Файл: Смирнов, Д. Н. Автоматическое регулирование процессов очистки сточных и природных вод.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 98

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

бор (датчик), предложенный лабораторией электрохи­ мии Тартусского университета. В электрохимических си­ стемах датчиков указанных приборов используется внут­ ренний источник поляризационного

напряжения.

 

 

 

 

 

 

Прибор

«Оксиметр»

выполнен

 

 

 

 

 

как переносный. Корпус его датчи­

 

 

 

 

 

ка диаметром 14 мм изготовлен из

 

 

 

 

 

органического

стекла;

длина

по­

 

 

 

 

 

гружной части 60 мм. Катод — про­

 

 

 

 

 

волока диаметром

1 мм из платины

 

 

 

 

 

высокой чистоты, впаянная в стек­

 

 

 

 

 

лянный

капилляр;

анод — тонко­

 

 

 

 

 

стенная

трубка

 

из

 

серебра.

На

 

 

 

 

 

нижний конец корпуса надет поли­

 

 

 

 

 

этиленовый

«чулок».

 

Измеритель­

 

 

 

 

 

ная часть прибора состоит из уси­

 

 

 

 

 

лителя

и измерительного

устройст­

 

 

 

 

 

ва,

помещенных

в

металлический

 

 

 

 

 

корпус

размером

220X280X350 мм,

 

 

 

 

 

в

котором

предусмотрено

место и

 

 

 

 

 

для установки датчика. Общий вес

 

 

 

 

 

прибора

9,5

кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прибор

«Оксиметр»

не

имеет

Рис.

45.

Датчик

на

автоматической температурной ком­

пенсации. Отклонения

при

измене­

кислород

Тартусско­

нии

температуры

компенсируются

го

университета

внесением

поправок

 

в

показания

/ — обмотка

 

капроновой

 

 

прибора

по графику

или

таблицам,

нитью;

2 —катод

(Ag);

3—прокладки;

4—кор­

прилагаемым

заводом-изготовите­

пус

из

фторопласта;

5 — серебряные

проволоч­

лем. Основная

погрешность

«Окси-

ные выводы;

6—анод

метра» 0,1 мг

0%/л

 

при

темпера­

(кадмиевая

 

стружка);

 

7— отверстия

для прони­

туре

5—30° С.

Продолжительность

кания электролита; 8—по­

лиэтиленовая

пленка;

установления показаний — не более

9 — фторопластовый

на­

3

мин.

Стабильность

 

показаний в

 

конечник

 

 

 

 

 

 

 

течение 2 ч не хуже 0,1 мг/л.

В бли­

жайшее время прибор будет внедрен в производство.

 

Датчик Тартусского университета очень удобен в

эксплуатации

(рис. 45). Его

катод — серебряная

прово­

лока, навитая

на

корпус;

анод — кадмиевая

стружка;

газопроницаемая

мембрана — полиэтиленовая

 

пленка.

Выходной

ток

датчика

около 80

мка,

что

позволяет

из­

мерять его стандартным микроамперметром без предва­ рительного усиления.

120


должен находиться недалеко от места установки датчи­ ка, например на ограждении аэротенка.

Электрический сигнал, генерируемый датчиком, по­ дается на вход в измерительный преобразователь через регулируемое сопротивление Ri (рис. 49). Напряжение, снимаемое с потенциометра Ru сравнивается с напряже-

Рис.

48.

 

Датчик

 

прибора

ЭГ-152-003

(а)

и его электри­

 

ческая ячейка

(б)

 

/ — мембрана;

2— электролитичес­

кая

ячейка;

3 —корпус;

4— про­

кладка,

 

5 —кабель;

6 — гайка;

7 — терморезисторы;

 

8 — провод;

9 — кольцо

резьбовое;

10 — сетчатый

катод (Аи);

// — прижимное коль­

цо; 12 —• корпус;

13 — резиновая про­

кладка;

14 — крепежный

винт;

15—анод (Zn); 16 — резьбовая проб­

ка;

17 — полость

с

электролитом;

18 — проволочный

вывод

катода

нием моста отрицательной обратной связи

 

(R*—^7). Ток,

вызванный разностью этих

напряжений,

 

поворачивает

рамку гальванометра G с закрепленным

на

ней зерка­

лом. Это вызывает изменение

сопротивлений

ФС\, ФС2,

которые включены делителем в цепь полупроводниково­ го триода ПТ, работающего в режиме усиления посто-

123


янного тока. Изменение сопротивлений ФС\ и ФС2 вы­ зывает изменение напряжения смещения, а следователь­ но, и тока коллектора, который является током нагруз­ ки. Таким образом, в качестве первого каскада усиления служит стандартный фотоусилитель Ф-117/20, в качестве второго — полупроводниковый триод П104.

[По'енцшметр ЛСР \

Рис. 49. Принципиальная электрическая схема усилителяпреобразователя прибора ЭГ-152-003

К факторам, существенно влияющим на величину предельного диффузионного тока, а следовательно, и на точность измерений содержания растворенного кислоро­ да, относится температура исследуемой воды. С повыше­ нием температуры на 1° при прочих равных условиях диффузионный ток растет примерно на 2,5—5%- Следо­ вательно, при измерении содержания кислорода элек­ трохимическим методом необходимо учитывать влияние

температуры.

Наиболее простое решение — это

термо-

статирование

самого объекта исследования или

внесе­

ние поправок

в показания прибора по тарировочным

графикам. Именно с таким расчетом и изготовлены мно­ гие приборы лабораторного назначения, но для произ­ водственных и полевых условий это весьма неудобно. Рассматриваемый здесь прибор ЭГ-152-003 отличается тем, что он имеет надежную автоматическую темпера­ турную компенсацию, осуществляемую терморезисто­ ром, включенным в измерительную цепь прибора.

124

Терморезистор помещают в корпус датчика (см. рис. 48) и рассчитывают следующим образом. Зависимость диффузионного тока от температуры имеет вид:

 

 

 

/

= / С е х р ( - ^ с ,

 

 

 

 

(47)

где

А

константа,

зависящая от

свойств газопроница­

 

 

емой

пленки;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К—константа,

зависящая

от размеров

и свойств

 

 

электродов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сопротивление терморезистора RT имеет

аналогич­

ную,

но обратную экспоненциальную

 

зависимость:

 

 

 

 

*Т = * . « р

(В/Т),

 

 

 

 

(48)

где /?еосопротивление терморезистора

при

Т=

со;

 

В—константа

терморезистора.

 

 

 

 

 

Резисторы подбираются таким образом, чтобы

В бы­

ло равно А. Точность действия термокомпенсации

прибо­

ра уже указана

в литературе [36, 50].

 

 

 

 

 

Технические

данные анализатора

ЭГ-152-003

следу­

ющие: диапазон измерений

0—10

 

мг

02/л;

основная по­

грешность

показаний

анализатора

6%

диапазона

изме­

рения. Эта точность обеспечивается

при

следующих ус­

ловиях: температура

исследуемой

воды 20+0,2° С, соле-

содержание не более 0,1 г/л;

рН =

7+8;

скорость течения

воды в месте установки датчика не менее 0,6 м/сек;

тем­

пература

воздуха 20+2° С;

относительная

влажность

55+25%;

барометрическое

давление 760+25

ммрт.ст.;

напряжение питания

2 2 0 е + 2 % ;

 

потребная

мощность

150 в. Начало реагирования — не более

30 сек

после пер­

вого включения прибора; продолжительность установле­ ния показаний не превышает 10 мин.

Согласно рекомендации завода-изготовителя при не­ прерывной эксплуатации прибора ЭГ-152-003 через каж­ дые 7 суток следует проверять мембрану электрохими­ ческой ячейки датчика и при необходимости промывать ее водой и затем протирать спиртом. В эти же сроки следует корректировать выходной сигнал анализатора по Винклеру. Через 30 суток работы анализатора завод рекомендует заменять электрохимическую ячейку на запасную, а рабочую после очистки анода и замены электролита отправлять в запас1 . Полимерная мембрана

1 Сложность работы, связанная с перезарядкой электрохимиче­ ской ячейки является существенным недостатком датчика этого типа.

125


может служить длительное время; заменяют ее в случае повреждения.

Опыт эксплуатации приборов ЭГ-152-003 на соору­ жениях Московской канализации и очистной станции Невинномысского химического комбината показал, что чистить мембраны и корректировать выходной сигнал можно значительно реже: в летнее время — через две не­

дели, в зимнее—через

три недели

и более.

Эти

сроки

зависят от активности

жизнедеятельности

микроорга­

низмов и интенсивности перемешивания жидкости

в мес­

те установки датчика. Температура

воды,

состав

и кон­

центрация загрязнений

в этом

процессе

играют

весьма

важную роль. При

использовании

прибора

на модель­

ных установках, где

режимы

биологических

процессов

во много раз динамичнее и не

постоянны, сроки

регла­

ментных работ прибора

сокращаются.

 

 

 

При использовании измерителей растворенного кис­ лорода, покрытых полимерной пленкой, следует прини­ мать во внимание влияние еще двух факторов: количе­ ства растворенных солей и величины рН в анализируе­ мой жидкости. Особенно большие сложности в измере­ нии могут возникнуть из-за солевого состава воды [27]. Растворимость кислорода в воде, как и других газов, за­ висит от концентрации растворенных в ней солей (зако­ номерность И. М. Сеченова): концентрация Ог понижа­ ется с увеличением концентрации солей. Электрохимиче­ ские анализаторы с газопроницаемой мембраной на это изменение не реагируют и фиксируют концентрацию 0 2 , соответствующую нулевому содержанию солей. Величи­ на ошибки такого анализатора иллюстрируется следу­ ющим примером:

Содержание NaCl в г/л

11,7

23,4

35,1

Истинная растворимость

 

 

 

0 2 в г/л

8,04

7,45

6,97

Измеритель кислорода покажет во всех

этих случа­

ях 8,6 мг Ог/л, что соответствует нулевому

содержанию

NaCl.

 

 

 

Отмеченное свойство измерителей кислорода не вно­ сит осложнений, если контролируется сточная вода, по­ ступающая на биохимическую очистку, так как такая вода не должна содержать растворенных солей более 10 г/л. В этих пределах ошибка, вносимая прибором, не­ значительна; например, при содержании Са, К, Na, С1,

126