, с жидкостями, содержащих механические взвеси, пленкообразующие вещества и оказывающих вредное воздействие на ионселективный электрод. The combination of distinctive features makes it possible to expand the functionality and use the analyzer to control flows with a wide range of measured concentrations, with liquids containing mechanical suspensions, film-forming substances and having a harmful effect on the ion-selective electrode.

На фиг. 1 изображена принципиальная гидравлическая схема устройства, на фиг. 2 - кран, общий вид, на фиг.3 - сечение А-А крана, на фиг.4 - измерительная ячейка, общий вид. In FIG. 1 shows a schematic hydraulic diagram of the device, in FIG. 2 - crane, general view, figure 3 - section aa of the crane, figure 4 - measuring cell, General view.

Устройство содержит входные магистрали потоков 1, подключенные к кранам 2, маностаты 3 с дросселями 4, клапаны 5, установленные на выходах маностатов и измерительной ячейки 6, коллекторы 7 и 8, два стабилизатора параметров пробы 9 и 10, формируемые в зависимости от задачи анализа. The device contains input lines of flows 1 connected to taps 2, manostats 3 with throttles 4, valves 5 mounted at the outputs of the manostats and measuring cell 6, collectors 7 and 8, two stabilizers of sample parameters 9 and 10, formed depending on the analysis task.

Система измерения содержит ионселективный электрод 11, установленный в измерительную ячейку, вспомогательный электрод 12, установленный в бачок 13 с насыщенным раствором хлористого калия, электролитический ключ 14, подсоединенный к выходу измерительной ячейки и бачку 13, ионселективный и вспомогательный электроды подсоединены к прибору 15. The measurement system contains an ion-selective electrode 11 installed in the measuring cell, an auxiliary electrode 12 installed in the tank 13 with a saturated solution of potassium chloride, an electrolytic switch 14 connected to the output of the measuring cell and the tank 13, and the selective and auxiliary electrodes are connected to the device 15.

Кран состоит из золотника 16, выполненного в виде шара, расположенного между двумя полусферами 17 и 18, составляющими корпус крана. В шаре выполнены соединенные между собой в центре каналы: ввода потока 19, сброса в дренаж 20, подачи потока в маностат 21 и отверстие для штока 22. Вокруг отверстия каждого канала и отверстия для штока встроены кольцевые уплотнители 23. Между полусферами установлена уплотнительная прокладка 24. К верхней полусфере подсоединен патрубок 25 входного потока и патрубок 26 маностата. К нижней полусфере подсоединен патрубок 27 сброса потока в дренаж. Измерительная ячейка состоит из двух приемных камер 28, 29 и размещенной между ними камеры 30 с ионселективным электродом 11. Камера 30 соединена с приемными камерами переливными каналами 31 и 32. Электролический ключ 14 установлен в канал сброса пробы из камеры 30 и состоит из керамической мембраны 33, трубки 34 и эластичной трубки 35, присоединенной к бачку 13. The crane consists of a spool 16, made in the form of a ball located between two hemispheres 17 and 18 that make up the valve body. In the ball there are channels connected to each other in the center: flow inlet 19, discharge into drain 20, flow inlet into manostat 21 and rod hole 22. Around the hole of each channel and rod hole are integrated ring seals 23. A sealing gasket 24 is installed between the hemispheres. An inlet stream pipe 25 and a manostat pipe 26 are connected to the upper hemisphere. To the lower hemisphere is connected to the pipe 27 discharge flow into the drainage. The measuring cell consists of two receiving chambers 28, 29 and a chamber 30 located between them with an ion-selective electrode 11. The chamber 30 is connected to the receiving chambers by overflow channels 31 and 32. The electrolytic switch 14 is installed in the sample discharge channel from the chamber 30 and consists of a ceramic membrane 33 tube 34 and an elastic tube 35 connected to the tank 13.

Устройство работает следующим образом. Золотник крана может быть установлен в одно из трех положений. В первом положении отверстия каналов 20 и 21 перекрыты стенками полусфер, кран закрыт, но жидкость из маностата сбрасывается в дренаж через зазор между корпусом и золотником в патрубок 27. Поворотом штока 22 золотник устанавливается в положение, при котором канал 20 совмещается с патрубком 27, поток сбрасывается в дренаж, промывается входная магистраль, отверстие канала 21 перекрыто стенкой корпуса. В этом положении золотника через открытый клапан 5 на выходе приемной камеры освобождается от жидкости гидравлическая трасса анализатора. Клапан 5 в маностате должен быть открыт. Поворотом штока 22 золотник 16 переводится в третье положение, при котором канал 21 совмещается с патрубком 26 и входной поток поступает в маностат, канал 20 перекрыт стенкой корпуса. При закрытом клапане 5 маностата весь входной поток проходит в трассу анализатора и сбрасывается в дренаж через открытый клапан 5 на выходе приемной камеры, промывается гидравлическая трасса анализатора. При открытом клапане 5 маностата стабилизируется расход и другие параметры пробы в трассе анализатора. При закрытом клапане 5 приемной камеры проба через переливной канал подается в камеру 30 с ионселективным электродом. При переходе от одной пробы к другой предыдущая проба из камеры сбрасывается в дренаж через открытый клапан 5 на выходе этой камеры. The device operates as follows. The valve spool can be installed in one of three positions. In the first position, the openings of the channels 20 and 21 are closed by the walls of the hemispheres, the valve is closed, but the liquid from the manostat is discharged into the drain through the gap between the housing and the spool into the nozzle 27. By turning the rod 22, the spool is set to the position where the channel 20 is combined with the nozzle 27, the flow discharged into the drain, the input line is washed, the opening of the channel 21 is blocked by the wall of the housing. In this position, the spool through the open valve 5 at the outlet of the receiving chamber releases the hydraulic path of the analyzer from the liquid. Valve 5 in the manostat must be open. By turning the stem 22, the spool 16 is transferred to the third position, in which the channel 21 is combined with the nozzle 26 and the input stream enters the manostat, the channel 20 is blocked by the wall of the housing. With the closed valve 5 of the manostat, the entire input stream passes into the analyzer path and is discharged into the drain through the open valve 5 at the outlet of the receiving chamber, the analyzer hydraulic path is washed. With the open valve 5 of the manostat, the flow rate and other parameters of the sample in the analyzer path are stabilized. With the valve 5 of the receiving chamber closed, the sample is fed through the overflow channel into the chamber 30 with an ion-selective electrode. When moving from one sample to another, the previous sample from the chamber is discharged into the drain through the open valve 5 at the outlet of this chamber.

В заявленном устройстве каждая проба формируется отдельно и не смешивается с жидкостью других проб и потоков, а при подготовке пробы гидравлическая трасса промывается увеличенным расходом анализируемой жидкости. Благодаря этому снижается инерционность и повышается точность, т.е. увеличивается производительность анализа и качество контроля технологического процесса. Эти же факторы позволяют использовать анализатор для контроля потоков из разных источников с широким диапазоном измеряемых концентраций, для контроля жидкостей, содержащих механические взвеси, оказывающих вредное воздействие на ионселективный электрод. Возможность калибровки и промывки трассы, не прерывая процесса измерения, повышает его эксплуатационную надежность. Испытания на макетах показали, что время на анализ пробы составляет 2...4 мин. In the claimed device, each sample is formed separately and is not mixed with the liquid of other samples and flows, and when preparing the sample, the hydraulic circuit is washed with an increased flow rate of the analyzed liquid. Due to this, the inertia decreases and the accuracy increases, i.e. analysis productivity and process control quality increase. These same factors make it possible to use the analyzer to control flows from different sources with a wide range of measured concentrations, to control liquids containing mechanical suspensions that have a harmful effect on the ion-selective electrode. The ability to calibrate and flush the route without interrupting the measurement process increases its operational reliability. Tests on mock-ups showed that the time for analysis of a sample is 2 ... 4 min.

Claims

A device for potentiometric measurements, containing input flow lines, taps connected to them, manostats with chokes, collectors, means for stabilizing sample parameters, a measuring cell with an ion-selective electrode, characterized in that valves are introduced into the manostats and the outputs of the measuring cell, the valve spool is made in in the form of a ball with flow inlet, discharge into the drain and feed into the manostat connected in the center, and the cross section of the discharge channel into the drain is at least one and a half times larger than the cross section of the sweat input OK, and the measuring cell consists of two receiving chambers and a chamber placed between them with an ion-selective electrode.