RU2420731C1 - Method of measuring concentration of substance dissolved in liquid medium and analyser for realising said method - Google Patents
Method of measuring concentration of substance dissolved in liquid medium and analyser for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2420731C1 RU2420731C1 RU2009146266/28A RU2009146266A RU2420731C1 RU 2420731 C1 RU2420731 C1 RU 2420731C1 RU 2009146266/28 A RU2009146266/28 A RU 2009146266/28A RU 2009146266 A RU2009146266 A RU 2009146266A RU 2420731 C1 RU2420731 C1 RU 2420731C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- microelectrodes
- measuring
- substance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Предложенные технические решения относятся к области измерения неэлектрических величин, в частности к измерению концентрации кислорода, растворенного в водных растворах. Могут быть использованы в экологических целях, в медицине, нефтедобывающей и газовой промышленности.The proposed technical solutions relate to the field of measuring non-electric quantities, in particular to measuring the concentration of oxygen dissolved in aqueous solutions. They can be used for environmental purposes, in medicine, in the oil and gas industry.
Известен способ измерения концентрации растворенного кислорода в воде - это амперометрический способ, который заключается в измерении электрического тока в двухэлектродной электрохимической системе, находящейся в анализируемой среде. Данный способ может быть осуществлен посредством анализатора растворенного кислорода в воде фирмы «YSI Incorporated» США, 1725, Brannum Lane, Yellow Springs, Ohio 45387 USA, 1999.A known method for measuring the concentration of dissolved oxygen in water is an amperometric method, which consists in measuring the electric current in a two-electrode electrochemical system located in the analyzed medium. This method can be carried out using a dissolved oxygen analyzer in water company "YSI Incorporated" USA, 1725, Brannum Lane, Yellow Springs, Ohio 45387 USA, 1999.
Известен анализатор растворенного кислорода в воде фирмы «YSI Incorporated» США, 1725, Brannum Lane, Yellow Springs, Ohio 45387 USA, который состоит из измерительного прибора и выносного комбинированного датчика кислорода и температуры, и предназначен для измерения содержания растворенного кислорода и показателя биохимического потребления кислорода в воде в лабораторных условиях. Принцип действия анализатора - амперометрический, с использованием твердого электрода типа Кларка со встроенным термистором, отделенного от водной среды полупроницаемой тефлоновой мембраной. Анализатор снабжен микропроцессором, жидкокристаллическим дисплеем, клавиатурой.Known analyzer of dissolved oxygen in water company "YSI Incorporated" USA, 1725, Brannum Lane, Yellow Springs, Ohio 45387 USA, which consists of a measuring device and a remote combined oxygen and temperature sensor, and is designed to measure dissolved oxygen and biochemical oxygen consumption in water under laboratory conditions. The principle of the analyzer is amperometric, using a Clark-type solid electrode with a built-in thermistor, separated from the aqueous medium by a semipermeable Teflon membrane. The analyzer is equipped with a microprocessor, a liquid crystal display, a keyboard.
В качестве прототипа способа взято техническое решение - «Способ измерения микроконцентраций кислорода в питательной воде электростанций», описанный в журнале «Энергетик» №6, 1987 г. стр.10, 11, авторов Синицина В.П., Абелова Э.С., Буцхрикидзе Э.М., Любич М.В. Способ основан на измерении тока первичного преобразователя амперометрического типа с проницаемой для растворенного вещества мембраной, размещаемого в анализируемой среде, осуществляется селективное взаимодействие электродной системы датчика с растворенным кислородом, диффундирующим через мембрану в электродное пространство вследствие разности парциальных давлений до и после этой мембраны. При восстановлении кислорода на поверхности катода, выполненного из материала специального состава, в цепи электродов генерируется ток, значение которого пропорционально содержанию кислорода в анализируемой среде. Для устранения влияния температуры в поток анализируемой среды помещают терморезистор, включенный в цепь термокомпенсации измерительной схемы прибора.As a prototype of the method, a technical solution was taken - “A method for measuring the micro-concentrations of oxygen in the feed water of power plants”, described in the journal “Energetik” No. 6, 1987, pp. 10, 11, authors Sinitsina VP, Abelova ES, Butskhrikidze E.M., Lyubich M.V. The method is based on measuring the current of an amperometric type primary transducer with a membrane permeable to solute located in the analyzed medium, the sensor electrode system is selectively interacted with dissolved oxygen diffusing through the membrane into the electrode space due to the difference in partial pressures before and after this membrane. When oxygen is reduced on the surface of a cathode made of material of a special composition, a current is generated in the electrode circuit, the value of which is proportional to the oxygen content in the analyzed medium. To eliminate the influence of temperature, a thermistor is included in the flow of the analyzed medium, which is included in the thermal compensation circuit of the measuring circuit of the device.
В качестве прототипа устройства взято техническое решение - «Автоматический анализатор микроконцентраций кислорода в питательной воде электростанций», описанный в журнале «Энергетик» №6, 1987 г. стр.10, 11, авторов Синицина В.П., Абелова Э.С., Буцхрикидзе Э.М., Любич М.В. Анализатор состоит из конструктивно обособленных частей: гидравлического блока и измерительного блока. Направляемая в гидравлический блок проба анализируемой воды - анализируемая среда через механический фильтр поступает в датчик - электрохимическую измерительную ячейку, где происходит преобразование измеряемой неэлектрической величины (концентрации кислорода в анализируемой среде) в пропорциональный электрический сигнал. Измерительный блок кислородомера состоит из измерительного преобразователя, показывающего и регистрирующего приборов. Измерительный преобразователь включает в себя усилитель тока с низким входным сопротивлением за счет соответственно рассчитанной обратной связи по выходному напряжению этого усилителя, что позволяет уменьшить инерционность измерительной системы, усилитель с переменным коэффициентом передачи, который может меняться в зависимости от сопротивления терморезистора, установленного в датчике в потоке анализируемой среды и обеспечивающего термокомпенсацию при изменении температуры анализируемой среды. Усилитель включает в себя устройство для пропорционального измерения сигнала перед формирователем выходного унифицированного сигнала. Для повышения помехоустойчивости в измерительную схему прибора включена цепочка индуктивность - емкость, сглаживающая случайные сигналы. В качестве датчика кислородомера применена двухэлектродная гальваническая ячейка, внутренняя полость которой заполнена буферным раствором и отделена от анализируемой среды плоской газопроницаемой мембраной. Электродная система датчика подобрана таким образом, что она селективно взаимодействует с растворенным кислородом, диффундирующим через мембрану в электродное пространство вследствие разности парциальных давлений до и после этой мембраны.As a prototype of the device, a technical solution was taken - “Automatic analyzer of micro-concentrations of oxygen in the feed water of power plants”, described in the journal “Energetik” No. 6, 1987,
Недостатками технических решений, выбранных в качестве прототипов, являются невысокое быстродействие и точность измерения. Наличие одного, большого по рабочей площади катода приводит к выходу общего диффузионного слоя около катода за пределы мембраны в измеряемый раствор. При этом также поступление кислорода к мембране становится сильно зависимым от скорости движения раствора у мембраны. Для однозначности результатов измерений необходимо задавать скорость и фиксировать движения анализируемой среды.The disadvantages of the technical solutions selected as prototypes are the low speed and accuracy of the measurement. The presence of one large cathode over the working area leads to the release of a common diffusion layer near the cathode beyond the membrane into the measured solution. In this case, the oxygen supply to the membrane also becomes highly dependent on the speed of movement of the solution at the membrane. For unambiguous measurement results, it is necessary to set the speed and record the movements of the analyzed medium.
Имеется малая чувствительность датчика кислорода. При большом размере катода (когда линейные размеры катода намного больше толщины мембраны) не все участки катода работают в одинаковых условиях. Серединные участки находятся в режиме малого - обедненного поступления кислорода в расчете на единицу площади электрода, т.к. диффузионные слои каждого единичного участка катода перекрываются, а в совокупности выходят за пределы периметра кислородопроницаемой мембраны. Поэтому необходимо при измерении кислорода в растворах обеспечивать достаточно высокую скорость потока анализируемой среды.There is a low sensitivity of the oxygen sensor. With a large cathode size (when the linear dimensions of the cathode are much larger than the membrane thickness), not all sections of the cathode operate under the same conditions. The middle sections are in the mode of small - depleted oxygen supply per unit area of the electrode, because the diffusion layers of each single section of the cathode overlap, and collectively go beyond the perimeter of the oxygen-permeable membrane. Therefore, when measuring oxygen in solutions, it is necessary to ensure a sufficiently high flow rate of the analyzed medium.
Имеется малая пороговая чувствительность датчика кислорода, проявляющаяся при измерениях малых концентраций кислорода. Поскольку при больших линейных размерах катода диффузионный слой выходит за пределы периметра мембраны, при этом по поверхности мембраны возникают конвекционные потоки, повышающие общий уровень помех нижнего уровня измерения. К тому же трудно обеспечить плотное и равномерное прижатие мембраны на всей поверхности катода, поэтому толщина слоя электролита над катодом будет случайно изменяться и изменяя уровень фонового тока, а значит, и уровень шума.There is a small threshold sensitivity of the oxygen sensor, which manifests itself in measurements of low oxygen concentrations. Since the diffusion layer extends beyond the perimeter of the membrane with large linear dimensions of the cathode, convection flows arise along the membrane surface, which increase the overall level of interference of the lower level of measurement. In addition, it is difficult to ensure a dense and uniform pressing of the membrane on the entire surface of the cathode, therefore, the thickness of the electrolyte layer above the cathode will randomly change and change the background current level, and hence the noise level.
Имеется высокая инерционность датчика кислорода, вызванная большой величиной емкостного тока, которая, в свою очередь, прямо пропорционально зависит от рабочей площади массивного катода.There is a high inertia of the oxygen sensor caused by the large value of the capacitive current, which, in turn, is directly proportional to the working area of the massive cathode.
Техническим результатом изобретений является повышение быстродействия и точности измерения.The technical result of the invention is to increase the speed and accuracy of measurement.
Технический результат в способе измерения концентрации вещества, растворенного в жидкой среде, основанном на измерении тока первичного преобразователя амперометрического типа с проницаемой для растворенного вещества мембраной, размещаемого в анализируемой среде, достигается тем, что проводят, усредняя во времени измерения распределенного диффузионного тока ансамблем микроэлектродов, а геометрические размеры толщины мембраны, диаметра микроэлектродов и расстояние между ними выбирают, реализуя режим квазисферической диффузии с диффузионным слоем анализируемого вещества, не выходящим за пределы внешней поверхности мембраны и не перекрывая диффузионные слои каждого из микроэлектродов друг с другом.The technical result in a method for measuring the concentration of a substance dissolved in a liquid medium, based on measuring the current of a primary transducer of amperometric type with a membrane permeable to a dissolved substance, placed in the analyzed medium, is achieved by performing, averaging over time the measurements of the distributed diffusion current by an ensemble of microelectrodes, and the geometrical dimensions of the membrane thickness, the diameter of the microelectrodes and the distance between them are chosen by realizing the regime of quasispherical diffusion with diff fusion layer of the analyte, not extending beyond the outer surface of the membrane and not overlapping the diffusion layers of each of the microelectrodes with each other.
Технический результат в анализаторе измерения концентрации вещества, растворенного в жидкой среде, состоящем из первичного преобразователя амперометрического типа, соединенного с электронным измерительно-вычислительным блоком, достигается тем, что измерительный электрод первичного преобразователя амперометрического типа выполнен в виде ансамбля микроэлектродов, толщина мембраны и расстояние между микроэлектродами не менее чем на порядок больше диаметра микроэлектродов.The technical result in the analyzer for measuring the concentration of a substance dissolved in a liquid medium, consisting of an ammeter type primary transducer connected to an electronic measuring and computing unit, is achieved by the fact that the ammeter type primary measuring electrode is made in the form of an ensemble of microelectrodes, the membrane thickness and the distance between microelectrodes no less than an order of magnitude larger than the diameter of the microelectrodes.
Электронный измерительно-вычислительный блок содержит разъемы датчиков для подключения датчика кислорода, датчика температуры, датчика давления, выходы разъемов датчиков соответственно подключены ко входам первого согласующего устройства и второго согласующего устройства, выходы которых соответственно подключены ко входам двадцатичетырехразрядного сигма-дельта аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к микропроцессору, первый выход которого подключен к дисплею, первый вход микропроцессора подключен к клавиатуре; накопитель информации, вход-выход которого подключен к разъему, вход которого подключен к драйверу, вход которого подключен ко второму выходу микропроцессора, третий выход микропроцессора подключен также к памяти архива; световой сигнализатор, вход которого подключен к разъему сигнализатора, вход которого подключен к выходу драйвера сигнализатора, вход которого подключен к четвертому выходу микропроцессора; сетевой разъем, подключенный ко входу предохранителя, выход которого подключен ко входу источника питания, первый выход которого подключен ко входу прецизионного источника опорного напряжения, выход которого подключен ко входу двадцатичетырехразрядного сигма-дельта аналого-цифрового преобразователя, второй выход источника питания подключен ко второму входу микропроцессора.The electronic measuring and computing unit contains sensor connectors for connecting an oxygen sensor, a temperature sensor, a pressure sensor, the outputs of the sensor connectors are respectively connected to the inputs of the first matching device and the second matching device, the outputs of which are respectively connected to the inputs of a twenty-four-digit sigma-delta analog-to-digital converter, output which is connected to the microprocessor, the first output of which is connected to the display, the first input of the microprocessor is connected to the keyboards ur; information storage device, the input-output of which is connected to the connector, the input of which is connected to the driver, the input of which is connected to the second output of the microprocessor, the third output of the microprocessor is also connected to the archive memory; a light signaling device, the input of which is connected to the signaling device connector, the input of which is connected to the output of the signaling device driver, the input of which is connected to the fourth output of the microprocessor; network connector connected to the input of the fuse, the output of which is connected to the input of the power source, the first output of which is connected to the input of a precision reference voltage source, the output of which is connected to the input of twenty-four-digit sigma-delta analog-to-digital converter, the second output of the power source is connected to the second input of the microprocessor .
На фиг.1 изображен анализатор концентрации вещества, например кислорода, растворенного в жидкой среде, например воде.Figure 1 shows an analyzer of the concentration of a substance, such as oxygen, dissolved in a liquid medium, such as water.
На фиг.2 изображен чертеж в разрезе датчика кислорода и его вид сверху.Figure 2 shows a drawing in section of an oxygen sensor and its top view.
На фиг.3 изображен чертеж вида сверху ансамбля микроэлектродов датчика кислорода.Figure 3 shows a drawing of a top view of the ensemble of microelectrodes of the oxygen sensor.
На фиг.4 изображен чертеж в разрезе датчика кислорода.Figure 4 shows a drawing in section of an oxygen sensor.
На фиг.5 приведен алгоритм работы микропроцессора.Figure 5 shows the algorithm of the microprocessor.
Анализатор измерения концентрации вещества, растворенного в жидкой среде (фиг.1), состоит из первичного преобразователя амперометрического типа 1, соединенного с электронным измерительно-вычислительным блоком 2. Первичный преобразователь амперометрического типа 1 содержит датчик кислорода 3, датчик температуры 4, датчик давления 5.The analyzer for measuring the concentration of a substance dissolved in a liquid medium (Fig. 1) consists of a primary
Электронный измерительно-вычислительный блок 2 (фиг.1) содержит разъемы 6 датчиков для подключения датчика кислорода 3, датчика температуры 4, датчика давления 5 первичного преобразователя амперометрического типа 1, выходы разъемов 6 датчиков соответственно подключены ко входам первого согласующего устройства 7 и второго согласующего устройства 8, выходы которых соответственно подключены ко входам двадцатичетырехразрядного сигма-дельта аналого-цифрового преобразователя 9, выход которого подключен к микропроцессору 10, первый выход которого подключен к дисплею 11, первый вход микропроцессора подключен к клавиатуре 12. Электронный измерительно-вычислительный блок 2 также содержит накопитель информации 13, вход-выход которого подключен к разъему 14, например RS-232, вход которого подключен к драйверу 15, например RS-232, вход которого подключен ко второму выходу микропроцессора 10, третий выход микропроцессора подключен также к памяти архива 16. Электронный измерительно-вычислительный блок 2 также содержит световой сигнализатор 17, вход которого подключен к разъему сигнализатора 18, вход которого подключен к выходу драйвера сигнализатора 19, вход которого подключен к четвертому выходу микропроцессора 10. Электронный измерительно-вычислительный блок 2 также содержит сетевой разъем 20, на 220 В, 50 Гц, подключенный ко входу предохранителя 21, выход которого подключен ко входу источника питания 22, первый выход которого подключен ко входу прецизионного источника опорного напряжения 23, выход которого подключен ко входу двадцатичетырехразрядного сигма-дельта аналого-цифрового преобразователя 9, второй выход источника питания 22 подключен ко второму входу микропроцессора 10.The electronic measuring and computing unit 2 (Fig. 1) contains
Датчик кислорода (фиг.2, 3, 4) содержит катод 24 и массивный электрод-анод 25. Они закреплены на диэлектрическом основании 26, который, в свою очередь, установлен в корпусе 27 с помощью накидной шайбы 28. Электродная часть сверху закреплена в проницаемой для растворенного вещества, например кислорода, мембраной 29, под которой находится слой электролита 30. Герметизация области под мембраной 29 осуществляется резиновым кольцом 31, которое прижимается кольцом 32 с помощью гайки 33. Выходы анода 25 и катода 24 соединены с соответствующими проводами кабеля 34, который загерметизирован компаундом 35. Измерительный электрод-катод 24 выполнен в виде ансамбля микроэлектродов 24, толщина мембраны 29 и расстояние между микроэлектродами не менее чем на порядок больше диаметра микроэлектродов. Расстояние между микроэлектродами ансамбля 24 не менее, чем на порядок больше диаметра микроэлектродов, так как это условие является необходимым для реализации условия квазисферической диффузии вещества. Ансамбль микроэлектродов 24 - это равномерное размещение, например, дисковых микроэлектродов, например, диаметром 50 мкм по окружности заданного диаметра, например, равного 3 мм.The oxygen sensor (FIGS. 2, 3, 4) contains a
На фиг.3, 4 изображен чертеж вида сверху ансамбля микроэлектродов 24 и чертеж в разрезе датчика кислорода, где чувствительный элемент 36 датчика температуры размещен непосредственно рядом с датчиком кислорода 3, например на расстоянии 2 мм. Показано расстояние h - толщина слоя электролита в датчике кислорода 3, который составляет, например, 1 мкм.Figure 3, 4 shows a top view of the ensemble of
Рассмотрим осуществление способа измерения концентрации вещества, растворенного в жидкой среде, и работу анализатора, осуществляющего этот способ.Consider the implementation of the method of measuring the concentration of a substance dissolved in a liquid medium, and the operation of the analyzer that implements this method.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.
Первичный преобразователь амперометрического типа 1 устанавливают в анализируемую среду, электронный измерительно-вычислительный блок 2 подключают к напряжению сети 220 В, 50 Гц. Задают номинальное значение расхода анализируемой среды, например 5 дм3/час. Реализуют режим квазисферической диффузии анализируемого вещества, при котором диффузионный слой анализируемого вещества не выходит за пределы внешней поверхности мембраны 29 и не перекрывая диффузионные слои каждого из микроэлектродов ансамбля микроэлектродов 24 друг с другом. Данные условия обеспечиваются тем, что измерительный электрод в датчике вещества 3, например кислорода, выполнен в виде ансамбля микроэлектродов 24, толщина мембраны 29 и расстояние между микроэлектродами не менее чем на порядок больше диаметра микроэлектродов 24. Подают напряжение сети в электронный измерительно-вычислительный блок 2, при этом анализируемая среда задает условия для работы датчика кислорода 3, датчика температуры 4 и датчика давления 5. Далее устанавливают число точек усреднений показаний анализатора во времени, например от 5 до 10 точек, таким образом, задавая усреднение во времени измерений распределенного диффузионного тока ансамблем микроэлектродов. Последовательным увеличением числа точек усреднения добиваются устойчивых показаний прибора. Датчик температуры 4 и датчик давления 5 дают соответствующие поправки на показания прибора через микропроцессоры 10. Полная обработка поступающих данных осуществляется согласно алгоритму, приведенному на фиг.5. Финишным этапом работы анализатора является численное значение концентрации растворенного вещества, например кислорода в воде, индицируемое на дисплее 11 анализатора. Приведенный пример определения концентрации кислорода, растворенного в воде, тождественен измерению концентрации вещества, которое растворяется в жидкой анализируемой среде. При определении концентраций других веществ, растворенных в жидкой среде, датчик вещества будет соответствующим анализируемому веществу.The primary transducer of
Применение микроэлектродных ансамблей (МЭА) позволяет:The use of microelectrode ensembles (MEA) allows you to:
- лимитирующим фактором при использовании твердых электродов во всех быстропротекающих электрохимических процессах являются емкостные токи, токи заряжения и адсорбционные явления, при использовании МЭА они уменьшаются до незначительной величины, например до десятков пА;- the limiting factor when using solid electrodes in all fast-flowing electrochemical processes are capacitive currents, charging currents, and adsorption phenomena; when using MEA, they decrease to an insignificant value, for example, to tens of pA;
- позволяет проводить и появляется возможность проведения исследований в чистых растворителях и неводных средах, поскольку влияние сопротивления раствора становится пренебрежимо малым, и отпадает необходимость его компенсации, например в бензоле или толуоле;- allows you to conduct and there is the possibility of research in pure solvents and non-aqueous media, since the influence of the resistance of the solution becomes negligible, and there is no need for compensation, for example in benzene or toluene;
- скорость массопереноса к МЭА возрастает с уменьшением диаметра электрода и равновесное состояние устанавливается значительно быстрее, например за 10-100 нс;- the mass transfer rate to the MEA increases with decreasing electrode diameter and the equilibrium state is established much faster, for example, in 10-100 ns;
- позволяет уменьшить расход анализируемого вещества, например до единиц грамм в секунду;- allows you to reduce the consumption of the analyte, for example, to units of grams per second;
- позволяет уменьшить расход самой анализируемой жидкости, при этом существенно уменьшается неэффективные потери, поэтому возможно определение примесей в каплях растворов и микроэмульсиях;- allows to reduce the flow rate of the analyzed liquid itself, while ineffective losses are significantly reduced, therefore it is possible to determine impurities in solution drops and microemulsions;
- микроэлектродные системы и конструкции просты по конструктивно-технологическому использованию и легко реализуемы;- microelectrode systems and structures are simple in constructive and technological use and are easy to implement;
- удается уменьшить расход, особенно это важно при использовании материалов (Pt, Au) при создании конструкций, например до 0,01 г;- it is possible to reduce consumption, this is especially important when using materials (Pt, Au) when creating structures, for example, to 0.01 g;
- осуществить измерение в средах с низкой диэлектрической проницаемостью;- carry out measurement in environments with low dielectric constant;
- при высоких анодных или катодных потенциалах используемых электродов;- at high anodic or cathodic potentials of the electrodes used;
- в некоторых случаях МЭА позволяют регистрировать даже пики окисления инертных газов.- in some cases, MEA even detect peaks of inert gas oxidation.
Таким образом, МЭА при проведении аналитических работ выгодно применять при вольтамперометрии в анализируемых растворах с высоким сопротивлением и в чистых растворителях. При вольтамперометрии соединений, не проявляющих электрохимическую активность в обычных условиях. При определении как очень малых, например от нанограмм в 1 дм3, так и больших концентраций, например до единиц г/дм3. Использование микроэлектродного ансамбля позволяет существенно повысить чувствительность вольтамперных определений и достичь высокой чувствительности с хорошим соотношением сигнал/шум. Необходимо учесть, что эффективность работы МЭА также зависит от ширины и длины зазора между отдельными электродами. При соблюдении этих условий возможно электрохимическое определение следовых количеств вещества даже без добавки фонового электролита.Thus, when conducting analytical work, MEA is advantageously used for voltammetry in the analyzed solutions with high resistance and in pure solvents. With voltammetry of compounds that do not exhibit electrochemical activity under ordinary conditions. When determining both very small, for example from nanograms of 1 dm 3 , and large concentrations, for example, to units g / dm 3 . The use of a microelectrode ensemble can significantly increase the sensitivity of current-voltage determinations and achieve high sensitivity with a good signal to noise ratio. It should be noted that the efficiency of the MEA also depends on the width and length of the gap between the individual electrodes. Under these conditions, it is possible to electrochemically determine trace amounts of a substance even without the addition of a background electrolyte.
МЭА великолепно сочетаются с современными аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) со встроенными предусилителями для регистрации токов вплоть до уровня единиц пика ампер. Кроме того, применение микропроцессоров и ЭВМ позволяет регистрировать и обрабатывать результаты измерений, начиная от элементарного усреднения результатов отдельных отчетов и их статистической обработки до выявления на анализируемые процессы корреляционных факторов. На микроэлектродах быстро устанавливается квазисферическая диффузия, поэтому можно проводить измерения в интервале 10-100 нс. В отличие от стандартных электродов для МЭА устойчивые значения тока достигаются гораздо быстрее и при более высоких скоростях поляризации, достигающих, например, от 10 до 1000000 В/с.MEAs are perfectly combined with modern analog-to-digital converters (ADCs) with built-in preamplifiers for recording currents up to the level of peak amp units. In addition, the use of microprocessors and computers allows you to register and process the measurement results, starting from the elementary averaging of the results of individual reports and their statistical processing to identify correlation factors for the analyzed processes. On microelectrodes, quasispherical diffusion is quickly established, therefore, it is possible to carry out measurements in the range of 10-100 ns. Unlike standard electrodes for MEA, stable current values are achieved much faster and at higher polarization rates, reaching, for example, from 10 to 1,000,000 V / s.
Анализатор концентрации растворенного в жидкой среде, например, кислорода состоит из двух отдельных блоков - первичного преобразователя амперометрического типа 1, соединенного с электронным измерительно-вычислительным блоком 2. Первичный преобразователь амперометрического типа 1 преобразует информацию с датчика кислорода 3, с датчика температуры 4, с датчика давления 5. С целью уменьшения помех и повышения точности измерения электронный измерительно-вычислительный блок 2 располагается в непосредственной близости, например длина кабеля от датчиков составляет от 5 до 10 м. Первичный преобразователь амперометрического типа 1 передает текущую информацию с датчика кислорода 3, с датчика температуры 4, с датчика давления 5 электронному измерительно-вычислительному блоку 2. Электронный измерительно-вычислительный блок 2 производит статическую и математическую обработку полученных данных и выводит их на символьный жидкокристаллический дисплей 11 в удобном для пользователя виде. Полученные данные привязываются к реальному времени и архивируются в энергонезависимой памяти архива 16. Они могут быть просмотрены на дисплее 11, распечатаны на принтере или переданы в компьютер. Электронный измерительно-вычислительный блок 2 содержит высокоточный двадцатичетырехразрядный сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь 9 - AD7714 и прецизионный источник опорного напряжения 23 - ADR421 фирмы Analog Devices, микропроцессор 10 - PIC16F628 фирмы Microchip и первое согласующее устройство 7 и второе согласующее устройство 8. Первичный преобразователь амперометрического типа 1 передает аналоговые сигналы с датчиков. Электронный измерительно-вычислительный блок 2 считывает эту информацию, проводит первичную фильтрацию и переводит в цифровую форму информацию с датчика кислорода 3, датчика температуры 4, датчика давления 5. Данный блок также выводит информацию на дисплей 11, передает информацию на накопитель 13, на световой сигнализатор 17 или на компьютер по каналу RS-232. Электронный измерительно-вычислительный блок 2 состоит из мощного процессора, например - AT90MEGA161 и содержит энергонезависимую память AT45DB041B фирмы ATMEL, часы реального времени DS1307 фирмы DALLAS SEMICONDUCTOR, жидкокристаллический дисплей и клавиатуру. Электронный измерительно-вычислительный блок 2 имеет два независимых канала RS-232 и параллельный порт для внешнего принтера. Через соответствующие согласующие схемы электронного измерительно-вычислительного блока 2 обменивается информацией с первичным преобразователем 1 амперометрического типа, с внешним компьютером и с внешним принтером.The analyzer of the concentration of oxygen dissolved in a liquid medium, for example, consists of two separate units - an
Функциональные возможности анализатора позволяют индицировать текущую информацию с датчика кислорода 3, с датчика температуры 4, с датчика давления 5 на дисплее 11, вести отсчет реального времени на дисплее 11, вести архив данных измерений в установленной форме в памяти архива 16, пользователь имеет возможность просмотреть данные измерений из памяти архива 16 на дисплее 11, распечатать эти данные из памяти архива 16 с выбранной даты на внешнем принтере, передать данные во внешний компьютер. Анализатор позволяет проведение калибровки датчика кислорода 3, задание интервала времени архивации памяти архива 16, установить текущее временя на дисплее 11, провести самодиагностику и вывести результаты на дисплей 11. Клавиатура 12 имеет три кнопки: «Выбор ПП» - выбор подпрограммы работы, «Режим» - выбор режима работы, «Ввод» - ввод. Основными режимами работы анализатора являются: измерение, просмотр памяти архива, печать памяти архива 16, калибровка датчика кислорода 3, датчика температуры 4, датчика давления 5, ввод параметров. Переход из режима в режим осуществляется нажатием кнопки «РЕЖИМ», вход в режим, - кнопкой «ВВОД». Переход между подпрограммами режима осуществляется кнопкой «ВЫБОР ПП». После входа в режим кнопкой «РЕЖИМ» осуществляется перебор возможных значений параметров. Во всех режимах происходит самодиагностика исправности анализатора и возможен обмен информацией с микропроцессором 10 и первичным преобразователем 1 амперометрического типа.The analyzer’s functionality allows to display current information from the oxygen sensor 3, from the
Рассмотрим режимы работы анализатора. Режим «измерение» - основной режим работы анализатора. На дисплее 11 в первой строке отображается концентрация кислорода, во второй - температура и давление или текущая дата и время. Размерность параметров и вид индикации задается в режиме ввода параметров. Кнопкой «выбор ПП» можно переключить состояние второй строки на другой параметр. Обновление информации на дисплее 11 происходит каждую, например один раз в секунду.Consider the modes of operation of the analyzer. The "measurement" mode is the main mode of the analyzer. On the
Режим «просмотр памяти архива» служит для просмотра записей из памяти архива 16 на дисплее 11. Кнопкой «ВВОД» осуществляется переход к предыдущей строке памяти архива. Кнопкой «выбор ПП» осуществляется выбор индицируемого параметра. В первой строке дисплея 11 отображается концентрация кислорода или температура и давление, во второй - текущая дата и время.The “view archive memory” mode is used to view records from
Примерный вид распечатки: Протокол архива параметров за 12.08.09 г. Анализатора процентного содержания кислорода. Распечатано 12.08.09 г.An approximate printout: Protocol of parameters archive for 08/12/09. Oxygen percentage analyzer. Printed on August 12, 2009
Таким образом выглядит сводная таблица анализатора, распечатанная из Режима «Печать памяти архива», которая служит для вывода информации из памяти архива на внешний принтер.Thus, the analyzer pivot table printed from the "Print archive memory" mode looks like this, which is used to output information from the archive memory to an external printer.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009146266/28A RU2420731C1 (en) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Method of measuring concentration of substance dissolved in liquid medium and analyser for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009146266/28A RU2420731C1 (en) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Method of measuring concentration of substance dissolved in liquid medium and analyser for realising said method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2420731C1 true RU2420731C1 (en) | 2011-06-10 |
Family
ID=44736744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009146266/28A RU2420731C1 (en) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Method of measuring concentration of substance dissolved in liquid medium and analyser for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2420731C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2790202C1 (en) * | 2021-12-29 | 2023-02-15 | Общество с ограниченной ответственностью "СервисНефтеПроект" | Method for continuous monitoring of the water content in boiling water-oil and hydrocarbon-water emulsions of natural and anthropogenic origin |
-
2009
- 2009-12-14 RU RU2009146266/28A patent/RU2420731C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Синицин В.П. и др. Автоматический анализатор микроконцентраций кислорода в питательной воде электростанций. Энергетик. 1987, №6, с.10-11. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2790202C1 (en) * | 2021-12-29 | 2023-02-15 | Общество с ограниченной ответственностью "СервисНефтеПроект" | Method for continuous monitoring of the water content in boiling water-oil and hydrocarbon-water emulsions of natural and anthropogenic origin |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3098813A (en) | Electrode | |
| Inoue et al. | LSI-based amperometric sensor for bio-imaging and multi-point biosensing | |
| US3718568A (en) | Electrochemical sensor instrumentation | |
| US9632053B2 (en) | Analyte sensing device | |
| US4473458A (en) | Ion measuring device with self-contained storage of standardizing solution | |
| US20060180479A1 (en) | Method, system and device for obtaining electrochemical measurements | |
| Schöning et al. | Development of a handheld 16 channel pen-type LAPS for electrochemical sensing | |
| CN113588753A (en) | Ion selective electrode current detection method | |
| Cardwell et al. | A multi-ion sensor cell and data-acquisition system for flow injection analysis | |
| Singh et al. | Voltammetry based handheld measurement system for soil pH | |
| CN102095782B (en) | Gas on-line detection device based on micro-nano carbon nano tube film three-electrode | |
| Gardner et al. | Development of a microelectrode array sensing platform for combination electrochemical and spectrochemical aqueous ion testing | |
| Huck et al. | Combined amperometric/field-effect sensor for the detection of dissolved hydrogen | |
| RU2420731C1 (en) | Method of measuring concentration of substance dissolved in liquid medium and analyser for realising said method | |
| KR101404666B1 (en) | Portable Analyzer for Hydronic nutrients | |
| Giagkoulovits et al. | Hybrid amperometric and potentiometrie sensing based on a CMOS ISFET array | |
| US8382974B2 (en) | Sensor to measure a concentration of alkali alcoholate | |
| CN103018295A (en) | Constant-potential solid pH detector | |
| CN102160472A (en) | Modulating polarization voltage of amperometric sensors | |
| CN202956358U (en) | Potential of hydrogen (PH) detector | |
| CN203606314U (en) | Ion electrode structure | |
| CN102095792B (en) | Online gas detection device based on carbon-nano-tube membrane micron-nano electrode | |
| KR100328979B1 (en) | Multi-channel apparatus for measuring pH/Ion | |
| CN201903525U (en) | Biological sensing test instrument and biological sensing test system | |
| CN202614720U (en) | Double-passage oxygen analysis instrument |