Студопедия — Анализаторы состава и свойств.
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Анализаторы состава и свойств.

Приборы, предназначенные для анализа состава газа или жидкости, называются анализаторами.

3.3.1. Газоанализаторы.

Существует большое число газоанализаторов для контроля процентного содержания раз-

личных газов (CO2, CO, SO2, Сl2, NH3, H2S и др.). Некоторые газы взрывоопасны (H2, CH4, C3H8, O2). Для токсичных и взрывоопасных газов введено понятие предельно-допустимой концентрации

(ПДК) в рабочей зоне. Горючие газы и пары нефтепродуктов приведены в табл.5.1.

Таблица 5.1

Ацетилен C2 H2 Гексан C6 H6 Пропан C3 H8
Бензин C 6H14 Гептан C7 H14 Стирол C7 H6
Бензол C 6H8 Ксилол C8 H18 Толуол C2 H8
Бутан C4 H10 Метан C H4 Этан C2 H6
Бутадиен C4 H6 Метанол CH3 OH Этилен C2 H4
Бутилен C4 H8 Октан C8 H18    

 

3.3.1.1. Термокондуктометрические газоанализаторы.

Принцип действия термокондуктометрического газоанализатора основан на зависимости

сопротивления терморезисторов, находящихся в рабочей камере с анализируемой газовой смесью

и нагретых до Т=2000С, от теплопроводности окружающей смеси.

Принципиальная схема представляет собой неуравновешенный мост, в плечах которого

находятся рабочие камеры с терморезисторами, а в двух других плечах - камеры со сравнительным газом (воздух) и терморезисторами. Сигнал рассогласования мостовой схемы (ток в диагонали моста) является функцией % -го содержания анализируемого газа в газовой смеси.

Газоанализаторы используются для определения содержания в газе следующих составляющих:- водорода, -гелия, -углекислого газа, -сернистого газа, аммиака, -аргона, -хлора, -хлористого водорода.

 

3.3.1.2. Термомагнитные газоанализаторы.

Принцип действия термомагнитного газоанализатора основан на зависимости магнитной

восприимчивости парамагнитного газа (кислород, азот, воздух, NO и NO2) от температуры и концентрации в исследуемой газовой смеси.

Термомагнитный газоанализатор представляет собой мостовую схему, двумя смежными плечами которой являются платиновые нагреватели, навитые на стеклянную трубчатую перемычку,

причем одно из плеч находится в постоянном магнитном поле. Анализируемая смесь поступает в камеру, где часть потока втягивается в трубчатую перемычку, где нагреваясь в магнитном поле.

Магнитная восприимчивость газа уменьшается. В результате нагретая газовая смесь вытесняется

поступающей холодной. Этот направленный поток вызывает охлаждение одного платинового терморезистора и нагрев другого, в результате мост выходит из равновесия. Сигнал разбаланса моста является функцией процентного содержания кислорода в смеси.

3.3.1.3. Электрохимические газоанализаторы.

Принцип действия электрохимического газоанализатора основан на измерении электропроводности растворов, абсорбирующих анализируемый компонент газовой смеси. Разность значений проводимости раствора до и после абсорбции является функцией концентрации

анализируемого компонента. Электрохимические газоанализаторы, работающие на этом принципе,

называются кондуктометрическими газоанализаторами.

3.3.1.4. Плазменно-ионизационные газоанализаторы.

Принцип действия этого газоанализатора основан на ионизации молекул органических веществ в водородном пламени с измерением ионизационного тока как функции процентного содержания анализируемого газа (бензола, стирола, дихлорэтана, хлорвинила и др.)

3.3.1.5. Фотоколориметрические и денсиметрические газоанализаторы.

Фотоколориметрические газоанализаторы работают на принципе изменения цвета определенных веществ при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси.

Денсиметрические газоанализаторы основаны на измерении плотности газовой смеси.

3.3.1.6. Хроматографы.

Бывают хроматографы газовые и жидкостные. Метод измерения основан на разделении анализируемой смеси на составляющие за счет их абсорбции при движении смеси вдоль слоя сорбента. При наличии в смеси нескольких компонентов сигнал детектора представляет собой хроматограмму, каждый пик которой определяет компоненту анализируемой смеси, а площадь пика - процентное содержание этого компонента в смеси.

В газовом варианте в качестве газаносителя используется азот, гелий, аргон, воздух, водород; в качестве сорбента – порошки углей, пористые полимеры, окись алюминия и др.

3.3.1.7. Влагомеры (гигрометры).

Принцип действия гигрометров основан на одном из трех методов: психометрическом, методе точки росы и сорбционном (поглотительном).

3.3.2. Анализаторы жидкости.

3.3.2.1. Кондуктометры.

По наличию или отсутствию гальванического контакта электродов с анализируемым рас-

твором различают контактные и бесконтактные кондуктометры.

Схема контактного кондуктометра представляет собой мостовую схему, в одно из плеч которой включена кондуктометрическая ячейка. При изменении концентрации раствора изменяется

сопротивление измерительной ячейки, мост выходит из равновесия, и сигнал разбаланса моста

пропорционален изменению концентрации раствора. Так как проводимость существенно зависит от его температуры, исследуемый раствор необходимо термостатировать или вводить температурную

компенсацию, измеряя температуру раствора.

Бесконтактные кондуктометры работают на низкочастотной и высокочастотной кондуктометрии.

При низкочастотной кондуктометрии используется промышленная частота (50-60 Гц) и

трансформаторная схема измерения силы тока, наведенного в растворе электролита, представляющего вторичную обмотку трансформатора. Сила тока пропорциональна концентрации

раствора.

В высокочастотной кондуктометрии используется высокочастотное электромагнитное поле, взаимодействующее с раствором, находящемся в емкостной или индуктивной ячейке. Концентрация раствора определяется по сумме активной и реактивной составляющих.

3.3.2.2. pH– метры

Для измерения активности ионов водорода, характеризующей кислотные или щелочные свойства раствора, используется потенциометрический метод измерения разности потенциалов двух электродов, помещенных в анализируемый раствор.

Датчики промышленных pH– метров подразделяются на проточные (магистральные) и погружные (для отстойников, резервуаров). Помимо датчика, в комплект pH– метра входит преобразователь э.д.с. измерительной ячейки в выходной сигнал, выполненный по компенсационной схеме.

3.3.2.3. Плотномеры жидких сред.

Плотность

В промышленности наибольшее применение нашли весовые, поплавковые, гидростатические и вибрационные плотномеры. Известны также радиоизотопные плотномеры, основанные на ослаблении потока -излучения после прохождения среды с определенной плотностью.

3.4. Приборы для измерения уровня.

Приборы для измерения уровня называются уровнемерами. В зависимости от метода преобразования значений уровня в стандартный электрический или пневматический сигналы уровнемеры делятся на следующие группы:

- поплавковые уровнемеры,

- гидростатические уровнемеры,

- ультразвуковые уровнемеры,

- радарные уровнемеры,

- емкостные уровнемеры.

3.4.1. Поплавковые уровнемеры.

Принцип действия основан на перемещении поплавка, находящегося на поверхности жидкости, и преобразовании этого перемещения в нормированный электрический или пневматический выходной сигнал.

В качестве преобразователей перемещения поплавка применяются:

- дифференциально-трансформаторная схема;

- ферродинамическая схема;

- потенциометрическое устройство;

- сопло-заслонка (преобразование в пневматический сигнал).

3.4.2. Гидростатические уровнемеры.

Принцип действия гидростатического уровнемера основан на зависимости уровня жидкости

постоянной плотности от давления столба жидкости: .

Разновидностью гидростатического уровнемера является погружной зонд, используемый для измерения уровня в резервуарах, колодцах, скважинах и т.п.

Давление столба жидкости, пропорциональное глубине погружения, воздействует через разделительную мембрану на тензорезистивный датчик. Это давление сравнивается с атмосферным, которое передается через вентиляционную трубку, находящуюся в соединительном кабеле. Выходное напряжение мостовой схемы датчика преобразуется в токовый сигнал.

3.4.3. Ультразвуковые уровнемеры.

Принцип действия ультразвукового уровнемера основан на зависимости времени прохождения ультразвуковых колебаний (40-70кГц) от границы раздела 2-х сред с различной плотностью.

Ультразвуковой уровнемер состоит из ультразвукового излучателя и преобразователя, включающего генератор колебаний, усилитель, фазовый детектор, микропроцессор. Уровень жидкости определяется по временному интервалу исходя из соотношения высоты столба жидкости и скорости распространения звука в среде с:

На точность ультразвукового уровнемера оказывает влияние плотность, температура воздушного слоя, наличие пыли, дыма.

Для снижения погрешности от изменения температуры среды в сенсор устанавливается датчик температуры.

По нахождению сенсора различают бесконтактные и контактные сенсоры.

Контактный сенсор представляет собой погружной элемент (трос или штырь).

Бесконтактный сенсор имеет ряд преимуществ, среди которых высокая надежность измерения, простота эксплуатации и ремонта.

3.4.4. Радарные уровнемеры.

В этого типа уровнемерах используются импульсы высокой частоты (6-20 ГГц), посылаемые через стержневую (штыревую) антенну, рупорную или волноводную антенну, в измеряемую среду. Принцип измерения уровня основан на том, что при достижении импульсом среды с другим коэффициентом диэлектрической проницаемости (например, раздел «газ-жидкость») происходит отражение его. Время между передачей зондирующего сигнала и приемом отраженного импульса пропорционально расстоянию от излучателя до поверхности среды.

Радарные уровнемеры находят применение в нефтеперерабатывающих установках для контроля уровня раздела фаз «нефть-вода». Основными производителями радарных уровнемеров являются немецкие фирмы: Siemens, Fisher Rosemount.

3.4.5. Емкостные уровнемеры.

Принцип действия емкостного уровнемера основан на зависимости емкостного сопротивления датчика, включенного в одно из плеч моста переменного тока от уровня.

Преобразователь представляет собой конденсатор с пластинами, пространство между которыми заполнено жидкостью, уровень которой измеряется.

Емкость преобразователя равна сумме двух емкостей, одна из которых представляет конденсатор, погруженный в жидкость с диэлектрической проницаемостью (например, у воды =80), а другая находится над уровнем раздела в среде с = (например, =1).

Конструкция датчика: -пластинчатая, - трубчатая.

Для пластинчатого датчика:

где: ширина пластины; расстояние между пластинами; - высота столба жидкости (уровень); - высота пластины над уровнем.

Чаще всего используются трубчатые емкостные датчики.

3.4. Приборы для измерения расхода.

В последние годы актуальной задачей стало точное измерение расхода в нефтехимической,

нефтеперерабатывающей, газовой и других отраслях промышленности.

Расходом вещества называется количество вещества, прошедшее через определенное сечение трубопровода в единицу времени.

Различают: - объемный расход (измеряется в м3/с, м3/час, л./час);

- массовый расход (измеряется в кг/час, кг/с).

Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами.

Из методов и средств измерения расхода известны следующие типы расходомеров:

- электромагнитные,

- электрозвуковые,

- кориолисовые,

- вихревые,

- переменного перепада давления на сужающем устройстве (диафрагма, сопло, труба Вентури),

- тепловые,

- скоростного напора.

Электромагнитные (магнтно-индукционные) расходомеры.

Принцип действия электромагнитного расходомера основан на использовании закона

электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле, наводится э.д.с., пропорциональная скорости:

где: коэффициент пропорциональности (постоянная сенсора);

магнитная индукция между полюсами катушек;

скорость потока; внутренний диаметр трубопровода.

Роль проводника играет сама движущаяся жидкость.

Расходомер, установленный на трубопроводе, включает в себя:

- катушки, расположенные с разных сторон измерительного участка трубы;

- электроды, установленные внутри или вне трубы.

Напряжение, наводимое движущейся жидкостью, воспринимается электродами, и преобразуется электронной схемой в выходной сигнал, воспринимаемый контроллером или компьютером.

Внутренняя поверхность трубы (или вставки) выполняется из непроводящего материала (фторопласт, керамика, полиуретан). Материал электродов: нержавеющая сталь, титан, тантал, платина. Эти расходомеры используются для измерения расходов: -воды, -кислот, -щелочей, суспензий, сточных вод. Погрешность составляет

Электромагнитный расходомер имеет следующие преимущества:

- независимость показаний от характера потока (ламинарный, турбулентный);

- работа в широком диапазоне температур, давления, плотности, вязкости и электропровод-ности;

- отсутствие контакта с измеряемой средой;

- большой диапазон диаметров трубопроводов (2-2600мм);

- высокая точность, надежность и простота эксплуатации.

3.4.2. Электрозвуковые расходомеры.

Принцип действия основан на зависимости разности времени прохождения сигналов частоты (20кГц и более), направленных в направлении потока и против него, от скорости потока.

Скорость распространения ультразвуковых колебаний в измеряемой среде () связана со скоростью измеряемого потока () равенством:

где: скорость звука в данной среде (для жидкостей для газа и пара

для твердых тел );

Время прохождения колебаний по потоку () и против потока ():

где длина участка между датчиком и приемником ультразвукового расходомера.

Откуда

Датчики могут быть накладные и врезные. Участок измерения также может быть врезным

или устанавливаться на байпасе. В качестве материала датчиков используется титанат бария.

К достоинствам ультразвуковых расходомеров относятся:

- неконтактность, в том числе среди сред агрессивных или под большим давлением,

- независимость результатов измерения от температуры, давления, вязкости, электропроводности;

- большой диапазон диаметров (15-4000 мм);

- надежность, точность, простота обслуживания.

3.4.3 .Вихревые расходомеры.

Принцип действия вихревого расходомера основан на измерении параметров вихревой дорожки, образующейся в виде завихрений потока при обтекании средой вихревого тела. На гранях вихревого тела чередующиеся вихри создают перепады давления на его поверхности. Число пере-

падов давления в единицу времени и частота завихрений прямо пропорциональна скорости потока,

т.е. объемному расходу. Частота импульсов преобразуется преобразователем в выходной сигнал. При наличии температурного датчика измеряется также массовый расход.

Измерительная схема состоит из проточной камеры, в которую помещен завихряющий барьер

со встроенным в него сенсором. Одним концом сенсор прикреплен к емкостному или пьезоэлектрическому датчику. Поток рабочего вещества, огибая завихряющий барьер, создает вихревые вибрации сенсора, Частота этих вибраций пропорциональна скорости потока ,

ширине барьера :

где число Страуда. Данное выражение справедливо для газа, пара и низковязких жидкостей

(число Рейнольдса ).

Микропроцессорный модуль измеряет частоту вибраций и вычисляет объемный расход

вещества.

Основные достоинства вихревых расходомеров:

- возможность измерения расхода жидкостей, пара, газа;

- независимость измерений от колебаний температуры, давления, вязкости;

- возможность измерений при высоких температурах (до 4000С);

- высокая стабильность и простота эксплуатации;

- высокая надежность.

3.4.4. Расходомеры переменного перепада давления на сужающем устройстве.

Наибольшее распространение получил метод переменного перепада, измерение расхода по которому основано на определении изменения давления вещества, протекающего через местное сужение в трубопроводе. Местное сужение создается специальными сужающими устройствами - диафрагмами (реже соплами или трубами Вентури). На рис.3.4.1 показаны стандартные сужающие устройства: диафрагма (а) и сопло (б). Диафрагма представляет собой тонкий диск, установленный между фланцами 2 в трубопроводе 3 так, чтобы его отверстие было концентрично внутреннему контуру трубопровода. Передняя (входная) часть отверстия имеет цилиндрическую форму, а выходная часть - расширяющийся конус. Сопло 1 имеет профилированную входную часть, которая затем переходит в цилиндрический участок. Создаваемый в сужающем устройстве перепад давления р1 - р2 измеряется дифманометром.

Рис.3.4.1. Стандартные сужающие устройства

Принцип измерения заключается в том, что при протекании потока через отверстие сужающего устройства повышается скорость потока по сравнению со скоростью до сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и динамического давления вызывает уменьшение статического давления (т.е. р2 < р1, рис. 3.4.2.). Разность давлений р1 - р2, называемая перепадом давления на сужающем устройстве, зависит от расхода вещества, протекающего через трубопровод.

Рис.3.4.2..Характер потока и распределение статического давления в сужающем устройстве

устройстве

D.р= р1—р2, Vс = f (D.р). (3.4.1)

Однако удобнее измерять давление непосредственно до (р1) и после (р2) сужающего устройства и поэтому объемный расход вещества определяют по формуле

(3.4.2)

где a - коэффициент расхода, учитывающий переход от использования перепада к перепаду D.р = р1 - р2, неравномерность распределения скоростей в сечениях потока, коэффициент сужения потока m=F2/Fo и зависящий от модуля сужающего устройства т =Fo/F1, e - коэффициент, учитывающий расширение потока после сужающего устройства; r - плотность вещества.

Выражая в формуле (3.4.2) площадь Fo через диаметр сужающего устройства d, получают окончательную формулу объемного расхода вещества (м3 или м3),

(3.4.3)

где А - числовой коэффициент, зависящий от размерности величин Vо,, d, Dp. Если расход измеряют в массовых единицах (кг/с или кг/ч), то выражение (3.4.2) принимает вид

(3.4.4)

Из характера распределения статического давления (см. рис.3.4.1) видно, что установка сужающего устройства вызывает так называемые безвозвратные потери давления рп, которые могут достигать существенных значений. Причем, чем больше эти потери, тем выше погрешность измерения расхода методом переменного перепада. Меньшие потери и, следовательно, большую точность измерения обеспечивают сопла и сопла Вентури.

При практических измерениях величины d, a, e, r не зависят от расхода, и формулы расхода принимают весьма простой вид

(3.4.5)

где Ко и Кm - постоянные коэффициенты. Таким образом, для измерения расхода веществ - газа, жидкости или пара достаточно измерить перепад давления на сужающем устройстве, а расход вы- числить по формуле (3.4.5).

Перепад давлений на сужающем устройстве преобразуется в унифицированный сигнал с

помощью измерительных преобразователей различного типа. В качестве чувствительных элементов используются: - мембрана, - сильфор, тензорезистивные и емкостные чувствительные элементы.

Принцип действия тензорезистивного (пьезорезистивного) сенсора заключается в том, что под действием разности давлений происходит микроизгиб пластины с пьезорезисторами, включенными в мостовую схему. Изменение сопротивления пьезорезисторов преобразуется электронной схемой в выходной токовый сигнал 4….20мА, или в цифровой сигнал, который с помощью интерфейса предается на вход контроллера.

3.4.5. Тепловые расходомеры.

Принцип действия тепловых расходомеров основана зависимости разности температур двух термодатчиков, одного – опорного, измеряющего температуру среды, второго – подогреваемого и поддерживающего эту разность постоянной, от расхода. Чем больше расход, тем больше охлаждение подогреваемого термодатчика и тем больше энергии требуется для поддержания заданной разности температур. Таким образом, ток в цепи подогрева является функцией расхода, а

Сама величина расхода обратно пропорциональна разности температур:

где величина расхода, - средняя скорость потока жидкости,

площадь поперечного сечения канала (внутренняя площадь сечения трубопровода).

Термодатчики, в качестве которых используются платиновые термосопротивления, вклю-

чаются в два плеча мостовой схемы, двумя другими плечами мостовой схемы являются постоянные

резисторы.

Преимущественное применение тепловые расходомеры нашли для измерения расхода газов.

3.4.6. Расходомеры скоростного напора (скоростные или турбинные)

Принцип действия скоростных расходомеров основан на зависимости частоты вращения турбины (ротора), установленной в потоке жидкости, от объемного расхода.

Объемный расход пропорционален частоте вращения ротора и площади поперечного сечения потока

где коэффициент пропорциональности, учитывающий гидромеханические свойства датчика.

По характеру расположерия лопаток турбины расходомеры подразделяются на винтовые и

крыльчатые. Угол наклона лопаток может быть изменен в зависимости от диапазона расходов и диаметра трубопровода. Для защиты расходомера от посторонних примесей передж ним устанавливаются фильтры. Электронный блок служит для преобразования частоты импульсов в значение расхода. Максимальная точность измерения расхода скоростными расходомерами составляет




<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Справедливы следующие свойства сходящихся последовательностей. | Причины бытовых отравлений

Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 717. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Субъективные признаки контрабанды огнестрельного оружия или его основных частей   Переходя к рассмотрению субъективной стороны контрабанды, остановимся на теоретическом понятии субъективной стороны состава преступления...

ЛЕЧЕБНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЙ ПОМОЩИ НАСЕЛЕНИЮ В УСЛОВИЯХ ОМС 001. Основными путями развития поликлинической помощи взрослому населению в новых экономических условиях являются все...

МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ МОРФЕМНОГО СОСТАВА СЛОВА В НАЧАЛЬНЫХ КЛАССАХ В практике речевого общения широко известен следующий факт: как взрослые...

Мотивационная сфера личности, ее структура. Потребности и мотивы. Потребности и мотивы, их роль в организации деятельности...

Классификация ИС по признаку структурированности задач Так как основное назначение ИС – автоматизировать информационные процессы для решения определенных задач, то одна из основных классификаций – это классификация ИС по степени структурированности задач...

Внешняя политика России 1894- 1917 гг. Внешнюю политику Николая II и первый период его царствования определяли, по меньшей мере три важных фактора...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия