УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫХ СРЕДАХ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам экспресс-контроля качества водных сред, используемых в энерготехнологических комплексах, а именно устройствам идентификации и определения концентрации поверхностно-активных веществ (ПАВ) в названных водных средах.
Известны устройства для определения концентрации поверхностно-активных веществ в водных средах - тензиометры, содержащие рабочий отсек с пробой исследуемой водной среды, датчик (кольца Дю-Нуи или пластины Вильгельми) и средства измерения силы отрыва датчика от поверхности жидкости [см. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества. Спр. под редакцией А.А.Абрамзона и Е.Д.Щукина, Л.: «Химия», 1984]. В устройстве методом отрыва датчика измеряется сила поверхностного натяжения, по которой (с использованием индивидуальных для каждого конкретного ПАВ калибровочных кривых) определяется значение объемной концентрации ПАВ.
Недостатками такого устройства является недостаточная чувствительность при определении концентрации поверхностно-активных веществ в водных средах
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является устройство для определения концентрации поверхностно-активных веществ в водных средах [см. Абраменко Ю.М., Абрамзон А.А., Бенинг Г.П., Лешечко Ж.Я. Прибор для определения поверхностных свойств жидкостей //Коллоидный журнал, 1987, №1, с.122-126], содержащее кольцевую ванну с рабочим отсеком, барьер, электропривод, перемещающий барьер по рабочему отсеку кольцевой ванны, концевые выключатели, служащие для остановки барьера в определенных точках рабочего отсека, датчик поверхностного натяжения, датчик площади рабочего отсека кольцевой ванны, механотрон и блок управления.
Недостатком устройства является большие временные затраты на проведение анализа, связанные с необходимостью выполнения большого количества процедур сравнения полученных экспериментально и эталонных кинетических характеристик.
Технической задачей полезной модели является сокращение времени выполнения анализа, а также расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности идентификации ПАВ.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема устройства.
Устройство содержит кольцевую ванну с рабочим отсеком 1, барьер 2, электропривод 3, подключенным к выходу блока управления 4, концевые выключатели 5, выход которых соединен со вторым входом первого блока управления 4, датчик площади 6 рабочего отсека кольцевой ванны 1 механически соединенный с электроприводом 3, выход датчика площади 6 рабочего отсека кольцевой ванны 1 подключен к третьему входу первого блока управления 4, датчик поверхностного натяжения 7, соединен с механотроном 8, выход которого подключен к первому входу первого блока управления 4, первый 9 и второй 10 идентично выполненные аналого-цифровые преобразователи, первые входы которых подключены к выходу механотрона 8 и датчику площади 6 рабочего отсека кольцевой ванны 1, вторые входы аналого-цифровых преобразователей подключены к первому и второму выходам второго блока управления 11 соответственно, оперативное запоминающее устройство 12, к входным шинам данных которого подключены выходы аналого-цифровых преобразователей 9 и 10, к шине адреса и шине управления которого подключены третий и четвертый выходы второго блока управления 11, выходная шина данных которого подключена к входу блока передачи данных 13 в электронную вычислительную машину 14, шина управления которого соединена с пятым выходом второго блока управления 11, выход блока передачи данных 13 соединен с электронной вычислительной машиной 14, вход второго блока управления 11 соединен с концевыми выключателями 5.
Первый блок управления 4 может быть выполнен как описано в Абраменко Ю.М., Абрамзон А.А., Бенинг Г.П., Лешечко Ж.Я. Прибор для определения поверхностных свойств жидкостей //Коллоидный журнал, 1987, №1, с.122-126. Второй блок управления 11 построен как управляющий автомат с «жесткой» логикой [см. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Энергоатомиздат, 1985. - 552 с., ил.].
Устройство для определения концентрации поверхностно-активных веществ в водных средах работает следующим образом.
Вначале работы устройства пробу исследуемой водной среды заливают в рабочий отсек кольцевой ванны 1 и опускают датчик поверхностного натяжения 7 до соприкосновения с исследуемой пробой. При этом барьер 2 находится в исходном положении - в начале рабочего отсека кольцевой ванны 1. датчик поверхностного натяжения 7 расположен в конце рабочего отсека кольцевой ванны 1.
Пользователь включает блок управления 4, который подает сигнал на электропривод 3, запускающий в движение барьер 2 в рабочем отсеке кольцевой ванны 1. Барьер 2, передвигаясь по рабочему отсеку, уменьшает площадь измерительной части рабочего отсека, в которой расположен датчик поверхностного натяжения 7, с использованием которого и механотрона 8 производится измерение силы поверхностного натяжения исследуемой водной среды. Текущая площадь измерительной части рабочего отсека фиксируется датчиком площади 6. При движении барьера 2 происходит концентрация поверхностно-активных веществ в измерительной части рабочего отсека, что приводит к увеличению силы поверхностного натяжения исследуемой водной среды, которая фиксируется датчиком поверхностного натяжения 7 и измеряется механотроном 8. Остановка барьера 2 в конечном положении осуществляется по выходному сигналу блока управления 4 по достижению заданной площади измерительной части рабочего отсека, фиксируемой концевыми выключателями 5.
При движении барьера 2 производится оцифровка аналого-цифровыми преобразователями 9 и 10 и запись в оперативное запоминающее устройство 12 соответствующих друг другу пар значений: текущего значения поверхностного натяжения исследуемой водной среды (выходной сигнал механотрона 8) и площади измерительной части рабочего отсека кольцевой ванны 1 (выходной сигнал датчика площади 6). Пары значений записываются в оперативное запоминающее устройство 12 через равные промежутки времени, формируемые вторым блоком управления 11, который также формирует сигналы управления для аналого-цифровых преобразователей 9 и 10. Запуск в работу и основ второго блока управления 11 осуществляется в начале и конце движения барьера 2 по сигналу концевых выключателей 5.
Таким образом, в оперативное запоминающее устройство 12 записывается первая зависимость - значений поверхностного натяжения исследуемой водной среды от текущей площади измерительной части рабочего отсека при уменьшении последней.
Затем, аналогично производится запись в оперативное запоминающее устройство 12 второй зависимости - значений поверхностного натяжения исследуемой водной среды от текущей площади измерительной части рабочего отсека при увеличении последней (при движении барьера 2 в рабочем отсеке кольцевой ванны 1 в обратном направлении - от конечной к начальной точке).
В заключении в оперативное запоминающее устройство 12 записывается третья зависимость - значений поверхностного натяжения исследуемой водной среды от времени адсорбции/десорбции поверхностно-активных веществ в объем раствора при неподвижном барьере 2.
При этом барьер 2 находится в исходном положении - в начале рабочего отсека кольцевой ванны 1.
Запускается второй блок управления 11, который начинает отсчет времени адсорбции/десорбции поверхностно-активных веществ в объем раствора. При этом через равные промежутки времени производится оцифровка аналого-цифровым преобразователем 9 и запись в оперативное запоминающее устройство 12 текущего значения поверхностного натяжения исследуемой водной среды (выходной сигнал механотрона 8). Сигналы управления для аналого-цифрового преобразователя 9 и оперативного запоминающего устройства 12 формируются вторым блоком управления 11. Останов второго блока управления 11 осуществляется по истечению заданного времени адсорбции/десорбции поверхностно-активных веществ в объем раствора.
Затем данные снятых трех зависимостей, хранящиеся в оперативном запоминающем устройстве 12 передаются блоком передачи информации 13 в электронную вычислительную машину 14 (например, на порт последовательной или параллельной передачи данных) для их обработки и проведения процедур идентификации и определения концентрации поверхностно-активных веществ. Управление передачей данных и синхронизация работы блоков устройства осуществляется по управляющим сигналам с выхода второго блока управления 11.
В электронной вычислительной машине 14 хранится информационный массив, содержащий данные об аналогичных трех зависимостях, полученных для различных поверхностно-активных веществ известного состава и концентрации.
Сравнивают поступившую информацию о снятых зависимостях с эталонными, электронная вычислительная машина 14 подбирает наиболее совпадающие зависимости. Если совпадений не обнаружено формируется отрицательный результат идентификации. При обнаружении совпадения формируется соответствующий результат идентификации и определяется значение концентрации поверхностно-активных веществ, которые выводятся на экран монитора.
В качестве меры совпадения снятых и эталонных зависимостей могут использоваться различные критерии, например, совпадение (с точностью до заданного предела) амплитуды зависимости и угла наклона (производной) соответствующей кривой.
Использование полезной модели обеспечивает сокращение времени выполнения анализа, а также расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности идентификации ПАВ.