Группа проектов Кипинфо
Реклама

Реклама

Измерение свойств веществ

К списку статей

Управление технологическими процессами только по таким параметрам, как давление, уровень, расход и температура, часто не гарантирует получение продуктов требуемого качества. Во многих случаях необходим автоматический контроль состава и свойств вырабатываемых продуктов. Приборы для такого конроля это автоматические анализаторы влажности, вязкости, концентрации, плотности, прозрачности и т. п.

Большинство выпускаемых промышленностью автоматических анализаторов предназначено для определения состава и свойств бинарных и псевдобинарных смесей. Бинарной смесью называют газовую смесь, состоящую из двух газов, или жидкость, содержащую один растворенный компонент. Анализ бинарной смеси возможен при условии, что составляющие ее компоненты отличаются друг от друга какими-либо физическими или физико-химическими свойствами. Псевдобинарной называют многокомпонентную смесь, в которой неопределяемые компоненты резко отличаются по физическим или физико-химическим свойствам от определяемого компонента. Анализ такой смеси аналогичен анализу бинарной смеси.

Анализ многокомпонентных смесей, содержащих три и более компонента, проводят только после их предварительного разделения на отдельные компоненты.

Специфической особенностью аналитических измерений является сильное влияние на их результаты побочных факторов (температуры, давления, скорости движения вещества и т. п.). Эти факторы особенно влияют на точность таких аналитических приборов, принцип действия которых основан на использовании какого-либо одного свойства вещества (электропроводности, теплопроводности, магнитной или диэлектрической проницаемости и др.). Поэтому автоматические анализаторы обычно оснащены сложным дополнительным оборудованием для отбора пробы, подготовки ее к анализу, стабилизации условий измерений или автоматического введения поправки и т. п.

Многообразие анализируемых веществ и широкий диапазон их составов и свойств обусловили производство автоматических приборов с чрезвычайно разнообразными методами анализа. Приборостроительная промышленность выпускает разнообразные автоматические анализаторы: плотномеры, вискозиметры, газоанализаторы, влагомеры, хроматографы, нефелометры и т. д. Если приборы для измерения таких общетехнических параметров, как давление, уровень, расход и температура, применяются практически во всех производствах, то анализаторы, напротив, как правило, для специфических задач конкретного производства.

Измерение плотности

Измерение плотности является одним из методов, позволяющих непосредственно в процессе производства определять такие свойства жидкостей, как концентрация кислот и щелочей, состав пульп и т. п.

Для измерения плотности жидкостей чаще всего применяют буйковые, весовые, гидростатические и радиоизотопные плотномеры.

Принцип действия буйковых плотномеров аналогичен принципу действия буйковых уровнемеров. Здесь также применяется неподвижный буек, передающий выталкивающее его усилие на рычаг промежуточного преобразователя. В отличие от буйкового уровнемера, здесь буек всегда полностью погружен в измеряемую жидкость и поэтому ее объем, вытесненный буйком, постоянный. Поэтому сила в соответствии с законом Архимеда будет изменяться только в зависимости от плотности жидкости.

В зависимости от типа промежуточного преобразователя плотномер может иметь электрический или пневматический унифицированный выходной сигнал.

В весовых плотномерах непрерывно взвешивается постоянный объем жидкости. В таких плотномерах жидкость протекает по петлеобразному участку трубы, соединенному с основным трубопроводом гибкими соединениями (сильфонами). Вес трубы с жидкостью пропорционален плотности протекающей по петле жидкости. Измерение веса петли производится преобразователем (электрическим или пневматическим), к рычагу которого подвешена труба.

Действие гидростатического плотномера основано на том, что давление, создаваемое столбом жидкости постоянной высоты, пропорционально ее плотности. Для измерения плотности нет необходимости поддерживать постоянный уровень измеряемой жидкости в емкости. Достаточно применить в качестве измерительного устройства дифманометр. При таком включении он измеряет разность давлений, создаваемых двумя столбами жидкости. Ясно, что при любом уровне в емкости разность столбов жидкости постоянна и перепад давлений будет зависеть только от плотности жидкости.

Применение в гидростатических плотномерах в качестве измерительного устройства дифманометра позволяет использовать их в емкостях с избыточным давлением, поскольку оно оказывает одинаковое воздействие на обе камеры дифманометра — плюсовую и минусовую и не влияет на результат измерения.

Радиоизотопные плотномеры, в отличие от рассмотренных выше, позволяют измерять плотность неконтактным способом. Их действие основано на ослаблении радиоактивного излучения с повышением плотности измеряемой жидкости.

В состав радиоизотопного плотномера входят источник и приемник у — излучения, выходной сигнал которого подается на автоматический потенциометр. Интенсивность излучения, воспринимаемая приемником, зависит от плотности протекающей по трубопроводу жидкости: чем больше плотность, тем сильнее поглощение у излучения и тем меньше сигнал на входе приемника. На величину этого сигнала будут влиять также толщина стенок трубы, состав жидкости и другие факторы, уменьшающие излучение источника. Так как влияние этих факторов стабильно, оно учитывается путем введения в показания поправки, полученной при градуировке прибора.

Измерение вязкости

Вязкость — один из показателей качества горючесмазочных материалов, красок, синтетических смол и т. п. Например, в производстве полимеров и различных продуктов на их основе вязкость служит важнейшим технологическим параметром, так как по ее величине можно оценить молекулярную массу и концентрацию вещества, а также его структуру в расплаве или растворе.

Вязкость — это способность вещества оказывать сопротивление перемещению в нем какого-либо тела. Если вещество само движется относительно тела, то возникает сопротивление его движению (этим объясняется гидравлическое сопротивление трубопроводов).

Для измерения вязкости применяют вибрационные и ротационные вискозиметры.

Действие вибрационных вискозиметров основано на том, что жидкость стремится затормозить колебания опущенной в нее плоской пластины, причем сила торможения зависит от вязкости жидкости.

В датчике вискозиметра пластина закреплена в эластичной мембране. Нижняя часть пластины погружена в жидкость, а верхняя находится в катушке, соединенной с генератором импульсов. При включении катушки в пластине возникают продольные колебания. Затем катушка отключается от генератора и колебания пластины затухают.

В процессе свободных колебаний пластины в катушке наводится э. д. с, имеющая частоту ее свободных колебаний. Она обеспечивает запирание генератора до момента полного прекращения колебаний, после чего генератор снова включает катушку и цикл повторяется. Чем больше вязкость жидкости, тем быстрее затухают колебания пластины и тем меньше интервалы между включениями генератора. Прибор измеряет величину этих интервалов.

Вибрационный вискозиметр выпускается для работы как в узком, так и в широком диапазоне изменения вязкости.

Принцип действия ротационных вискозиметров основан на измерении сопротивления, которое оказывает жидкость вращению погруженного в нее тела. Это сопротивление растет с увеличением вязкости жидкости.

Ротационный вискозиметр состоит из привода, измерительного устройства и рабочего тела. В одних приборах поддерживают постоянную скорость вращения тела и измеряют мощность, которую затрачивает на эту работу привод. В других используют привод постоянной мощности, а измеряют скорость вращения тела. Очевидно, что в первом случае с увеличением вязкости жидкости потребуется большая мощность привода, во втором — это приведет к уменьшению скорости вращения тела.

Измерение влажности

Влажность газов, жидкостей и твердых материалов — один из важных показателей в технологических процессах. Влажность газов, например, необходимо измерять в сушильных установках, при очистке газов, в газосборниках, при кондиционировании воздуха и т. д. Измерение содержания воды в нефти, спиртах, ацетоне проводят в процессах нефтепереработки и нефтехимии, в пульпах — в производстве серной кислоты и минеральных удобрений. Измерение влажности твердых сыпучих материалов занимает важное место в производстве красок, минеральных удобрений, строительных материалов; влажность волокнистых материалов определяет качество продукции при производстве бумаги и картона.

Влажность газов в технологических процессах обычно измеряют психрометрическим методом.

Действие психрометрических влагомеров основано на измерении двух температур: температуры «сухого» термодатчика, помещенного в анализируемый газ, и температуры «мокрого» термодатчика, завернутого в чулок из влажной ткани, конец которой опущен в воду. За счет испарения воды этот термодатчик охлаждается до температуры меньшей, чем температура газа. С увеличением влажности газа испарение идет менее интенсивно и температура «мокрого» термометра растет. При влажности 100 % вода вообще не будет испаряться и температуры обоих термодатчиков сравняются.

В промышленных влагомерах в качестве термодатчиков обычно используют термометры сопротивления, включенные. в схему для измерения отношения их сопротивлений, т. е. отношения температур «мокрого» и «сухого» термометров.

Психрометрический влагомер

Из принципиальной схемы влагомера видно, что она состоит из двух неуравновешенных мостов, реохорда, усилителя, реверсивного электродвигателя и показывающего устройства. В плечи неуравновешенных мостов включены соответственно «сухой» (Rc) и «мокрый» (RM) термометры. Выходной сигнал моста - напряжение U2 включен встречно с напряжением U3, снимаемым о движка реохорда. Их разность AU приложена к входу усилителя. Там она усиливается и приводит в действие реверсивный электродвигатель. Вал электродвигателя перемещает движок реохорда и связанную с ним стрелку показывающего устройства.

Состояние равновесия в схеме наступает при равенстве напряжений U2 и U3. При этом ΔU = 0, поэтому движок реохорда и стрелка прибора перестают перемещаться. Положение движка реохорода в момент равновесия зависит от отношения напряжений U1 и U2, а значит, от отношения температур «сухого» и «мокрого» термометров. Таким образом, положение стрелки прибора однозначно связано с измеряемой влажностью газа. Для измерения влажности жидкостей применяют как специальные влагомеры, так и приборы, измеряющие какое-либо свойство жидкости, если оно связано с ее влажностью. Например, одной из характеристик пульп является соотношение жидкость: твердое в ее составе. Эту величину измеряют обычно плотномерами. В тех случаях, когда из пульпы удаляется только жидкая фаза (выпаривание, фильтрование), показания плотномера будут определяться содержанием жидкости в пульпе. В этом случае плотномер выполняет функцию влагомера.

В специальных влагомерах для жидкостей используют емкостный и абсорбционный методы измерения.

Действие емкостных влагомеров основано на изменении диэлектрической проницаемости жидкости при изменении содержания в ней воды. Электрическая схема такого влагомера аналогична электрической схеме емкостного уровнемера. Изменение влажности жидкости приводит к изменению емкости

Сх и выходного напряжения моста U. Такими влагомерами измеряют содержание воды в нефти на нефтеперерабатывающих заводах. Диапазон измерения прибора 0-1 %.

Принцип действия абсорбционных влагомеров для жидкости основан на поглощении водой энергии излучения в области спектра близкой к инфракрасной.

Жидкость пропускают через камеру, где через нее проходит поток излучения от источника. Так как в камере часть энергии поглощается влагой, энергия выходящего потока будет тем меньше, чем больше концентрация влаги в смеси.

Источником излучения служит лампа накаливания, приемником - фоторезистор. Промышленные анализаторы влажности служат для определения концентрации влаги в ацетоне и спиртах от 0 до 5 %.

Сложность измерения влажности твердых сыпучих и волокнистых материалов заключается в том, что при взаимодействии датчика с материалом может изменяться его структура, насыпная плотность и другие факторы, существенно увеличивающие погрешность прибора. Поэтому в промышленности нашли применение в основном бесконтактные методы измерения: оптический и сверхвысокочастотный.

В оптических влагомерах используется связь между влажностью вещества и потоком отраженного от него излучения. Для получения наибольшей чувствительности применяют излучение в инфракрасной области спектра, которое создается источником. Отраженный анализируемым материалом световой поток направляется собирающим устройством на приемник. Чем больше влажность материала, тем лучше он поглощает инфракрасное излучение и тем меньше величина отраженного потока.

Поскольку таким методом можно измерить влажность лишь тонкого слоя, влагомер обычно применяют для сыпучих материалов, транспортируемых по конвейерным лентам.

Сверхвысокочастотные (СВЧ) влагомеры используют значительное (в десятки раз) различие электрических свойств воды и сухого материала. Концентрацию влаги измеряют по ослаблению СВЧ-излучения, проходящего через слой анализируемого материала. В таких влагомерах лента материала (например, волокнистого: бумага, картон) проходит между передающей и приемной антеннами. Передающая антенна соединена с СВЧ-генератором, приемная — с измерительным устройством. Чем больше влажность анализируемого материала, тем меньше сигнал, попадающий в измерительное устройство.

СВЧ-влагомеры позволяют измерять влажность в широком диапазоне (0-100 %) с высокой точностью.


Реклама


Реклама


Реклама

Реклама


Яндекс цитирования Яндекс.Метрика Яндекс.Метрика
© 2006-2013 Kipinfo.ru
При использовании информации ссылка на сайт “Kipinfo” обязательна.
Контактная информация Размещение рекламы
16+