Устройство для измерения парциального давления углекислого газа в биологических средах и газах

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА : В БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ И ГАЗАХ, содержащее датчик с входным и выходным каналами для протока раствора, соедиенным канавкой, закрытой газопроницаемой мембраной, расположенную в датчике электродную систему, подключенную к генератору и регистратору , резервуар с раствором, соединенный с входным каналом и связанный с регулятором количества раствора , отличающееся тем, что, с цепью повьшения точности и достоверности результатов измерений, в датчик введены дополнительный канал. соедиенный с входным каналом, сосуд с калибровочным раствором, сообщающийся с выходным каналом через клапан , а электродная система выполнена в виде двух четырехэлектродных я ячеек, размещенных во входном и выходном каналах, причем место соединения входного и дополнительного каналов находится между газопроницаемой р мембраной и ячейкой.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

МНЛЮ

РЕСПУБЛИК (1% (11) 3 (511 С 0 1 Л 2 7 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗ06РЕТЕНИЯ.

Ф

f !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3554131/18-25 (22) 10 ° 02.83 (46) 07.10 ° 84. Бюл.В 37 (72) С.Н.Андреев (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт прикладной микробиологии (53) 543.257(088.8) (56) 1. Ицигин С.Б., Бирюков В.В. и др. Система непрерывного измерения парционального давления растворенного газа и ее применение для задач управления процессами ферментации. — В кн.: Биофизика микробов и биоинженерия, Л., 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 270337, кл. С 01 N 33/16 (прототип). (54)(57)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА;

В БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ И ГАЗАХ, содержащее датчик с входным и выходным каналами для протока раствора, соедиенным канавкой, закрытой газопроницаемой мембраной, расположенную в датчике электродную систему, под" ключенную к генератору и регистратору, резервуар с раствором, соединенный с входным каналом и связанный с регулятором количества раствора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и достбверности результатов измерений, в датчик введеныпополнительный канал. соедиенный с входным каналом, сосуд с калибровочным раствором, сообщающийся с выходным каналом через клапан, а электродная система выполне- Я на в виде двух четырехэлектродных ячеек, размещенных во входном и выходном каналах, причем место соединения входного и дополнительного каналов находится между газонроницаемой мембраной и ячейкой.! 117519

Изобретение относится к исследованию и анализу материалов путем

Иэмерения давления газов и может быть использовано, например, в микробиологических исследованиях ° 5

Известен датчик для измерения парциального давления углекислого газа (рСО >, основанный на методе Северингхауэа, содержащий измерительный и вспомогательный рН электроды, раз- )p мещенные в растворе электролита и отделенные от исследуемой среды гаэопроницаемой мембраной (1) .

Недостатками датчика является нестабильность показаний, значительная инерционность, нелинейность характеристики, различные прямые и обратные динамические характеристики, Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения парциального давления в биологических средах и газах, содержащее датчик с входным и выходным каналами для протока раствора, соединенными канавкой, закрытой газопроницаемой мембраной, расположенную в датчике электродную систему, подключенную к генератору и регистратору, резервуар с раствором, соединенный с входным каналом и связанный с регулятором количества раствора (2) .

Однако измерение рСО>, проводимое в известном устройстве не позволяет контролировать течение процесса измерения в ходе длительных экспе- риментов, то сказывается на точности и достоверности результатов измерений.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности результатов измерения.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для измерения парциальйого давления углекислого газа в биологических средах и газах, содержащем датчик с входным и выходным каналами для протока раствора, соединенными канавкой, закрытой газопроницаемой мембраной, расположенную в датчике электродную систему, подключенную к генератору и регистра- 50 тору, резервуар с. раствором, соединенный с входным каналом и связанный с регулятором количества раствора, в датчик введены дополнительный канал соединенный с входным каналом, сосуд с калибровочным раствором, сообщающийся с выходным каналом через клапан, а электродная система г>ыг! Ол не н а в .>иgE двуx четьгреx э JIe к тродных ячеек, размещен. >ых во входном ч выходном каналах, причем место соединения входного и дополнительного каналов находится между газопроницаемой мембраной и ячейкой, Введение дополнительного канала с установкой двух четырехэлектродных ячеек и соединение датчика через клапаны с резервуаром для калибровочного раствора и сосудом для слива позволяет проводить калибровку датчика без примене"ия поверочных газовых смесей как перед рабо "oA, так и в процессе длительных экспериментов.

В любой момент времени измерения рСОв ходе микробиологического процесса, не нарушая самого, процесса пропуская калибровочный раствор через рабочую ячейку датчика MoiK но определить степень воздействия на датчик следующих отрицательных факторов. изменение г остава раствора КОН; появление пузырьков воздуха B канавке или ячейках датчика; выход из строя мембраны.

Эти факторы могут сказываться на уход нуля или изменение крутизны характеристики преобраэования устройства, причем изменение показаний зафиксировано на диаграммной ленте записи процесса измерения.

В этот момент можно провести подстроику нуля или, крутизны характери> -."ики преобразования или устанить причину, вызвавшую это изменение, например удалить пузырь воздуха или сменить расг вор ИИ. Тем самъгм повышается точность и достоверность результатов измерений рСО> .

Повышение точности измерений дости гается также применением двух четырех электродных электрохимических ячеек, которые позволяют полностью компенсировать емкостную составляющую импеданса потенциальных электродов, улучшить переходные характеристики и ус.транить поляриэационные явления, искажающие результаты.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, Устройство содержит датчик 1 с входным 2, выходным 3 и дополнительным 4 каналами, соединенными канавкой 5, закрытой гаэопроницаемой мембраной 6.

Входной канал 2 соединен через ,регулятор 7 количества раствора с

3 11 резервуаром 8 для раствора КОН, снабженным хлоркальциевой трубкой 9, заполненной поглотителем С02 °

Выходной канал 3 соедийен с с осу- . дом 10 для слива и через клапан 11 соединяется с резервуаром 12 для калибровочного раствора °

Дополнительный канал 4 через клапан 13 соединен с сосудом 10 для слива. Во входном 2 и выходном 3 каналах установлены сравнительная ячейка 14 и рабочая ячейка 15 с крайними токовыми электродами 16 и средними потенциальными электродами 17. Токовые электроды 16 подключены к генератору 18 тока, а потенциальные электроды 17 к дифференцианой схеме измерительного преобразователя 19, подключенного к регистратору 20, Устройство работет следующим образом.

Раствор щелочи из резервуара 8 через регулятор 7 количества раствора поступает с определенной скоростью во входной канал 2 датчика 1 и протекает последовательно сравнительную ячейку 14, канавку 5, рабочую ячейку

15, и через выходной канал 3 вытекает в сосуд 10 для слива.

В рабочем положении клапаны 11 и

13 закрыты.

Если в исследуемой среде отсут- ствуют молекулы СО (рСО=О), то электропровоцность раствора в ячейках

14 и 15 остается одинаковой и показания измерительного преобразователя 19 равны О. При появлении в среде мелекул СО2, они под действием парциального давления проникают через газопроницаемую мембрану 6 в раствор

КОН, протекающий по канавке 5, вступают в химическую реакцию с КОН, меняя тем самым, электропроводность раствора, поступающего из канавки 5 в рабочую ячейку 15. Это изменение электропроводности измеряется с помощью измерительного преобразователя. Величина изменения прямо пропорциональна величине рСО в исследуе2 мой среде.

Для проведения калибровочных операций автоматически или вручную от17519 4 крывают клапаны I и 13 и калибровочный раствор поступает по выходному каналу 3 в рабочую ячейку 15 и протекает далее через канавку 5 и дополнительный канал 4 в сосуд 10 для слива. Раствор КОН в этот момент продолжает поступать в сравнительную ячейку 14 и по дополнительному каналу 4 вытекает в сосуд для слива

1О 1О.

Показания датчика по шкале ре гистратора 20 с помощью измерительного преобразователя 19 выставляются на определенную отметку шкалы.

Б процессе длительной работы устройства в датчике возможно повреждение мембраны. В этом случае резко изменяются показания датчика. Для определения характера неисправности через рабочую ячейку 15 пропускают калибровочный раствор по изложенной методике.

Если показания датчика в процессе контроля совпадают с выставленным значением при калибровке, то можно сделать вывод о повреждении мембраны.

Если же показания датчика резко отличаются от этого значения, то следовательно в ячейках датчика появился пузырек воздуха, который необхо3() НМо удалить

В качестве калибровочного раствора могут использоваться рабочий раствор или свеже приготовленный раствор

КОН вЂ” для калибровки нуля, раствор

КОН+К СО или раствор КС1 для калиб35 ровки крутизны характеристики преобразования, Резервуары с различными калибровочными растворами могут быть подсоединены через клапаны к выход40 ному каналу. Расширение функциональных возможностей устройства с повышением точности и достоверности результатов измерений позволяет активно контролировать процесс измерения ! рСО2, что особенно важно в ходе дли45 тельных экспериментов.

Предлагаемое устройство имеет линейную градуировочную характеристику, одинаковые прямые и обратные динамические характеристики, высокое быстродействие, неограниченный срок службы, повышает точность и достоверность результатов измерений, 1117519

Составитель Г. Владимирова редактор A,111àíäoð Техред А, Кикемезей Корректор С.Черни

Заказ 7188/27 Тираж 822 Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4