способ контроля параметров жидких сред

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ СРЕД, основанный на измерении электрохимических потенциалов среды посредством размещенных в ней ион-селективных датчиков и определении по из показаниям рХ раствора или концентрации ионов в нем с последующей регистрацией результатов, отличающийся тем, что сигнал с каждого датчика усиливают в K₁ раз, измеряют через заданные промежутки времени приращения усиленного сигнала, которые последовательно сравнивают с первым допуском, при величине приращения, равной или меньшей первого допуска, фиксируют значение отсчета и вычитают его из усиливаемого сигнала, полученный разностный сигнал усиливают в K₂ > K₁ раз, осредняют m отсчетов, выбранных на скользящем временном интервале заданной длительности, и определяют приращение осредненных сигналов от интервала к интервалу, последовательно сравнивают полученные приращения с вторым допуском, при величине приращения, равной или меньшей второго допуска, измеряют текущее значение усиленного в K₂ раз разностного сигнала, которое после деления на коэффициент K₂ суммируют с зафиксированным ранее отсчетом усиленного в K₁ раз сигнала, и суммарный сигнал регистрируют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области исследования жидких сред и может быть использовано при проектировании устройств для определения как степени, так и природы загрязнения природных и сточных вод. В связи с актуальностью данной проблемы ее решению посвящено большое количество работ как в теоретическом плане, так и в виде практических технических решений.

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что общей тенденцией в развитии методов анализа природных и сточных вод является обеспечение непрерывности и оперативности контроля, расширение круга определяемых веществ, автоматизация процесса анализа и обеспечение высокой чувствительности, т.е. низких пределов обнаружения.

В большинстве известных технических решений в основу положены измерение различных параметров воды, в частности рН, электропроводности, радиоактивности, мутности, содержания растворенного кислорода, хлоридов, цианидов, тяжелых металлов и т.д. посредством размещения в исследуемой среде соответствующих датчиков (первичных преобразователей), обработка показаний датчиков с целью извлечения из нее полезной информации, сравнение полученных результатов с допустимым уровнем и документирование.

Одной из важнейших задач является повышение чувствительности в широком диапазоне значений концентрации веществ в воде. Для повышения чувствительности широко применяется способ пропускания контролируемой воды через сорбционный элемент в течение определенного времени для накопления в нем даже малых доз загрязнения до степени, когда даже датчики с невысокой чувствительностью фиксируют факт загрязнения. Однако эти способы неоперативны.

Широко распространены способы контроля жидких сред, основанные на измерении электрохимических потенциалов среды посредством ион-селективных датчиков. В частности, известен способ контроля жидких сред с помощью иономера И-140, в котором с целью повышения точности измерения осуществляются автоматическая подстройка нуля и устранение собственного дрейфа, автоматическое определение крутизны рХ в области независимого от температуры сигнала, вычисление рХ, Сх, автоматическая фиксация установившихся значений и введение в оперативную память параметров раствора [1]

Известен также способ контроля жидкости, реализованный в многоканальных потенциометрических анализаторах АСКП-И и АСКПВ-И-Г, в соответствии с которым осуществляется измерение электрохимических потенциалов жидкости, обработка информации с целью извлечения из показаний полезной информации, хранение и регистрация физико-химических показателей поверхностных вод [2]

Приведенным аналогам присущ общий недостаток, заключающийся в высоком пределе обнаружения загрязнения вследствие низкой чувствительности.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ [3] в соответствии с которым с помощью ион-селективных датчиков измеряют электрохимические потенциалы проб среды на содержание в ней различных видов ионов, например рК, рСа, pNa, pCl и т.д. затем с помощью запомненных данных градуировочного графика производят расчет и вывод на печать рХ раствора или концентрации ионов в нем. Кроме того, способ позволяет производить измерение потенциалов в заданные моменты времени.

Прототипу присущи недостатки, заключающиеся в ограниченном диапазоне линейного преобразования сигналов с датчиков, а также недостаточно точной фиксации момента выхода датчиков на режим достоверного измерения.

От указанного недостатка в значительной степени свободен предлагаемый способ, сущность которого заключается в том, что по способу контроля жидких сред, основанному на измерении электрохимических потенциалов среды посредством размещенных в ней ион-селективных датчиков и определении по их показаниям рХ раствора или концентрации ионов в нем с последующей регистрацией результатов, сигнал с каждого датчика усиливают в К₁ раз, определяют через данные промежутки времени приращения усиленного сигнала, которые последовательно сравнивают с первым допуском, при величине приращения, равной или меньшей первого допуска, фиксируют значение отсчета и вычитают его из усиливаемого сигнала, полученный разностный сигнал усиливают в К₂> К₁ раз, берут на скользящем временном интервале заданной длительности m отсчетов, осредняют их и определяют приращение осредненных сигналов от интервала к интервалу, последовательно сравнивают полученные приращения с вторым допуском, при величине приращения, равной или меньшей второго допуска, измеряют текущее значение усиленного в К₂ раз разностного сигнала, которое после деления на коэффициент К₂ суммируют с зафиксированным ранее отсчетом усиленного в К₁ раз сигнала, и суммарный сигнал документируют.

Благодаря указанному двойному преобразованию выходных сигналов ион-селективных датчиков, включающему усиление прямого и разностного сигналов, определение их приращений, сравнение последних с порогами (допусками), выбранными из условия обеспечения заданной чувствительности измерения, обеспечивается точная фиксация моментов выхода сигналов датчиков на установившийся режим и соответственно повышается достоверность результатов измерения в широком диапазоне изменения входных сигналов.

На фиг. 1 приведена структурная схема для осуществления способа; на фиг. 2 графическая иллюстрация процедуры преобразования сигнала.

СигналыЕ_вхin с блока 1 датчиков поступают на коммутатор 2, управляемый блоком 3 управления. Коммутатор выдает сигнал с выбранного датчика на усилитель 4, где он усиливается с коэффициентом К₁ и далее выдается на измеритель 5 приращений. Коэффициент К₁ выбирают преимущественно в пределах 2,5-10. Измеритель 5 по сигналам ТИ (тактовые импульсы) с блока 3 производит отсчеты текущих значений К₁ЕK₁E и т.д. сигнала и путем попарного сравнения смежных отсчетов определяет приращения E-E

которые в пороговом блоке 6 сравниваются с первым заданным допуском Е_iт. Величину первого допуска выбирают из условия нахождения усиленного разностного сигнала в линейной зоне усилителя. Преимущественно величина первого допуска составляет 10-100 мВ. В момент, когда приращение равно или меньше значения допуска, в блоке 7 фиксируется отсчет сигнала K₁E_вxinop, который в блоке 8 вычитается из текущего значения сигнала с усилителя 4.

Разностный сигнал усиливается усилителем 9 в К₂ раз, и результирующий сигнал, равный l_i= K₂ K₁ ( E_{вх i} E_{вх in+k}), поступает на измеритель 10, в котором по тактовым импульсам с блока 3 производятся отсчеты текущих значений (см. точку а на фиг. 2), которые выдаются в блок 11 определения среднего. Коэффициент К₂ выбирают преимущественно в пределах 2,5-10 от значения коэффициента К₁.

В блоке 11 из отсчетов формируются сдвигаемые во времени на период следования импульсов ТИ группы из m отсчетов, которые осредняются по правилу

l_im= l_i

l_im+1= l_i и т.д.

Затем путем последовательного попарного сравнения осредненных сигналов определяют приращения l_in+1-l которые сравниваются в пороговом блоке 12 с вторым допуском Е_п, выбранным из условий обеспечения заданной чувствительности.

В момент достижения приращением значения допуска (см. точку 3 на фиг. 2) в блоке 13 фиксируются значения разностного сигнала с измерителя 10.

В блоке 15 этот сигнал после его деления на К₂ в делителе 14 суммируется с сигналом, зафиксированным в блоке 7, и суммарный сигнал документируется в блоке 16.

На предприятии-заявителе в соответствии с изобретением был изготовлен и испытан иономер ИОН-1, в котором частота тактовых импульсов равна 10 Гц, период скользящего интервала составлял 1 с, первый допуск равен 20 мВ, второй 10 мВ, значения К₁ и К₂ равны соответственно 5 и 20. Испытания прибора подтвердили возможность достижения технического эффекта.

Предлагаемый способ сравнительно легко может быть реализован в производстве, что характеризует объект изобретения как промышленно применимый.