Полярографический переменнотоковый концентратомер

 

ш1 609084

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз. Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.09.75 (21) 2172934f18-25 с присоединением заявки № (51) М. Кл з G 01N 27/48

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (23) 11риоритет (43) Опубликовано 30.05.78. Бюллетень № 20 (53) УДК 543.253(088.8) (45) Дата опубликования описания 12.05.78 (72) Авторы изобретения

М. P. Вяселев, Ю. В. Добровольский и Ю. Г. Новошинов (71) Заявитель Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им. А. Н. Туполева (54) ПОЛЯРОГРАФИЧЕСКИЙ ПЕРЕМЕННОТОКОВЪ|Й

КОНЦЕНТРАТОМЕР

Изобретение относится к технике электрохимического приборостроения и предназначено для непрерывного контроля концентрации полярографически активных веществ в растворахх электролитов.

Известны полярографические переменнотоковые концентратомеры, используемые для непрерывного определения различных примесей в фоновом электролите и непосредственного контроля различных технологических процессов.

Концентратомеры подобного типа используют принцип непрерывного измерения амплитуды активной составляющей переменного тока ячейки при фиксированном значении поляризующего напряжения.

Основным источником погрешности таких концентратомеров является нестабильность потенциала максимума волны анализируемого деполяризатора и поляризующего напряжения, что существенно снижает эффективность работы подобных устройств (1).

Из известных полярографических переменнотоковых концентратомеров наиболее близким по технической сущности является автоматический полярографический концентратомер (2), который имеет источник постоянного напряжения, источник переменного напряжения, соединенные через сумматор и усилитель мощности с полярографической ячейкой, усилитель переменного тока, фазовый детектор и регистратор амплитуды первой гармоники.

Напряжение, пропорциональное току ячейки подается на усилитель переменного тока, нагруженный на фазовый детектор, подключенный к регистрирующему прибору. В данном концентратомере в режиме измерения устанавливается постоянное поляризующее напряжение, соответствующее максимуму пере10 меннотоковой волны. В таких условиях непрерывного измерения тока ячейки рабочий электрод должен периодически обновлять свою поверхность, в противном случае изменения ее состояния, загрязнения, с течением

15 времени приведут к изменению показаний концентратомера. В подавляющем большинстве случаев в качестве рабочего электрода используется ртутно-капельный электрод, автоматически обновляющий свою поверхность.

Основным недостатком такого устройства, является существенная погрешность измерений, возникающая из-за нестабильности во времени потенциала максимума переменнотоковой волны исследуемого деполяризатора вследствие изменения температуры, состава основного электролита, концентрации сопутствующих элементов, незначительного изменения свойств электродов и т. п. К недостаткам следует отнести также необходимость

30 весьма жесткой стабилизации постоянного по609084

60 б5 ляризующего напряжения, так как даже незначительные его изменения приводят к значительным изменениям измеряемого тока.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет устранения погрешности, возникающей из-за нестабильности потенциала максимума переменнотоковой волны и поляризующего напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в концентратомер введены последовательно включенные селективный усилитель второй гармоники, вход которого соединен с выходом усилителя переменного тока, фазовый детектор второй гармоники, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока с выходом, соединенным с входом сумматора, а также последовательно включенные удвоитель частоты, вход которого соединен с выходом источника переменного напряжения, и фазовращатель, соединенный своим выходом со вторым входом фазового детектора второй гармоники.

Введенные устройства осуществляют автоматическое изменение постоянного поляризующего напряжения таким образом, что оно всегда соответствует максимуму полярографической волны переменного тока.

На чертеже дана блок-схема предлагаемого концентратомера. Она содержит источник

1 постоянного поляризующего напряжения, источник 2 переменного напряжения, фазовращатель 3, сумматор 4, усилитель 5 мощности, полярографическую ячейку 6, усилитель 7 переменного тока, фазовый детектор 8 первой гармоники, регистрирующий прибор 9, селективный усилитель 10 второй грамоники, фазовый детектор 11 второй гармоники с фильтром 12 нижних частот, усилитель 13 постоянного тока, удвоитель 14 частоты, фазовращатель 15 напряжения удвоенной частоты.

Постоянное поляризующее напряжение, "оответствующее максимуму волны исследуемого вещества и переменное напряжение, снимаемые с выходов источников 1 и 2 подаются через сумматор 4 и усилитель 5 мощности на полярографическую ячейку 6. Сигнал, пропорциональный переменному току ячейки, усиливается усилителем 7, детектируется фазовым детектором 8 первой гармоники и подается на регистрирующий прибор 9.

При смещении максимума волны переменного тока относительно постоянного напряжения в токе ячейки появляется составляющая второй гармоники. Сигнал частоты второй гармоники, выделенный селективным усилителем

10, детектируется фазовым детектором 11 с опорным напряжением, поступающим с удвоителя 14 частоты и фазовращателя 15. Постоянное напряжение с выхода фазового детектора 11 (в качестве сигнала рассогласования) усиливается усилителем 13 и суммируется с постоянным поляризующим напряжением в полярности, приводящей к уменьшению сигнала рассогласования. При этом суммарное постоянное поляризующее напряжение следит

40 за максимумом перемеппотоковой волны регистрируемой амплитуды первой гармоники.

Работа введенных устройств регулирования постоянного поляризующего напряжения осложняется тем, что, во-первых, непрерывные периодические изменения поверхности ртутнокапельного электрода приводят к периодическим изменениям и прерыванию тока ячейки; во-вторых, кроме тока ячейки, обусловленного протеканием электрохимической реакции, существует емкостная составляющая тока, обусловленная наличием емкости двойного слоя. Этот ток является сигналом помехи, который при небольших концентрациях анализируемого вещества может существенно превышать полезный сигнал. Для нормального функционирования введенных устройств в таких условиях предусмотрены специальные меры: избирательный фильтр селективного усилителя 10 и фильтр 12 имеют большую постоянную времени в целях сохранения непрерывности сигнала обратной связи при смене ртутных капель; с помощью фазовращателя

15 второй гармоники фаза опорного напряжения удвоенной частоты регулируется таким образом, чтобы она составляла 90 по отношению к второй гармонике емкостного тока, прн этом фазовый детектор 11 производит существенное подавление емкостной помехи.

Предложенный полярографический концентратомер выгодно отличается от известных, сочетая в себе преимущества переменнотокового полярографического метода (высокую чувствительность и селективность) с возможностью проведения непрерывного и длительного контроля при отсутствии погрешностей, связанных с нестабильностью пика волны и поляризующего напряжения. Использование такого концентратомера в производственных условиях, при автоматизации производственных процессов должно привести к повышению качества контроля состава электролитов и дать существенный экономический эффект.

Формула изобретения

Полярографический переменнотоковый концентратомер, содержащий источники постоянного и переменного поляризующих напряжений соединенные с полярографической ячейкой через сумматор и усилитель мощности, усилитель переменного тока, фазовый детектор и регистратор амплитуды первой гармоники, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет устранения погрешности, возникающей из-за нестабильности потенциала максимума переменнотоковой волны и поляризующего напряжения, в схему введены последовательно включенные селективный усилитель второй гармоники, вход которого соединен с выходом усилителя переменного тока, фазовый детектор второй гармоники, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока с выходом соединенным с входом сумматора, а также последовательно включенные удвоитель частоты, вход

609084 е г—

Составитель Н. Алимова

Техред А. Камышникова

Редактор Н. Коляда

Корректор Л. Котова

Заказ 812/5 Изд. № 446 Тираж 1122

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретении и открытий

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

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2 которого соединен с выходом источника переменного напряжения, и фазовращатель, соединенный своим выходом с вторым входом фазового детектора второй гармоники.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе б

1. Брук Б. С. Полярографические методы

М., «Энергия», 1972, с. 55.

2. Цфасман С. Б., Брыкспн И. Е., Брук Б. С.

Автоматический полярографический концен5 тратомер. — «Заводская лаборатория» 1962, т. 28, No 4.