Рн-метр
Патент 918839
Авторы
Классы МПК
Рн-метр
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
<>918839 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2205,80 (21) 29296 28/18-25 с присоединением заявки ¹
f$g) М. Кп.з.
G 01 N 27/56
Государственный комитет
С СС Р по делам изобретений и открытий (23) Приоритет
Опубликовано 07g4,82, Бюллетень ¹ 13
tS3) УДК543. 257. . 1 (088. 8) Дата опубликования описания 070482
/ (72) Авторы изобретения
Г.К.Арутюнов, Г,.И.Калмыков и A. ХуциШвили
) (71) Заявитель (54) рН-МЕТР
Изобретение относится к измерительной технике, в чаСтности к измерению концентрации водородных ионов.
В известных рН-метрах осуществляют измерения .койцентрации водородных ионов путем установления равновесного состояния электродной системы рНметра. Электродные системы обладают большой инерционностью, что определяет их применение в стационарных условиях или при медленно меняющихся условиях. К тому же показания рН-метра в сильной степени зависят от величины температуры исследуемой среды °
Известны. рН-метры. В одном иэ известных рН-метров датчик ЭДС подключен к мостовой измерительной схеме, содержащей сопротивление термоком- пенсации и реохорд, управля мый двига- .
0 телем с редуктором. Двигатель питает усилитель, входной сигнал которого создается в диагоналИ моста при разбалансе последнего. При появлении сигнала от датчика мост разбалансируется и разбаланс отрабатывается двигателем с управляемым им реохордом. Положение движка реохорда после балансировки указывает на величину рН среды. Изменение температуры среды учитывается термокомпенсатором моста (1).
Недостатком рН-метра является его большая инерционность установления показаний рН среды.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является чатчик для измерения показателя рН, содержащий электродную систему для.измерения рН жидких сред, соединенную с первым измерительным устройством, термодатчик, подключенный через функциональный. преобразователь к первому .измери. ельному устройству. ,Термодатчик с Функциональным преобразователем служит для учета темпе" ратурной зависймости коэффициента передачи рН-метра (2).
Недостатком датчика для измерения показателя рН является длительное время переходного процесса измерения, вызываемого инерционностью электродной системы и термодатчика, т.е. устройство не может быть применено при исследовании сред с быстроменяющимися концентрацией и температурой.
Целью изобретения является повышение быстродействия рН-метра и точности измерений.
918839
Поставленная цель достигается тем, ния, предназначенного для возведечто в рН-метр содержащий электродную ния в квадрат сигнала(0(t), соесистему для измерения рН жидких сред, динен с первым входом блока 7 (11) с соединенную с первым измерительным деления, второй вход которого соедиустройством, термодатчик, подключен- не со вторым выходом блока 5 (9) дифный через функциональный преобразо- Ференцирования непосредственно. Блок ватель к первому измерительному уст- 7(11) деления предназначен для де1
;ройству, содержит дополнительно вто- ления сигнала поступающего на первый рое измерительное устройство и блок вход, на сигнал, поступающий на втоделения, при этом выход первого из- рой вход. мерительного устройства подключен к 10 Вход измерительного устройства первому входу блока деления, термо- соединен со вторым входом блока 8 (12) датчик через последовательно соединен- суммирования первый вход которого ные второе измерительное устройство соединен с выходом блока 7 (ll) делен функциональный преобразователь под- ния. Блок суммирования предназначен ключен ко второму входу блока деле- 1g для получения разности сигналов, пония, выход которого является выходом ступающих на его входы, причем из рН-метра. сигнала, поступаюцего на второй вход, Кроме того, первое и второе изме- вычитается сигнал, поступающий на рительные устройства содержат блок первый вход блока. Выход блока 8 (12)
/ дифференцирования, первый выход ко- ур суммирования соединен с выходом изторого через блок произведения под- мерительного устройства. ключЕн к первому входу блока деления, Выход измерительного устройства 4 второй вход которого соединен со вто- соединен с входом функционального рым выходом блока дифференцирования, преобразователя 13, предназначенного. выход блока деления подключен к пер- для преобразования сигнала, соответвому входу блока суммирования, выход ствующего температуре среды, в сигкоторого является выходом измеритель- нал, соответствующий статическому ного устройства, второй вход блока коэффициенту передачи рН-метра, явсуммирования соединен со входом блока ляющегося функцией температуры. Выдифференцирования и входом измерите- ход функционального преобразовательного устройства. ля 13 соединен со вторым входом блоНа чертеже п1едставлена блок-схема ка 14 деления, первый вход которого рН-метра. соединен с выходом измерительного
Электродная система 1 для рН-мет- устройства 2. Блок 14 деления предра предназначена для получения напря- назначен для получения истинной вежения U„(t), соответствующего мгно- 35 личины значения рН среды. Выход бловенной реакции системы на величину ка деления является выходом рН-метзначения р 1, и подключена ко входу ра в целом. измерительного устройства 2, пред- Инерционные преобразователи тем наэначенного для преобразования на- пературы и концентрации водородных пряжения U<(t) в напряжение, соот- 40 ионов (термодатчик и электродная ветствуюцее истинной величине зна- система рН-метра) в электрическое чения рН до окончания переходного напряжение описываются дифференциальпроцесса в электродной системе рН-мет- ными уравнениями первого порядка ра. Т-U (t) + U (t) =K x(t), (l)
Термодатчик 3 предназначен для 45 где U(t) - выходной электрический получения напряжения U (), соответ- сигнал; ствующего мгновенной реакции датчи- х(t) — измеряемая физическая века на величину температуры t среды о личина; измерения, и подключен ко входу из- Т - параметр измерительного мерительного устройства 4 для термо- преобразователя; датчика, предназначенного для преоб- К вЂ” коэффициент передачи изразования напряжения U (t) в напря- мерительного преобразоважение, соответствующее величине тем- теля 7 пературы среды, до окончания пере- Для каждого измерительного преходного процесса в термодатчике. образователя имеем
Каждое измерительное устройство Tq„U < (t)+U q (t) =КР ° x (t), (2) выполнено следующим образом. T
Вход измерительного устройства Зависимость K Рн от to является соединен со входом блока 5 (9) диф- заданной функцией — статический коэфференцирования, предназначенного для фициент передачи электродной системы получения первой и второй производной 60 рН-метра по времени входного сигнала Ри РН () (4)
U(t) (U(t) и U(t)) на первом и втором условием вычисления искомой физивыходе блока соответственно. ческой величины является следующее:
Первый выход блока дифференциро- для малого промежутка времени, много вания через блок 6 (10) произведе- 65 меньшего времени выполнения вычисле918839!
О тся сигналы ний, можно положить, что физические величины x (t) и t (t) являются постоянными, т.е. х(t) =х о и t .(t) =tz{5)
Тогда из (1) путем дифференцирования получают
Т u(t) + U(t) =О, (6) откуда ! U(t)
U(t) ° (7) Таким образом получают для г (б t 3 1) х = — — --- — - П,(t)-—
gas. (t ) L () <(t) (а). рН-метр работает следующим обра- 15 эом.
При введении электродной системы 1 и термодатчика 3 в исследуемую среду на их выходах появляются напряжения
J „(t) и П1(t) соответственно. " 2()
Эти напряжения поступают на входы измерительных устройств 2 и 4 соответственно.
Каждое измерительное устройство работает следующим образом. 25
Входное напряжение измерительного устройства поступает на вход блока дифференцирования, вызывает появление на первом выходе блока сигнал U(t) a на втором - сигнал ()(t) ° 30
Сигнал U(t), поступая на вход блока произведения, вызывает появление на выходе сигнала (U(t)), который поступает на первый вход блока деления. На второй вход поступает сигнал ()(О, на выходе блока деления . СП(И появляется сигнал - - — — — который
U(t) поступая на вход блока суммирования, алгебраически суммируется с сигналом V(t). При этом на выходе 40 измерительных устройств 2 и 4 появляю
Применение предлагаемого рН-метра дает экономический эффект при измерениях показателя рН большого количества сред в связи с сокращением времени измерения в каждой среде, достигнутого за счет уменьшения постоянной времени всей системы рН-метра и исключения дополнительных зат-
1рат времени на предварительное определение температуры измеряемой среды.
Применение рН-метра в измерительном звене систем автоматического регулирования (например в химических или технологических процессах} сдерживается большим временем проведения измерения.
Применение предлагаемого рН-метра позволяет получить систему автоматического регулирования с малым временем реакции, что в конечном счете повысит качество продукции данного химического или технологического процесса.
Формула изобретения
1 ° рН-метр, содержащий электродную систему для измерения рН жидких сред, соединенную с первым измерительным устройством, термодатчик, подключенный через функциональный преобразователь к первому измерительному устройству, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, он содержит дополнительно второе измерителЬное устройство и блок деления, при этом выход первого измерительного устройства подключен к первому входу блока деления, термодатчик через последовательно соединенные второе измерительное устройство и функциональный преобразователь подключен к второму входу блока деления, выход которого является выхо"
45 соответственно.
U (t)1 . сигнап {О (1)- уФ вЂ” „7-, пастУиаю 1 щий на функциональнйй преобразова- тель 13, вызывает появление на его выходе напряжения Ue, соответствующего температуре исследуемой среды.
Это напряжение поступает на второй вход блока 14 деления, на первый вход которого поступает сигнал
U „(t) "„,",) с .выхода измерительного устройства 2.
Таким образом, на выходе блока 14 деления получают сигнал,(1
U (t)— являющийся выходнйм сигналом рН-метра, т.е. соответствующего значению аеличины рН иСследуемой среды.
I дом рН-метра.
2. рН-метр по п.l, о т л и ч а ю шийся тем, что первое и второе измерительные устройства содержат блок дифференцирования, первый выход которого через блок произведения подключен к первому входу блока деления, второй вход которого соединен .с вторым выходом блока дифференцирования, выход блока деления подключен к первому входу блока суммирования, выход которого является выходом измерительного устройства, второй вход блока суммирования соединен с входом блока дифференцирования и входом измерительного устройства.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
М 4648).0, кл. G 01 N 27/52, 1975.
2. Патент Японии М 50-36597, кл. 113122, G 01 N 27/56, опублик.
1976 (прототип).
И883В
Составитель В.КУшнев
Редактор Л.Лукач Техред E. Харитончик Корректор О.Билак
Заказ 2128/26 Тираж 883 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4