Анализ динамических характеристик прибора иономер И-102

Физические показатели воды; ее очистка методами серебрения, обеззараживания, хлорирования, озонирования. Применение ионоселективных электродов с целью определения в растворе концентрации различных ионов. Устройство и принцип действия иономера И-102.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 31.08.2013
Размер файла 529,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

3. Анализ средства измерения

3.1 Описание прибора

Измерение величины рХ осуществляется с помощью измерительного милливольтметра.

Разносторонний набор ионоселективных электродов позволяет проводить измерения активной концентрации определяемых ионов в растворе методом отбора проб. Комплект иономера предназначен для применения в различных областях научных исследований, промышленности и учебной практике.

Пределы измерения величины рХ:

pH от 0 до 14;

pNa от 0 до 3,0;

pK от 0 до 3,0;

pCN от 1 до 5;

pJ от 1 до 5;

pS от 1 до 16.

Принцип действия:

В основу переносного иономера И-102 положен принцип измерения активности одновалентных ионов контролируемого раствора с помощью соответствующего ионоселективного электрода и измерительного преобразователя (рис 1).

В качестве ионоселективного электрода для измерения активности ионов H, K, Na (катионов) использован стеклянный электрод.

Для определения активности ионов J, CN(анионов) использован специальный электрод, чувствительным элементом которого является осадочная ионообменная мембрана.

Рис. 1. Схема измерения величины рХ

1 - чувствительный элемент;

2 - измерительный электрод;

3 - контактный полуэлемент;

4 - вспомогательный электрод;

5 - электролитический ключ;

6 - иономер И-102.

Активность ионов S и Ag определяется с помощью электрода, чувствительным элементом которого является аргентит.

Аналогично определению величины рН рН = -lga может быть образован отрицательный логарифм активности ряда других ионов:

pNa = - lga

pK = -lga

pJ = -lga

pS = -lga

или в общем виде для любого ионоселективного электрода

pX = - lga,

где X-H; Na; K; J; S и т.д.;

a- активность соответствующего иона в растворе.

Для измерения величины рХ используется электродная система с измерительным ионоселективным электродом, потенциал чувствительного элемента которого по отношению к вспомогательному электроду зависит от активности соответствующего иона в растворе.

Практически чувствительность всех ионоселективных измерительных электродов подчиняется закону Нернста:

,

где: Е- суммарная электродвижущая сила, измеренная с помощью электродной системы, мВ.

Знак "+" перед вторым членом уравнения соответствует измерению анионов.

Знак "-" соответствует измерению катионов.

Е0- постоянная величина которая зависит от выбранного полуэлемента измерительного электрода и примененного вспомогательного электрода;

R- универсальная газовая постоянная, равная 8,315*107 эгр/ 0С моль;

Т- температура раствора,0К;

F- 96500 кулон/г-экв (число Фарадея);

- постоянная Нернста;

n- валентность определяемого иона: 1,2 и т. д.

Иномер И-102 снабжен специальными устройствами, позволяющими произвести настройку комплекта по калибровочным растворам для работы в широком диапазоне рХ и температуры. Настройка позволяет уменьшить ошибки измерения величины рХ путем согласования характеристик иономера с действительными характеристиками электродной системы. Уменьшение диапазона измерения как по величине рХ, так и по температуре, позволяет значительно повысить точность измерения комплекта.

В комплекте имеются электроды:

1) стеклянные для измерения концентрации ионов водорода ЭСЛ-13-11; ЭСЛ-15-11; ЭСЛ-43-11; ЭСЛ-45-11; ЭСЛ-18-11; ЭСЛ-48-11;

2) стеклянные для измерения концентрации ионов натрия ЭСЛ-51-11;

3) стеклянные для измерения концентрации ионов калия ЭСЛ-96-11;

4) стеклянные для измерения окислительно-восстановительного потенциала ЭОЛ-01;

5) платиновые для измерения окислительно-восстановительного потенциала ЭПЛ-02;

6) аргентитовые для измерения концентрации ионов серы и серебра ЭАЛ-01;

7) серебряные для измерения концентрации ионов хлора и брома ЭСрЛ-01;

8) мембранные для измерения концентрации ионов йода, циана ЭМЛ-J--01; ЭМЛ-CN--01;

9) вспомогательные ЭВЛ-1М4.

Стеклянные электроды для измерения величины рН, рNa, рК по конструкции и одинаковы и отличаются только заполнением внутренней полости и маркой стекла шарика. Корпус электрода выполнен из стеклянной трубки диаметром 8 мм. Нижняя часть корпуса запаяна. Внутренний контактный полуэлемент экранирован. На верхнюю часть корпуса надет колпачок, изготовленный из цветного полистирола.

Платиновые электроды ЭПЛ представляют собой стеклянный корпус, в который вварена платина. Выступающий конец платины сплавлен в виде бусинки. Корпус электрода изготовлен из стеклянной трубки диаметром 8 мм. На верхнюю часть корпуса надет цветной колпачок.

Серебряный электрод ЭСрЛ и аргентитовый ЭАЛ также имеют одинаковую конструкцию корпуса. Корпус их изготовлен из цветного полипропилена. Причем, нижняя часть корпуса одного цвета, а верхняя, по форме колпачка стеклянного электрода- другого цвета. Эти электроды отличаются лишь материалом контактного стержня.

Нижняя часть корпуса мембранных электродов ЭМЛ-J--01, ЭМЛ-CN--01 диаметром 8 мм отливается из сополимера САМП с одновременным армированием ионоселективной мембраны. Верхняя часть корпуса отличается по форме колпачка из цветного полипропилена с одновременным армированием контактного стержня.

Внутренняя полость заполнена раствором, в который погружен контактный полуэлемент.

Корпус электрода с электродной проводимостью ЭОЛ-01 изготовлен из стеклянной трубки диаметром 8 мм. Нижняя часть корпуса вместе с шариком (из спецстекла) с внутренней стороны покрыта серебром и заполнена графитом.

Верхняя часть электрода выполнена в виде колпачка и изготовлена из цветного полистирола, в который заармирован контактный стержень.

Корпус вспомогательного электрода ЭВЛ-1М4 изготовлен из стеклянной трубки диаметром 8 мм, к которой приварен электролитический ключ, представляющий собой капиллярную трубку со втянутым в нее шнуром из кварцевого волокна.

Нижняя часть корпуса заполнена раствором хлористого калия. Верхняя часть корпуса заполнена смесью кристаллов AgCl и KCl, в которую погружен серебряный контакт. Верхняя и нижняя полости соединены между собой посредством фитиля из асбестовой нити. На верхнюю часть корпуса надет колпачок, изготовленный из цветного полистирола.

3.2 Принцип действия преобразователя

Для измерения э. д. с. электродной системы, имеющей большое внутреннее сопротивление (до 1000 МОм), и снижения дрейфа нуля в преобразователе использованы варикапы, включенные в мостовую схему.

Элементарная схема, поясняющая принцип действия прибора, приведена на рис. 2. Электродвижущая сила ЕХ электродной системы сравнивается с падением напряжения на сопротивлении R, через которое протекает ток Iвых оконченного каскада усилителя.

Рис.2 элементарная схема иономера

Падение напряжения Uвых на сопротивлении R противоположно по закону электродвижущей силе ЕХ, и на вход усилителя подается напряжение:

Uвх = Eх - Uвых = Eх - Iвых * R.

Напряжение Uвх подается на вход мостовой схемы, затем многократно усиливается с последующим преобразованием в постоянное напряжение.

При достаточно большом коэффициенте усиления усилителя напряжение Uвых мало отличается от э. д. с. Eх электродной системы, что обеспечивает линейность усилителя.

3.3 Схема измерительного устройства

Иономер лабораторный И-102

вода серебрение ионоселективный электрод

Назначение иономера .

Иономер И-102 лабораторный предназначен для прямого и косвенного потенциометрического измерения активности ионов водорода pH, активности и концентрации других одновалентных и двухвалентных анионов и катионов pX, окислительно-восстановительного потенциала Eh в водных растворах и их температуры с представлением результатов в цифровой форме и виде аналогового сигнала напряжения постоянного тока.

Технические характеристики иономера .

Иономер И-102 лабораторный состоит из преобразователя, включающего трансформатор, измерительную плату и лицевую панель с цифровым дисплеем и клавиатурой, штатива и электродной системы, состоящей из измерительного, вспомогательного электрода и термокомпенсатора. Принцип действия прибора основан на потенциометрическом методе измерений pH и Eh контролируемого раствора. При погружении электродов в раствор возникает ЭДС, линейно зависящая от активности ионов и температуры раствора, которая преобразуется в пропорциональное по величине напряжение и в цифровое значение измеряемого параметра, которое индицируется на дисплее. Возможно подключение иономера лабораторного к персональному компьютеру.

Параметры

Характеристики

Диапазон измерений pH (pX)

от -20 до +20

Диапазон измерений Eh, мВ

от -3000 до +2000

Диапазон измерений С, г/л

от 1х10^-6 до 1х10^2

Диапазон измерений С, моль/л

от 1х10^-5 до 1

Диапазон измерений Т, °С

от -20 до +150

Цена единицы младшего разряда pH (pX)

0,001

Цена единицы младшего разряда Eh, мВ

0,1

Цена единицы младшего разряда Т, °С

0,1

Основная абсолютная погрешность pH (pX)

±0,020 для одновалентных ионов

Основная абсолютная погрешность pH (pX)

±0,040 для двухвалентных ионов

Основная абсолютная погрешность Eh, мВ

±1,0

Основная абсолютная погрешность Т, °С

±0,5

Масса, кг

2,5

Габаритные размеры, мм

290х280х100

Входное сопротивление, Ом

Более 10^12

Аналоговый выход

2 В, 100 мВ

Цифровой выход

RS-232

Калибровка

Автоматическая по четырем растворам

Температурная компенсация, °С

Автоматическая от -20 до +150

Питание

Сеть однофазного тока напряжением (220±22)В частотой (50±0,5)Гц

Потребляемая мощность, ВА

20

Количество каналов измерения

9

Индикатор

Матричный дисплей

Область применения иономера .

Иономер лабораторный И-102 используется в лабораториях предприятий и научно-исследовательских учреждений химической, металлургической, фармацевтической промышленности, в сельском хозяйстве, в медицине, в биологии.

Иономер И-102 также может использоваться в станциях ГТИ для оперативного выделения нефтенасыщенных образцов и контроля pH буровых растворов и пластовых флюидов.

3.4 Анализ статических и динамических характеристик средства контроля

Статические характеристики средства измерения описываются при необходимости использования статического режима его работы. Это такие условия, когда измеряемая величина последовательно принимает ряд значений, каждое из которых во время проведения измерений сохраняется постоянно.

Функция преобразования описывает связь между входной и выходной величинами преобразования. Для изучаемого средства измерения она имеет вид.

Коэффициент преобразования - это отношение выходной величины ко входной.

Производной от функции преобразования является чувствительность:

Средняя чувствительность характеризует средство измерения с номинальной функцией преобразования:

Относительная чувствительность- отношение относительного изменения выходной величины к относительному изменению входной величины.

Изменение выходного сигнала может быть обусловлено влиянием неинформативных параметров входного сигнала:

Динамические характеристики средства измерения.

Изменение во времени измеряемой величины приводит к динамическому режиму работы средства измерения. В таком режиме точность зависит от динамических свойств средства измерения и характера изменения измеряемой величины.

Для нормирования динамических свойств средств измерения часто указывают на дифференциальное уравнение, а другие, производные от него динамические характеристики, находятся экспериментальным путем. Сюда относятся передаточная функция, амплитудная и фазовая частотные характеристики, переходная и импульсная переходная функции.

К числу метрологических характеристик средств измерения относятся и неинформативные параметры выходного сигнала измерительного преобразователя, поскольку они могут оказывать существенное влияние на погрешность средства измерений. Например, непостоянство амплитуды колебаний баланса наручных часов (неинформативный параметр) приводит к изменению частоты его колебаний (информативный параметр).

При восприятии измеряемой величины или измерительного сигнала средство измерений оказывает некоторое воздействие на объект измерения или на источник сигнала. Результатом этого воздействия может быть некоторое изменение измеряемой величины относительно того значения, которое имело место при отсутствии средства измерений. Такое обратное воздействие средства измерений на объект измерений особенно четко просматривается при измерении электрических величин. Так, ЭДС нормального элемента определяется как напряжение на его зажимах в режиме холостого хода. При измерении этого напряжения вольтметром с некоторым конечным входным сопротивлением результат измерения будет зависеть от соотношения между внутренним сопротивлением нормального элемента (его выходное сопротивление) и входным сопротивлением вольтметра. Для оценки возникающей при этом погрешности необходимо знать значения этих сопротивлений, поэтому их следует рассматривать как метрологические характеристики.

Влияние внешних воздействий и неинформативных параметров сигналов (влияющих величин) описывается с помощью метрологических характеристик, называемых функциями влияния. Функция влияния - это зависимость соответствующей метрологической характеристики из числа вышеперечисленных от влияющих величин (температуры внешней среды, параметров внешних вибраций и т.д.). В большинстве случаев можно ограничиться набором функций влияния каждой из влияющих величин , но иногда приходится использовать функции совместного влияния нескольких величин, если изменение одной из влияющих величин приводит к изменению функции влияния другой.

Для определения динамических свойств средства измерения используют следующий перечень различных методов и средств:

1. дифференциальные уравнения

2. переходные и импульсные переходные характеристики

3.частотные характеристики и т.д.

Перечень динамических свойств, присущих выбранному средству измерения приведен выше и соответствует типам динамических звеньев данного прибора.

Основное дифференциальное уравнение процесса- молекулярная диффузия имеет вид:

Где F- поверхность соприкосновения фаз

- градиент концентрации.

Заключение

Основной метод очистки питьевой воды в городах - хлорирование и фильтрация. Но при хлорировании воды получаем не менее вредное вещество - трихлорфенол, а фильтрация воды на городской очистной станции дело хорошее, но, к сожалению, питьевая вода прошедшая не один километр по изношенным водопроводам, в квартиру попадает далеко не самого лучшего качества и по словам специалистов получает "вторичное загрязнение". Многие люди пытаются решить проблему загрязнения питьевой воды посредством кипячения, но это скорее метод успокоения, так как при кипячении вредные вещества не удаляются или удаляются в мизерном количестве. При кипячении питьевая вода очищается только от патогенных микроорганизмов и некоторых химических соединений.

Известно, что вода выводит вредные вещества из организма, являясь важнейшим элементом физико-химических процессов происходящих в организме. Обмен веществ невозможен без участия воды и от ее чистоты будет зависеть в конечном итоге наше самочувствие. Отложение солей, заболевания суставов и внутренних органов - следствие того, что вода потребляемая человеком была недостаточно чистая. Чистая вода обладает отличными от загрязненной воды физико-химическими свойствами. При определении чистоты воды оперируют такими физическими свойствами как мутность, цвет, запах и вкус. Для чистой воды характерными являются следующие показатели: мутность, отсутствие запаха, вкус, цветность. Чистая вода всегда прозрачна, не имеет запаха и вкуса.

К химическим свойствам воды относят: водородный показатель, общая минерализация, жесткость, кислотность, щелочность, окисляемость перманганатная и некоторые другие. Кроме того при определении чистоты воды используют бактериологические показатели, наличие неорганических и органических примесей, радиологические показатели и некоторые другие.

Сегодня проблема чистой воды становится все более и более актуальной. Из-за интенсивного химического и биологического загрязнения источников водоснабжения встал вопрос доступности чистой воды населению подавляющего числа стран и в том числе жителей Украины.

Однако, благодаря развитию науки и техники сегодня доступы системы очистки воды, которые позволяют получить практически чистую воду в условиях химического и бактериологического загрязнения. Системы на основе обратного осмоса, ультрафиолетовое обеззараживание, системы для умягчения и обезжелезивания воды позволяют получить чистую воду и нейтрализовать воздействие загрязнителей.

Библиографический список

1."Ионселективные электроды". Под ред. Р. Дарста. Пер. с англ. - канд. хим. наук А. А. Белюстина и В.П. Прозе, - под ред. доктора хим. наук, проф. М.М. Шульца;2008г.

2. Корыта И., Штулик К. "Ионоселективные электроды": - М.: Мир,. 2007г. -272 с., ил. 4. Лакшиминараянайах Н. "Мембранные электроды";

3. Вода. Санитарные правила, нормы и методы безопасного водопользования населения. Сборник документов. 2-е издание, переработанное и дополненное. /Составители: Ю.А.Рахманин, З.И.Жолдакова, Г.Н.Красовский. - М.: "ИнтерСЭН", 2009. - 768 с;

4. Руководство по контролю качества питьевой воды. т. 1. Рекомендации Всемирной организации здравоохранения, Женева, 2009, 256 с.ж

5. Закон Украины "О питьевой воде и питьевом водоснабжении", от 18 ноября 2004 года.

6. Арустанова Э.А. "Природопользование" - М: Изд. Дом "Дашков и Ко", 2010. - 284с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Методы обеззараживания воды в технологии водоподготовки. Электролизные установки для обеззараживания воды. Преимущества и технология метода озонирования воды. Обеззараживание воды бактерицидными лучами и конструктивная схема бактерицидной установки.

    реферат [1,4 M], добавлен 09.03.2011

  • Технологический процесс очистки воды, автоматизация определения качества поступившей воды и расчета необходимых химических веществ для ее обеззараживания поэтапно на примере работы предприятия ГУП "ПО Горводоканал". Контроль ввода реагентов в смеситель.

    курсовая работа [2,9 M], добавлен 25.05.2012

  • Применение ультразвукового и ультрафиолетового излучений для обеззараживания воды. Гидравлические процессы в рабочей емкости резервуара. Условия статической прочности элементов сосудов, работающих под давлением. Характеристика расчета потока жидкости.

    дипломная работа [4,3 M], добавлен 12.08.2017

  • Определение жесткости и щелочности воды. Расчет эквивалентной концентрации раствора. Химический состав примесей воды. Уравнения гидролиза полученных соединений. Молярные концентрации ионов. Расчет произведений активных концентраций. Образование шлама.

    контрольная работа [100,3 K], добавлен 11.05.2014

  • Оценка качества воды в источнике. Обоснование принципиальной технологической схемы процесса очистки воды. Технологические и гидравлические расчеты сооружений проектируемой станции водоподготовки. Пути обеззараживания воды. Зоны санитарной охраны.

    курсовая работа [532,4 K], добавлен 02.10.2012

  • Анализ состояния вопроса автоматизированного проектирования резервуара обеззараживания воды. Применение ультразвукового и ультрафиолетового излучений. Гидравлические процессы в рабочей емкости резервуара. Прочностные свойства компонентов. Расчет сосудов.

    дипломная работа [5,1 M], добавлен 27.10.2017

  • Принцип действия прибора для определения качественного и количественного состава смесей газов. Назначение термохимических газоанализаторов. Диапазоны измерений кондуктометра. Измерение характеристик водных и неводных растворов химических веществ.

    презентация [260,2 K], добавлен 09.04.2017

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.