Способ определения концентрации водного раствора этанола

(71) Винницкий политехнический институт(54) Авторское свидетельство СССРМ 938154, кл. 6 01 й ЗЗ/14, 1980.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦРАЦИИ ВОДНОГО РАСТВОРА ЭТАНО ЕНТЛА Изобретение относится к технике измерения состава и свойств жидких сред и мо- .жет быть использовано при измеренииконцентрации в устройствах автоматизацииводных растворов этанола, для контролятехнологических процессов в пищевой идругих отраслях промышленности,Известен способ определения влагосодержания растворов, основанный на ис- .пользовании резоннса, возникающего вколебательном контуре,Недостатками такого способа являютсябольшая сложность преобразований, наличие резонансных контуров. с ростом диэлектрических потерь в датчике уменьшаетсяпик резонансной кривой, которая становится более плоской, а ее максимум - расплывчатым, что уменьшает точность настройки .на резонанс, диапазон измерения влажности материала ограничивается добротностью контура,Известен способ измерения концентрации вещества в жидкой смеси, заключающийся в том, что в смесь вводят экстракт,СУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР(57) Использование; для измерения состава . и свойств жидких сред. Сущность изобретения; помещают раствор в датчик, представляющий собой отрезок длинной линии, воздействуют на него электрическим импульсом калиброванной длительности в замкнутом контуре, уменьшают длительность импульса при каждом цикле его прохождения через раствор на величину времени задержки импульса, проходящего через раствор, и определяют концентрацию водного раствора по числу циркуляций введенного импульса до его полного исчезновения. 3 ил. обладающий диэлектрическими свойствами, и отделяют экстракт от основной фазы, в смесь добавляют злетролит, нерастворимый в экстракте, формируют слой экстракта на поверхности электрода, а в слой электролита помещают дополнительный электрод и измеряют емкость образованного конденсатора, по которойопределяют искомую концентрацию,Недостатком известного способа является необходимость устранения влияния нескольких факторов на емкость полученного конденсатора, так как она зависит не только от диэлектрической проницаемости экстракта, но и от его толщины; в образованном конденсаторе, являющемся ПИП (первичным измерительным преобразователем), по мере увеличения длительности проведения эксперимента растут диэлектрические потери, возникает необходимость в ряде ручных операций и, как следствие выше изложенного, низкие точность, помехоустойчивость и надежность, сложность преобразования результата измерений, трудность и экономи173733110 15 20 30 40что число циркуляций калиброванного им 45 пульса в контуре 1-2-3-4 зависит от концен(фиг, 2). Известны формулы: 50ср 55 ческая нецелесообразность автоматизацииспособа.Известен способ определения диэлектрических свойств газообразных и жидкихсред, заключающийся в измерении изменения емкости,Недостатком известного способа является низкое значение удельной емкости (т.е.емкости, отнесенной к единице объема), чтообусловлено трудностью выполнения малогозазора между коаксиальными электродами,Поэтому в приемлемых по экономическим иконструктивным соображениям габаритахобщая полезная емкость датчика составляет всего 10-100 пФ, что соизмеримо с паразитной емкостью соединительных приводови создает трудности при разработке емкостных измерительных устройств, в которых поусловиям эксплуатации датчик должен бытьудален от измерительной схемы. Способ обладает недостаточной точностью, надежностью, сложен в практической реализации.Наиболее близким,к предлагаемому потехнической сущности является способ определения концентрации водных растворов 2спирта, предусматривающий поочередноевоздействие потоком электромагнитных ко-,лебаний на эталонный и контролируемыйрастворы, помещенные в отрезок длиннойлинии, являющейся датчиком, и измерениефазового сдвига между входными и выходными сигналами, причем фазовый сдвигподдерживают постоянным, а концентрацию водного раствора спирта устанавливают по значению измененной частоты 3входного сигнала,Недостатками способа являются использование в качестве носителя информации фазового сдвига, имеющего низкуюпомехозащищенность, сложность преобразования результата измерений и вследствие этого большую погрешность результата,числоимпульсный метод обработки информации не позволяет получить, помимо высокого быстродействия, достаточнуюточность.Цель изобретения - повышение точности определения концентрации,Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения концентрацииводных растворов этанола на контролируемую среду, помещенную в датчик - отрезокдлинной линии, воздействуют сигналомэлектрическим импульсом калиброваннойдлительности, для которого обеспечен процесс циркуляции.по замкнутому контуру,причем длительность импульса уменьшаютпри каждою. прохождении через контролируемую среду на калиброванную величину,а концентрацию водного раствора определяют по числу циркуляций введенного импульса до его полного исчезновения,На фиг, 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего данный способ; на фиг. 2 - временные диаграммы процесса уменьшения длительности импульса; на фиг. 3 - графическая зависимость концентрации одного из компонентов в водном растворе этанола от числа циркуляций. Устройство содержит логический элемент ИЛИ 1, датчик 2 - отрезок длинной линии, коаксиальный кабель с исследуемым раствором, логический элемент И 3, линию 4 задержки в цепи обратной связи. При этом входом схемы, реализующей способ, является первый вход элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента И 3, первый вход элемента И 3 через элемент задежки - датчик 2 подключен к выходу элемента ИЛИ 1, второй вход которого подключен к выходу линии задержки 4, вход которой подключен к выходу элемента И 3, который является выходом схемы,Способ осуществляется следующим образом,Электромагнитным сигналом - электрическим импульсом калиброванной длительности воздействуют на контролируемый раствор в замкнутом контуре и определяют число циркуляций этого импульса через раствор, помещенный в датчик - отрезок длинной линии, этот сигнал проходит через датчик 2, логический элемент И 3, линию 4 задержки и сумматор - логический элемент ИЛИ 1, причем длительность импульса уменьшается при каждом прохождении через контролируемую среду, так как обеспечен процесс его циркуляции по замкнутому контуру, а определение концентрации водного раствора этанола осуществляют по числу циркуляций введенного импульса до его полного исчезновения,Сущность способа заключается в том,трации водного раствора этанола в датчике где тз- время задержки импульса в датчике,с;- длина датчика - отрезка линии, м;/ср - . скорость распространения импульса в среде датчика, м/сср = - ,сгде сскорость света в вакууме (0,3 м(нс); е,р - диэлектрическая проницаемостьсреды водного раствора этанола. В свою очередь:(4) й и а - диэлектрическая проницаемость жидкостей раствора, соответственно воды и этанола.Зная выражение: гк=Й тз,(5) где Х, - длительность калиброванного импульса;й - число циркуляций по замкнутому контуру,выразив из выражения (5) число циркуляций й, подставив в него выражение (1), учитывая выражения(2),(3) и(4), возведя в квадрат обе части уравнения, выделив из него составляющую концентрации, например Р 2, получим для нее выражение Устройство работает следующим образом,Сигнал - электрический импульс калиброванной длительности т поступает на первый вход элемента ИЛИ 1. С выхода этого элемента калиброванный сигнал подается на 2-й вход элемента И 3 непосредственно, а на 1-й вход - через датчик 2 с контролируемой средой,.создающий задержку калиброванного импульса во времени на величину тз, Таким образом, на входы элемента И 3 поступают два импульсных сигнала с длительностью г,.которые сдвинуты друг относительно друга на величину 1 з. На выходе элемента И 3 формируется импульсный сигнал, длительность которого меньше длительности исходного - калиброванного на величину задержки в датчике 1 з. Выходной сигнал элемента И 3 фиксируется, например, счетчиком импульсов и поступает через линию 4 задержки на 2-й вход элемента ИЛИ, 1. Величина задержки 4 з, создаваемая линией 4 задержки, должна быть больше первоначальной длительности калиброванного импульса, чтобы обеспечитьТк )тз. 30 35 40 45 50 55 5 10 15 20 процесс его циркуляции по замкнутомуконтуру логический элемент ИЛИ 1 - датчик 2 - логический элемент И 3-линия 4 задержки.Далее процесс циркуляции импульсного сигнала. в замкнутом контуре будет происходить аналогично первому циклу обращения, каждый раз уменьшаясь на величину 1 з, и прекратится, когда длительность импульса станет меньше величины, определяющей дискретность измерения. По окончании процесса циркуляции будет зафиксировано число Ю, соответствующее число циклов обращения импульса.Определение концентрации по данному способу возможно тогда, когда перед измерением снимают калиброванную зависимость концентрации водного раствора этанола от количества циркуляции импульса калиброванной длительности другими способами, т.е. производят калибровку, способа для каждого конкретного импульса калибро-ванной длительности, которая должна удовлетворять следующему условию П р и м е р. Построить зависимость концентрации водного раствора этанола от количества циркуляций.Исходные данные; 1=0,1 м; с=0,3 м/нс; е 1=80,37; е 2=25,07; як=1000 нс.Подставляя данные в формулу (6), получим значения концентрации для величины Р 2На фиг. 3 изображена зависимость Р 2=1(М).Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить помехоустойчивость, что особенно важно при измерении физико-химических параметров жидких сред с низкой концентрацией одного из компонентов, позволяет широко применять высокочастотный метод измерения в научных исследованиях в сочетании с элементами вычислительной техники, дает возможность проводить исследования не прекращая технологического процесса, при этом он отличается существенной простотой по сравнению с известными способами,Формула изобретения Способ определения концентрации водного раствора этанола, предусматривающий помещение раствора в датчик, представляющий собой отрезок длинной линии, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения концентрации, воздействие на контролируемый раствор осуществляют электрическим1737331 Фиг, 2 импульсом калиброванной длительности в замкнутом контуре и определяют число циркуляций этого импульса через раствор, причем длительность импульса уменьшают при каждом цикле его прохождения на величину 5 времени задержки импульса, проходящего через раствор, а определение концентрации водного раствора этанала осуществляют по числу циркуляций введенного импульса до его полного исчезновения.1737331 0 50 Редакто 1886 Тираж ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 Произв 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 Составитель Ю.Скиданеселовская Техред М,Моргентал Корректор М;Максимишине нно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 1