асх-01-амперометрический сигнализатор концентрации свободного остаточного хлора в питьевой воде

Формула изобретения

Амперометрический сигнализатор концентрации свободного остаточного хлора в питьевой воде, содержащий измерительный блок и гидравлический блок, включающий входной усилитель с термокомпенсатором, потенциостат, поддерживающий на катоде уровень потенциала восстановления свободного хлора, проточную амперометрическую ячейку и гидравлическую систему, поддерживающую постоянную скорость потока анализируемой воды в ней, ячейка содержит катод-электрод из благородного металла, электрод сравнения ионоселективный мембранный электрод и анод, отличающийся тем, что анод выполнен в виде корпуса проточной амперометрической ячейки из нержавеющей стали со штуцерами входа и выхода воды, которые установлены со смещением относительно вертикальной оси анода, соединенного электрической цепью с одним выходом потенциостата, другой выход которого подключен к электроду сравнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области амперометрического измерения концентрации свободного хлора в питьевой и сточной воде и может быть использовано в качестве датчика в системах непрерывного контроля и автоматического дозирования хлора на станциях очистки.

Известны способы и приборы амперометрического определения концентрации свободного остаточного хлора (см. патент США N 4278507, G 01 N 27/46 14.07.81, а.с.N 1323938, СССР, G 01 N 27/48, 15.07.87, патент Японии N 61-56464, G 01N 27/48, 02.12.86) прибора АХС-203 (производство СССР), прибор АХВ-М1 на ртутном катоде (производство Российской Федерации).

Из известных способов и приборов наиболее близким по технической сущности является способ и прибор определения концентрации остаточного свободного хлора, описанный в патенте Японии N 61-56464, G 01 N 27/48, 02.12.86.

Способ применяется в приборе, имеющем катод из благородного металла и серебряный анод, установленные в емкости для анализа. На катоде устанавливается такой потенциал, при котором достигается предельный диффузионный ток, обусловленный восстановлением молекул брома, и одновременно не возникает ток, обусловленный присутствием растворенного кислорода. При реакции остаточного свободного хлора с Br^- для того, чтобы мгновенно выделялся Br₂ в количестве, эквивалентном количеству хлора, процесс проводят так, что выполняется неравенство [H⁺][Br^-]10^-7 (моль/л)², и кроме того создают pH 2-6 и такую концентрацию Br^-, что количество брома, выделяющегося при реакции Br^- со связанным хлором, по сравнению с количеством брома, выделяющегося при реакции Br^- со свободным хлором, является незначительным. Для этого к исследуемому раствору добавляют буферный раствор и раствор бромида, и через определенное время после добавления измеряют предельный диффузионный ток.

Прибор содержит блок для поддержания на катоде упомянутого потенциала; блок для измерения предельного диффузионного тока. В этом приборе на катоде установлен такой потенциал, при котором, через определенное время после добавления (дозирования) в емкость для анализа воды буферного раствора для создания pH 2-6 и раствора бромида для выделения молекулярного брома Br₂, измеряют диффузионный ток восстановления Br₂ эквивалентного концентрации свободного остаточного хлора в анализируемой воде.

Таким образом, измерение свободного остаточного хлора в исследуемой воде происходит с некоторым запаздыванием, т.е. с временной задержкой, обусловленной процессом дозирования химических реактивов в анализируемую воду, что снижает точность и надежность непрерывного измерения.

Целью настоящего изобретения является повышение точности и надежности непрерывного измерения.

Поставленная цель достигается тем, что амперометрический сигнализатор АСХ 01 концентрации свободного остаточного хлора в питьевой воде, содержащий измерительный блок и гидравлический блок, включающий входной усилитель с термокомпенсатором, потенциостат, поддерживающий на катоде уровень потенциала восстановления свободного хлора, проточную амперометрическую ячейку и гидравлическую систему, поддерживающую постоянную скорость потока анализируемой воды в ней, содержащей катод электрод из благородного металла ЭЗ-01, электрод сравнения ионоселективный мембранный электрод ЭМ-Cl-01 и анод, в качестве которого использован корпус проточной амперометрической ячейки изготовленный из нержавеющей стали со штуцерами входа и выхода воды, которые установлены со смещением относительно вертикальной оси анода, соединенного электрической цепью с одним выходом потенциостата, другой выход которого подключен к электроду сравнения, дополнительно содержит блок гидравлический (см. фиг. 1), в который входят вентиль 1 входа воды, фильтр очистки 2 воды, ячейка уровня 4 воды, ротаметр 3 с регулирующим вентилем расхода воды, термокомпенсатор 5, анод корпус проточной амперометрической ячейки 6, катод измерительный электрод 7, электрод сравнения 8, хлорвиниловые или резиновые трубки 9 для протока воды, входное устройство 10, электрические соединительные цепи 11, потенциостат 12, входной усилитель 13, схема 14 термокомпенсации, выходной электрический сигнал 15, воронка 16 для слива воды, штуцер 17 входа воды в амперометрическую ячейку, штуцер 18 выхода воды из амперометрической ячейки, а также блок измерительный (см.фиг.2), в который входят цепь 15 входа электрического сигнала с выхода гидравлического блока, регулируемый электронный усилитель 19, схема 20 регулирования нуля прибора, схема 21 регулирования диапазона измерения, аналого-цифровой преобразователь 22, схема гальванического разделения 23, цифровой индикатор 24, блок 25 выходных стандартных сигналов 0 5 мА и 0-50 (100) мВ, схема 26 регулирования нуля и схема 27 регулирования диапазона блока 25 выходных сигналов, штекерный разъем 28, кнопочный переключатель 29.

Предлагаемый амперометрический сигнализатор АСХ-01 работает на принципе измерения тока восстановления растворенного в воде хлора при заданном на катоде потенциале [1,2] При помощи хлорвиниловой или резиновой трубки 9 анализируемую воду подают в гидравлический блок (см. фиг.1), через входной вентиль 1 и фильтр 2 воды в ячейку уровня 4, далее на входной штуцер 17 проточной амперометрической ячейки 6, а через выходной штуцер 18 на ротаметр 3 с регулирующим вентилем, которым устанавливают постоянную скорость (расход) воды в амперометрической ячейке 6. С выхода регулировочного вентиля ротометра 3 воду подают в воронку 16 для слива. Входным вентилем 1 устанавливают определенный уровень воды в ячейке уровня 4. Проточная амперометрическая ячейка состоит из трубчатого корпуса 6 (анода), из нержавеющей стали, в который с торцов через уплотнения устанавливают катод 7 измерительный электрод ЭЗ-01 и электрод сравнения 8 ионоселективный мембранный электрод ЭМ-Cl-01. Амперометрическую ячейку 6 подключают к потенциостату 12, который поддерживает потенциал катода 7 на заданном уровне, необходимом для протекания реакции восстановления хлора, а в соответствии с [1] стр. 293-295 значение pH анализируемой воды поддерживают в диапазоне от 4 до 8.

При условии постоянной скорости потока воды, величина предельного 2 диффузионного тока I_пр.= кС катода пропорциональна концентрации С свободного остаточного хлора, растворенного в воде. Ток катода усиливают входным усилителем 13 и через схему 14 термокомпенсации и цепь 15 подают в измерительный блок (см. фиг.2) на вход регулируемого электронного усилителя 19, выход которого через кнопочный переключатель 29 соединяют с входом аналого-цифрового преобразователя 22, выход которого подключают к четырехразрядному цифровому индикатору 24, на котором получают цифровое значение концентрации в диапазоне 0 2 мг/л свободного остаточного хлора в анализируемой воде. С выхода регулируемого электронного усилителя 19, через кнопочный переключатель 29 и схему гальванического разделения 23, электрический сигнал также подают на блоки 25 выходных стандартных сигналов 0-5 мА, 0-50 (100) мВ, которые соединяют со штекерным разъемом 28, для подключения регистрирующих приборов и автоматических регуляторов. Схемой 20 регулируют ноль прибора, т.е. производят компенсацию остаточного тока амперометрической ячейки, при пропускании через нее воды, не содержащей свободного остаточного хлора, например речной воды. Схемой 21 регулируют диапазон измерения во время калибровки, по хлорированной воде с определенной по ГОСТ 18190-72 известной концентрацией в мг/л свободного остаточного хлора [3]

Схемой 26 регулируют ноль, а схемой 27 регулируют диапазон блока 25 выходных стандартных сигналов 0 5 мА, 0 50 (100) мВ.

Диффузионный ток восстановления свободного хлора имеет положительный температурный коэффициент 2,5 на 1^oC. Температуру анализируемой воды контролируют (см. фиг.1) с помощью установленного в ячейке уровня 4, термокомпенсатора 5 медного термометра сопротивления ТКА-4, соединенного со схемой термокомпенсации 14, с помощью которой уменьшают на 2,5 коэффициент усиления входного усилителя 13, при увеличении на 1^oC температуры анализируемой воды.

Таким образом обеспечивают независимость показания сигнализатора от температуры анализируемой воды.

В положении кнопочного переключателя 29 нажато выходной электрический сигнал 15 подают на аналого-цифровой преобразователь 22, минуя регулируемый усилитель 19, что необходимо для настройки схемы термокомпенсации 14.

В амперометрической ячейке штуцеры 17 входа и 18 выхода воды устанавливают со смещением относительно вертикальной оси анода, что обеспечивает вращательную составляющую скорости потока и увеличивает чувствительность сигнализатора.

В предлагаемом амперометрическом сигнализаторе АСХ-01 отсутствует дозирование в анализируемую воду каких-либо химических реактивов и нет ртутного катода.

Литература

1. "Очистка природных вод" Клячко В.А. Апельцин И.Э. Москва, 1971 г. стр. 293-295

2. "Количественный анализ" Бабко А.К. Пятницкий И.В. Москва, 1968 г. стр. 214-218.

3. ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством"; ГОСТ 18190-72 "Вода питьевая. Методы определения содержания остаточного активного хлора".