способ контроля изменения жесткости воды в водо-водяном подогревателе

Формула изобретения

Способ контроля изменения жесткости воды в водо-водяном подогревателе, основанный на прерывании электрического тока, пропускаемого между рабочим и вспомогательным электродами размещенной в анализируемой среде электрохимической ячейки под током и измерении несущего потенциала рабочего электрода относительно электрода сравнения в заданный относительно времени прерывания момент времени, отличающийся тем, что в качестве электрода сравнения используется вспомогательный электрод, обладающий электрохимическими свойствами, аналогичными свойствам рабочего электрода, но имеющий отличную от рабочего электрода скорость разряда двойного электрического слоя, а измерение значения текущего потенциала осуществляют по прошествии после прерывания времени не менее чем вдвое большего времени переходного процесса, но меньшего времени разрядов двойных электрических слоев электродов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрохимии, электрохимических процессов и технологий в части измерения потенциалов электродов под током, а именно к определению концентрации ионов в растворе по величине текущего потенциала рабочего электрода электрохимической ячейки, и предназначено для контроля изменения жесткости воды в водо-водяном подогревателе.

Известен способ потенциометрического измерения концентрации ионов в растворе, определяемый уравнением Нернста и основанный на зависимости потенциала любого электрода от концентрации одноименных ионов в растворе [В.М.Кантере, А.В.Казаков, М.В.Кулаков. Потенциометрические и титрометрические приборы. - Москва, "Машиностроение", 1970] и реализованный в приборе АКМС-1 фирмы Lumex, предназначенном для безреагентного определения жесткости воды в лабораторных и производственных условиях. Недостатком данного способа является использование вспомогательного электрода, потенциал которого должен оставаться постоянным при изменении состава растворенных в воде солей, а также невозможность непосредственного расположения электродов в анализируемой среде, поскольку способ предполагает использование при измерениях либо отобранных проб анализируемой воды, либо потока, стабилизированного посредством использования стационарного подключения анализатора через гидрозатвор к пробоотборной линии с избыточным давлением анализируемой среды.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения потенциала рабочего электрода электрохимической ячейки под током [О.В.Гайдаренко, В.И.Чернышов, Ю.И.Чернышов. Способ измерения потенциала рабочего электрода электрохимической ячейки под током. Патент РФ 2106620, 6 G 01 N 27/26, 27/416], основанный на прерывании электрического тока, пропускаемого между рабочим и вспомогательным электродами, и измерении и анализе текущего потенциала рабочего электрода. При этом время переходного процесса прерывания тока устанавливают меньше, чем время разряда двойного электрического слоя рабочего электрода. Основным недостатком данного способа также является необходимость использовать при измерениях электрод сравнения, потенциал которого не должен меняться при изменении концентрации раствора.

Целью изобретения является возможность автоматизированного определения изменения жесткости воды в водо-водяном подогревателе при давлении до 24 атм и температуре воды до 150°С.

Сущность предложенного способа контроля изменения жесткости воды в водо-водяном подогревателе заключается в размещении в контролируемой среде двухэлектродной ячейки под током, состоящей из индикаторного электрода и электрода сравнения, и измерении текущего потенциала рабочего электрода относительно электрода сравнения в заданный относительно времени прерывания момент времени, в качестве электрода сравнения при этом используется вспомогательный электрод, обладающий электрохимическими свойствами, аналогичными свойствам рабочего электрода, но имеющий отличную от рабочего электрода скорость разряда двойного электрического слоя, измерение значения текущего потенциала осуществляют по прошествии после прерывания времени не менее чем вдвое большего времени переходного процесса, но меньшего времен разрядов двойных электрических слоев электродов.

Рассмотрим предлагаемый способ контроля изменения жесткости воды на примере последовательности подаваемых на электроды импульсов напряжения.

На чертеже показан график изменения во времени тока I и разности потенциалов Е между индикаторным и вспомогательным электродами. Здесь же приведено изменение жесткости воды Р в зависимости от времени. Текущее время t отложено по оси абсцисс. График изменения силы тока показывает реальное изменение силы электрического тока от времени с учетом переходных процессов при его включении (в момент времени t _n0), выключении (в момент времени t_n1). Здесь n - номер импульса тока. В период времени t_n1-t _n2 происходит отключение тока и происходят процессы, связанные с разрядом электрических емкостей и индуктивностей источника тока, и процессы, определяемые электрохимической системой, такие как разряд двойного электрического слоя и падение потенциала каждого электрода за счет выравнивания активности ионов электролита по его объему.

В период времени с t_n2 до t _(n+1)0 продолжаются процессы, связанные с разрядами двойного электрического слоя каждого из электродов электрохимической ячейки и падением их потенциалов за счет выравнивания активности ионов электролита по его объему. Поскольку электроды выбираются с учетом того, чтобы они имели различную скорость разряда двойного электрического слоя, то на кривой падения разности потенциалов выбирают точку, соответствующую моменту времени t_n3, в которую и производят изменение Е _n. Момент измерения выбирается таким образом, чтобы переходные процессы, связанные с включением, и выключением тока, не влияли на результаты измерений, а величина разности потенциалов была пропорциональна жесткости воды в подогревателе. При этом значение измеряемой величины разности потенциалов должно быть достаточным для ее измерения с заданной точностью. По результатам сравнения измеренных в разные t_n3 и t_k3 разностей потенциалов (E _k, E _n, kn) судят об изменении жесткости воды, протекающей через подогреватель, в котором размещена электродная ячейка.