JPS5847045B2 - 溶液のｐｈ値または他の変数を調整する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶液のｐＨ値または他の変数を調整するための
装置に関し、変数の瞬時値を表す信号を発生する実際値
検出器または変換器、その変数の所望値を表す信号を発
生する目標（所望）値発生器、両器により制御される調
整器および測定された量の添加剤を溶液に加えるように
調整器により制御されるサーボ・ユニットを備える。

成る公知の廃水中和用ｐＨ値調整装置においては、廃水
流への中和溶液流を制御する可調弁を動かすようにモー
ターを制御する電気的調整器を制御するように廃水中に
ｐＨ値ｉｌ！電極が浸される。

このような装置は高価、不精確かつ比較的応答がおそい
。

これに対し本発明の課題は、より簡単な構造で偏差信号
を一層迅速かつ正確にゼロに減少させることができる。

上記種類の調整装置を提供することである。

本発明によれば、この課題は次のようにして解決される
。

すなわち、パルス駆動の添加剤配量ポンプを設け、その
パルス周波数は偏差信号に由来する制御信号と対数関係
を有する。

パルス駆動の配量ポンプは、各パルスごとに一行程働き
、溶液に所望量の添加剤をきわめて迅速に添加すること
ができる。

このポンプは何如なる操作速度にも適合するように添加
剤を推進させるため、添加剤用の別箇の圧力源が不要と
なる。

回転サーボモータは必要とせず、その代りに簡単なパル
ス発生器で充分である。

パルス発生器のパルス周波数と制御信号との対数関係は
、溶液のｐＨ値または他の変数と溶液中への添加剤の濃
度との対数関係に対応する正確な添加と調整を可能にす
る。

配量ポンプも周波数の変化にきわめて迅速に従うため、
偏差信号の迅速かつ正確なゼロへの減少が保証される。

好ましい態様としては、増巾後に実際値および目標値信
号間の差により制御電圧が提供される電圧調整発振器の
形式をパルス発生器はとる。

電圧調整発振器および増巾器はきわめて簡単な部品で構
成することができ、工業界で大量に必要とされるため安
価に入手でき、調整目的に有利な高い増幅係数と多面的
な適応の可能性を有する。

増幅器は発振器のための支配電圧を直接供給することが
でき、必要な場合には簡単なインピーダンス変成器とし
て用いられる負帰還差動増幅器を介して接続してもよい
。

目標値と実際値の比較も、これと相関する発振器周波数
の補正も溶液中での添加剤の低分布速度に比較して事実
上遅延なく行われることができる。

発振器がユニジャンクション・トランジスタ発振器であ
れば特に簡単な構造ができる。

これは最も簡単な場合にはトランジスター個、コンデン
サー個、抵抗二個を必要とするだけである。

最も望ましい装置としては、交流電圧源から給電される
サイリスタのゲートに時限ユニット（装置）を通して発
振器パルスが供給された時に、電磁石がサイリスタ回路
中の配量ポンプの揚水隔膜（ダイアフラム）を作動させ
交流源からの交流電圧の周波数が発振器パルスのそれよ
りも高い。

このようにすれば、わずかな構成部品を用いるだけで配
量ポンプ作動のためのきわめて出力の強いパルスが得ら
れ、冷性の少い揚水隔膜と相埃って配量ポンプの迅速な
応答と、それに相応して添加剤の高い加速が可能となる
。

サイリスクは二方向サイリスタトライオード（三極管）
を用いることができ、また操作電磁石は交流側でサイリ
スタと直列に交流源に接続したブリッジ整流器の直流回
路の中に含まれ得る。

操作電磁石はこのようにして各発振器パルスの間、整流
された連続パルスにより励磁され、その繰返し周波数は
交流供給電圧のそれより二倍高いため、サイリスタの給
電に一般交流電圧を用いても、通常の一般電源周波数よ
りも、各発振器パルスにおいて、はるかに高い励起パル
ス周波数が保証される。

これに対応してパルス発生器のパルス、したがって配量
ポンプの最大周波数も高く定めることができる。

これはわずかな手段で制御感度を高めることになる。

検出器および目標値発生器と調整器との接続はスイッチ
により、切換できることが望ましい。

このようにすると溶液が中和点を通過する時、簡単な切
換えにより再びパルス周波数を高めることができ、添加
剤の濃度を中和点以上に上昇させることができる。

さらにまた調整値の調節領域よりはるかに小さい既定限
界値よりも大きいすべての偏差信号にパルス発生器の最
大周波数をあてはめると有利である。

調整装置をこのように構成すると、既定限界値より大き
い調整偏差は配量ポンプの最大周波数でこの限界値に達
するまで減少され、その後になって漸次減少するポンプ
周波数と共にさらにゼロにまで減少される。

このようにして一方では調整値が目標値を超えることが
さげられ、しかも他方では高い調整速度が保証される。

本発明の構成を一実施例を示す添附図面にもとづいて説
明する。

これは廃水管路中の廃水用ｐＨ値調整装置にかかる電気
回路図である。

図に示した調整装置は、実際値検出器または変換器１、
目標（所望）値または基準信号発生器２、切換スイッチ
３、調整器４、パルス発生器５、制御（サーボ）機構６
を含む。

実際値検出器１に含まれるものは、廃水中に浸されるｐ
Ｈ値測測定電極２、ガラス電極７および標準電極８およ
びインピーダンス変成器の役目をする直接負帰還の差動
増振器（ｄｉｒｅｋｔ ｇｅｇｅｎｇｅｋｏｐｐｅｌ
ｔｅｎＤ ｉｆｆｅｒｅｒｍｖｅｒｓｔｉｒｋｅｒ ）
９であり、その不可逆入力は高抵抗１０を介してガラ
ス電極７と、また平滑コンデンサ１１を介してアースと
つながれている。

調整器４は差動増幅器１２を含み、これはその可逆入力
とつながれた帰還抵抗１３、入力抵抗１４．１５、不可
逆入力にプリーダ抵抗１６を備えている。

直接負帰還の作動増幅器１８は調整器の出力側でインピ
ーダンス変成器の役目をする。

調整器４の出力電圧はパルス発生器５を制御する。

パルス発生器は電圧制御される発振器１９を含み、その
周波数は支配電圧の対数関数である。

発振器１９は入力側に可変抵抗２０と固定抵抗２１から
成る分圧器を含む。

分圧器の出力は可変抵抗２２とこれに直列のコンデンサ
ー２３を介してアースされる。

抵抗２２とコンデンサ２３との結合点はユニジャンクシ
ョン・トランジスタ２４のエミッタとつながれる。

ユニジャンクション・トランジスタの一方のベースは低
抵抗２５を介してアースと、今一つのベースは可変抵抗
２６より成る分圧器の出力とつながれ、この抵抗は一方
では一定直流電圧源の陽極（＋）と、他方では固定抵抗
２７を介してアースとつながれる。

これと関連して言及する必要があるのは、（ホ）記号を
付したすべての接続は一定電圧源（図示されない）の陽
極に、（→記号を付したすべての接続はその陰極に、そ
して全アース接続はそのゼロ点とつながれていることで
あり、その電圧源はツェナー・ダロオードで安定される
ことが望ましい。

発振器１９の出力は導線２８を介して方形波発生器（単
安定マルチバイブレータ−）の形式の可変時限ユニット
（装置）２９とつながれる。

この出力は二方向サイリスタ） ＩＪオードとも呼ばれ
る二方向サイリスタ３００制御端子とつながれる。

サイリスタ３０は、ブリッジ整流器３１の交流回路と直
列に２２０ポル）５０サイクル主供給源形式の交流電圧
源３２と接続される。

ブリッジ整流器３１の直流回路中にサーボ・ユニット６
に含まれた配量ポンプ３４の操作ソレノイド（電磁石）
３３がある。

ポンプ行程空間３５は隔膜（ダイヤフラム）３６と逆止
弁３７．３８によって封鎖されている。

電磁石３３は隔膜３６を作動させる。電極７，８間の電
圧は、ｐＨ値が一単位変化すると２４℃の温度で５７ｍ
Ｖ変化する。

実際値検出器１から発せられる電圧は、したがって廃水
のｐＨ値に比例する。

調整器４で、この電圧は目標値発生器２中の電位差計の
出力電圧と比較される。

誤差または偏差があれば制御信号となって調整器４で増
幅され、調整器出力から分圧器２０，２１を経て抵抗２
２に制御電圧Ｕとして伝えられる。

コンデンサ２３は、その電圧が最終値としてこの電圧Ｕ
に達するように充電しようとする。

ユニジャンクション・トランジスタ２４のピーク電圧Ｕ
Ｈすなわちこのトランジスタがエミッタと下方ペースと
の間で突然導通になるエミッタの電圧より、この最終値
Ｕが高い場合にコンデンサはその電圧Ｕがピーク電圧Ｕ
Ｈに達する毎にきわめて急速にこのエミッタペース区間
と抵抗２５を通じて放電し、続いてすぐまたピーク電圧
ＵＨにまで充電を始める。

コンデンサ２９の充電時間定数なＴで表わすと、時間ｔ
の関数としてのコンデンサ２３上の電圧は コンデンサ２３がピーク電圧ＵＨまで充電する時間ｔ＝
ｔＨが発振器１９０周波数ｆ＝１／ｌＨを決定する。

これにより、ｔ＝ｔＨの時のＵの値は、 式（５）により、Ｙに比例する発振器１９０周波数ｆは
、Ｘに比例する支配電圧Ｕと逆対数の関係にある。

二重対数尺度での関係を直角座標で表わすと、ここで我
々が関心を持つ領域Ｘ≧１に対しては直線が得られる。

Ｘく１、すなわち支配電圧Ｕがピーク電圧ＵＨを下廻る
場合、発振器１９のパルスは中絶する。

調整器４および抵抗２０と２１の比は、制御信号すなわ
ち誤差信号がゼロの時に発振器１９がパルスを発しない
ように調節される。

誤差信号が生じた時、発振器１９は式（５）に準拠した
繰返し周波数でパルスを発する。

これらのパルスは時限ユニット２９に伝えられ、所定持
続時間の方形パルスに変形される。

各方形パルスの持続時間中サイリスタ３０は事実上連続
して導通するが両方向に交互である。

これは交流電圧源３２の与えられた周波数が発振器パル
スの最大周波数よりはるかに大きいためである。

サイリスタ３０はそのゲート端子に方形トリガ・パルス
を付与している間、交流電圧源３２からの交流電圧がゼ
ロ点にある時の非常に短い期間だけ不通になる。

この交流電圧の各ゼロ点の後はサイリスタ３０は次の方
形トリガ・パルスの到着まで不通を保持するのみである
。

導通しているサイリスタ３０を経て流れる交流電流はブ
リッジ整流器３１により整流されるため、時限ユニット
２９の各出力方形パルスの間、電磁石２０は整流された
半波の比較的高周波の（１００Ｈ２）正弦波パルスによ
って励起される。

この（複数）整流半波は、電磁石３３の慣性のため電磁
石に対して各トリガパルスの間１連続パルスのように働
く。

時限ユニット２９の出力方形トリガパルスの持続時間と
周波数は、したがってポンプ行程の持続時間と頻度を決
定する。

偏差すなわち制御信号が増すにつれてｐＨ値と溶液すな
わち廃水のＨ３Ｏ０濃度とｐＨ値との間対数関係にした
がってポンプ行程の繰返し周波数は等式（５）により比
例以上に上昇し、そして逆にもなる。

これに応じて、ポンプ３４を通じ図示されていない貯蔵
タンクから矢印の方向に通過する溶液への添加剤の量が
変化する。

したがって酸性溶液の中和開始時には、Ｈ３Ｏ０濃度を
特定の相対量変化、例えば十分の−にするためにはアル
カリの形の大量の添加剤が必要であり、これは溶液の中
和が進むにつれて絶えず量が減少してゆく。

中和点すなわちｐＨ＝７に到達した後、ＯＨ濃度を高め
るため、逆に添加するアルカリの量は再び絶えず増加す
る。

アルカリ性溶液ＯｐＨ値を酸の添加により整する場合も
これに対応する。

溶液に塩基または酸の何れを添加すべきかによって、ス
イッチ３を反対の位置に移動させることができ、これに
より一方では検出器１および発生器２間の接続そして他
方では調整器４を切り換えて、所望の（中和するように
）ＰＲ値調整を達成することができる。

ｐＨ値を中和点以外に変える必要があれば、中和点通過
中にスイッチを操作することもできる。

可変抵抗２２を用いてコンデンサ２３の充電速度の時定
数と、したがって発振器１９およびポンプ３４の周波数
を設定することができる。

可変抵抗２６はユニジャンクション・トランジスタ２４
のピーク電圧ＵＨを調節することにより周波数に影響を
与えることができる。

増幅器と抵抗２０の調節は、所定のｐＨ値においてのみ
調整が始まり、ポンプはこの値以上において最大周波数
で作動するようにするのが望ましい。

例えばｐＨＨＩＯ２廃水をｐＨ＝７に中和する場合、増
幅器の設定はｐＨ＝７からｐＨ＝８への変化で完全な増
幅器出力が得られ、すなわち出力側支配電圧ＵＩＪ″−
ｐＨ＝８でその最大値に達するように調節することがで
きる。

このようにすれば配量ポンプ３４はｐＨ＝１０からｐＨ
＝８までの範囲で全速力で例えば毎時６０００ストロー
クで運転される。

中和剤の添加によりｐＨ＝８が達せられると調整が始ま
り、配量ポンプがｐＨ＝７で停止するまで続く。

このようにして調整が開始されるべき他の全ｐＨ値も例
えば増幅器１２の入力抵抗およびまたは帰還抵抗および
または増幅器回路のダイオード・クリッパー中の抵抗を
調整可能にすることにより、調整することができる。

同様にして増幅器９と１８内の入力抵抗および帰還抵抗
も調節可能にすることができる。

初期偏差信号が大きい場合、統一（ｕｎｉｔｙ ）への
偏差信号の急速な縮少があり、次に漸次減少する周波数
でゼロに減少される。

このようにしてきわめて敏感で迅速な調整がわずかな費
用で行われる。

サイリスタ３０に並列に接続した直列ＲＣ素子は、サイ
リスタ３０の負荷端子間電圧の誘導負荷の場合の高い変
化速度を減少させ、したがってサイリスタ３０がその負
荷端子における高ｄｕ／ｄｔにより点火する危険を減少
させる役割を果す。

実施例からの変形も本発明の枠内にある。

したがってユニジャンクション・トランジスタ発振器１
９０代りに不安定マルチバイブレータを用いる☆☆こと
もできる。

しかしユニジャンクション、トランジスタ発振器の方が
費用は少い。

別な応用の可能性は同じく対数関係を示す酸化還元反応
の場合のｒＨ値の調整である。

本調整装置の一実施例において使用された賽子と値は以
下の通りである。

上記の値においてパルス周波数は毎分１０から１０２パ
ルスであった。

パルス周波数と変化する制御すなわち偏差信号との対数
関係は別の例えば非直線の特性曲線をもつ変換素子によ
っても、少くとも近似的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例としての廃水管路中の廃水用ｐ
Ｈ調整装置にかかる電気回路図である。 １・・・・・・実際値検出器、２・・・・・・目標値発
生器、３・・・・・・切換スイッチ、４・・・・・・調
整器、５・・・・・・パルス発生器、６・・・・・・サ
ーボ・ユニット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶液の変数の瞬時値を表す信号を発生するように動
   作する変換器１、上記変数の所望値を表す信号を発生す
   るための基準信号発生器２、上記信号間の偏差に応答し
   て、上記偏差に対し対数関係を有する繰り返し周波数の
   出力パルスを発生すルタめのパルス発生器５、および上
   記出力パルスに応答して、上記偏差を最小にするように
   上記溶液に添加剤を加えるための配量ポンプ６を有する
   構成において、パルス発生器５は電圧制御されるユニジ
   ャンクション・トランジスタ２４発振器１９を含み、そ
   の制御電圧Ｕは上記信号に応答する差動増巾器１２によ
   り作り出され、そして発振器１９０時限コンデンサ２３
   が充電される最終電圧が制御電圧Ｕに比例することを特
   徴とする溶液のｐＨ値または他の変数を調整する装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、発振器１９の出力
   が時限装置２９へ、そして発振器１９０周波数より大き
   い周波数の交流源３２に接続されたサイリスタ３０へ供
   給され、配量ポンプ６はソレノイド３３およびダイアフ
   ラム３６型でありサイリスタ３０により制御される装置
   。 ３ 特許請求範囲第２項において、時限ユニット２９が
   方形波発生器である装置。 ４ 特許請求範囲第２項または第３項において、サイリ
   スタ３０が二方向サイリスタ・トリオードであり、ポン
   プ６のソレノイド３３がブリッジ整流器３１を介してサ
   イリスタ３０および交流源３２と接続されることにより
   ソレノイド３３に一方向の電流が供給される装置。 ５ 特許請求範囲第１項乃至第４項の何れかにおいて、
   変換器１および基準信号発生器２が切換スイッチ３を介
   してパルス発生器５と接続される装置０ ６ 特許請求範囲第１項乃至第５項の何れかにおいて、
   成る所定値より高い上記偏差の各々がパルス発生器５の
   最大周波数と関連し、上記所定値が変換器１により発生
   される値の範囲より実質的に低い装置。