6.8.3. Измерительные устройства для лабораторного и производственного контроля концентрации красителей и рабочих растворов
По ходу технологического процесса невозможно определить состав (концентрацию) компонентов раствора, а можно лишь измерить какие-либо показатели его свойств, например оптических. Иными словами, определение состава компонентов является результатом косвенных измерений.
В отличие от датчиков универсального назначения (термометры, расходомеры, датчики уровня, давления и т.д.) датчики анализаторов состава жидкостей общепромышленного исполнения имеют ограниченную область применения. Они не могут быть установлены в красильно-отделочном производстве, где из-за многообразия видов окрашиваемого текстильного материала и рецептуры красильных растворов требуются универсальные датчики и диапазоном измерения концентрации 0 30 г/л (при температуре раствора 20 140С, давлении до 0,4 МПа, рН 2 12).
При создании универсального датчика (или унифицированного ряда датчиков с диапазоном измерения концентрации 0 5, 5 15, 15 30 г/л и т.п.) необходимо сначала нормализовать условия измерения. Следует учитывать, что результат анализа как косвенное измерение будет не однозначным в зависимости от условий измерения: температуры раствора, показателя рН, наличие электролитов, текстильно-вспомогательных веществ.
Существуют уже разработанные измерительные установки и системы, позволяющие измерять концентрацию красителей в рабочих средах. Под измерительными установками понимается средство измерения, представляющее собой агрегированную совокупность (комплекс) функционально объединенных измерительных преобразователей, измерительных приборов и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте и связанных единством конструктивного исполнения.
Одной из первых измерительных установок, получивших распространение в отечественных лабораториях, является измерительная установка «Дайометр». Установка предназначена для определения выбора кубовых красителей при крашении пряжи в средние тона и состоит из сосудов для восстановления или растворения красителя и для собственно крашения, термостата, газового сифона, измерительной фотометрической головки и электронного блока. Установка позволяет осуществлять изометрическое крашение с непрерывным контролем выбора красителя из раствора.
При изменении концентрации красителя оптическая плотность раствора в рабочем канале изменяется по отношению к раствору сравнения, что приводит к появлению сигнала разбаланса на выходе измерительной схемы датчика. Разбаланс устраняется автоматически, путем изменения степени раскрытия диафрагмы в рабочем канале. С помощью реохорда, связанного с осью винтовой передачи диафрагмы и двигателем сервопривода, степень раскрытия диафрагмы (и соответствующее значение относительной оптической плотности) преобразуется в электрическую величину и регистрируется самопишущим прибором типа КСП или КСМ. Прибор подобного типа прост в обслуживании и может быть смонтирован непосредственно в производственной лаборатории.
Разработана система автоматического дозирования концентрированного красильного раствора в ванну лабораторного красильного аппарата по мере истощения исходного красильного раствора. Одновременно самописцем регистрируется расход красителя.
На рис. 6.35 приведена функциональная схема системы. К выходу фотометра 1 типа ФМ-58 с проточной кюветой подключен гальвонометр 2 типа М 194 со световой индикацией результатов измерений. На шкале гальвонометра установлены два фоторезистора 3 и 4. При номинальной концентрации красителя освещается фоторезистор 3, при уменьшении концентрации красителя в растворе (увеличение тока через гальванометр) – фоторезистор 4. Фоторезисторы включены в мостовую схему 5, с которой напряжение разбаланса подается на фоточувствительный усилитель мощности 6, выход которого связан через электродвигатель (реле) 7 с исполнительным механизмом 8 (моторным вентилем или клапаном) дозатора красителя.
Длительность дозирования порции красителя, которая регистрируется самописцем 9, а также длительность блокировки дозатора во время перемещения дозированной порции задается реле времени 10 и 11.
На рис. 6.36 приведена функциональная схема комплекса Colorex. Кроме «жесткого» управления температурно-временным режимом работы красильного аппарата Colorex дает возможность «гибкого» управления температурным режимом по условию стабилизации скорости сорбции красителя из ванны.
Перед началом крашения настраивают фотометрический блок по двум точкам: по точке 100 выбора красителя и по точке 0 вибрация красителя. В первом случае настройку осуществляют по воде, во втором случае – по начальной красильной ванне.
Световой поток источника 1 проходит через светофильтр 2, после чего делится полупрозрачным зеркалом 3 на два луча: опорный, регистрируемый фотоприемником 6, и рабочий, проходящий через кювету 4 на фотоприемник 5. Сигналы фотоприемников 5 и 6 логарифмируются в блоке 7. Для обеспечения оптимальных условий фотометрирования можно изменять базовую длину L кюветы.
Рис. 6.35. Функциональная схема системы автоматического дозирования красителя 1 – фотометр; 2 – гальванометр; 3 – фоторезистор; 4 – фоторезистор; 5 – мостовая схема; 6 – усилитель мощности; 7 – электродвигатель; 8 – исполнительный механизм; 9 – самописец; 10 – реле времени; 11 – реле времени
Рис. 6.36. Функциональная схема комплекса COLOREX 1 – источник светового потока; 2 – светофильтр; 3 – полупрозрачное зеркало; 4 – кювета; 5 – фотоприемник; 6 – фотоприемник; 7 – логарифмирующий блок
В уже существующих оптических приборах по измерению концентрации красителя в рабочих растворах существуют ряд недостатков, таких как их большие габариты, потребность в дополнительных устройствах и приспособлениях, а также большие погрешности при измерении, т. к. определение концентрации происходит не непосредственно в красильной ванне, а за ее пределами методом отбора проб и разбавлением красильного раствора. Разработанный прибор в данной работе позволяет в некоторой степени устранить данные недостатки.