SU1017992A1

SU1017992A1 - Device for automatic checking of electrolyte concentration

Info

Publication number: SU1017992A1
Application number: SU813413610A
Authority: SU
Inventors: Петр Иванович Стальнов; Виктор Сергеевич Прохоров; Михаил Васильевич Кулаков
Original assignee: Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химического Машиностроения
Priority date: 1981-11-26
Filing date: 1981-11-26
Publication date: 1983-05-15

Abstract

1. one.

Description

со СОwith CO

2. Устройство по п. 1, о т л ичающеес тем, что величину эталонного сопротивлени R выбирают из услови 2. The device according to claim 1, wherein the value of the reference resistance R is chosen from the condition

7V т Т7V t T

X) X)

Vnn)Vnn)

S (tS (t

S и Р - площадь поперечного сечени канала и рассто ние между потенциальHbi OT электродами ; S and Р are the cross-sectional area of the channel and the distance between the potential of Hbi OT electrodes;

ге (t.n.) удельна электропроводat (C) ность электролита с концентрацией X при температуре его кипени и при начальной температуре , т.е. до проведени измерений..ge (t.n.) is the specific electrical conductivity (C) of the electrolyte with concentration X at its boiling temperature and at the initial temperature, i.e. before measurement ..

Изобретение относитс к контроль измерительной технике и может приме н тьс в различных отрасл х промышленности , например химической, дл анализа бинарных растворов электроЛИТОЕ . Известно устройство дл автомати ческого контрол концентрации: элек ролитов , содержащее источник питани канал с электродами, датчик темпера туры, измеритель температуры и изме рительную схему 1. Однако это устройство непригодно дл точного определени концентрации электролитов, температура которых измен етс в широких пределах. Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл автоматического контрол конце1|,трации электролитов , содержащее,электролитическую чейку, выполненную в виде канала из диэлектрика, в который помещен датчик температуры, соединенный с измерителем температуры, причем канал соедин ет две имеющие штуцеры дл заполнени канала электролитом камеры, кажда из которых снабжена. электродом, и эти электроды через ключ подключены к источнику питани при этом выход измерител температуры соединен со входом измерител интервала времени, входом блока управлени , выход которого подключен к ключу, а также со входом задатчика тока, выход которого соединен с вхо источника электрической энергииС Однако в этом устройстве нельз точно определ ть концентрацию, если темпепртура анализируемого электролита измен етс в широких пределах и, кроме того, нельз выбором параметров уменьшающегос по экспоненциал закону тока уменьшить вли ни нестабильности температуры кипени электролита.на точность преобразовани его концентрации в интервале вре мени. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство, содержащее электролитическую чейку, выполненную в виде канала из диэлектрика, в который помещен датчик температуры, соединенный с измерителем температуры, причем канал соедин ет две имеющие штуцеры дл заполнени канала электролитом камеры, кажда из которых снабжена электродом, и эти электроды через ключ подключены к источнику питани , при.этом выход измерител температуры соединен со входом измерител интервала времени, входом блока управлени , выход которого подключен к ключу, а также со входом задатчика тока, выход которого соединен с входом источника питани , введены эталонное сопротивление, два потенциальных электрода, расположенных в канале, и блок сравнени , причем эталонное сопротивление включено последовательно с электролитической чейкой, а его выводы подключены, к одному входу блока сравнени , к другому рходу которого подсоединены потенциальные электроды, а выход блока сравнени соединен со вторым :входом блока управлени , второй (ВЫХОД которого подключен ко второму ;входу источника электрической энерirHH ,и со вторым входом измерител интервала времени. Величину эталонного сопротивлени R.выбирает из услови - - 5 )- S «(н;) где 5 и е - площадь поперечного сечени канала и рассто ние между потенциальными электродами; Ж (tjjHn/) удельна электропроводHae (, X) ность электролита с концентрацией х при температуре его кипени и при начальной температуре , т.е. до проведени измерений.The invention relates to the control of measurement technology and can be used in various fields of industry, for example, the chemical industry, for analyzing binary solutions of electrolyte. A device for automatic monitoring of concentration is known: electrolytes, which contains a power source channel with electrodes, a temperature sensor, a temperature meter and a measuring circuit 1. However, this device is unsuitable for accurately determining the concentration of electrolytes, the temperature of which varies over a wide range. The closest to the present invention is a device for automatically controlling the end of an electrolyte traction, comprising an electrolytic cell made in the form of a dielectric channel in which a temperature sensor is connected to a temperature meter, and a channel connects two having fittings to fill the channel with electrolyte cameras, each of which is equipped. the electrode, and these electrodes are connected via a switch to a power source, the output of the temperature meter is connected to the input of the time interval meter, the input of the control unit whose output is connected to the key, as well as the input of the current setting device, the output of which is connected to the input of the electric power source. This device cannot accurately determine the concentration if the temperature of the analyzed electrolyte varies within wide limits and, moreover, it is not possible to select parameters that decrease according to the exponential current law enshit effect the boiling point of instability elektrolita.na precision converting its concentration in the time intervals does. This goal is achieved in that a device containing an electrolytic cell made as a channel from a dielectric, into which is placed a temperature sensor connected to a temperature meter, the channel connecting two having nipples to fill the channel with electrolyte chambers, each of which is equipped with an electrode and these electrodes are connected via a switch to a power source; the output of the temperature meter is connected to the input of the time interval meter, the input of the control unit, the output of which is connected to the key A reference resistance, two potential electrodes located in the channel, and a comparison unit are added to the input of the current setting device, the output of which is connected to the input of the power supply. The reference resistance is connected in series with the electrolytic cell and its terminals are connected to one input of the unit. comparison, to the other terminal of which potential electrodes are connected, and the output of the comparison unit is connected to the second: the input of the control unit, the second (the OUTPUT of which is connected to the second; the input of the electrical source enerirHH minutes, and the second input meter interval. The value of the reference resistance R. selects from the condition - - 5) - S "(n;) where 5 and e is the cross-sectional area of the channel and the distance between the potential electrodes; Ж (tjjHn /) is the specific electric wire Hae (, X) of the electrolyte with a concentration x at its boiling temperature and at the initial temperature, i.e. before measurement.

Выход источника электрической энергии 1 через ключ 2 и эталонное сопротивлен1-4.е 16 соединен с злектро дами 3 и 4, Электроды помещены в камеры 5 и 6, которые имеют штуцеры 7 rf- 8 дл заполнени канала 9 анал и э Иру емым э ле кгг роли т ом. Каме ры 5 и б coeди1 eны собой каналом 9, в который пометен датчик температуры 10,. соединенный с измерителем, температуры 11. Выход измерител температуры соединен с одним входом измерител интервала времени 12, одним входом блока управлени 13 и входом задатчика тока 14, Выход блока сравнени 15 соединен с. другим входом блока управлени 13 и. другим входом измерител интервала времени 12. К одному входу блока сравнени 15 подключены выводы эталонного сопротивлени 16, а к другому - потенциальные электроды 17 и 18, которые помещены в канал 9. Выход задатчика тока 14 подключен к .одному входу источника, электрической энергии 1, к другому входу .которого подключен блок управлени 13, второй выход кЪторого соединен с ключом 2. The output of the source of electrical energy 1 through the key 2 and the reference resistor 1-4.e 16 is connected to electrodes 3 and 4, the electrodes are placed in chambers 5 and 6, which have 7 rf-8 sockets for filling channel 9 analog and kgg role t om. Cameras 5 and 6 coefficients are channel 9 into which temperature sensor 10 is tagged. connected to the meter, temperature 11. The output of the temperature meter is connected to one input of the time interval meter 12, one input of the control unit 13 and the input of the current generator 14, the output of the comparison unit 15 is connected to. another input of the control unit 13 and. the other input of the time interval meter 12. The outputs of the reference resistance 16 are connected to one input of the comparator unit 15, and the potential electrodes 17 and 18, which are placed in channel 9, are connected to the other. The output of the current generator 14 is connected to the single input of the source, electrical energy 1, To the other input of which the control unit 13 is connected, the second output of the second is connected to the key 2.

Устройство работает следующим образомThe device works as follows

Канал 9 через штуцеры 7 и 8 в камерах 5,и б заполн ют анализируг емым электролитом,емпература которого .измер етс датчиком 30 и измерителем температуры 11. Если температура электролита окажетс ниже заданной температуры, которую заведо МО выбирают вы1г1е возможной температуры анализируемого электролита и окружающей среды, то измеритель температуры выдает сигнал на блок управлени 13, KOTOpbift закикает ключ 2Channel 9 through fittings 7 and 8 in chambers 5, and b is filled with the analyzed electrolyte, the temperature of which is measured by the sensor 30 and the temperature meter 11. If the electrolyte temperature is below a predetermined temperature, the MO unit chooses the highest possible temperature of the electrolyte being analyzed and the surrounding environment, the temperature meter generates a signal to the control unit 13, KOTOpbift pokes key 2

При TeMnepaiype электролитаWith teMnepaiype electrolyte

. /. /

где - среднее значение температуры электролита из значений, которые она может при.нимать,where - the average value of the temperature of the electrolyte from the values that it can take.

4 диапазон возможных изменений температуры электролита ,4 the range of possible changes in the temperature of the electrolyte,

в течение времени , где t момент поступлени импульса запроса на блок управлени на проведение измерени ;12 - фиксированное врем , через электролит протекает максимальн ток / а интервал времени Л «- обеспечиваетс блоком управлени 13 такой длительности, чтобы нагрева ние электролита током источни ка электрической энергии 1 не было выше температуры t + л, в момент времени Ту по сигналу с блока |управлени 13 ток через электролит прекращаетс и за врем 4С Т, - f, , during the time, where t is the moment when the request to the control unit for measurement is received; 12 is a fixed time, the maximum current flows through the electrolyte / and the time interval L "is provided by the control unit 13 of such duration that the heating of the electrolyte by the source of electric energy 1 was no higher than the temperature t + l, at the time T of the signal from the control unit 13, the current through the electrolyte also stopped during 4C T, - f,,

где Tj фиксированное врем , ратура датчика температуры 10 приб- .лижаетс к температуре электролита, при этом эти температуры сравнивают й через бесконечно большое врем , однако при заданной допустимой омибке измерени температуры можно показать что врем переходного процесса минимально по сравнению с другими видами управлени , в момент времени tj через электролит по команде с блока управлени 13 от источника электрической , энергии 1 начинает протекать ток 3 макс величину которого выбирают из услови допустимой динамической составл ющей погрешности определени заданной температуры t. из-за инерционности датчика температуры .where Tj is a fixed time, the temperature of the temperature sensor 10 approaches the temperature of the electrolyte, while these temperatures are compared after an infinitely long time, however, for a given allowable temperature measurement, it can be shown that the transition time is minimal compared to other types of control, time tj through the electrolyte at the command of the control unit 13 from the source of electrical energy 1, a current 3 begins to flow; its maximal value is chosen from the condition of admissible dynamic components It has an error in determining the set temperature t. due to the inertia of the temperature sensor.

При температуре электролитаAt electrolyte temperature

А. 2A. 2

t tcp +t tcp +

блок управлени обеспечивает отисточника энергии ток. Через электроли ток 3 протекает до тех пор, пока на .выходе измерител температуры 11 не по витс сигнал, сигнализирующий о достижении электролитом заданной температуры . В этот момент ток 3 прекращаетс и задатчик тока 1-4 обеспе чивает поотекание чеоез электролит от источника электрической энергии 1 тока, сила которого уменьшаетс по экспоненциальному закону.the control unit provides a source of energy current. A current 3 flows through the electrolytes until at the output of the temperature meter 11 there is no signal indicating that the electrolyte has reached a predetermined temperature. At this moment, the current 3 is stopped and the current setting device 1-4 ensures the flow of the electrolyte from the electric power source 1 of the current, the power of which decreases exponentially.

Начинаетс измерение времени с помощью измерител временного интервала 12.The time measurement is started with the aid of the time interval meter 12.

Изменение времени идет до тех пор пока падение напр жени на эталонно сопротивлении 16 величинойThe time change goes on as long as the voltage drop on the reference resistance is 16

U R,,:,(I)U R ,,:, (I)

I станет равным .паденчю напр жени на объеме электролита между потенциальными электродами 17 и 18I will become equal to the voltage across the volume of the electrolyte between the potential electrodes 17 and 18

и L 1 р2 5 5e(t,X) оand L 1 p2 5 5e (t, X) o

Е - рассто ние между потенциальными электродами,E is the distance between potential electrodes,

S - площадь поперечного сечени канала;S is the cross-sectional area of the channel;

d - удельна электропроводность, электролита, т.е. когдаd is the specific conductivity of the electrolyte, i.e. when

1 one

эт 5 ae{t,x; 5 ЗСЯАfl 5 ae {t, x; 5 JANA

В этот момент времени блок сравнени 15 вырабатывает сигнал, по ко торому измеритель временного интервала 12 прекращает счет времени, а блок управлени 13 размыкает ключ 2, Электролит начинает охлаждатьс . При достижении электролитом заданной температуры процесс измерени повторитс . После определени концентрации одЧой пробы электролита его замен ют новой.At this point in time, the comparison unit 15 generates a signal over which the time interval meter 12 stops counting time, and the control unit 13 opens the key 2, the electrolyte begins to cool. When the electrolyte reaches a predetermined temperature, the measurement process will repeat. After determining the concentration of a single electrolyte sample, it is replaced by a new one.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет следующие преимуществ-а; нагревание электролита до заданной температуры, когда в течение переходного процесса сила тока ступенчато измен етс по командам с блока управлени и на определенном интервале времени принимает свое максимашьное значение, обеспечивает минимум отклонени температуры электролита от заданного значени п{5и этом обеспечиваетс минимальное врем переходного процесса и максимальна скорость нагревани , что обепечивает меньшую по сравнению с прототипом неравномерность распределени температуры по длине канала иThe proposed device in comparison with the prototype has the following advantages-a; heating the electrolyte to a predetermined temperature, when during the transient process the current strength varies stepwise according to commands from the control unit and at a certain time interval takes its maximum value, ensures the minimum deviation of the electrolyte temperature from the predetermined value n {5 and this ensures the minimum transient time and maximum heating rate, which ensures less uneven distribution of temperature compared to the prototype along the length of the channel and

повышает оточность определени конценincreases edema determination

рации даже при больших колебани х температуры анализируемого электролита , включение электролитической чейки последовательно с эталонным сопротивлением, т.е. при применении нагревающего тока дл формировани напр жени , функционально св занного с изменением удельной электропроводности электролита, и опорного напр ,жени позвол ет устранить мультипликативную составл ющую погрешности, (обусловленную нестабильност ми величины опорного напр жени и силы нарреваю1цего электролит тока, а также исключить вли ние нестабильности температуры кипени электролита.even with large fluctuations in the temperature of the electrolyte under analysis, the inclusion of an electrolytic cell in series with the reference resistance, i.e. when applying heating current to form a voltage, functionally associated with a change in the electrical conductivity of the electrolyte, and the reference voltage, it eliminates the multiplicative component of the error (due to instabilities of the reference voltage and the strength of the electrolyte electrolyte current, as well as eliminate the effect instability of the boiling point of the electrolyte.

Кроме того, вли ние неточного определени момента равенства падений напр жени на эталонном сопротивлении и на объеме электролита между Q потенциальньгми электродами, напри-мер , из-за наличи , порога чувствитель ности блока сравнени или из-за пол ризаци потенциальных электродов на точность,определени концентрации In addition, the effect of inaccurate determination of the moment of equality of voltage drops on the reference resistance and on the electrolyte volume between Q potential electrodes, for example, due to the presence of a threshold of sensitivity of the comparator unit or due to polarization of potential electrodes on accuracy, concentration

45 Можно уменьшить путем выбора параметров уменьшающегос по экспоненциальному закону тока или величины эталонного сопротивлени , чего нельз добитьс в прототипе. 45 It is possible to reduce by selecting the parameters of the current reduced by the exponential law or the value of the reference resistance, which cannot be achieved in the prototype.

В устройстве удаетс выбором параметров нагревающего тока и температурных пределов нагревани путем выбора величины эталонного сопротивлени уменьшить составл ющую погрешности, обусловленную неточным определением верхней границы температурного интервала нагревани . Эта отличительна особенность предлагаемого устройства позвол ет повысить точность определени концентрации по сравнению с прототипом.In the device, it is possible to select heating current parameters and temperature limits of heating by choosing the value of the reference resistance to reduce the error component due to inaccurate determination of the upper limit of the temperature range of heating. This distinctive feature of the proposed device allows to increase the accuracy of determining the concentration in comparison with the prototype.

Экспериментальную проверку устроства проводили при оппепр-п нии концентрации азотной кислоты. Установлено , что при нагревании 55 вес.% HNOj от tJ.д- 60° С до момента достижени ее удельной электропроводностью заданного посто нного уровн , который устанавливаетс выбором величины эталонного сопротивлени , и при интервале неопределенности температуры, соответствующей этому значению удельной электропроводности, Д12 2,54 град который сохран етс посто нным и при нагревании кислоты до температуры кипени и характеризуетс интервал неопределенности температуры кипени , удаетс обеспечить при нагревании неизменным во времени током , т.е. при d О, абсолютную погрешность определени концентрации в 2,48.раза меньшую, чем при нагревании до температуры кипени . При нагревании же электролита уменьшающимс по экспоненциальному закону током эта разница увеличиваетс по мере увеличени коэффициента ё , и дл d выполнении условиExperimental testing of the device was carried out at the concentration of nitric acid. It has been found that by heating 55 wt.% HNOj from tJ.d- 60 ° C until its specific electrical conductivity reaches a predetermined constant level, which is established by choosing the value of the reference resistance, and with the temperature uncertainty interval corresponding to this specific conductivity, D12 2 , 54 degrees, which remains constant even when the acid is heated to the boiling point and is characterized by an interval of uncertainty in the boiling point, can be ensured by heating with a constant current over time, .e. with d 0, the absolute error in determining the concentration is 2.4 times less than when heated to the boiling point. When the electrolyte is heated by an exponentially decreasing current, this difference increases as the coefficient g increases, and for d the condition

1-9 м 1-9 m

VAVA

SVa 2 3-10SVa 2 3-10

она уже состав л ет 4 ,67 раза.it is already 4, 67 times.

Сопоставление полученных результатов показывает, что точность определени концентрадии с помоишю предлагаемрго устройства выше,.чем с помощью прототипа.A comparison of the obtained results shows that the accuracy of the determination of the concentration with the help of the proposed device is higher than with the help of the prototype.