Пристрій для аналізу води

Пристрій для аналізу води, що містить вимірювальну кювету, джерело світла, фотоприймачі, що фіксують світло, відображене частинками суспензії, фотоприймач, фіксуючий світловий потік, що пройшов аналізоване середовище, і пристрій індикації, який відрізняється тим, що додатково містить поплавок, прикріплений до стрижня з щітками, розташованими з боку фотоприймачів, що фіксують світло, відображене частинками суспен 3 осідання частинок проводиться принаймні в трьох рівнях, з подальшим розрахунком каламутності і швидкості седиментації частинок (авт. свід. СРСР N 1226174, кл. G 01 N 15/04, 1983). Основними недоліками цього пристрою є: мала кількість вимірюваних характеристик і завищені розміри по висоті вимірюваної кювети, через необхідність встановлення по висоті принаймні трьох фотоприймачів. В основу корисної моделі поставлена задача створення пристрою, що дозволяє виконувати аналіз однієї і тієї ж проби води в автоматичному режимі по широкому набору характеристик, таких як каламутність, електропровідність, електрофоретична рухливість і дзета-потенціал суспензії, в'язкість і результати седиментаційного аналізу, а також прискорення процесу аналізу і підвищення його точності. Пристрій для аналізу води містить вимірювальну кювету, джерело світла, фотоприймачі, що фіксують світло, відображене частинками суспензії, фотоприймач, фіксуючий світловий потік, що пройшов аналізоване середовище і пристрій індикації, і згідно корисної моделі, додатково містить поплавок, прикріплений до стрижня з щітками, розташованими з боку фотоприймачів, що фіксують світло, відображене частинками суспензії, яких повинно бути щонайменше два, гідротурбінку, до осі якій прикріплена металева планка з щітками, під якою є електромагніт, релейний блок і блок нормуючих перетворювачів, до входів якого приєднані датчик заповнення водою, термометр опору і фотоприймачі, а виходи зв'язані з блоком керування, виходи якого зв'язані через релейний блок з електромагнітним клапаном, кільцевими електродами, джерелом світла і з електромагнітом, причому вимірювальна кювета, що має подвійні стінки, між якими встановлений термометр опору, оснащена вхідним і вихідним патрубками з електромагнітними клапанами і переливною трубкою з датчиком заповнення води, оснащена кільцевими електродами, розташованими в її верхній і нижній частинах. Установка у верхній і нижній частинах вимірювальної кювети, де проводиться седиментаційний аналіз і визначення каламутності води, двох кільцевих електродів, підключених до виходів релейного блока і до входів блока нормуючих перетворювачів, дозволяє виконувати в тій же вимірювальній кюветі, а, отже, в одних і тих же пробах води, додаткові визначення характеристик електропровідності і електрофоретичної рухливості. Установка термометра опору між подвійними стінками кювети дозволяє, не створюючи перешкод в проведенні вимірювань по інших характеристиках, визначати температуру і в'язкість однієї і тієї ж проби досліджуваної води, а також дзетапотенціалу суспензії. Установка у вимірювальній кюветі поплавка, прикріпленого до стрижня з щітками, розташованого з боку фотоприймачів, що фіксують світло, відображене частинками, дозволяє після кожного циклу вимірювань без додаткових витрат часу проводити автоматичне очищення захисних сте 45594 4 кол цих фотоприймачів, а, отже, прискорює процес вимірювань і сприяє підвищенню точності. Установка у вихідній трубці вимірювальної кювети гідротурбінки, вісь якої прикріплена до металевої планки з щітками і розташування під цією планкою електромагніту дозволяє після кожного циклу вимірювань без додаткових витрат часу проводити автоматичне очищення захисного скла фотоприймача, який вимірює світловий потік, що пройшов через аналізовану воду, а, отже, також прискорює процес вимірювань і сприяє підвищенню їх точності. Наявність блока нормуючих перетворювачів, до входів якого приєднано два фотоприймачі, встановлені на вертикальній стінці вимірювальної кювети і фотоприймач, встановлений на дні вимірювальної кювети, а до виходів приєднаний блок керування, дозволить автоматично, практично вмить, отримати параметри рівняння кривої седиментації, тобто результати аналізу. Це дозволяє скоротити витрати часу на проведення аналізу і підвищити його точність. Встановлення двох фотоприймачів на вертикальній стінці вимірювальної кювети, а не трьох, як в прототипі, дозволить зменшити розміри вимірювальної кювети, скоротити кількість фотоприймачів і збільшити точність результатів аналізу седиментації за рахунок неодноразово повторюваних (двох і більш) включень фотоприймачів. Наявність блока керування дозволяє повністю автоматизувати весь процес аналізу, що у свою чергу скорочує витрати часу на його проведення і підвищує його точність. Суть корисної моделі пояснюють креслення. На Фіг.1 представлена загальна схема пристрою; на Фіг.2 - схема очищаючого пристрою з електромагнітом, на Фіг.3 - приклад обробки результатів вимірювань. Пристрій для аналізу води (Фіг.1) складається з вимірювальної кювети 1, електромагнітного клапана 2 на трубі подачі води, датчика заповнення вимірювальної кювети 3 на переливній трубі, електромагнітного клапана 4 на вихідній трубці, двох фотоприймачів 5, розташованих на внутрішній вертикальній стінці кювети, крім того, пристрій містить стрижень 6 з щітками 7, прикріплений до поплавця 8, джерело світла 9, гідротурбінку 10, вісь якої прикріплена до металевої планки 11 з щітками 12, фотоприймач 13, електромагніт 14, термометр опору 15, розташований в зазорі між внутрішньою 16 і зовнішньої 17 стінками вимірювальної кювети, кільцевих електродів 18, релейного блока 19, блока керування 20, блока нормуючих перетворювачів 21, пристрої індикації 22. Пристрій працює таким чином: перед початком вимірювання по сигналу блока керування 20 включається джерело світла 9, таке включення здійснюється наперед для того, щоб сила світла цього джерела стабілізувалася. Потім включається електромагніт 14, що дозволяє встановити металеву планку 11 з щітками 12 в такому положенні, при якому вони не перекривають світловий потік, що поступає на фотоприймач 13 (Фіг.2). Відкривається електромагнітний клапан 2 на трубі, що подає воду у вимірювальну кювету 1, і закривається електромагнітний клапан 4 на випускній трубі. При запо 5 вненні кювети 1 водою надлишок води переливається по переливній трубі, на якій встановлений датчик заповнення вимірювальної кювети 3. По сигналу датчика заповнення 3, що поступає в блок керування 20, через блок 21 закривається електромагнітний клапан 2. Після спливу проміжку часу, заданого в блок керування 20, проводиться седиментаційний аналіз в двох режимах: 1 - без створення однорідного електричного поля, 2 - при створеному однорідному електричному полі. По сигналу з блока керування 20 проводиться седиментаційний аналіз в 1 режимі: включаються фотоприймачі 5, фіксуючі світло, відображене частинками суспензії, фотоприймач 13, фіксуючий світловий потік, що пройшов аналізоване середовище. Сигнали від всіх фотоприймачів поступають в блок нормуючих перетворювачів 21. Через заданий проміжок часу по сигналу з блока керування 20 фотоприймачі 13 і 5 проводять повторне вимірювання. Сигнал також надходить в блок нормуючих перетворювачів 21. Далі, через заданий проміжок часу, проводиться седиментаційний аналіз в 2 режимі: між електродами 18 створюється однорідне (постійне) електричне поле і виконуються аналогічні операції седиментаційного аналізу. Після спливу проміжку часу, заданого в блоці керування 20, по сигналу з блока керування 20 включаються фотоприймачі 5, фіксуючі світло, відображене частинками суспензії, фотоприймач 13, фіксуючий світловий потік, що пройшов аналізоване середовище. Сигнали від всіх фотоприймачів надходять в блок нормуючих перетворювачів 21. Через заданий проміжок часу, по сигналу з блока керування 20 фотоприймачі 13 і 5 проводить повторне вимірювання. Сигнал також надходить в блок нормуючих перетворювачів 21. Пристрій індикації 22 фіксує отримані результати. Різниця концентрацій у верхній і нижній частинах вимірювальної кювети, дорівнює К=М2-М1, мг/л, де М1, М2 - концентрації зважених частинок, що знаходяться у верхній і нижній частинах вимірювальної кювети. Гідравлічна крупність частинок, що відповідає К, дорівнює U=(l2-l1)/t, мм/с, де l1, l2 - відстані від поверхні рідини до фотоприймачів відповідно; t - час. Крива седиментації є кривою залежності K/M=f(U), де М - концентрація зважених частинок в рідкому середовищі, що знаходяться у вимірювальній кюветі. Отримані параметри дозволяють побудувати дві криві седиментації К/М=f(U): 1 - без дії однорідного електричного поля, 2 - в однорідному електричному полі, які допоможуть визначити електрофоретичну рухливість частинок суспензії в досліджуваній воді. Для цього можна задати певне значення КУМ, яке можна ввести як стандартне, з графіків визначаються відповідно значення U в двох випадках. Потім проводиться обробка результатів седиментаційного аналізу (авт. свід. СРСР N 1226174, кл. G 01 N 15/04, 1983). 45594 6 Обробка даних седиментаційних кривих, для визначення електрофоретичну рухливості: U2y=U2+Ueфp, де U2, U1 - гідравлічна крупність частини суспензії; U2y - умовна гідравлічна крупність частинок суспензії; Ueфp - електрофоретична швидкість осідання частинок суспензії. Умовною гідравлічною крупністю вона названа тому, що складається з двох складових - дійсної гідравлічної крупності U2 і електрофоретичної швидкості руху частинок Ueфp. Оскільки обидва вимірювання проходять в одній і тій же пробі води, то можна вважати: U2=U1. Тоді електрофоретична швидкість руху частинок суспензії у воді буде Ueфp=U2y-U1. Після проведення вимірювань по команді з блока керування 20 відключається джерело постійного світла 9. По сигналу блока керування 20 проводиться вимірювання температури термометром опору 15. В блоці керування 20 визначається в'язкість залежно від температури по залежності, закладеній в пам'ять пристрою. Вимірювання питомого опору здійснюється по команді блока керування 20, між кільцевими електродами 18 створюється однорідне електричне поле. Опір обчислюється в блоці 20, де перетвориться в питому електропровідність. Величину питомої електропровідності води визначають по рівнянню (див. Хидякова Т.Д., Крешков А.П. Кондуктометрический метод анализу. М.: Высшая школа, 1978, с. 25-127). К=1/S(1/R), де 1 - відстань між електродами; S - площа електродів; R - опір води. Це рівняння можна виразити наступною залежністю: k=K(1/R), де К - константа судини, залежна від площі електродів і відстані між ними. Для визначення константи судини вимірюють опір стандартного розчину з відомою електропровідністю. При вимірюванні питомої електропровідності необхідно враховувати температуру води і при невідповідності її 20°С, слід вводити відповідні поправки, які повинні бути введені в блок керування 20. Величина дзета-потенціалу частинок визначається з рівняння Гельмгольца-Смолуховського (див. Дулицкая Р.А., Фельдман Р.И. Практикум по физической и колоидной химии. М.: Высшая школа, 1978, с.266). z=phw/eoea, де ео - електрична постійна дисперсного середовища; еа - абсолютна діелектрична проникність; h - коефіцієнт в'язкості; w - електрофоретична рухливість дисперсної фази. Для прискорення і полегшення обчислення дзета-потенціалу частинок суспензії у воді рівнян 7 ня стосовно дослідження водних суспензій було приведено до вигляду z=1,4·105hw, де h - динамічна в'язкість води. Після проведення всіх вимірювань по команді з блока керування 20 включається електромагніт 14, відкривається клапан 4. При цьому циліндр спорожняється, а з опусканням рівня води в циліндрі 1 опускається поплавок 8 з очищаючим стрижнем 6. При цьому щітки 7 очищають від забруднень скла фотоприймачів 5. Крім того, в процесі спорожнення циліндра 1 обертається гідротурбінка 10 і прикріплені до неї щітки очищають скло фотоприймача 13. Для якісної промивки вимірювальної кювети передбачається неодноразове впускання і випуск води без проведення вимірювань. Для цього в блоці керування 20 задається відповідна установка. Після спорожнення кювети 1 наступний цикл операцій по аналізу води повторюється через заданий проміжок часу. Приклад обробки результатів вимірювань. Припустимо, що таймеру заданий проміжок часу в 1 хвилину, через який по сигналу з блока керування 20 фотоприймачі включатимуться. Перші два вимірювання проводяться без дії однорідного електричного поля. Перше вимірювання проводиться через 1хв, після "заспокоєння" рідини: М1=4мг/л, М2=5мг/л, М=6мг/л. Друге вимірювання - через 1хв після першого: М3=3,7мг/л, М4=5,3мг/л, М=6мг/л. 45594 8 Два подальших вимірювання проводяться при дії однорідного електричного поля, тобто при включених електродах 18: М1п=3,5мг/л, М2п=5,5мг/л, М=6мг/л. М3п=3мг/л, М4п=6мг/л, М=6мг/л. Різниця концентрацій у верхній і нижній частинах вимірювальної кювети рівна: К1=5-4=1, мг/л, К1/М=0,166 К2=5,3-3,7=1,6, мг/л, К2/М=0,26 К3=5,5-3,5=2, мг/л, К3/М=0,33 К4=6-3=3, мг/л, К4/М=5. Гідравлічна крупність частинок, яка відповідає К, рівна: U1=(300-100)/60=3,33, мм/хв, U2=1,66, мм/хв, U3=1,11, мм/хв, U4=0,83, мм/хв. Отримані параметри дозволяють побудувати дві седиментаційні криві (Фіг.3) К/М=f(U): 1 - без дії однорідного електричного поля, які допоможуть визначити електрофоретичну рухливість частинок суспензії в досліджуваній воді, для цього задають певне значення КУМ, яке вводять в блок нормуючих перетворювачів, з графіків визначається відповідно значення U в двох випадках. Потім проводиться обробка результатів седиментаційного аналізу (авт. свід. СРСР N 1226174, кл. G 01 N 15/04, 1983). Обробка даних кривих седиментацій для визначення електрофоретичної рухливості: U2у=U2+Uефр, тоді електрофоретична швидкість руху частинок суспензії у воді буде U=1,6-1,3=0,3. 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 45594 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601