В тепловой и атомной энергетике необходимо проводить автоматический и оперативный контроль ионного состава в особо чистых обессоленных водах в анаэробных условиях [1]. Для определения активности ионов водорода (рН) и натрия (pNa) используют серийно выпускаемые ионоселективные электроды (ИСЭ), чувствительная мембрана которых выполнена в виде шара припаянного к трубке из горлового стекла. Приборы для оперативного контроля рН и рNa на базе этих электродов не получили широкого применения в практике ТЭЦ и АЭС, из-за неудобств в работе, больших габаритов ИСЭ и громоздкости измерительной ячейки. Поэтому вместо оперативного контроля рН и pNa «по месту», пробы передают в химические лаборатории. Результаты таких измерений не отражают истинных значений рН и pNa, из-за нарушения условий анаэробности пробы. Для производственного анализа рН и рNa (“непрерывного анализа”, “анализа на линии” или “технологического анализа”) применяют стационарные приборы на базе серийно выпускаемых шариковых электродов. Из-за громоздкости и неудобств в обслуживании электродной системы этим приборам свойственны недостатки. К их числу можно отнести следующие:

Проведенный анализ известных конструкторских решений электродных систем свидетельствует о неэффективности применения шариковых ИСЭ для решения задач аналитического контроля ионного состава в тепловой и атомной энергетике.

Создание современных потенциометрических анализаторов ионного состава (ПАИС) должно проводиться на базе миниатюрных ИСЭ, конструкция которых позволяет устанавливать их в идеально проточную измерительную камеру малого объема. В наилучшей степени данным требованиям отвечают торцевые ИСЭ, чувствительная мембрана которых имеет форму плоско выпуклого диска припаянного к трубке из горлового стекла диаметром 2-5 мм. Оригинальный способ и устройство для изготовления таких электродов нами был предложен ранее [2]. Созданная автоматизированная установка для производства торцевых электродов позволяет изготавливать до 2 тыс. электродов в месяц. В качестве материала мембран ИСЭ используются электродные стекла, изготовленные в Санкт-Петербургском Государственном Университете по оригинальным рецептурам, разработанным применительно к задачам определения рН и рNa в теплоэнергетике.

На базе торцевых электродов рН и pNa были разработаны стационарные, портативные и лабораторные анализаторы ионного состава (ПАИС). В этих анализаторах используется дифференциальная гальваническая ячейка, образованная миниатюрными электродами, установленными в идеально проточную измерительную камеру (ИК), имеющую форму полуцилиндра диаметром 5 мм. Стационарные анализаторы ПАИС-01рН и ПАИС-01pNa состоят из газожидкостного блока (ГЖБ) и измерительного устройства. ГЖБ снабжен коммутатором, с помощью которого ИК подключается к линии пробы, буферным и промывочному растворам, входящим в состав анализатора. Благодаря такому решению анализатор работает в полуавтоматическом режиме, что обеспечивает простоту и удобство в работе, оперативность и качество автоматических калибровок при значительной экономии реагентов и анализируемой пробы. Конструктивное исполнение электродов и ИК исключает возможность поломки из-за неосторожного обращения с ними. Анализаторы не требует дополнительных затрат времени на техническое обслуживание, которое сводится к заливке буферных растворов 1 раз 6 месяцев. Для обеспечения измерений рН в особо чистых обессоленных водах стационарные и портативные (ПАИС-02рН) анализаторы снабжены устройством диффузионного дозирования КСl в количествах, стабилизирующих УЭП и изменяющих рН пробы менее чем на 0.005рН.

Портативные анализаторы снабжены миниатюрным переливным устройством и регуляторами расхода, которые позволяют проводить измерения «по месту». Методика работы с этими анализаторами удобна и проста. Для проведения измерений «по месту» входную трубку анализатора необходимо подключить к пробоотборной точке и считать показания с графического дисплея. Для удобства калибровки портативный анализатор подключают к устройству для калибровки УК-рН, которое устанавливается в химической лаборатории и позволяет обслуживать несколько таких анализаторов.

Лабораторные анализаторы (ПАИС-03рН) благодаря оригинальности электродной системы реализуют новую культуру в проведении потенциометрических измерений. Методика измерений предельно проста. Для ввода пробы в анализатор нужно нажать, а затем отпустить кнопку «проба». Лабораторные анализаторы позволяют проводить измерения рН в потоке и микро пробах жидкостей. Анализаторы ПАИС оставляют в прошлом трудоемкие и неудобные методики измерений и калибровок в стаканах.

В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования температурных зависимостей электродных систем. Введено понятие дифференциальной изопотенциальной точки (ДИТ) и показано, что ее координаты сильно зависят от температуры. Полученные температурные зависимости координат ДИТ позволили разработать оригинальные алгоритмы автоматической температурной компенсации. Благодаря этим алгоритмам в анализаторах ПАИС впервые реализована автоматическая настройка системы автоматической компенсации. Она осуществляется автоматически при каждой калибровке анализатора по двум буферным растворам. Благодаря этому достигается высокая точность измерений в широком интервале температур от 5 до 60 ^оС.

Анализаторы ионного состава ПАИС успешно прошли испытания на утверждение типа средств измерений, сертифицированы и внесены в Государственный реестр СИ. Серийное производство анализаторов ПАИС освоено фирмой «Альфа «БАССЕНС» во 2 кв. 2005 г.

Список литературы

1. Л. М. Живилова, П. Н. Назаренко, Г. П. Маркин "Автоматический контроль водно-химического режима ТЭС"

2. Албантов А.Ф., Лабутина Л.А. «Способ изготовления ионоселективных стеклянных электродов», Авторское свидетельство №1508749, 15.05.1989