Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

МЕЖДУНАРОДНЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ

План

1. Прилади для вимірювання густини. Будова, принцип роботи.

2. Прилади для вимірювання в'язкості. Будова, принцип роботи.

3. Прилади для вимірювання вмісту вологи в газах та твердих тілах.

1. Густиноюρ називають фізичну величину, що визначається відношенням маси mречовини до об'єму V, який вона займає: р = m/V.

Питомою вагоюназивають фізичну величину γ, що визначається відношенням ваги G речовини до об'єму V, який вона займає: γ = G/V.

У той час, як густина речовини не залежить від її розміщення (географічної широти) на земній поверхні, питома вага змінюється залежно від цього параметра. Тож ρ та γ пов'язані між собою співвідношенням γ = ρ∙g.

Густина характеризує якість та однорідність речовини і є доволі поширеним параметром, а автоматичні густиноміри - досить важливим елементом у комплексній автоматизації багатьох процесів у хімічній, нафтохімічній та нафтопереробній галузях. У цих галузях багато процесів потребують неперервного контролю густини. Нерідко густину виробничих рідин вимірюють з метою визначення концентрації розчиненої речовини.

Для вимірювання густини наразі застосовують різні густиноміри, зокрема вагові, поплавкові, гідроаеростатичні, гідрогазодинамічні, радіоізотопні, акустичні, вібраційні.

Вагові густиноміриЦі механічні густиноміри реалізують пікнометричний метод вимірювання густини, який полягає у безперервному зважуванні постійного об'єму аналізованої речовини в технологічній посудині чи трубопроводі. Чутливим елементом густиноміра для вимірювання густини в потоці є U-подібна трубка 2 (рис. 1), яка тягою 5 з'єднана з важелем 6.Кінці трубки 2 за допомогою сильфонів 3 з'єднані з нерухомими патрубками 4подачі та відведення контрольованої рідини. Зміна густини аналізованої рідини зумовлює змінювання ваги заповненої рідиною трубки 2. Ця зміна через важіль 6передається електросиловому чи пневмосиловому перетворювачу 8,побудованому за принципом компенсації сил. Вихідний сигнал перетворювача пропорційний зміні вимірюваної густини рідини. Противага 7 потрібна для встановлення нижньої границі вимірювання. Для автоматичного коригування вихідного сигналу залежно від зміни температури аналізованої рідини (термокомпенсація) до складу густиномірів входить пристрій 1, який неперервно вимірює її температуру (густина рідини лінійно залежить від її температури), що дозволяє формувати та вводити відповідну поправку до показань густиноміра.

Рисунок 1 - Схема вагового густиноміра:

1 - пристрій для введення температурної поправки; 2 - U-подібна трубка; 3 - сильфони; 4 - нерухомі патрубки; 5 - тяга; 6 - важіль; 7 - противага; 8 - пневмосиловий перетворювач.

Діапазон вимірювання таких приладів 50...300 кг/м³ можна встановлювати в будь-якій частині інтервалу 500...2500 кг/м³. Максимальна температура контрольованої рідини становить 100 °С, класи точності - 1 і 1,5.

Поплавкові густиноміри. Поплавкові густиноміри реалізують ареометричний метод вимірювання густини. Принцип дії цих механічних густиномірів полягає у безперервному вимірюванні виштовхувальної (піднімальної) сили F_А, яка діє на поплавок, частково чи повністю занурений в аналізовану рідину.

Схему густиноміра з частково заглибленим поплавком показано на рис. 2. Через посудину постійного рівня 1безперервно прокачується аналізована рідина, що видаляється через переливну трубку 3. Зі зміною густини аналізованої рідини змінюється ступінь заглиблення поплавка 2, потовщена нижня частина якого постійно перебуває в аналізованій рідині. Рівновага сил Gта F_А, тобто ваги поплавка та виштовхувальної (архімедової) сили внаслідок змінення густини контрольованої рідини, досягається зміною глибини занурення l вимірювальної тонкої частини поплавка 3 - стрижня 4. Переміщення поплавка перетворюється в електричний сигнал диференціально-трансформаторним перетворювачем 5.

Рисунок 2 - Схема поплавкового густиноміра з ДТП і частково зануреним поплавком:

1 - посудина з постійним рівнем; 2 - поплавок; З - переливна трубка; 4 - стрижень; 5 – ДТП.

Застосувавши пневматичний перетворювач, наприклад пневмосиловий, можна виконати це вимірювання з отриманням пневматичного вихідного сигналу.

Для запобігання впливу динамічної складової потоку контрольованої рідини на вагу поплавка використовують диференціальний поплавок, який складається з двох жорстко з'єднаних однакових поплавків 1 і та 2 (рис. 3).

Умови обтікання їх рідиною такі, що вага поплавка 1буде зменшуватись на величину гідродинамічного напору потоку аналізованої рідини,а поплавка 2 - збільшуватись на таку саму величину. Тому загальна вага поплавків 2Gне буде залежати від швидкості потоку аналізованої рідини у камерах густиноміра. Пневмосиловий перетворювач 3формує вихідний сигнал р_вих = f(ρ).

Рисунок 3 - Схема поплавкового густиноміра із зануреним диференціальним поплавком: 1,2-поплавки; 3 - пневмосиловий перетворювач; 4- система важелів.

Гідро - та аеростатичні густиноміри. Принцип дії таких густиномірів ґрунтується на залежності гідростатичного тиску р стовпа аналізованої рідини чи газу від густини:

р = ρgН.

Якщо висоту стовпа H зафіксувати, то за тиском рможна визначати густину ρ.

Варіанти гідростатичних густиномірів рідини показано на рис. 4.

Рисунок 4 - Гідростатичні (пневмометричні) густиноміри зі сталим (а)та змінним (б) рівнями контрольованої рідини:

1,2-пневмометричні трубки; 3,4 - пневмодроселі; 5 - регулятор витрати; 6 –дифманометр.

Конструкція з однією пневматичною трубкою (рис. 4, а)потребує постійного рівня аналізованої рідини в проточній посудині. Густиномір з двома пневматичними трубками (рис. 4, б), різниця глибин занурень яких ΔНфіксована, нечутливий до зміни (у певних межах) рівня аналізованої рідини.

Газ або повітря (якщо окиснювальна дія кисню не впливає на параметри контрольованої рідини) від регулятора витрати 5 через пневматичні дроселі 3 та 4подається у пневмометричні трубки 1і 2. Через відкриті нижні кінці трубок газ барботує крізь контрольовану рідину. Тиск газу в трубках і і 2 визначається гідростатичним тиском стовпів рідини, висота яких Н₁ і Н₂ відповідно. Перепад тисків у трубках вимірюється дифманометром /і з електричним або пневматичним вихідними сигналами.

Схему поширеного аеростатичного густиноміра газів показано на рис. 5. У ньому аналізований газ і повітря прокачуються за постійних тисків через вставлені одна в одну вертикальні трубки різного діаметра (1 та 2), внутрішні порожнини яких утворюють стовпи аналізованого газу та повітря однакової висоти.

Рисунок 5 - Схема аеростатичного густиноміра газів:

1,2 - вертикальні трубки; 3 - дзвоновий дифманометр; 4 - дзвін; 5 – перетворювач.

Різницю гідростатичних тисків цих стовпів вимірюють за допомогою високочутливого дзвонового дифманометра 3,який реалізує принцип зрів новаження через зміну виштовхувальної сили. За допомогою перетворювача 5 переміщення дзвона 4 перетворюється в уніфікований електро- чи пневмосигнал.

Густиномір забезпечує вимірювання густини в межах 0...3 кг/м³ з діапазоном вимірювання 0,2... 1 кг/м³ та похибкою ± 0,01 кг/м .

Схему одного з найбільш досконалих та чутливих густиномірів, у якому використано комбінацію механічного і теплового ефектів зображено на рис. 6. У трубку 2 з постійною об'ємною витратою подається аналізований газ, а в трубку 3 під постійним тиском - допоміжний (зазвичай повітря). Виводяться газові потоки через трубку 1. Трубки 1, 2, 3(трубка 3 зверху закрита) розміщені вертикально. Зі змінюванням густини аналізованого газу змінюється аеростатичний тиск його стовпа в трубці 2, а відповідно й у точці А.Тому змінюється витрата повітря, яке обтікає резисторний вимірювальний термоанемометр R_в, у результаті чого змінюється його опір.

Рисунок. 6 - Схема комбінованого аеростатичного густиноміра газів:

1,2, 3 - трубки; 4 - незрівноважений міст.

Опір порівняльного термоанемометра R_п„ залишається постійним, оскільки потік обтічного повітря майже не змінюється. Зміна опору R_в зумовлює розбаланс незрівноваженого моста 4,величина якого пропорційна вимірюваній густині.

Густиномір термостатується за температури 40 чи 45 °С і забезпечує вимірювання густини в межах 0...3 кг/м³ з діапазоном ±(0,01...1,5) кг/м³ , відрахованим від густини повітря за температури 20 °С. Клас точності - від 2 до 5 (залежно від діапазону вимірювання).

Радіоізотопні густиноміри. Інтенсивність енергетично однорідного пучка у-променів, який проходить крізь шар рідини товщиною та густиною р, описується співвідношенням : J = J₀e^−μρx

де J_о - інтенсивність γ-випромінювання на поверхні шару; μ - масовий коефіцієнт послаблення γ-випромінювання.

Схему компенсаційного радіоізотопного густиноміра показано на рис. 7. Потоки радіоактивного випромінювання від двох однакових джерел (7 та 9) через контрольовану рідину 2 та компенсувальний металевий клин 8надходять у приймачі випромінювання 3та 7. Вихідні сигнали приймачів, які є функцією відповідно вимірюваної густини і товщини робочої ділянки клину 8,через формувальні блоки 4 та 6надходять на вхід електронного підсилювача-перетворювача 5, де різниця сигналів посилюється і подається на РД, вал якого кінематично сполучений з клином 8та плунжером ДТП 10.Вимірювальна інформація з виходу перетворювача 10сприймається вторинним приладом типу КСД.

Рисунок 7 - Схема компенсаційного радіоізотопного густиноміра: 1,9-джерела γ-випромінювання; 2 - контрольована рідина; 3,7 – приймачі γ-випромінювання; 4, 6 - формувальні блоки; 5 - електронний підсилювач-перетворювач; 8 - компенсувальний металевий клин; 10– ДТП.

Залежно від величини та знака сигналу розбалансу РД переміщує металевий клин 8 доти, доки різниця сигналів не стане нульовою. Величина переміщення компенсувального клину 8,з яким сполучена стрілка відлікоого пристрою густиноміра, пропорційна густині аналізованої рідини. Дистанційне передавання вимірювальної інформації забезпечується ДТП 10.

У промислових густиномірах випромінювання крізь шар аналізованої рідини та компенсувальний клин здійснюється одним γ-випромінювачем, який, обертаючись на диску, випромінює γ-промені то на аналізовану рідину, то на клин. Як приймач використовують диференціальну іонізаційну камеру. Вона запобігає впливу нестабільності лічильників на показання приладу.

Радіоізотопні густиноміри забезпечують вимірювання в межах 500...3500 кг/м³ з діапазоном вимірювання 25...500 кг/м³ і відносною похибкою ±1 %.

Вібраційні густиноміри.Принцип дії цих механічних густиномірів ґрунтується на залежності параметрів пружних коливань (вібрації), які передаються камері з аналізованою речовиною, від її густини. Зазвичай як параметр пружних коливань використовують власну частоту резонатора, який перебуває в режимі автоколивань. Резонатори вібраційних густиномірів утворюють з трубки, пластини, стрижня, струни тощо.

Частота власних коливань резонатора (заповненого або зануреного в аналізовану речовину). Розрізняють проточні та заглибні вібраційні густиноміри. Схему проточного вібраційного густиноміра для рідин показано на рис. 8.

Рисунок 8 - Схема вібраційного густиноміра:

1,2- трубки резонатора; 3 - котушка для сприймання коливання трубок резонатора; 4- котушка збудження; 5 - перемички; 6 - сильфони; 7 - опори; 8,11 - ТО; 9 - обчислювальний пристрій; 10-підсилювач.

Аналізована рідина одночасно надходить у паралельні трубки 1 та 2, які встановлені на сильфонах 6та скріплені перемичками 5 і утворюють резонатор. Сильфони закріплено в опорах 7. Трубки 1, 2,котушка 3, що сприймає коливання трубок резонатора, котушка збудження 4та електронний підсилювач 10 складають електромеханічний генератор, частота коливань якого визначається густиною аналізованої рідини. Вихідний частотний сигнал підсилювача 10 надходить до обчислювального пристрою 9, до якого підключені ТО 8та 11, які дозволяють коригувати сигнал густиноміра залежно від температури аналізованої рідини у ньому.

Діапазон вимірювання становить 690... 1050 кг/м³, температура рідини - 10... 100 °С, основна абсолютна похибка - ±1,5 кг/м³.

В'язкість(внутрішнє тертя) - це властивість плинних тіл (рідин і газів) виявляти опір переміщенню однієї їх частини відносно другої, тобто взаємному переміщенню їхніх частинок. Основний закон в'язкої течії описується формулою Ньютона:

де F - тангенціальна (дотична) сила, що спричинює зсув шарів рідини (газу); S - площа внутрішнього тертя (площа шару, по якому відбувається зсув); dv/dn - градієнт швидкості V течії (швидкості змінювання її від шару до шару) по нормалі n.

Коефіцієнт пропорційності μ називають динамічною в'язкістю(іноді її позначають літерою η). Коефіцієнт ц характеризує опір рідини (газу) переміщенню її шарів. Величину, обернену динамічній в'язкості, φ = 1/μ називають плинністю.

Одиниця виміру динамічної в'язкості в системі СІ - Па∙с, а в системі СГС - П (пуаз): 1 Па∙c = 1 Н∙с/м²; 1 П = 0,1 Па∙с. Також використовують термін кінематична в'язкістьν = μ / ρ, одиницею виміру якої є м/с².

В'язкість у загальному випадку не є адитивною фізичною властивістю. В'язкість рідин з підвищенням температури зменшується, газів - збільшується. Взагалі розглядати в'язкість незалежно від температури неможливо. Найчастіше використовують в'язкість за температур 20, 50 і 100 °С.

У хіміко-технологічних процесах віскозиметри використовують лише для вимірювання в'язкості рідин. До найпоширеніших автоматичних вимірювачів в'язкості належать ротаційні, вібраційні та кулькові віскозиметри.

Ротаційні віскозиметри. Під час обертання тіла у в'язкій рідині виникає протидійний момент, зумовлений в'язкісним опором рідини. Принцип дії цих механічних віскозиметрів грунтується на вимірюванні крутильного моменту, що виникає на осі ротора (циліндра, диска, лопаті тощо), зануреного у вимірювану рідину, під час їх взаємного переміщення.

Розроблено чимало конструкцій обертових елементів ротаційних віскозиметрів в автоматичних аналізаторах. Конструкції ротаційних віскозиметрів, об'єднаних за загальним принципом роботи, згідно з яким в'язкість визначається за моментом сил тертя, що виникає внаслідок обертання тіла, заглибленого в аналізовану рідину, показано на рис. 7.9. Таким тілом обертання можуть бути: циліндр (рис. 9, а), куля (рис. 9, б), насаджені на спільний вал і розміщені між нерухомими шайбами диски (рис. 9, в)тощо.

Рисунок 9 - Схеми ротаційних віскозиметрів:

1- синхронний двигун; 2,3- привідний та «ведений» диски; 4 - поворотний шків;

5 - гнучкий тросик; 6 -місцевий відліковий пристрій; 7 - пружина; 8 - електро- чи пневмосиловий перетворювач.

У віскозиметрах іншої конструкції момент обертання, що створюється синхронним двигуном 1 на диску 2 (рис. 9, г)або циліндрі 2 (рис. 9, д), через аналізовану рідину передається відповідно дискові 3 чи циліндрові 3.Обертальний момент, який виникає на «веденому» дискові (циліндрі) 3,пропорційний динамічній в'язкості аналізованої рідини. Цей момент урівноважується силою пружної деформації пружини 7, з'єднаної гнучким тросиком 5 з поворотним шківом 4.

Величину деформації пружини (вона пропорційна динамічній в'язкості) показує місцевий відліковий пристрій 6.За допомогою відповідного перетворювача 8(наприклад, електро- чи пневмосилового) сила пружної деформації перетворюється в уніфікований електричний або пневматичний сигнали. Як вихідний параметр останніх віскозиметрів можна також використати кут повороту «веденого» диска (циліндра). У такому разі для отримання уніфікованих сигналів можна застосувати, наприклад, феродинамічний або пневматичний (типу «кут повороту - пневмосигнал») перетворювач (на рис. 9, гпоказано пунктиром).

Характерна особливість ротаційних віскозиметрів - широкий діапазон вимірюваних значень в'язкості (0,01...1000 Па∙с). Клас точності ротаційних віскозиметрів - 0,5...2,5.

Кулькові віскозиметри. Принцип дії цих механічних віскозиметрів ґрунтується на вимірюванні швидкості (частіше - часу) руху кульки в аналізованій рідині під дією сил тяжіння і тертя. Вимірювання швидкості V зазвичай зводять до вимірювання відрізка часу τ, за який кулька, падаючи зі сталою швидкістю, проходить однакову відстань між двома фіксованими відмітками.

Схему кулькового віскозиметра циклічної дії показано на рис. 10. Аналізована рідина з апарата чи трубопроводу 6прокачується насосом 7 по трубці 1з немагнітного матеріалу знизу вверх і у своєму русі підіймає кульку 4 від нижньої 11до верхньої 5обмежувальної сітки. Після вимикання двигуна 8 насоса (періодичне вмикання та вимикання здійснює блок керування 9) кулька рухається вниз під дією сили тяжіння (падає) в аналізованій Рідині. Диференціальні трансформатори 3 та 2 (можна використати оптичні, Радіоізотопні та інші пристрої) формують електричні імпульси в моменти часу, коли кулька проходить обрані відмітки, розміщені одна від одної на відстані l. За допомогою вимірювача часових інтервалів 10 вимірюють проміжок часу т між вказаними імпульсами, за яким і розраховують значення вимірюваної в'язкості.

Рисунок 10 - Схема кулькового віскозиметра:

1 - трубка з немагнітного матеріалу; 2,3 - диференціальні трансформатори; 4 -кулька; 5,11 - верхня та нижня обмежувальні сітки; 6 -апарат або трубопровід; 7- насос; 5 - двигун; 9 - блок керування; 10- вимірювач часових інтервалів.

Вібраційні віскозиметри. Принцип дії цих віскозиметрів ґрунтується на вимірюванні того чи іншого ефекту, який виникає під час взаємодії аналізованої рідини з пружним коливним елементом - вібратором (стрижнем або пластиною). Цей ефект залежить від в'язкості аналізованої рідини: зі збільшенням в'язкості зростає опір рідини вібраторові.

Вібратори виробляють з феромагнітного матеріалу, якому притаманний магнітострикційний ефект:лінійні розміри тіла змінюються в напрямі магнітного поля залежно від його напруження (виявляється також обернений магнітострикційний ефект - механічні напруження в тілі змінюють його магнітний стан).

Зазвичай для збудження коливань вібратора застосовують електромагнітну систему, в якій зв'язок вібратора з котушкою здійснюється не безпосередньо (механічний зв'язок), а за допомогою магнітного поля. Можливі два режими роботи вібраторів - імпульсний та неперервний. Використовують як низькочастотні (при цьому вібратор здійснює поперечні коливання), так і високочастотні (вібратор здійснює поздовжні коливання) вібратори. У разі імпульсного збудження коливань вібратора мірою в'язкості є швидкість або частота загасання вільних коливань, а за неперервних коливань - їх амплітуда, частота або фаза.

На рис. 11, анаведено схему низькочастотного вібраційного віскозиметра з неперервним режимом роботи. В корпусі 1 за допомогою еластичної мембрани З закріплено ЧЕ (вібратор) 2, нижній кінець якого занурений у контрольовану рідину, а верхній - перебуває в магнітному полі збуджувальної 4та вимірювальної 5 котушок. Вимірювальну котушку підключено до входу, а збуджувальну - до виходу електронного підсилювача 7 з автоматично регульованим коефіцієнтом підсилення. Вмикання електронного підсилювача спричиняє появу в системі вібратор - вимірювальна котушка - електронний підсилювач - збуджувальна котушка гармонійних коливань з частотою механічного резонансу ЧЕ (близько 400 Гц).

Рисунок 11 - Схема вібраційного віскозиметра (а) та магнітострикційного віброперетворювача (зонда) з імпульсним режимом роботи (б):

а: 1- корпус; 2 - вібратор; 3- мембрана; 4- котушка збудження; 5 – вимірювальна котушка; 6 - джерело живлення; 7 - електронний підсилювач; 8 - вторинний прилад; б: 1 - вібратор; 2 - торцевий бік герметизованої гільзи 3; 4- обмотка збудження.

Коефіцієнт підсилення електронного підсилювача 7 автоматично встановлюється таким, щоб амплітуда змінної напруги, яка знімається з вимірювальної котушки 5, була сталою й дорівнювала напрузі, що подається з джерела живлення 6.Міра вимірюваної в'язкості - амплітуда сили струму, який подається на збуджувальну котушку 4.Пропорційний цій величині сигнал надходить на вторинний прилад 8.

Схему магнітострикційного перетворювача (зонда) з імпульсним режимом роботи показано на рис. 11, б. Вібратор 1(пластина з магнітострикційного матеріалу завтовшки 0,2...0,4 мм) закріплений з торцевого боку 2 герметизованої гільзи 3.Одна з половин вібратора (зовнішня) занурюється в аналізовану рідину, в'язкість якої вимірюється, а друга, що перебуває всередині гільзи 3,охоплена обмоткою збудження 4,також розміщеною всередині гільзи.

На обмотку 4 від генератора подається короткочасний імпульс струму, від якого в пластині виникають поздовжні коливання (магнітопружна деформація), унаслідок чого вона здійснює загасальні коливання. Під час коливань вібратора завдяки оберненому магнітострикційному ефекту в котушці 4наводиться деяка ЕРС, яка має частоту коливань вібратора. Надалі, в результаті перетворення ЕРС, формується сигнал, який забезпечує запирання генератора імпульсів до моменту закінчення коливань вібратора (зменшення амплітуди до 0,002 початкової величини), після чого генератор імпульсів знову збуджується. Таким чином, мірою інтенсивності загасання є величина інтервалів часу між послідовними збудженнями генераторів імпульсів: чим більша в'язкість рідини, тим менші інтервали часу між імпульсами, тим швидше загасають коливання вібратора.

Найбільш поширений промисловий вібраційний віскозиметр - віскозиметр типу ВВН (низькочастотний). Залежно від діапазону вимірювання (1...40000 Па∙с) випускається понад двадцять модифікацій цих віскозиметрів. Допустима основна відносна похибка становить ±4 % від діапазону вимірювань.

3.

Вологість газів, твердих і сипких матеріалів - один з найважливіших показників технологічних процесів у хімічній, текстильній, металургійній та інших галузях промисловості.

Вологість газів вимірюють в абсолютних або відносних одиницях. Абсолютна вологість - це маса водяної пари, яка міститься в одиниці об'єму вологого газу. Відносна вологість - відношення кількості водяної Пари, що міститься в одному кубічному метрі газової суміші, до максима льно можливої кількості пари, яка може міститись у цьому ж об'ємі суміші за такої самої температури (у відсотках).

Вологість газів характеризується також вологомісткістю - масою водяної пари, віднесеної до маси сухого тіла, а також температурою точки роси, тобто температурою, за якої газ насичується водяною парою, що міститься в ньому (у градусах Цельсія).

Вологість твердих і сипких тіл характеризується вологомісткістю -відношенням маси вологи до маси абсолютно сухого тіла, або вологістю, під якою розуміють відношення маси вологи до маси вологого тіла. Ці величини переважно виражають у відсотках.

Вимірювання вмісту вологи в газах. Абсолютну вологість газів вимірюють кулонометричним методом. Принцип дії кулонометричних гігрометрів ґрунтується на безупинному поглинанні вологи з контрольованого газового потоку плівкою гідрофільної речовини (фосфорного ангідриду) і одночасному розкладанні води на водень і кисень у товщі плівки через електроліз. У сталому режимі значення сили струму електролізу служить мірою вологості аналізованого газу. Чутливий елемент являє собою два платинові електроди, між якими розміщено плівку фосфорного ангідриду (п'ятиоксиду фосфору).

Схему кулонометричного гігрометра для вимірювання вологості газів показано на рис. 12. Первинний вимірювальний перетворювач гігрометра виконано у вигляді ізоляційної трубки 1,всередині якої поміщено платинові електроди 2 і 3у вигляді двох паралельних спіралей, які підключено до джерела постійного струму 5.

Електроди утворюють спіральний проміжок, покритий тонкою плівкою з фосфорною ангідриду, який є високоефективним сорбентом і не розкладається під час електролізу. Плівка поглинає вологу з газу, який пропускається через ПВП зі сталою швидкістю. При цьому безперервно проходять два процеси: утворення фосфорної кислоти та електроліз з регенерацією фосфорного ангідриду:

Р₂О₅+Н₂О → 2НРО₃

4НРО₃ → 2Н₂ + О₂ + 2Р₂О₅

Струм електролізу, який вимірюється за спадом напруги на резисторі ц за допомогою автоматичного компенсатора 4,пропорційний абсолютній вологості газу.

Рисунок 12 - Схема кулонометричного гігрометра:

1 - ізоляційна трубка; 2,3 - платинові електроди; 4 - автоматичний компенсатор; 5 - джерело постійного струму.

Серед модифікацій кулонометричних гігрометрів, використовуваних для вимірювання вологості в промислових умовах, значного поширення завдяки високій точності та надійності набули гігрометри типу «Байкал» (модифікацій «Байкал-1», «Байкал-11», «Байкал-2» і «Байкал-21»), призначені для вимірювання вмісту вологи в газах (Н₂, повітрі, СО₂, Н₂, О₂, інертних газах і їхніх сумішах та інших газах, які не взаємодіють із фосфорним ангідридом). Гігрометри двох останніх модифікацій мають іскробезпечне виконання, а «Байкал-11» - електричний вихідний сигнал у паралельному двійково-десятковому коді 8-4-2-1. Стала часу гігрометрів «Байкал» становить від 2 до 15 хв - залежно від діапазону вимірювання.

Гігрометр типу «Байкал-5» призначено для вимірювання та сигналізації граничнодопустимих значень вологості повітря. Допустимий вміст механічних домішок становить 0,05 мг/м³, а пари та аерозолів - 0,1 мг/м³ . Час початку реагування - 20 с, час перехідного процесу - 15 хв, стала часу становить 150 с. Гігрометри призначені для умов роботи: температури навколишнього повітря 5...50 °С, відносної вологості до 80 %. Витрата газу через гігрометр - 180 л/год. До складу гігрометрів «Байкал» входять вторинні прилади КСП4 відповідного виконання.

Гігрометри типу «Корунд-М» застосовують для вимірювання вмісту вологи в хлоровмісних газах з об'ємним вмістом контрольованого середовища (%): 45... 98 С1₂, 0... 4 Н₂, 0... 10 мг/м³Н₂РО₄ (аерозолі); решта - повітря та СО₂. Стала часу цих гігрометрів становить 10 хв, витрата газу - 180л/год. До складу гігрометра входять вторинні прилади КСПЗ або «Диск-250». Гігрометри призначені для умов роботи: температури навколишнього повітря 5... 50 °С, відносної вологості 30...80 %.

Вимірювання абсолютної вологості газів методом точки роси полягає у визначенні температури, до якої необхідно охолодити за сталого тиску ненасичений газ для того, щоб він став насиченим. Якщо додатково виміряти температуру газу, то можна визначити і відносну вологість.

У сучасних дзеркальних гігрометрах точки роси в потоці аналізованого газу розміщують металеве дзеркальце 3(рис. 13), яке охолоджується за допомогою напівпровідникового елемента Пельтьє (термопари) 5.

Рисунок 13 - Схема автоматичного вологоміра точки роси:

1- випромінювач; 2,9-лінзи; 3 - дзеркальце; 4 - термоелектричний термометр; 5 - елемент Пельтьє; 6 - регулятор струму; 7 - підсилювач; 8 – фотоелемент.

На дзеркальце 3від випромінювача 1 через лінзу 2 спрямовується промінь світла, який, відбившись від нього, через другу лінзу 9потрапляє на фотоелемент 8. Викликаний у фотоелементі струм підсилюється і через регулятор струму 6 живить елемент Пельтьє 5. Якщо на дзеркалі немає вологи, то промінь світла від дзеркала майже повністю відбивається і потрапляє на фотоелемент, викликаючи струм зворотного зв'язку і відповідно - охолодження дзеркала. Температура дзеркала буде зменшуватися доти, доки на дзеркалі не випаде роса. Тоді на фотоелемент буде потрапляти ослаблений потік світла, струм через елемент Пельтьє зменшуватиметься, а температура дзеркала почне підвищуватися внаслідок нагрівання аналізованих газів. Це призведе до випаровування роси, збільшення світлового потоку, підвищення струму зворотного зв'язку й охолодження дзеркала. Отже, температура дзеркала буде підтримуватися близькою до температури точки роси, яку вимірюють контактним ТП 4.

Недолікамиметоду точки роси вважають складність фіксації моменту випадання роси, залежність температури точки роси від стану поверхні дзеркала тощо.

Для вимірювання відносної вологості газів за додатних температур (0...100°С) широко використовують психрометричний метод, що ґрунтується на вимірюванні різниці температур двох термоперетворювачів: сухого, розміщеного в досліджуваному газовому середовищі, та мокрого, який змочений водою і перебуває в термодинамічній рівновазі з навколишнім газовим середовищем. У цьому випадку чим менша вологість аналізованого газу, тим інтенсивніше випаровування з поверхні ЧЕ мокрого термоперетворювача і тим нижча його температура.

Під час випаровування вологи зі зволоженої поверхні мокрого термометра його температура знижується. У результаті між сухим і мокрим термометрами виникає різниця температур, яку називають психрометричною. різницею. Відносну вологість залежно від психрометричної різниці (t_c −t_м) виражають залежністю:

φ = [р_м-А(t_c −t_м)]/р_с,

де р_м - пружність пари, яка насичує аналізоване середовище за температури мокрого термометра; р_с - пружність пари, що насичує аналізоване середовище за температури сухого термометра; А- психрометричний коефіцієнт, який залежить від конструкції психрометра, швидкості обдування мокрого термометра газом і тиску газу.

Рис. 7.14. Принципова схема даомостового компенсаційного психрометра.

В електричних психрометрах для визначення температури застосовують ТП, напівпровідникові та металеві термоперетворювачі опору (ТО). Термоелектричні перетворювачі зазвичай виготовляють у вигляді термобатарей, поділених на дві групи, одна з яких змочується. Електрорушійна сила, вимірювана на виводах термобатарей, пропорційна психрометричній різниці температур. Для її вимірювання в електричних психрометрах використовують переважно стандартні ТО. В автоматичному психрометрі (рис. 14) різницю температур вимірюють за допомогою терморезистивних перетворювачів - сухого R_т_c та мокрого R_тм, увімкнених у двомостову компенсаційну вимірювальну схему.

Напруга розбалансу кожного з мостів буде пропорційною відповідно температурі t_c і t_м, а різниця цих напруг - мірою вимірюваної вологості. А оскільки напруга розбалансування двомостового кола автоматично врівноважується спадом напруги на реохорді R_р, то переміщення повзунка реохорда і відповідно покажчика відлікового пристрою можуть бути також мірою вимірювальної вологості, а шкала - проградуйованою в одиницях вимірюваної величини.

Переваги психрометричного методу вимірювання вологості - порівняно висока точність, висока чутливість за температури понад 0 °С; недоліки - зменшення точності та чутливості за низьких температур, нестабільність функції перетворення (психрометричної сталої), зумовлена впливом зовнішніх чинників.

Вимірювання вмісту вологи в емульсіях

Для вимірювання вологи в емульсійних середовищах можна використовувати ІЧ-вологоміри, принцип роботи яких ґрунтується на багатократному повному внутрішньому відбитті (БПВВ). Структурну схему вологоміра для контролю вмісту емульсійної води у нафті зображено на рис. 15.

Рисунок 15 - Структурна схема вологоміра БПВВ:

1 - пластина; 2 - емульсія; 3 - фільтри; 4 - модулятор; 5 - випромінювач; 6 - асинхронний двигун; 7 - фотоприймач; 5 - підсилювач; 9 - детектор; 10 - функціональний перетворювач; 11 - вторинний прилад.

Світловий потік від випромінювача 5 за допомогою модулятора 4, який має інтерференційні фільтри 3 з різними смугами пропускання, спрямовується на пластину 1, змочену з двох боків емульсією 2. Після багатократного відбиття від межі поділу пластинка-емульсія випромінювання потрапляє у фотоприймач 7. Сигнал останнього після підсилення підсилювачем 8 надходить на детектор 9 і після функціонального перетворювача 10 реєструється вторинним приладом 11. Модулятор 4 обертається синхронним двигуном 6.

Переваги цього безконтактного методу визначення вологості - висока селективність відносно води, незначний вплив температури, густини та складу проби на результат вимірювання; вади- вплив розподілу вологи в різних (за товщиною) шарах матеріалу, у зернах різного розміру.

Вимірювання вмісту вологи в твердих і сипких матеріалах

Вимірювати вологість твердих і сипких матеріалів можна різними методами, зокрема кондуктометричним, діелькометричним (ємнісним), інфрачервоним, нейтронним методами, методом ядерного магнітного резонансу (ЯМР) та ін.

Кондуктометричний метод ґрунтується на залежності питомої провідності (активного опору), виміряної на постійному струмі, від умісту вологи. Вимірявши провідність чи опір за допомогою відповідних графіків залежності опору від вологості, визначених експериментально для різних матеріалів, оцінюють ступінь вологості матеріалу.

Перевагою методу є висока чутливість, що визначається степеневою залежністю опору від вологості. Однак зміну опору зумовлює велика кількість чинників, таких як температура, структура матеріалу, наявність електролітів. Тому кондуктометричний метод використовують лише в лабораторних умовах.

Діелькометричний (ємнісний) метод ґрунтується на залежності діелектричних властивостей матеріалу від вологості. Оскільки для сухих речовин діелектрична проникність ε = 2,0...5,0, а для води ε_в = 81,0, то невелика зміна вологості матеріалу призводить до значної зміни результуючої діелектричної проникності. Як вимірювальні кола в ємнісних вологомірах найчастіше використовують трансформаторні мости з тісним індуктивним зв'язком плечей, а також резонансні вимірювальні кола.

Інфрачервоний метод ґрунтується на можливості використання характерних ліній поглинання води під час вимірювання вологості повітря. Цей метод застосовують також для вимірювання вологості різних матеріалів. Для визначення вологовмісту рідин вимірюють поглинання смуг 1,47 або 1,94 мкм у прохідному світлі; для вимірювання вологості матеріалу застосовують метод вимірювання відбиваного його поверхнею випромінювання, що дозволяє визначати вологовміст тільки поверхневого шару. Під час вимірювання вологості сипких матеріалів цю ваду усувають розпушуванням проби безпосередньо перед заглибленням вимірювального елемента.

Метод ядерного магнітного резонансу (метод ЯМР) ґрунтується на поглинанні енергії радіочастотного магнітного поля ядрами атомів водню зі складу води, яка міститься в матеріалі. Ядро атома водню (протон) можна розглядати як заряджену кульку, яка має механічний і ядерний магнітні моменти й обертається навколо своєї осі. Якщо такий обертовий магнітик (магнітний діполь) помістити в постійне зовнішнє магнітне поле, то його вісь почне обертатися навколо напряму магнітного поля з кутовою швидкістю

ω₀ = γ·Н₀

де γ - гіромагнітне число, що характеризує відношення магнітного моменту ядра до його механічного моменту; Н₀- напруженість зовнішнього магнітного поля.

У разі дії на протон додаткового змінного радіочастотного поля, вектор напруженості, Н₁якого обертається або коливається і перпендикулярний до вектора напруженості Н₀поля, на магнітний диполь буде діяти пара сил, котра намагатиметься змінити кут між вектором напруженості Н₀поля та вектором магнітного диполя. Якщо при цьому частота і напруга змінного радіочастотного поля напруженістю Н₁ збігається з кутовою швидкістю ω₀ і напрямом прецесії диполя, то настає своєрідний резонанс - ЯМР. Інтенсивність поглинання досліджуваним зразком енергії у разі ЯМР пропорційна кількості водню в одиниці об'єму матеріалу, тому за величиною поглинання можна однозначно оцінити вміст вологи в матеріалі.

Досліджуваний матеріал поміщають у циліндричну котушку, вісь якої перпендикулярна до напряму постійного магнітного поля. Котушкою пропускається змінний струм високої частоти від спеціального генератора. Резонанс досягається або зберіганням сталості напруженості Н₀ і змінюванням частоти змінного струму, або змінюванням у вузьких межах напруженості Н₀ за сталої частоти змінного струму. Поглинання радіочастотної енергії визначають за параметрами високочастотного коливального контуру, до якого входить котушка з досліджуваним зразком.

Блок-схему вологоміра, що ґрунтується на ЯМР, показано на рис. 16.

Рисунок 16 - Схема вологоміра на основі ЯМР:

1,3,8- котушки; 2,9- полюси постійного магніту; 4 - посудина з досліджуваним матеріалом; 5 - генератор високої частоти; 6 - блок підсилення; 7 - вторинний прилад; 10 - генератор низької частоти.

Циліндричну посудину 4 з досліджуваним матеріалом розміщено між полюсами 2 та 9 постійного магніту, який утворює в досліджуваному зразку магнітне поле певної напруженості. Посудину зі зразком поміщено у внутрішню порожнину котушки 3, яка входить у паралельний резонансний контур. Останній живиться струмом високої частоти від генератора 5. Полюси постійних магнітів мають розгортальні котушки 1 і 8, які живляться від генератора низької частоти 10.Радіочастотний сигнал підсилюється і детектується блоком 6,а відтак реєструється вторинним приладом 7.

Недоліки ЯМР-методу - потреба у відборі проби та складність апаратури.

Нейтронний метод ґрунтується на тому, що нейтронні промені сильно гальмуються легкими атомами водню та безперешкодно проходять крізь елементи з більшим атомним номером. Це явище протягом багатьох років використовують для визначення вологовмісту у великих скупченнях матеріалів, переважно піску, будівельних матеріалів, шлаків, а також бурого вугілля.

Джерело нейтронного випромінювання 6(рис. 7.17), що містить препарат тривалої дії (зазвичай суміш берилію та радію з періодом піврозпаду 150 років), разом з лічильником повільних нейтронів 4поміщено у вимірювальний зонд 2, який перед вимірюванням занурюється у контрольований матеріал 1.

Рисунок 17 - Принцип дії зонда нейтронного вологоміра:

1 - досліджуваний матеріал; 2 - алюмінієва труба; 3 - фотопомножувач; 4 - сцинтиляційний лічильник; 5- свинцевий захисний екран; 6- випромінювач.

Залежно від вологовмісту, а точніше від умісту водневих атомів у матеріалі, більша або менша частина одержуваних швидких нейтронів розсіюється й гальмується. Газорозрядний або сцинтиляційний лічильник 4сприймає представницьку частину утворюваних таким чином повільних нейтронів і формує сигнал (у вигляді послідовності імпульсів зі сталою часу близько 1 хв), який є мірою об'ємного вологовмісту матеріалу. При цьому доцільно інтегрувати вимірювальний сигнал в усьому контрольованому об'ємові матеріалу.

Метод не застосовують для вимірювання вологості матеріалів, які містять змінну кількість зв'язаного водню. Слід зазначити, що іноді поряд із воднем у матеріалі можуть утримуватися елементи, що також поглинають або сповільнюють нейтрони.

Під час сушіння матеріалів в агрегатах, у яких підтримуються постійні умови, між вологістю і температурою висушуваного матеріалу існує чітка залежність - її покладено в основу методу вимірювання вологості за температурою сушіння. Як видно із графіків (рис. 18), температура вологого осушуваного матеріалу спочатку знижується в результаті випаровування, а далі залишається сталою доти, доки його поверхня не зволожиться водою, що надходить із внутрішніх шарів матеріалу.

Рисунок 18 - Хід процесу сушіння гігроскопічного матеріалу в атмосфері сушильної камери.

Тільки на ділянці гігроскопічної вологості температура матеріалу може підвищитися до температури сушильної камери, зрівнюючись з нею лише в осушеному стані. Безконтактне вимірювання температури осушуваного матеріалу за допомогою низькотемпературних пірометрів забезпечує прийнятні результати для керування сушильним агрегатом.

Попри велику кількість відомих методів вимірювання вологості, вибір найбільш придатного для конкретних умов методу та приладу може виявитися нелегким завданням. Наведені короткі описи технічно найбільш важливих методів вимірювання вологості можуть слугувати лише основою для правильного вибору залежно від реальних умов.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Література	\|	Сутність та принципи корпоративного управління.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.024 сек.