ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к определению концентрации растворенных газов, преимущественно кислорода.
Известна измерительная система для определения концентрации растворенного кислорода, - см., например, Справочник "Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления" авторы Ю.М. Кострикин, Н.А. Мещерский, О.В. Коровина, М., Энергоатомиздат, 1990 г., с. 149-151.
Измерительная система предназначена для измерения концентрации растворенного кислорода с использованием колориметрического метода и содержит проточную камеру, защитную колбу и трубку подачи пробы. При проведении измерений гибкая трубка подачи пробы подсоединяют к металлической трубе пробоотборника, обеспечивая подачу пробы в систему. Проточная камера системы выполнена бутылкообразной формы, а трубка подачи пробы содержит резиновый шланг со стеклянным наконечником.
Известная измерительная система пригодна для определения малых концентраций растворенного кислорода.
Известная система для измерения концентрации растворенного кислорода по совокупности существенных признаков является наиболее близкой к заявляемому техническому решению и выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Недостатками известного устройства являются низкая точность и плохая воспроизводимость результатов измерений, значительные затраты ручного труда.
Указанные недостатки обусловлены в основном двумя причинами.
Первая из них - это поступление в контролируемую пробу кислорода, абсорбированного в конструкционных материалах системы, в частности наиболее сильно в материале гибкой трубки, подводящей пробу. Подобная трубка, как правило, изготавливается либо из пластика или резины. Наиболее сильно поглощает газы пластик. Для резины характерно растрескивание поверхности, наблюдаемое с течением времени. Объемы пластика и объемы появившихся трещин в резине становятся в данном случае буферными объемами, заполняемые кислородом воздуха при контакте материала с воздухом. При проведении анализа данный кислород начинает медленно диффундировать в контролируемую пробу, суммируясь с кислородом пробы. Таким образом, результат измерения оказывается завышенным на величину добавленного кислорода из указанных буферных объемов. Очевидно, что влияние данного фактора зависит от потока контролируемой среды. Чем меньше поток, тем большую концентрацию в среде создает «буферный» кислород. Таким образом, результаты измерений оказываются зависящими от потока среды, от геометрии конкретной трубки, подводящей пробу, от времени пребывания этой трубки на воздухе до начала измерения. Влияние всех этих факторов на практике оказывается весьма труднопредсказуемым. Поэтому как ошибка измерения, так и разброс в серии измерений оказывается весьма значительными, более чем заданная погрешность метода, рассчитанная для идеальных условиях работы.
Вторая причина указанных недостатков измерительной системы - это недостатки, присущие колориметрическим методам анализа. В частности низкая точность измерения малых концентраций, значительная трудоемкость анализа, а также зависимость результатов измерений от качества используемого реактива. Ухудшение со временем качества реактива приводит к получению заниженных оценок концентрации кислорода, которые очень часто воспринимаются как сигнал отсутствия нарушений в контролируемой системе. При этом истинная концентрация кислорода может превышать полученную в измерениях с подобным реактивом в несколько раз. Данную ошибку измерений можно назвать аномально большой. Проведение повторных измерений, практикуемое в реальной работе для подтверждения достоверности получаемых результатов, связано с дополнительными трудозатратами.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение точности и воспроизводимости измерений, а также снижение затрат ручного труда.
Указанный технический результат достигается тем, что измерительная система, содержащая проточную камеру и защитную колбу, согласно полезной модели, снабжена датчиком растворенного кислорода, скрепленного с проточной камерой, при этом мембрана датчика образует дно проточной камеры, внутренняя боковая поверхность проточной камеры снабжена средством защиты от повреждения мембраны, защитная колба выполнена бутылкообразной формы с металлическим горлышком, на котором установлен зажим для крепления непосредственно к трубе пробоотборника.
Кроме того, в измерительной системе средство защиты от повреждения мембраны выполнено в виде клинообразных ребер, расположенных по периметру внутренней боковой поверхности проточной камеры и имеющих максимальную высоту у дна проточной камеры.
Также, в измерительной системе средство защиты от повреждения мембраны может быть выполнено в виде сетки, размещенной у дна проточной камеры.
Приведенная совокупность существенных признаков позволяет обеспечить повышение точности и воспроизводимости измерений и снизить затраты ручного труда. Это достигается исключением гибкой трубки, подающей пробу в проточную камеру, а также использованием датчика растворенного кислорода, встроенного в проточную камеру таким образом, что мембрана датчика являлась дном этой камеры. При этом минимизируется возможное влияние кислорода, абсорбированного в конструкционных материалах измерительной системы, и в частности отсутствует основной источник абсорбированного кислорода - гибкая соединительная трубка. Для обеспечения подачи пробы в камеру вся измерительная система устанавливается на время измерений непосредственно на металлическую трубу пробоотборника. Срез данной трубы погружается в проточную камеру на максимально возможную глубину, приближаясь к мембране кислородного датчика. Для защиты мембраны от возможного контакта с трубой пробоотборника служат клинообразные ребра и сетка. Измерение кислорода осуществляется специализированным электронным блоком, анализирующим сигнал датчика. Результаты измерений перестают зависеть от потока пробы в широком диапазоне возможных потоков. Повышается точность и воспроизводимость измерений. Трудоемкость измерительной процедуры снижается за счет использования аппаратурного, менее трудоемкого метода измерения, а также за счет повышения воспроизводимости, исключающей необходимость проводить повторные измерения.
Охарактеризованная указанными выше существенными признаками полезная модель на дату подачи заявки не известна в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия «новизна».
Полезная модель может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен общий вид измерительной системы.
На чертеже приняты следующие обозначения:
1 - проточная камера;
2 - датчик растворенного кислорода;
3 - мембрана датчика 2;
4 - защитная колба;
5 - клинообразные ребра;
6 - защитная сетка;
7 - измерительный электрод;
8 - термодатчик;
9 - винт крепления;
10 - горлышко защитной колбы 4;
11 - зажим.
Измерительная система содержит проточную камеру 1, скрепленную с датчиком 2 растворенного кислорода, при этом мембрана 3 датчика 2 образует дно проточной камеры 1, защитную колбу 4. Проточная камера 1 снабжена средством защиты от повреждения мембраны. Средство защиты от повреждения мембраны может быть выполнено в виде клинообразных ребер 5, расположенных по периметру внутренней боковой поверхности проточной камеры 1 и имеющих максимальную высоту у дна проточной камеры 1, или в виде сетки 6, размещенной у дна проточной камеры 1. Возможно использование и того и другого средства защиты одновременно (и клинообразных ребер 5 и сетки 6). Датчик 2 растворенного кислорода содержит измерительный электрод 7, контактирующий с мембраной 3, термодатчик 8 и винт 9 крепления датчика 2 к защитной колбе 4. Защитная колба 4 выполнена бутылкообразной формы с металлическим горлышком 10, на котором установлен зажим 11 для крепления непосредственно к трубе пробоотборника (на чертеже показана тонкими линиями).
Работа устройства осуществляется следующим образом. Защитную колбу 4 с помощью зажима 11 закрепляют на металлической трубе пробоотборника таким образом, чтобы труба проникла в проточную камеру 1 максимально глубоко и ее срез оказался вблизи мембраны 3 датчика 2. Для предотвращения возможного повреждения мембраны 3 датчика 2 металлической трубой пробоотборника предусмотрены средства защиты, которые исключают прямой контакт этой трубы с мембраной 3. Средствами защиты являются клинообразные ребра 5 переменной высоты, установленные на боковой поверхности камеры, либо сетка 6 над поверхностью мембраны 3. Высота ребер 5 увеличивается по мере приближения к мембране 3 таким образом, чтобы исключить касание торца металлической трубы пробоотборника минимально возможного диаметра поверхности мембраны 3.
Клинообразные ребра 5 кроме того позволяют центрировать положение трубы пробоотборника в проточной камере 1, что является полезным для регуляризации потоков жидкости и исключения движения жидкости с поверхности в глубину проточной камеры 1. Поступающая проба омывает мембрану 3 датчика 2 и, наполнив проточную камеру 1, свободно переливается через ее края. Далее поток стекающей жидкости омывает термодатчик 8, расположенный снаружи кислородного датчика 2. Информация о кислороде и температуре поступает с датчиков в электронный блок (на чертеже не показан), где она соответствующим образом обрабатывается и выводится на индикатор блока.
3
3
3
3
Проведенные испытания данной системы показали, что результаты измерений не зависят от потока пробы в диапазоне от 20 см/мин до 1000 см/мин. Даже при минимальном потоке (20 см/мин) система позволяет осуществлять измерения растворенного кислорода при концентрациях (1-3) мкг/дм. Время получения результатов определяется скоростью реакции датчика и находится в пределах (для типовых датчиков) 3-5 мин.