Способ определения концентрации водного раствора этанола

 

Использование: для измерения состава и свойств жидких сред. Сущность изобретения: помещают раствор в датчик, представляющий собой отрезок длинной линии, воздействуют на него электрическим импульсом калиброванной длительности в замкнутом контуре, уменьшают длительность импульса при каждом цикле его прохождения через раствор на величину времени задержки импульса, проходящего через раствор, и определяют концентрацию водного раствора по числу циркуляции введенного импульса до его полного исчезновения . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (19) (!!) (si)s 6 01 N 33/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4795562/13 (22) 26.02.90 (46) 30.05,92. Бюл. М 20 (71) Винницкий политехнический институт (72) Ю.А.Скидан, С.Г,Кривогубченко, E.E.ÄMèòðèåâ. Н.Н.Компанец, B.Ã.Ëûñîrîð и Д.Ю.Павлов (53) 663.5.002.56(088.8) (54) Авторское свидетельство СССР

N- 938154, кл. 9 01 и ЗЗ/14, 1980. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДНОГО РАСТВОРА ЭТАНОЛА

Изобретение относится к технике измерения состава и свойств жидких сред и может быть использовано при измерении концентрации в устройствах автоматизации водных растворов этанола, для контроля технологических процессов в пищевой и других отраслях промышленности, Известен способ определения влагосодержания растворов, основанный на использовании резонанса, возникающего в колебательном контуре, Недостатками такого способа являются большая сложность преобразований, наличие резонансных контуров. с ростом диэлектрических потерь в датчике уменьшается пик резонансной кривой, которая становится более плоской, а ее максимум — расплывчатым, что уменьшает точность настройки на резонанс, диапазон измерения влажности материала ограничивается добротностью контура.

Известен способ измерения концентрации вещества в жидкой смеси, заключающийся в том, что в смесь вводят экстракт, (57) Использование; для измерения состава . и свойств жидких сред. Сущность изобретения; помещают рзсТвор в датчик, представляющий собой отрезок длинной линии, воздействуют на него электрическим импульсом калиброванной длительности в замкнутом контуре, уменьшают длительность импульса при каждом цикле его прохождения через раствор на величину времени задержки импульса, проходящего через раствор, и определяют концентрацию водного раствора по числу циркуляций введенного импульса до его полного исчезновения. 3 ил.

I» обладающий диэлектрическими свойствами, и отделяют экстракт от основной фазы, а в смесь добавляют элетролит, нерастворимый в экстракте, формируют слой экстракта нз поверхности электрода, а в слой электро- ъ лита помещают дополнительный электрод и измеряют емкость образованного конден- С р сатора, по которой определяют искомую концентрацию.

Недостатком известного способа является необходимость устранения влияния нескольких факторов на емкость полученного конденсатора, так как она зависит не только от диэлектрической проницаемости экстракта, но и от его толщины; в образованном а конденсаторе, являющемся ПИП (первичным измерительным преобразователем), по мере увеличения длительности проведения эксперимента растут диэлектрические потери. возникает необходимость в ряде ручных операций и, как следствие выше изложенного, низкие точность, помехоустойчивость и надежность, сложность преобразования результата измерений, трудность и экономи 1737331

30

40 что число циркуляций калиброванного им45 пульса в контуре 1-2-3-4 зависит от концен(фиг, 2).

Известны формулы:

50! тз = ср

55 ческая нецелесообразность автоматизации способа.

Известен способ определения диэлектрических свойств газообразных и жидких сред, заключающийся в измерении измене- 5 ния емкости, Недостатком известного способа является низкое значение удельной емкости (т.е. емкости, отнесенной к единице объема), что обусловлено трудностью выполнения малого зазора между коаксиальными электродами, Поэтому е приемлемых по экономическим и конструктивным соображениям габаритах общая полезная емкость датчика составляет всего 10-100 пФ, что соизмеримо с паразитной емкостью соединительных приводов и создает трудности при разработке емкостных измерительных устройств, в которых по условиям эксплуатации датчик должен быть удален от измерительной схемы. Способ обладает недостаточной точностью, надежностью, сложен в практической реализации.

Наиболее близким.к предлагаемому по технической сущности является способ определения концентрации водных растворов 2 спирта, предусматривающий поочередное воздействие потоком электромагнитных ко-, лебаний на эталонный и контролируемый растворы, помещенные в отрезок длинной линии, являющейся датчиком, и измерение фазового сдвига между входными и выходными сигналами, причем фазовый сдвиг поддерживают постоянным, а концентрацию водного раствора спирта устанавливают по значению измененной частоты 3 входного сигнала.

Недостатками способа являются использование в качестве носителя информации фазового сдвига, имеющего низкую помехозащищенность, сложность преобразования результата измерений и вследствие этого большую погрешность результата, числоимпульсный метод обработки информации не позволяет получить, помимо высокого быстродействия, достаточную точность.

Цель изобретения — повышение точности определения концентрации.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения концентрации водных растворов этанола на контролируемую среду, помещенную в датчик — отрезок длинной линии, воздействуют сигналомэлектрическим импульсом калиброванной длительности, для которого обеспечен процесс. циркуляции.по замкнутому контуру, причем длительность импульса уменьшают при каждою. прохождении через контролируемую среду на калиброванную величину, а концентрацию водного раствора определяют по числу циркуляций введенного импульса до его полного исчезновения, На фиг, 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего данный способ; на фиг. 2 — временные диаграммы процесса уменьшения длительности импульса; на фиг. 3 — графическая зависимость концентрации одного из компонентов в водном растворе этанола от числа циркуляций.

Устройство содержит логический элемент ИЛИ 1, датчик 2 — отрезок длинной линии, коаксиальный кабель с исследуемым раствором, логический элемент И 3, линию

4 задержки в цепи обратной связи. При этом входом схемы, реализующей способ, является первый вход элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента

И 3, первый вход элемента И 3 через элемент задежки — датчик 2 подключен к выходу элемента ИЛИ 1, второй вход которого подключен к выходу линии задержки 4, вход которой подключен к выходу элемента И 3, который является выходом схемы, Способ осуществляется следующим образом, Электромагнитным сигналом — электрическим импульсом калиброванной длительности воздействуют на контролируемый раствор в замкнутом контуре и определяют число циркуляций этого импульса через раствор, помещенный в датчик — отрезок длинной линии, этот сигнал проходит через датчик 2, логический элемент И 3, линию 4 задержки и сумматор — логический элемент

ИЛИ 1, причем длительность импульса уменьшается при каждом прохождении через контролируемую среду, так как обеспечен процесс его циркуляции по замкнутому контуру, а определение концентрации водного раствора этанола осуществляют по числу циркуляций введенного импульса до его полного исчезновения.

Сущность способа заключается в том, трации водного раствора этанола в датчике где la- время задержки импульса в датчике, с;

I — длина датчика — отрезка линии, м; /ср †. скорость распространения импульса в среде датчика, м/с ср = —, с (2) р, 1737331 (3) %p =Р1Е1+P2Ю. (4) P t+P2=1; к — N . тз, . (5) гк 13 °

55 где с > скорость света в вакууме (0,3 м(нс); е,р — диэлектрическая проницаемость среды водного раствора этанола.

В свою очередь: где Р1 и Р2 — концентрации жидкостей раствора, соответственно, в относительных единицах, для которых справедливо: ь1 и ez — диэлектрическая проницаемость жидкостей раствора, соответственно воды и этанола.

Зная выражение: где t — длительность калиброванного импульса;

N — число циркуляций по замкнутому контуру, выразив из выражения (5) число циркуляций

N, подставив в него выражение (1}, учитывая выражения(2), (3) и(4), возведя в квадрат обе части уравнения, выделив из него составляющую концентрации, например Р2, получим для нее выражение

Устройство работает следующим образом.

Сигнал — электрический импульс калиброванной длительности т» поступает на первый вход элемента ИЛИ 1. С выхода этого элемента калиброванный сигнал подается на 2-й вход элемента И 3 непосредственно, а на 1-й вход — через датчик 2 с контролируемой средой,.создающий задержку калиброванного импульса во времени на величину тз. Таким образом, на входы элемента И 3 поступают два импульсных сигнала с длительностью г„,.которые сдвинуты друг относительно друга на величину 1з. На выходе элемента И 3 формируется импульсный сигнал, длительность которого меньше длительности исходного — калиброванного на величину задержки в датчике ta. Выходной сигнал элемента И 3 фиксируется, например, счетчиком импульсов и поступает через линию 4 задержки на 2-й вход элемента ИЛИ, 1. Величина задержки t», создаваемая линией 4 задержки, должна быть больше первоначальной длительности калиброванного импульса, чтобы обеспечить

50 процесс em циркуляции по замкнутому контуру логический элемент ИЛИ 1 — датчик 2— логический элемент И 3-линия 4 задержки.

Далее процесс циркуляции импульсного сигнала. в замкнутом контуре будет происходить аналогично первому циклу обращения, каждый раз уменьшаясь на величину сз, и прекратится, когда длительность импульса станет меньше величины, определяющей дискретность измерения. По окончании процесса циркуляции будет зафиксировано число N; соответствующее число циклов обращения импульса.

Определение концентрации по данному способу возможно тогда, когда перед измерением снимают калиброванную зависимость концентрации водного раствора этанола от количества циркуляции импульса калиброванной длительности другими clloсобами, т.е. и роиз водят калибровку. способа для каждого конкретного импульса калибро- ванной длительности, которая должна удовлетворять следующему условию

Пример. Построить зависимость концентрации водного раствора этанола от количества циркуляций.

Исходные данные; 1=0,1 м; c=0,3 м/нс;

Et=80,37; я2=25,07; r,=1000 нс.

Подставляя данные в формулу (6), получим значения концентрации для величины

Р2

На фиг. 3 изображена зависимость

P2=f(N}.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить помехоустойчивость, что особенно важно при измерении физико-химических. параметров жидких сред с низкой концентрацией одного из компонентов, позволяет широко применять высокочастотный метод измерения в научных исследованиях в сочетании с элементами вычислительной техники, дает возможность проводить исследования не прекращая технологического процесса, при этом он отличается существенной простотой по сравнению с известными способами.

Формула изобретения

Способ определения концентрации водного раствора этанола, предусматривающий помещение раствора в датчик, представляющий собой отрезок длинной линии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения концентрации, воздействие на контролируемый раствор осуществляют электрическим

1737331

Внход

Фиг. 2 импульсом калиброванной длительности в замкнутом контуре и определяют число циркуляций этого импульса через раствор, причем длительность импульса уменьшают при каждом цикле его прохождения на величину 5 времени задержки импульса, проходящего через раствор, а определение концентрации водного раствора этанала осуществляют по числу циркуляций введенного импульса до его полного исчезновения.

1737331

I,OOO

0,900

0,800

0,700

0,600

0,500

0,400

0,300

O,аО0

О,525

О,IOO

350

400 450 .

550 599

500

Фиг. 3

Составитель Ю.Скидан

Редактор Л.Веселовская Техред М,Моргентал Корректор М;Максимишинец

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1886 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5