книги / Методы и автоматизированные системы аналитического контроля технологических процессов и окружающей среды. Методы и автоматизированные системы промышленного аналитического экологиче

Механические методы разделяются на статические (весовые, поплавковые и др.) и динамические (плотномерные, вискозиметрические и др.).

II. Акустические методы, основанные на акустических свойствах анализируемой среды (бывают звуковые и ультразвуковые).

III. Тепловые методы, основанные на молекулярнотепловых свойствах анализируемой среды или тепловых явлениях, протекающих в ней.

IV. Магнитные методы, основанные на магнитных свойствах анализируемой среды или магнитных явлениях, протекающих в ней.

V. Электрохимические методы, основанные на электрохи-

мических явлениях в электродных системах, погруженных в анализируемую жидкость.

VI. Спектральные методы, основанные на взаимодействии излучения с анализируемой средой или на свойствах излучения газообразных и жидких веществ.

VII. Радиоактивные методы, основанные на поглощении или испускании радиоактивного излучения анализируемой средой.

VIII. Радиоспектрометрические методы, основанные на ре-

зонансном поглощении либо излучении радиоволн анализируемой средой, которая помещена в постоянное магнитное или высокочастотное электромагнитное поле.

IX. Диэлькометрические методы, основанные на измере-

нии диэлектрической проницаемости анализируемой среды. X. Химические методы, основанные на протекании хими-

ческих реакций или поглощении определяемого компонента твердыми и жидкими средами.

Классификация методов в отдельных случаях чисто условна, так как они переплетаются друг с другом и бывают однотипны. Например, флуоресцентный метод, основанный на воздействии рентгеновских лучей, метод поглощения мягкого γ- и рентгеновского излучений от радиоизотопного источника и рентгеновский метод во многом однотипны.

35

Точность химических методов количественного анализа составляет 0,005 – 0,1 %, а измерений инструментальными методами – от 0,1 до 10 % и более. Однако инструментальные методы анализа значительно превосходят химические методы по чувствительности, избирательности и скорости выполнения. Так, инструментальные методы имеют следующую чувствительность:

Несмотря на это, погрешности инструментальных автоматических методов измерений химического состава газов и жидкостей с помощью существующих анализаторов до сих пор еще очень велики.

2.3.Агрегатный комплекс средств аналитической техники

Внастоящее время автоматические анализаторы качества выпускаются в рамках государственной системы приборов в виде отдельных средств измерений и в составе агрегатного ком-

плекса средств аналитической техники (АСАТ). Последний представляет собой систему агрегатных комплексов (называемых подкомплексами АСАТ) средств измерений химического состава, построенных на основе определенного для каждого подкомплекса принципа измерений.

36

Для анализа жидкостей определены следующие подкомплексы АСАТ [12]: фотометрический, кондуктометрический, потенциометрический, полярографический, хроматографический, акустический, диэлектрический; для анализа газов – следующие подкомплексы АСАТ: хроматографический, рентгеновский, акустический, диэлектрический, тепловой, магнитный. Примерный состав подкомплексов АСАТ показан на рис. 2.

Рис. 2. Состав подкомплексов агрегатных средств аналитической техники

Функциональное назначение устройств, входящих в подкомплексы АСАТ, состоит в следующем. Устройство формирования пробы служит для отбора анализируемого вещества, его предварительной подготовки (очистки, охлаждения или нагревания и т.п.), принудительной подачи со стабилизированными параметрами (давлением и расходом) в последующее устройство.

Устройство воздействия служит для подвода к анализируемому веществу энергии (тепловой, магнитной, электрической

ит.д.) и для стабилизации или изменения значения этой энергии во времени.

Устройство получения информации служит для выполнения измерений по принятому принципу и формирования сигнала измерительной информации. Назначение остальных устройств следует из их названий, приведенных на рис. 2.

Устройства формирования пробы, устройства воздействия

иустройства получения информации являются устройствами,

37

специфическими для средств измерений химического состава, и полностью разрабатываются в составе АСАТ. Остальные устройства подкомплексов АСАТ заимствуются, как правило, из других агрегатных комплексов государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Устройства подкомплексов АСАТ помимо прямого назначения могут совместно использоваться для построения многопараметрических измерительных систем.

38

3.СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ, СИГНАЛЫ

ИСТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМАТИЧЕСКИХ АНАЛИЗАТОРОВ

Автоматические анализаторы являются сложными измерительными системами, включающими в свой состав помимо различных измерительных устройств разнообразные вспомогательные устройства.

Упрощенные структурные схемы измерительных каналов (ИК) автоматических анализаторов непрерывного и циклического действия показаны на рис. 3 [3].

Рис. 3. Структурные схемы ИК АСК: ПХТП – подсистема химической трансформации пробы; ПРКП – подсистема разбавления (концентрирования) пробы; ПИ – подсистема измерения; ППИ – подсистема пересчета информации; C0i, C2i, C3i, C*3i, C*0i – входные, выходные и промежуточные значения измерительного сигнала

Статические характеристики подсистемы химической трансформации пробы, подсистемы ее разбавления (концентрации) и подсистемы измерения обусловлены структурами перечисленных подсистем. Статическая характеристика подсистемы

39

пересчета информации зависит от алгоритма формирования результата измерения, определяемого операциями, выполняемыми

вподсистемах преобразования пробы.

3.1.Математические модели измерительных каналов анализаторов

Математическая модель статической характеристики многоканальной АСК (рис. 3, а), представляющая собой совокупность математических моделей статических характеристик ИК системы, может быть представлена следующим образом:

где F2i, F3i, F4i, F5i – символы статических характеристик соответственно подсистемы химической трансформации пробы, подсистемы разбавления (концентрирования) пробы, подсистемы измерения, подсистемы пересчета информации i-го ИК системы по соответствующему измеряемому параметру или его эквиваленту.

На практике ИК систем контроля обычно имеют более простые структурные схемы, т.е. ИК содержит не все перечисленные ранее подсистемы. В этих случаях выражения для статических характеристик соответствующих ИК упрощаются.

Если ИК не содержит подсистему разбавления (концентрирования) пробы (рис. 3, б), то

Если в ИК отсутствует подсистема химической трансформации пробы (рис. 3, в), то

40