Технические измерения и приборы

Анализируемый газ в  пробоотборной линии 1 подводится к панели подготовки анализируемого газа I, далее поступает в датчик III, проходит кран переключатель 8, дозировочную спираль 7, снова кран переключатель и через ротаметр 3 выбрасывается в атмосферу.

Газ-носитель подается из баллона по линии подачи газоносителя 2 через ротаметр 4 панели подготовки газоносителя II, далее через сравнительную камеру 5 детектора датчика , затем через кран переключатель 8, через разделительную колонку 9 и измерительную камеру 6 и выходит наружу.

На рисунке показано положение, при котором газ- носитель, попадая в кран переключатель по его каналу направляется в разделительную колонку, а анализируемая газовая смесь проходит через пробоотборную сменную дозировочную  спираль, выполненной в виде трубки, объем которой может составлять 2,3,5,10 мл. При повороте пластины кран переключателя на 60º его каналы займут положение, показанное штриховыми линиями. При этом газ- носитель вытеснит пробу анализируемого газа заданного объема из дозировочной спирали и разделительной колонки. Основной поток газовой смеси в то время будет продуваться в атмосферу по другому каналу кран переключателя. Подвижная пластина кран переключателя поворачивается в указанное положение автоматическим таймером через постоянный промежуток времени (от 3 до 5 мин) установленное в зависимости от состава анализируемой газовой смеси и требований к ее разделению.

Разделительная колонка 9 представляет собой спиральную трубку из нержавеющей стали или меди с внутренним диаметров 6 мм. и длиной от 2 до 10 м., заполненную сорбентом. Попадая в разделительную колонку, проба анализируемой смеси газов разделяется на компоненты, которые направляются в детектор. Детектор датчика служит для обнаружения разделенных компонентов анализируемой пробы смеси газов. Его действие основано на использовании разности теплопроводности газоносителя и теплопроводности бинарной смеси каждого анализируемого компонента и газоносителя. Детектор представляет собой массивный блок из нержавеющей стали с двумя камерами 5 и 6 объемом 0,2 см³ в каждой из которых находятся термисторы, являющиеся плечами измерительного моста. Термостатирование камер датчика обеспечивается регулятором температуры. При прохождении газоносителя через сравнительную камеру 5 и измерительную камеру 6 условия теплоотдачи в обеих камерах будут одинаковы.

Измерительная схема будет, находится в равновесии и на диаграмме вторичного прибора запишется нулевая линия.

При повороте подвижной  пластины крана переключателя 8 на 60 º газ-носитель вытесняет отсеченную газировочной спирали пробу и направляет ее в разделительную колонку 9 из которой в измерительную камеру детектора 6 будет подаваться поочередно газ-носитель  и соответствующая бинарная смесь.

Поступление в измерительную  камеру бинарной смеси теплопроводность, которой отличается от теплопроводности чистого газоносителя вызывает изменение температуры и изменение сопротивления термистора. При этом мост разбалансируется. Этот разбаланс записывается регистрирующим прибором в виде пика. Блок управления хроматографа включает в себя измерительную схему прибора, электронный регулятор температуры, таймер, устройство автоматической установки нуля, устройство управления краном - распределителем.

 

 

 

11 ПЛОТНОМЕРЫ

Плотность вещества является основным параметром характеризующим свойство и состав технологической продукции.

Плотность–  это масса  вещества, заключенная в единицу объема. (11.1)

 

                                                    (11.1)

 

По принципу действия плотномеры бывают весовые, поплавковые, гидростатические, радиоизотопные.

1. Весовые плотномеры

Основаны на прямом методе измерения плотности, т.е. на взвешивании постоянного объема жидкости или газа. Чувствительным элементом весового плотномера является горизонтальная U- образная трубка, к которой через гибкие рукава подводится контролируемая жидкость. U- образная трубка может качаться относительно неподвижной опоры как коромысло. При изменении плотности жидкости изменяется масса чувствительного элемента, трубка отклоняется, при этом её перемещение через пневматический или электрический силовой преобразователь передается на вторичный прибор.

2. Поплавковые плотномеры

В поплавковых плотномерах  используется зависимость архимедовой  силы, действующей на поплавок от плотности  жидкости или газа. Поплавковые плотномеры могут быть с плавающим поплавком– ориометры и с полностью погруженным поплавком.

В ориометрах постоянной массы мерой измеряемой плотность  жидкости служит глубина погружения поплавка определенной формы и массы. В ориометрах постоянного объема глубина погружения поплавка остается постоянной, а изменяется выталкивающая сила, действующая на поплавок и пропорциональна изменению плотности.

3. Гидростатические плотномеры

Основаны на измерении  давления столба жидкости постоянной высоты.(11.2)

 

                                                  (11.2)

 

Если H=const и g известно, то давление зависит только от плотности жидкости. В гидростатических пьезометрических плотномерах через жидкость непрерывно продувается инертный газ, давление которого пропорционально давлению столба жидкости.(рисунок 26)

 

Рисунок 26– Гидростатический пьезометрический плотномер

 

1. Вентили
2. Сосуд с жидкостью, плотность которой определяется

3,5,6– пьезометрические  трубки

4– дифманометр

7– сосуд с эталонной  жидкостью известной плотности.

Пьезометрические трубки 3,5 опущены в сосуд 2 на глубину h₁ и h₂. А пьезометрическая трубка 6 опущена в сосуд 7 на глубину h₀. Сжатый воздух проходит через пьезометрическую трубку 3 барботирует через слой исследуемой жидкости высотой h₁ и уходит в атмосферу. При этом в пьезометрической трубке 3 возникает давление воздуха P₁ направленное в плюсовую камеру дифманометра.(11.3)

 

                                                (11.3)

 

– плотность исследуемой жидкости.

Сжатый воздух поступает  в пьезометрическую трубку 6 барботирует  через слой эталонной жидкости высотой h₀, а затем проходит по пьезометрической трубке 5 барботирует через небольшой слой исследуемой жидкости h₂в сосуде 2 и выходит в атмосферу.

Давление воздуха P₂ в пьезометрической трубке 6 подаваемое в минусовую камеру дифманометра определяется суммой давлений столбов эталонной жидкости высотой h₀ и исследуемой жидкости высотой h₂.(11.4)

 

                                    (11.4)

 

Перепад давления, измеряемый дифманометром определяется по формуле (11.5)

                                             (11.5)

 

                                                (11.6)

 

Все величины, входящие в  правую часть кроме   постоянны, поэтому перепад давления, измеряемый дифманометром пропорционален только .

Пьезометрическая трубка 5 опущена в сосуд 2 на некоторую  глубину для того, чтобы исключить  влияние колебаний уровня жидкости в этом сосуде на показания плотномера. В данном случае в пьезометрических трубках 3 и 5 при изменении уровня остается постоянным. Вентили 1 предназначены для установки оптимального расхода воздуха, продуваемый через пьезометрические трубки.

11.4 Радиоизотопные плотномеры

Основаны на принципе ослабления интенсивности гамма  излучений в зависимости от плотности  контролируемой среды, которую она  пересекает. Радиоизотопные плотномеры позволяют непрерывно измерять плотность агрессивной жидкости, суспензий и пульп бесконтактным методом. Они требуют индивидуальной градуировки по месту установки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. pH–МЕТРЫ

Кислотные и щелочные свойства растворов электролитов определяются активностью в них ионов водородов, при этом степень кислотности или щелочности растворов численно характеризуется отрицательным десятичным логарифмом активности ионов водорода и обозначается символом pH, который называется водородным показателем.

 

                                                    (12.1)

 

Значение pH могут, изменятся в диапазоне от 0 до 14. Для нейтральных растворов pH=7, кислые растворы: pH<7, щелочные – pH>7.

В автоматических pH–метрах используется электрометрический метод, основанный на свойстве стеклянного измерительного электрода погруженного в исследуемый раствор изменять разность потенциалов на границе электрод– раствор в зависимости от pH этого раствора. Однако, измерить разность потенциалов только между одним этим электродом и раствором нельзя, так как при включении измерительного прибора возникает разность потенциалов между раствором и проводником, соединяющим раствор с прибором. Эта разность потенциалов также будет зависеть от концентрации ионов водородов в растворе, поэтому при измерении электродных потенциалов вместе с измерительным электродом применяется вспомогательный электрод, потенциал которого постоянен и не зависит от свойств раствора. В качестве вспомогательного электрода используется каломельный или хлоро-серебрянный электрод. Два электрода образуют гальванический элемент, величина ЭДС этого элемента, если потенциал вспомогательного электрода =0 определяется по формуле (12.2)

 

                                        (12.2)

 

где R– универсальная газовая постоянная;

T– абсолютная температура раствора;

F– число Фарадея.

Уравнение показывает, что ЭДС стеклянного электрода зависит от pH и от его температуры

При постоянной температуре  раствора ЭДС стеклянного электрода является только функцией pH раствора. Значение потенциала измерительго стеклянного электрода для 20 ºС определяется по формуле (12.3)

 

                                               (12.3)

 

 

 

Рисунок 27– Зависимость E элемента от pH контролируемого раствора при различных температурах

 

 С повышением температуры раствора крутизна характеристики системы увеличивается. В точке А которая называется изопотенциальной точкой, прямые пересекаются и в этой точке ЭДС элемента не зависит от температуры раствора.

 

Рисунок 28– Схема измерения pH раствора

 

1– стеклянный электрод;

2– хлоро- серебряный  электрод;

3– раствор с известным  значением pH;

4– потенциометр;

5– химически чистая  ртуть;

6– каломельная паста;

7– каломельный электрод

8– насыщенный раствор KCl;

9– полупроницаемая  перегородка;

10– исследуемый раствор.

Стеклянный электрод представляет собой стеклянную трубку с напаянным на конце тонкостенным (0,1– 0,2 мм) полым шариком из электродного стекла. Шарик заполнен раствором с известным значением pH в которую погружен вспомогательный хлоро-серебрянный контактный электрод, служащий для снятия потенциала с внутренней поверхности шарика. Стеклянный электрод имеет высокое внутреннее электрические сопротивление (100–200 МВ). Каломельный электрод представляет собой корпус, выполненный из диэлектрика, в который залита химически чистая ртуть. Над ртутью находится слой малорастворимой каломельной пасты и насыщенный раствор KCl. Для образования электрического контакта установлена полупроницаемая  перегородка, через которую постепенно просачивается KCl , и этим предотвращается проникновение посторонних ионов из исследуемого раствора во вспомогательный электрод. Разность потенциалов, возникающая на стеклянном и каломельном электродах пропорциональна pH растворам и измеряется потенциометром 4. 

Электрическая цепь pH метра со стеклянным и каломельным электродами состоят из нескольких последовательно соединенных элементов, потенциалы которых дают суммарную ЭДС, которая фиксируется вторичным прибором.

 

                                         (12.4)

 

E₁– скачок потенциала между хлоро- серебряным контактами электрода и раствором соляной кислоты;

E₂– скачок потенциала между раствором соляной кислоты и внутренней поверхностью шарика стеклянного электрода;

E₃– скачок потенциала между ртутью и каломелью во вспомогательном электроде;

E_x– скачок потенциала между наружной поверхностью шарика стеклянного электрода и исследуемого раствора;

Величины E_1, E₂, E₃ не зависят от состава контролируемого раствора и изменяются только при изменении температуры. ЭДС E_x возникающая на наружной поверхности шарика стеклянного электрода определяется величиной pH раствора и может быть рассчитана по формуле 12.2.

Суммарная ЭДС pH метра при определенной температуре является функцией активности ионов водорода в исследуемом растворе. Измеряя ЭДС можно найти величину pH раствора. Измерительные и вспомогательные электроды размещены в одном корпусе и изготавливаются в виде датчиков погружного типа, установленных в емкостях или в датчик проточного типа, вмонтированный на трубопроводах. Для измерения ЭДС цепи pH метром используется автоматический потенциометр с высоким входным сопротивлением, шкалы, которых проградуированы в единицах pH.