книги / Электронные приборы контроля и автоматизации нефтехимического производства

ция вибратора этого усилителя отличается от обычной конструк­ ции в основном тем, что выводы от катушки возбуждения сде­ ланы через верхнюю часть чехла.

На первом месте используется пальчиковый пентод типа 6Ж1П в обычном режиме. III каскад усиления напряженття (пра­ вый триод 6H9G) охвачен отрицательной обратной связью через двойной Т-образный фильтр ( R 1 3, Ru, Т?15, Сю, Си, С12), что значительно снижает коэффициент усиления при всех частотах, кроме рабочей (50 гц). В этот же каскад вводится скоростная обратная связь с выхода усилителя, что способствует стабильной работе прибора. Величина обратной связи регулируется при помощи переменного сопротивления Ris.

Еще одна особенность ЭУ-39: корпус усилителя не соединен непосредственно с заземленным корпусом прибора, чем дости­ гается возможность работы при заземленном измеряемом рас­ творе.

p H - м е т р б л о ч н о г о т и п а

р а з р а б о т к и Ц е н т р а л ь н о й л а б о р а т о р и и а в т о м а т и к и (ЦЛА)

Прибор состоит из датчика (проточного ДПр-5035, погружных ДПг-5074 и ДПг-5075), высокоомного преобразователя указы­ вающего типа ПВУ-5056 и вторичного регистрирующего или регулирующего прибора, в качестве которого может быть исполь­ зован любой электронный автоматический потенциометр с пре­ делами шкалы 0—45 мв.

В зависимости от температуры и величины pH раствора в ком­ плект блочного pH-метра входят стеклянные электроды, приве­

Высокоомный преобразователь блочного pH-метра работает на принципе статической компенсации измеряемой величины, т. е. представляет собой схему, аналогичную схеме рассмотренного ранее электронного компенсатора ЭК-15 (см. стр. 300).

На рис. 169 приведена принципиальная электрическая схема высокоомного преобразователя ПВУ-5056.

Э. д. с. электродов здесь компенсируется падением напряже­ ния на сопротивлениях RT. C, R i', Лъ', i?e\ по которым протекает выходной ток преобразователя. Э. д. с. небаланса преобразовы-

351

вается в переменное напряжение при помощи вибропреооразователя ВП, усиливается тремя каскадами (два триода JIi и ле­ вый триод Л 2 ) и подается на фазовый детектор (правый триод Лг и левый триод Лз, включенные как диоды). Выпрямленное напряжение подается на сетки выходного каскада (правый триод Лз и обе половины Л*, включенные параллельно) и управляет выход­ ным током преобразователя, подаваемым во входную цепь. Вели­

В преобразователе имеется показывающий стрелочный прибор

V.В качестве его используется профильный милливольтметр. Вторичный прибор подключается, как это показано на схеме,

параллельно сопротивлению Re' .

Чувствительность преобразователя 2 мв (0,03 pH) при сопро­ тивлении датчика 1000 мгом. Стабильность преобразователя ±2 мв (0,03 pH) за сутки. Питание осуществляется непосред­ ственно от сети переменного тока 220 в.

Внешний вид высокоомного преобразователя типа ПВУ-5256 показан па рис. 170.

В последнее время была проведена модернизация блочного pH-метра. Высокоомный преобразователь типа ПВУ-5256 имеет более совершенную электрическую схему и конструкцию, по в основном он сохранил вид предыдущей модели. С 1960 г. начато серийное производство этих приборов, которые вместе с электрон­ ными высокоомными потенциометрами ЭППВ-5080 являются наи­ более перспективными промышленными рН-метрами.

Л а б о р а т о р н ы й pH-м е т р ЛЭ-рН-6 с в и б р о п р е о б р а з о в а т е л е м

Прибор имеет измерительную схему, представляющую собой последовательную цепь (см. стр. 317), и нуль-индикатор с вибро­ преобразователем.

На рис. 171 приведена принципиальная схема прибора, на которой обозначены нормальные величины токов и напряжений.

Отличие входной цепи нуль-индикатора состоит в том, что на первом месте стоит лампа 6Ф7 (двойной триод-пентод). В I каскаде (преобразователь) используется пентодная часть лампы, вклю­ ченная триодом. Вторая половина этой лампы и два каскада на лампе 6H9G усиливают переменное напряжение, которое подается на сетку электроннолучевого индикатора настройки типа 6Е5С.

Индикатор в этой схеме работает так. Когда на вход нульиндикатора не поступает постоянное напряжение небаланса, на сетке 6Е5С нет переменного напряжения и ее потенциал опреде­ ляется лишь небольшими сеточными токами, протекающими по сопротивлению утечки сетки Л2 0 . Анодный ток 6E5G имеет зна­ чительную величину, и теневой сектор имеет максимальный угол («раскрыт»). При появлении на сетке 6Е5С переменного напряже­ ния большой амплитуды резко возрастают сеточные токи и рабо­ чая точка лампы сдвигается влево, т. е. уменьшается постоянная составляющая анодного тока и теневой сектор закрывается.

В сеточную цепь 6Е5С включен двойной Т-образный фильтр RC, который не пропускает на сетку индикатора напряжения частоты 150 гц, возникающие в нуль-индикаторе вследствие воз­ действия на его входные цепи со стороны катушки возбуждения

деление момента баланса измерительной схемы.

Прибор не рассчитан на работу с заземленным раствором, поэтому I каскад имеет общее анодное питание с остальными кас­ кадами нуль-индикатора, которое осуществляется от селенового выпрямителя В, включенного по мостовой схеме.

23*

Г л а в а XI

АВТОМАТИЧЕСКИЕ АНАЛИЗАТОРЫ ЖИДКОСТИ, ОСНОВАННЫЕ НА ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДАХ.

КОНДУКТОМЕТРЫ

Измерение концентрации веществ в растворах необходимо во многих технологических процессах нефтепереработки, нефтехи­ мии и особенно в различных химических производствах. Однако создание автоматических приборов для подобного рода анализов часто встречает значительные трудности. Проведение этих ана­ лизов во многих случаях не может быть ограничено применением физических методов (измерение плотности, вязкости, электро­ проводности, pH, коэффициента рефракции и т. д.) и должно вестись с применением химических методов, в основе которых обычно лежит титрование. Титрование — процесс, который по своему характеру очень труден для автоматизации; кроме того, нередко рабочие растворы до титрования должны быть предва­ рительно обработаны. Поэтому в настоящее время контроль за концентрацией веществ химическими методами в большинстве случаев ведется путем отбора проб п лабораторных анализов, что требует значительного штата лаборантов.

Автоматизация химических методов анализа ведется созда­ нием приборов для работы на потоке и оснащением заводских лабораторий автоматическими и полуавтоматическими сред­ ствами контроля, значительно увеличивающими производитель­ ность труда лаборантов.

В ряде случаев концентрация веществ контролируется по­ средством измерения электропроводности или pH растворов. В этом случае автоматическое измерение концентрации п регулирование процессов значительно упрощаются.

Ниже будут рассмотрены основные методы титрования, осо­ бенности электронных и электрических схем и конструкции авто­ матических и полуавтоматических титраторов и концентратомеров, работающих по методу измерения электропроводности растворов.

356

§ 1. Основные методы титрования

Титрованием называется один из видов количественного хими­ ческого анализа. При этом количество вещества, содержащегося в единице объема раствора (концентрация), определяется путем воздействия на титруемый раствор титрующим веществом, коли­ чество которого известно. Титрующее вещество вступает в хими­ ческую реакцию с определяемым веществом. В этом случае могут происходить различные химические реакции — нейтрализации, замещения комплексообразовання. Когда все количество веще­ ства, имевшиеся в растворе, вступит в реакцию, что определяется по различным признакам (например, по величине pH раствора), пли, как говорят, будет достигнута точка эквивалентности, заме­ чают, какое количество титрующего вещества было использовано. Затем определяют количество вещества, которое было в растворе, и концентрацию, зная объем раствора, взятого для титрования.

Имеется много различных методов титрования, различаю­ щихся способом введения титрующего вещества в титруемый раствор и способами определения момента достижения точки эквивалентности. По способу введения титрующего вещества различают объемное (волюмометрическое) и кулонометрическое титрования.

О б ъ е м н ы м т и т р о в а н и е м называется такое, когда титрующее вещество вводится в виде раствора, содержащего определенное количество вещества в единице объема. При титро­ вании учитывают объем раствора, пошедшего для достижения точки эквивалентности. Этот раствор, называемый стандартным или титрованным, характеризуется определенным титром. Титром стандартного раствора называют концентрацию вещества в рас­ творе в граммах на литр (г/л) пли в миллиграммах на милли­ литр (мг/мл).

Объемное титрование является самым распространенным видом лабораторных анализов. Техника его очень проста. Стандартный раствор наливают в бюретку — градуированный сосуд в виде трубки с делениями, имеющий на нижнем конце капилляр с кра­ ном. В начале титрования замечают уровень раствора в бюретке, затем открывают крап и по каплям вводят стандартный раствор в испытуемый при его непрерывном перемешивании. При дости­ жении точки эквивалентности прекращают добавление стандарт­ ного раствора и снова замечают его уровень. Разность между начальным н конечным уровнями дает объем стандартного рас­ твора, пошедшего на титрование, по которому определяют кон­ центрацию.

При автоматизации процесса объемного титрования изгото­ вляют такие бюретки, в которых наполнение, опорожнение и измерение количества израсходованного при титровании раствора осуществляются автоматически.

К у л о н о м е т р и ч е с к и м титрованием называется та­ кое, когда титрующее вещество получают путем электролиза либо

357

самого исследуемого раствора, для чего в него добавляются соответствующие вещества, либо специального раствора, причем

электролизер.

Кулонометрическое титрование удобно тем, что отсутствует бюретка, и ненужен титрованный раствор, результаты получаются в электрических величинах, что особенно выгодно при автомати­ зации процесса титрования и использовании его результатов. Тит­ рование этого вида широко изучается и внедряется в последние годы в лабораторную практику. Однако для применения его в каждом отдельном случае необходимо иметь разработанную методику генерирования соответствующих ионов. Кроме того, возникают затруднения с учетом количества электричества, а при титровании растворов большой концентрации для сокращения времени анализа требуется применять большие силы тока в элек­ тролизере, в связи с чем сильно нагревается электролитическая ячейка.

По способам определения конца титрования (достижения точки эквивалентности) методы титрования делятся на индикаторный, потенциометрический, амперометрический, кондуктометрический, высокочастотный и пирометрический.

И н д и к а т о р н о е титрование заключается в том, что к исследуемому раствору добавляют небольшое количество инди­ катора (чаще всего в виде жидкости), который изменяет цвет в момент достижения точки эквивалентности или близкой от нее. Индикаторное титрование в настоящее время распространено шире других способов; его преимущество состоит в простоте и отсут­ ствии какой-либо специальной аппаратуры. Однако титрование этого вида имеет значительные недостатки, например точность определения этим способом меньше, чем другими. Причины этого следующие:

1)наличие субъективных ошибок, так как разные лица поразному отличают изменение цвета раствора, влияние осве­ щения;

2)широкая зопа изменения цвета индикатора, что вносит неопределенность в выбор момента прекращения титрования;

3)сами индикаторы, как правило, не являются нейтральными веществами и заметно влияют на свойства исследуемых растворов, особенно если последние относятся к типу слабобуферных.

Индикаторное титрование не может быть применено для окра­ шенных и мутных растворов, оно требует хорошего освещения (чаще всего дневного). Для автоматизации процесса анализа индикаторный метод определения момента окончания титрова­ ния неудобен, так как для получения достаточной чувствитель­ ности фотоэлектронного устройства, реагирующего на изменение цвета раствора, необходима сложная оптическая система с свето­ фильтрами.

358

П о т е н ц и о м е т р и ч е с к о е т и т р о в а н и е состоит в том, что в титруемый раствор опускают два электрода — изме­ рительный, потенциал которого зависит от свойств (концентра­ ции) раствора, и сравнительный, потенциал которого от свойств раствора не зависит. Измеряя в ходе титрования разность потен­ циалов электродов, по величине этой разности судят о достиже­ нии точки эквивалентности.

Измерительный электрод выбирают в зависимости от того, кон­ центрация каких ионов изменяется в ходе титрования. Напри­

Титрование по pH — самый распространенный случай потен­ циометрического титрования, характерный резким изменением потенциала электрода в точке эквивалентности. На рис. 172 кри­ вая 1 показывает зависимость pH раствора и э. д. с. стеклянного и каломельного электродов от количества прилитого стандарт­ ного раствора V при титровании сильной кислоты (например, НС1) сильной щелочью (например, NaOH). Моменту эквивалент­ ности соответствует нейтральная реакция раствора (7 pH). Как видно по кривой, в этой точке происходит наиболее сильное изме­ нение (скачок) э. д. с. электродов. Кривая 2 соответствует тит­ рованию щелочи кислотой, форма ее такая же, как и в преды­ дущем случае, но ход кривой обратный. При титровании слабых кислот и щелочей скачок потенциала в точке эквивалентности обычно бывает небольшим (кривая 3), а в ряде случаев титрования скачок потенциала может вообще отсутствовать (кривая 4).

Когда при титровании характерным является концентрация не водородных ионов, а каких-нибудь других, выбирают соответст­ вующий измерительный электрод, реагирующий на изменения

359

концентрации именно этих ионов. Например, при определении содержания в растворе хлоридов (хлористых солей) при­ меняется хлоросеребряный электрод. Кривая 5 показывает изме­ нение э. д. с. хлоросеребряного п каломельного электродов при титровании азотнокислым серебром раствора, получающегося после отмывки солей, содержащихся в нефти.

Когда применяют потенциометрическое титрование в лабора­ торных условиях, часто строят всю кривую титрования, а затем по графику определяют точку эквивалентности и соответствую­ щее ей количество прилитого стандартного раствора. При авто­ матическом процессе титрования точку эквивалентности опреде­

ляют двумя способами. По од­ ному способу титрование ведут до определенной э. д. с. электродов, соответствующей точке эквива­ лентности, по другому — до мо­ мента, когда очередные порции стандартного раствора начинают сильно изменять э. д. с. элек­ тродов, т. е. процесс титрования вступает в область скачка потен­ циала. Этот способ потенциомет­ рического титрования обычно на­ зывают дифференциальным титро­ ванием.

На рис. 173 приведены два гра­ фика: на верхнем (рис. 173, а)—уже знакомая кривая, выражающая за­ висимость э. д. с. Е электродов от количества V прилитого стандарт-

ного раствора при титровании кислоты щелочью; па нижнем гра­ фике (рис. 173, б) — кривая зависимости скорости изменения э. д. с. электродов от количества стандартного раствора ( A E / A V ) при том же титровании. При титровании до определенного потенциала точку эквивалентности определяют по верхнему графику, она будет соответствовать Е = 300 мв; при дифференциальном титрова­ нии точка эквивалентности соответствует значению пика кривой на нижнем графике.

Титрование до определенного потенциала является наиболее применяемым и универсальным способом. Его недостаток состоит в том, что необходимо достаточно точно измерять абсолютное зна­ чение э. д. с. электродов и в ряде случаев учитывать влияние температуры. При дифференциальном титровании в изморе пин абсолютного значения э. д. с. электродов нет необходимости, электронный индикатор в этом случае является усилителем элек­ трических импульсов низкой частоты. Однако дифференциальное титрование может быть применено лишь тогда, когда кривая тит­ рования имеет в точке эквивалентности ясно выраженный ска­ чок, что бывает не всегда.

36