Автоматический титратор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0% 01) Эш ц 01 й 31/16 ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯн двтоРСноьв СвиДКтяЛьСтву С с(72) В;Н. Васильев, А.Г. Завражин В,Б. Савельев и Л.А, Тихонова (71) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт зерна и продуктов его переработки(56) 1. Авторское свидетельство СССР Кф 634203, кл. С 01 Ц 31/16, 1977.2. 0.Уагпег. Сопвцсг 1 оп апй Еа 1- паггоп оЕ яепя 1 г.хне, 1 пехпепв 1 уе рН яраг 6 ИгаТог яуягеш. "Апа 1.11 са 1 В 1 осЬешдяйгу р . 106, 175-185 1980.(54)(57) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ТИТРАТОР, содержащий иономер с электроконтактным переключателем, размещенный в корпусе узел подачи реагента, состоящий из шприцов бюреток, плунжеры которых связаны с электроприводом подачи посредством толкателя, измеритель объема реагента с блоком регистрации и самопишущий прибор, подклю,ченные к соответствующим входам блока управления последовательностью операции титрования с нормально закрытым и нормально открытыми микровыключателями, установленными в корпусеузла подачи реагента, и с реле времени, связанным с иономером черезэлектроконтактный переключатель,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности анализови сокращения времени на их проведение, измеритель объема выполненв виде трансформаторного датчика скоаксиально расположенными обмотками, первичная из которых размещенана магнитопроводящем сердечнике,жестко связанном с толкателем, а вторичная обмотка - на изоляционномцилиндре, жестко закрепленном накорпусе параллельно траектории движения толкателя, при этом блок управления последовательностью операций дополнительно содержит задатчик начала и конца анализа, соединенный входом с выходом электроконтактного переключателя иономера, а выходом - с самопишущим прибором и реле времени.Изобретение относится к техническим средствам физико-химическогоанализа, а конкретно к устройствутитратора с автоматической регист"рацией результатов анализа, проводи-5мого с помощью измерения активностиодно- и двухвалентных ионов (величинах) в водных растворах, а также измерения окислительно-восстановительныхпотенциалов (величина И 1) в этих же 10растворах, и может применяться вовсех отраслях промышленности при проведении массовых производственныханализовИзвестно устройство для автоматического реверсивного титрования, содержащее насосы-дозоторы, связанныес проточной ячейкой титрования, систе.му непрерывной отработки эквивалентной точки титрования, регистрирующий прибор концентрации анализйруе"мого вещества, подключенный к блокурегулирования и измерения объемногорасхода анализируемого вещества,связанного соответствующими входами 25с насосом-дозотором и с выходом проточной ячейки титроваиия Г 11.Недостатком этого устройства является значительная погрешность, особенно при дозировании малых объемов, 30из-за низкой чувствительности блокаизмерения объемного расхода вещества,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является уст.ройство.для автоматического титрова-,з 5ния, содержащее схему измерения рН,узел сравнения, преобразователь напряжения в частотные импульсы дискретную бюретку, показывающий цифровойвольтметр, генератор постоянного по" ,щтенциала, счетчик, показывающее циф"ровое устройство, преобразовательдискретных сигналов в аналоговые,генератор меток, выходное устройстводля самопишущего прибора. 45Известное устройство преобразуетаналоговый сигнал разницы междуэлектрическим напряжением на выходеусилителя, соответствующим электродвижущей силе (ЗДС) между электродамипомещенными в анализируемый. раствор,и установленным электрическим напряжением, выбранным в соответствии снеобходимым значением величины рНв дискретные импульсные величиныэлектрического тока, которые подаются на шаговый электродвигатель,приводящий в движение механизм подачи реагентов, которые поддерживают в анализируемом растворе необходимую разницу значения рН между фактическим значением рН раствора и его установленным значением (23.Недостатком известного устройства является значительная погрешность, обусловленная наличием микровинтового механизма, а также длительность анализов. Кроме того, устройство собрано из узлов и блоков, которые требуют для своего изготовления проведения специальных опытно-конструкторских работ. Кроме того, для получения результатов анализа в цифровой форме требуется проведение специальных расчетов или применения дополнительной ЭВМ.Целью изобретения является повышение точности анализов и сокращение времени на их проведение.Указанная цель достигается тем, что в автоматическом титраторе, содержащем иономер с электроконтактным переключателем, размещенный в корпусе узел подачи реагента, состоящий из шприцов бюреток, плунжеры которых связаны с электроприводом подачи посредством толкателя, измеритель объема реагента с блоком регистрации и самопишущий прибор подключенные к соответствующим входам блока управления последовательностью операций титрования с нормаль но закрытым и нормально открытыми микровыключателями установленными в корпусе узла подачи реагента, и с реле времени, связанным с иономе,ром через электроконтактный переключатель, измеритель объема выполнен в виде трансформаторного датчика с коаксиально расположенными обмотками, первичная из которых размещена на магнитопроводящем сердечнике, жестко связанном с толкателем, а вторичная обмотка - на изоляционном цилиндре,. жестко закрепленном яа корпусе параллельно траектории движения толкателя, при этом блок управления последовательностью операций дополнительно содержит задатчик начала и конца анализа, соединенный входом с выходом электроконтактного переклю" чателя иономера, а выходом - с самопишущич прибором и реле времени,На фиг.1 представлена блок-схемаавтоматического титратора, на фиг,2 кинематическая схема узла подачиреагента с измерителем объема реаген96576 4 45 50 55 з 10 та, на фиг.З - принципиальная электрическая схема блока управления.Автоматический титратор состоит из электродов 1, реакционной емкости 2, иономера, включающего усилитель 3, измерительную головку 4, электро- контактный переключатель 5 и контактный микроамперметр 6, блока 7 управления последовательностью операций титрования, содержащего реле 8 времени и задатчик начала и конца анализа, электропривода 9 подачи, толкателя 10, связанного с плунжерами шприцов 11 бюреток, 12, измерителя 13 объема реагента с блоком 14 регистрации (показывающий прибор), на входе которого установлен преобразователь 15, Один из входов измерителя 13 объема соединен с генератором 16 повышенной частоты, связанного с блоком 17 питания.Усилитель 3 иономера связан с диаграммным механизмом 18 самопишущего прибора 19 через переключатель 20 вида работ. Измеритель 13 объема представляет собой жестко связанный с толкателем 10 магнитопроводящий сердечник 21, на который намотана первичная обмотка 22 трансформаторного датчика.,На изоляционном цилиндре 23, жестко прикрепленном к корпусу 24, размещена вторичная обмотка 25. Толкатель 10 размещен в ропиковых направляющих опорах 26. 5 1 О 15 20 25 ЭО 35 40 Электропривод подачи представляетсобой электродвигатель 27, соединенный через сменные шестерни 28 и 29,фрикционный ролик 30 и промежуточныйролик 3 1 сбарабаном 32, жестко связанным с эвольвентным кулачком 33,взаимодействующим с толкателем 10.Промежуточный ролик 3 1 закрепленна качающемся рычаге 34 связанномс поворотной рукояткой 35 и взаимодействующем с нормально открытыммикропереключателем 36. Нормальнозакрытый микропереключатель 37 установлен с возможностью взаимодействияс толкателем 10 в момент фиксациизаданного объемно израсходованного реагента.Задатчик начала и конца анализавыполнен в виде электронной схемы,состоящей из триодного тиристора Т,диода Л, резистора 1, и промежуточного реле РВ .Контакты переключателя 5 обозначены на схеме ВК а переключателя 20 - на схеме блока управления обозначены ВК, ВКз, ВК, ВКз.Автоматический титратор работает следующим образом.ЭДС, возникающая между электродами 1, помещенными в раствор, находя. щийся в реакционной емкости 2, преобразуется усилителем 3 иономера в электрическое напряжение, подаваемое на измерительную головку 4 этого иономера (микроамперметр М 2000.8 для иономера типа ЭВ) или через переключатель 5 - на измерительную головку контактного микроамперметра 6 (микроамперметр М ЗЗЗК).Релейно-контактная группа микро- амперметра 6 связана с блоком 7 управления электропривода 9 подачи. При включении электропривода 9 происходит горизонтальное перемещение толкателя 10 и связанных непосредственно с ним плунжера шприца 11 и измерителя 13 объема с толкателем 10 могут быть жестко связаны два или более плунжеров, которые вместе с корпусами сменных шприцов 11 и пипетками представляют собой бюретки 12, при помощи которых подаются в емкость 2 необходимые для титрования реагенты. Трансформаторный датчик измерения линейных перемещений вместе с преобразователем 15 переводит величину линейного горизонтального перемещения толкателя 10, а следовательно, и плунжера шприца 11 в аналоговый электрический сигнал, который подается на показывающий прибор 14 (например, цифровой вольтметр типа В-20) и на показывающую часть самопишущего прибора 19 (например, самописец типа КСП). Трансформаторный датчик измерения объема питается напряжением повышенной частоты, вырабатываемым генератором 16. В зависимости от назначения того или иного анализа (вида работ) показывающая часть 19 самопишущего прибора через переключатель 20 может быть подключена к преобразователю 15 или к выходу усилителя 3 иономера, а диаграммный механизм 18 через этот же переключатель 20 может быть подсоединен или к реле 8 времени, или к блоку 7 управления. После перевода поворотной рукоятки 35 вверх (фиг.2) промежуточный ролик 3 1 обеспечивает сцепление фрикционного ролика 30 с барабаном 32, одновременно(на принципиальной схеме он показан как ИПи) подаст электропитаниена схему блока 7 управления. Однакоработа схемы задается положениямипереключателя 20 (ВК, ВКи ВКз), оп. ределяющими характер проводимогоанализа. На принципиальной схеме управления (фиг.З) контакты ВК 1-ВКпоказаны в положении, обеспечивающем титрование при йостоянном значении рН для случая, когда кислота,выделяющаяся в ходе реакции, нейтрализуется щелочью, На выход усилителя 3 иономера через переключатель 155 (ВК) подключен контактный микро"амперметр 6 (фиг.1), а показывающая часть 19 (фиг.1) самопишущегоприбора переключена через переключатель 20 (ВКз) на выход измерителя 2013 объемов.Диаграммный механизм 18 (фиг,1)4 ерез переключатель 20 (ВК,) подключен на яормально открытые контахтыаромежуточиого реле Р . После г 5включения микропереключателя 36 (ИП 1)(фиг.З) на триодный тиристор Т подается анодное напряжение. Однакотиристор Т остается в непроводящем1 состоянии и регистрация результатовтитрования не производится, В момент,когда в реакционной среде между элект.родами 1 (фиг,1) в ходе протеканияреакции создается ЗДС, соответствующая установленному значению рН, и35подвижная стрелка контактного амперметра 6 совместится с левой зеленойстрелкой того же прибора, его релейно-контактная группа замкнет контакты (фиг.З, зел.), анодное напряжение будет подано на обмотки реле Ри Р и через резистор и диод Д 4 -на управляющий электрод тиристора Т.Тиристор перейдет в проводящее состояние и анодное напряжение будетподано на обмотку реле Р начнетвращаться электродвигатель 27, включаются реле 8 времени и диаграммныймеханизм 18 самописца. Вращение отэлектродвигателя 27 передается наэвольвентный кулачок ЗЗ (фиг,2) ив результате поступательного движенияплунжера шприца 11 бюреток 12, в реакционную среду вытесняется некотороеколичество щелочи.Одновременно с перемещением толка 55теля 1 О, первичная обмотка 22, пере"мещаясь во вторичную обмотку 25,увеличивает индуктивную связь между 576 ними, и, следовательно, вторичное на,пряжение, пропорциональное объемувытесненного реагента,Вследствие увеличения значениярН, подвижная стрелка контактногомикроамперметра 6 отойдет вправо,релейно-контактная группа микроамперметра 6 отключит анодное напряжение на обмотках реле Р и Р электродвигатель 27 остановится и подачащелочи в реакционную среду прекратится, Опять начнет возрастатькислотность реакционной среды исоответственно уменьшится значениерН. Вследствие того, что тиристорТ 1 будет оставаться в проводящемсостоянии, диаграммный механизм 18самописца останется включенным приповторных циклах включения электродвигателя 27 (до тех пор, покане истечет время, установленноедля регистрации результатов анализа на реле 8 времени Рб).Поскольку при проведении тятрования объем прореагировавшего титрантав единицу времени однозначно связан с койцентрацией исследуемого вещества, применение сложной вычислительной техники не требуется, чтоособенно важно при массовых производственных анализах,При необходимости проводить тит-:рованяе при постоянном значениирН и при нейтрализации выделяющейся в ходе реакции щелочи кислотой необходимо переключатель ВК переключить в положение,противоположное показанному на схеме(фиг.З). В этом случае роль ограничителя играет правая красная стрелка контактного микроамперметра 6.При проведении анализов титрования индикации точки эквивалеятностиили анализов до заданной величинырХ переключатели ВКЗ, ВК -ВКз должны бить переключены в положение,противоположное показанному на схеме (фиг,З).Для титрования индикации точкиэквивалентности, т.е, для записивсей кривой титроваяия, ограничительные стрелки микроамперметра 6(зеленая и красная) должны быть отве.дены в крайнее положение. В этом слу.чае после замыкания микропереключателя 36 (МП) анодное напряжениевчерез. нормально замкнутый микропереьключатель 37 (М 11) подается яа реле Р и через его замкнувшиеся кон 1096576такты реле времени Р и Р на реле Р и Р . Двигатель начнет вращаться и подавать реагент в реакционную емкость 2. Вместе с двигателем через контакты реле Р начнет движе ние и диаграммный механизм 18 самбпишущего прибора. Движение толкателя производится до тех пор, пока нормально закрытый микропереключатель ,37 (МП) не разорвет анодную цепь реле Р 4 и Р, после чего остановится двигатель 27 подачи реагентаи диаграммный механизм 18 самописца, На регистрирующем приборе 4 (фиг.2) показано напряжение, соответствую щее объему израсходованного реагента, на диаграммной ленте самопишущего прибора 19 записана кривая титрования.Для титрования до заданной вели чины рХ ограничительные стрелкиконтактного микроамперметра 6 (зеленая или красная) и соответственно переключатель ВК должны быть установлены на это заданное значение 25 рХ, В этом сЛучае, когда измерительная стрелка контактного микроампер- метра 6 совместится с его ограничи" тельной стрелкой, релейная группа контактного микроамперметра 6 подаст ЗО напряжение на реле Р после срабатывания которого разорвется анодная цепь реле Р 2 . Двигатель подачи и диаграммный механизм остановятся.Установив ограничительную контакт-З 5 ную стрелку микроамперметра 6 на значение рХ, соответствующее значению точки эквивалентности титруемых растворов, и зная точный за время анализа объем извасходованного 40 реагента, легко определяется искомая концентрация анализируемого вещества, что особенно важно при массо-, вых производственных анализах.При отключении рычага 34 влево(фиг,2) 45 промежуточный ролик 31 выходит из ,зацепления с барабаном 32, вследствне чего последний приобретает воэможность свободно вращаться, что лоэво. ляет толкателю 10 свободно перемещаться вправо, в то время как связавный с толкателем плунжер шприца 11 проводит засасывание реагента в бюретку 12 для повторного анализа.Так как плунжер шприца строго цилиндрический, его линейное перемещение прямо пропорционально объему вытесненного из бюретки реагента, т.е, объему прореагировавшего в ходе реакции титранта. Величина этого линейного перемещения преобразуется трансформаторным датчиком в цифровое значение напряжения и фиксируется на показывающем приборе 14 и на диаграммной ленте 18 самописца 19. Вследствие того, что первичная и вторичная обмотки и ферритовый стержень представляют собой цилиндрические тела, их взаимная радиальная несоосность при перемещении первичной обмотки внутри вторичной не влияет на индуктивную связь и, следовательно, на точность измерения линейных перемещений.Использование трансформаторного датчика позволяет получать результаты анализа на табло цифрового вольтметра непосредственно в единицах весовЫ или мольной концентраций тит" ранта, что исключает необходимость пе ресчетных работ.Применение предлагаемого изобретения позволит сократить время анализа в 4-5 раз и повысить точность и воспроизводимость результатов ана" лиза за счет ликвидации воэможности появления случайных ошибок от ручного труда при Фиксировании результатов анализа, а также за счет обеспечения воэможности получения результата анализа беэ последующих пересчетов, путем установки необходимой цены деления измерителя объемов.