Концентратомер

 

Использование: автоматизация контроля концентрации компонентов технологических растворов. Сущность изобретения: устройство для автоматического фотометрического анализа состоит из п фотометрических датчиков и измерительных устройств с высокоомными и низкоомными входами и цифровыми индикаторами. Датчики имеют один оптический канал и содержат источник измерения, оптическую систему, измерительную кювету, полупроводниковый фотоэлемент , две цепи автоматической подстройки в зависимости от переменных физико-химических napaMefpoe анализируемого раствора и функциональный источник, питания. Выходной сигнал и показания измерительных устройств линейно зависят of концентрации измеряемых компонентов в растворе. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 21/59

ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4823284/25 (22) 07.05.90 (46) 30,03.93. Бюл, ¹ 12 (71) Северо-Кавказский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "Цветметаетоматика" (72) E.ß.Æóêoâ и Л.B.Ñoðîêåð (56) Авторское свидетельство СССР

N 1233014, кл. G 01 N 21/27, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N. 1434952, кл. G 01 N 21/59, 1986, (54) КОНЦЕНТРАТОМЕР (57) Использование; автоматизация контроля концентрации компонентов технологических растворов. Сущность изобретения;

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для автоматического контроля концентрации компонентов технологических растворов и жидкой фазы пульпы при обогащении полезных ископаемых, а гидрометаллургии, при очистке сточных вод и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет исключения влияния переменных физико-химических параметров анализируемого раствора.

На фиг, 1 показаны спектры поглощения гидратированных ионов никеля и меди в растворе.

Экспериментально установлена существенная зависимость оптической плотности медного купороса от температуры раствора, которая количественно составляет 0,6% на 1 С на длине волны 920 нм, При автоматизации фотометрического анализа концентрации ионов меди в растворах медного купороса s процессах его проÄÄ5UÄÄ 1805354 А1 устройство для автоматического фотометрического айализа состоит из и фотометрических датчиков и измерительных устройств с высокоомными и низкоомными входами и цифровыми индикаторами. Датчики имеют один оптический канал и содержат источник измерения, оптическую систему, измерительную кювету, полупроводниковый фотоэлемент, дее цепи автоматической подстройки в зависимости от переменных физико-химических параметров анализируемого раствора и функциональный источник питания: Выходной сигнал и показания измерительных устройств линейно зависят от концентрации измеряемых компонентов в растворе. 1 з.п, ф-лы, 3 ил. изводства необходимо автоматически вводить поправку в показания концентрации за счет изменения температуры раствора, которая может колебаться от 30 до 70 С. Такую поправку можно рассчитать, используя уравнение зависимости

IСо

D - =k c a t, где D — оптическая плотность раствора медного купороса; (Я с — концентрация ионов меди в растео- (д) ре; Ql

t — температура раствора; фь.

k и а - коэффициенты пропорциональной связи оптической плотности с концентрацией и температурой, соответственно, т.е.

hU = D/t! — Огр . /trp/ = kc at

4сат р=kса!t-игр/, где . Л0 — приращение оптической плотности за счет изменения температуры от гр до

t при концентрации С ионов меди е растворе;

1805354 ля в присутствии ионов меди в растворе переменной температуры необходимо авто матически измерить оптическую плотность раствора и автоматически вычитать от нее поправку, пропорциональную величине произведения величины концентрации ионов меди в растворе на величину температуры раствора.

На фиг, 2 и 3 показаны блок-схемы одноканального и л-канального концентратомера, Концентратомер (фиг. 2) состоит из датчика 1, содержащего источник иэлучения— светодиод 1, оптическую систему 2, измерительную кювету 3, фотоприемник — фотодиод 4, термосопротивление 5 и переменное сопротивление 6 первой цепи автоматиче ской подстройки, источник питания 7, тер45

55

D/t/ — оптическая плотность раствора медного купороса при температуре t;

О р/игр/ — оптическая плотность раствора медного купороса при температуре t . градуировки. 5

Таким образом, для автоматизации фотометрического анализа концентрации ионов меди в растворах переменной температуры необходимо автоматически измерять оптическую плотность раствора и 10 автоматически вычитать от нее поправку, пропорциональную произведению величины концентрации ионов меди в растворе на величину температуры раствора.

При автоматизации фотометрического анализа концентрации ионов меди и никеля в электролитах медно-никелевого производства необходимо автоматически вводить поправку в показания концентратомера ионов никеля за счет светопоглощения 20 ионами меди переменной концентрации. Из спектров поглощения света ионами никеля и меди (фиг. 1) видно значительное поглощение света ионами меди в области фотометрического анализа концентрации ионов никеля. Оптическая плотность, измеренная на длине волны 675 нм, будет складываться иэ двух составляющих, зависящих от кон- центрации никеля и меди в растворе:

О = Ощ + Dcu = kl.ñù+ k2,сси.ал> где D> — суммарная оптическая плотность раствора;

Ощ — составляющая оптической плотности за счет концентрации с, никеля в растворе; 35

Dc> — составляющая оптической плотности за счет концентрации сс< меди в растворе при температуре t раствора;

k<, kz, а — коэффициенты пропорциональности, 40

Значит для автоматизации фотометрического анализа концентрации ионов никемосопротивление 8 и переменное сопротивлеwe 9 второй цепи автоматической подстройки, дифференциального преобразователя 10 напряжения с цифровым индикатором, набором выходных сигналов и общей нулевой шиной, Концентратомер (фиг. 3) содержит датчики I u II и преобразователи 10 и 20, Датчик

II содержит элементы датчика I с аналогичными связями: источник излучения — светодиод 11, оптическую систему 12, измерительную кювету 13, фотоприемникфотодиод 14, термосопротивление 15, переменное сопротивление 18 и переменное сопротивление 19, В предлагаемом концентратомере в датчик дополнительно введены вторые термоеопротивление и переменное сопротивление, последовательно соединенные между собой светодиодом-источником излучейия и источником питания, Данное соединение элементов предназначено для автоматической подстройки оптического канала датчика от изменения температуры окружающей среды и стабилизации "нулевого" значения показаний концентрации.

Стабилизация напряжения питания источника излучения осуществляется в источнике питания.

Концентратомер работает следующим образом.

Излучение от источника 1 проходит оп-. тическую систему 2, измерительную кювету

3 с анализируемым раствором и опущенным в него термосопротивлением 5 и попадает на фотоприемник 4, возбуждая в нем фото

ЭДС, пропорциональную концентрации вещества и температуре раствора. Фотоприемник 4 соединен с высокоомным входом дифференциального преобразователя 10 напряжения, на котором возникает потенциал, пропорциональный концентрации вещества и температуре анализируемого раствора в измерительной кювете 3. Низкоомный вход дифференциального преобразователя 10 напряжения соединен с общей нулевой шиной посредством термосопротивления 5, находящимся в нашем примере в кювете с раствором и соединен с одним из выводов напряжения выхода преобразователя пдсредством переменного сопротивления 6, а второй вывод напряжения выхода соединен с общей нулевой шиной. На низкоомном входе дифференциального преобразователя 10 напряжения возникает потенциал, пропорциональный произведению величины концентрации вещества. в растворе и величины температуры анализируемого раствора, Преобразователь 10 напряжения усиливает и преобразует разностный сигнал„возникающий между

1805354 его входами, который регистрируется цифровым индикатором преобразователя. Показания индикатора и выходные сигналы пропорциональны оптической плотности измерительной кюветы 3 и концентрации вещества в растворе.

Источник 7 питания, стабилизирующий напряжение на светодиоде-источнике 1 излучения, соединен с ним через цепь автоматической подстройки тока через светодиод в зависимости от изменения температуры окружающей среды, Последовательным соединением переменного сопротивления 9, термосопротивления 8 и светодиода-источника 1 излучения на выводы источника 7 питания и регулировкой переменного сопротивления 9 достигается независимость показаний концентратомера от температуры окружающей среды и стабилизация нулевого значения показаний концентратомера, Для повышения точности анализа сложных растворов, например, при одновременном определении концентрации двух окрашенных веществ в растворе, заявляемый концентратомер содержит два датчика ! и !! и два преобразователя 10 и 20, В этом случае переменное сопротивление 16 датчика II соединено с преобразователем 10.

На ниэкоомном входе преобразователя 20 возникает потенциал, пропорциональный произведению величины концентрации вещества 11 в растворе, измеренной датчиком

I и преобразователем 10, на величину температуры, измеренной термосопротивлением 15, На высокоомном входе преобразователя 20 возникает потенциал, зависящий от суммы величины, пропорциональной концентрации вещества II в растворе и величины, пропорциональной произведению концентрации вещества в растворе на температуру раствора.

Преобразователь 20 напряжения усиливает и преобразует разностный сигнал, воз.никший между его входами. Показания индикатора и выходные сигналы преобразователя 20 напряжения пропорциональны концентрации вещества !1 s растворе.

Если задача автоматического фотометрического анализа требует включения в состав заявляемого устройства и датчиков и и преобразователей, то первое первменное сопротивление и-го датчика соединено с одним иэ выводов напряжения выхода преобразователя 10 и д.т. для и > 2.

Настройка устройства для фотометрического анализа концентраций веществ в растворе производится на эталонных растворах. Последовательно настраивают датчик 1 с Ьго преобразователем 10 на растворах с нулевой и максимальной концентрацией вещества 1 в растворе. Затем отстраивают показания преобразователя 10 датчика 1 от температуры окружающей среды, изменяя номиналы сопротивления 9 и

5 термосопротивления 8 и отстраивают показания преобразователя 10 датчика 1 от температуры анализируемого раствора, изменяя номиналы сопротивления б и термосопротивления 5. Аналогично настройке

10 датчика I с преобразователем 10 производят настройку датчика II с преобразователем 20 на растворах вещества II. Затем отстраивают показания преобразователя 20 датчика il от температуры окружающей сре15 ды и концентрации вещества I e анализируемом растворе и его температуры и т,д. для п>2.

Разработанный концентратомер будет использоваться в качестве датчика концен20 трации ионов меди е промышленных растворах производства медного купороса и медной фольги, концентраций меди, никеля и кобальта в промрастворах производства меди, никеля и кобальта, концентрации ко25 бальта и железа в промрастворах производства цинка и т.д.

Формула изобретения

1, Концентратомер, состоящий из дат30 чика, содержащего источник излучения и расположенные по ходу его луча оптическую систему, измерительную кювету и фотоприемник, термосопротивление, переменное сопротивление и источник питания, а также

35 измерительного устройства, выполненного в виде дифференциального преобразователя напряжения с высокоомным и низкоомным входами и цифровым индикатором, фотоприемник. датчика включен между вы40 сокоомным входом преобразователя и общей шиной,. а термосопротивление и переменное сопротивление соединены с низкоомным его входом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности

45 анализа за счет исключения влияния переменных физико-химических параметров анализи!чуемого раствора, в датчик концентратомера дополнительно введены вторые термосопротивление и переменное сопро50 тивление, последовательно соединенные между собой и включенные между источником излучения и источником питания, при этом первое термосопротивление помеще. но в кювету, а первое переменное сопротив55 ление соединено с первым выводом напряжения выхода дифференциального преобразователя напряжения, а второй его. вывод и вторые выводы источника излучения и первого термосопротвления подключены к.общей шине.

1805354

2. Концентратомер по и, 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности анализа и-компонентных растворов за счет уменьшения влияния переменной концентрации первого компонента раствора на результаты анализа и-1 компонентов раствора, он содержит дополнительно и-1 датчиков и измерительных устройств, при этом первое переменное сопротивление каждого (n-1)-ro датчика соединено с

5 первым выходом первого дифференциаль- ного преобразователя напряжения, 1805354 Риг. 3

Составитель Е.Жуков

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Е.Папп

Редактор

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

Заказ 937 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

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