Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВА ВЕЩЕСТВА.

На предприятиях пищевой промышленности важное значение в контроле процессов производства имеет измерение плотности и концентрации жидких продуктов.

Плотность - масса единицы объема вещества (кг/ м3)

Концентрация - содержание вещества в растворе (измеряется в весовых или объемных %).

Анализаторы концентрации жидкостив зависимости от метода анализа делятся на кондуктометрические, потенциометрические, оптические.

Кондуктометрический метод основан на измерении электропроводности растворов электролитов, в которых перенос тока происходит за счет движения ионов. Электропроводность характеризует суммарную концентрацию ионов в растворе.

Водные растворы электролитов относятся к проводникам второго рода, для которых существует зависимость между удельной электропроводностью и эквивалентной концентрацией веществ в растворе. Также как и для металлических проводников, удельная электропроводность растворов обратно пропорциональна удельному сопротивлению.

Удельная электропроводность раствора зависит от концентрации растворенного вещества, степени электролитической диссоциации, температуры и химической природе раствора.

Для измерения концентрации раствора по их электропроводности используют электродные и безэлектродные приборы.

Электродный датчик концентратомера представляет собой четырехэлектродную ячейку, через которую непрерывно протекает анализируемый раствор. Через внешние электроды 1 и 4 ячейка подключена к источнику питания, который поддерживает в ней постоянную силу тока – рисунок 60.

Рисунок 60

 

В этом случае величина падения напряжения UX между внутренними электродами 2 и 3 зависит от электропроводности анализируемого раствора, т.е. от его концентрации. U2.3= I×RX

Для измерения растворов, способных загрязнять электроды, применяют безэлектродные датчики – рисунок 61.

 

Рисунок 61

В таком датчике анализируемый раствор протекает по кольцевой пластмассовой трубе. Эта труба является одновременно вторичной обмоткой трансформатора Тр1, к первичной обмотке которого подведено напряжение UПИТ., и первичной обмоткой трансформатора Тр2 .

Измерительный трансформатор Тр2 возбуждается от трансформатора Тр1 через жидкостный виток. Величина тока в жидкостном витке зависит от электропроводности, а следовательно и концентрации контролируемой жидкости. Ток наводит в контролируемой жидкости магнитный поток жидкостного витка, в результате чего возбуждается э.д.с. во вторичной обмотке трансформатора Тр2. Э.д.с., снимаемая со вторичной обмотки, является выходным сигналом датчика. Она будет тем больше, чем больше концентрация анализируемого раствора.

Потенциометрический метод основан на зависимости между э.д.с., развиваемой датчиком, и концентрацией водородных ионов в анализируемой жидкости. Концентрацию водородных ионов измеряют в единицах водородного показателя рН: при рН=7 раствор нейтральный; рН<7-кислотный; рН>7 - щелочной. Потенциометрические анализаторы называют рН- метрами.

Датчик рН- метра состоит из двух электродов: измерительного 1 и сравнительного 2 – рисунок 62. Измерительный электрод представляет собой стеклянную трубку, к нижней части которой приварен шарик из специального стекла, содержащего металл (литий или натрий).

Рисунок 62

Ионы водорода из раствора проникают в стекло шарика, а ионы металла переходят из стекла в раствор. В результате на поверхности шарика возникает потенциал, величина которого зависит от концентрации водородных ионов в растворе. Сравнительный электрод, в отличии от измерительного, не меняет свой потенциал относительно раствора. Поэтому э.д.с. датчика Ех зависит только от потенциала измерительного электрода и, следовательно, рН раствора.

Стеклянный электрод датчика имеет очень высокое сопротивление. Поэтому для измерения э.д.с. датчика применяют потенциометр, имеющий высокоомный вход.

В оптических анализаторахиспользуется связь между составом анализируемой жидкости и законами распространением через нее света.

Наиболее распространенными оптическими анализаторами являются рефрактометры и колориметры.

В рефрактометрах (рисунок 63) для анализа используется способность света изменять свое направление при переходе из одной среды в другую, вследствие различия их оптических свойств. Если оптические свойства одной среды остаются неизменными (эталонная среда), а другой - зависят от концентрации одного из компонентов жидкости, то по отклонению луча света можно измерять концентрацию этого компонента.

 

Рисунок 63

 

Рассмотрим схему рефрактометра, в котором анализируемый раствор пропускают через дифференциальную кювету, состоящую из двух кювет 4 и 6. Кюветы имеют общую стенку 5. Через кювету 4 пропускают анализируемый раствор, а в кювете 6 находится эталонная жидкость. Свет от источника1 с помощью линзы 2 и диафрагмы 3 преобразуется в световую полоску “а”, которая, пройдя через обе кюветы, попадает на сдвоенный фоторезистор 7. Если оптические свойства жидкостей в кюветах 4 и 6 одинаковы, направление выходящего светового потока ”б” совпадает с направлением входного потока “а”.

В этом случае оба фоторезистора освещены одинаково и их сопротивления равны.

При изменении оптических свойств анализируемого раствора световой поток изменит свое направление в кювете 6. В результате смещения луча в направлении “в” освещенность нижнего (на схеме) фоторезистора увеличится, а верхнего уменьшится. Изменения сопротивления фоторезисторов фиксируется измерительной схемой 8.

Действие колометрических анализаторов основано на поглощении или рассеивании светового потока, проходящего через жидкость, например суспензию, образованную частицами определяемого вещества в жидкой фазе.

Анализаторы, измеряющие концентрацию по интенсивности света, прошедшего через слой дисперсной системы, называются турбидиметрами, а по интенсивности рассеянного дисперсной системой света- нефелометрами.

a) б)

 

Рисунок 64

На рисунке приведены схемы турбидиметра (рисунок 64 а) и нефелометра (рисунок 64 б).

В состав обоих анализаторов входит источник света 1, кювета 2, через которую пропускают анализируемый раствор, и фоторезистор 3, сопротивление которого измеряется мостовой схемой 4.

Измеряя величину ослабленного (в турбидиметре) или рассеянного (в нефелометре) светового потока можно судить о концентрации измеряемого вещества.

Колометрические анализаторы применяют для измерения концентрации твердых частиц в технологических растворах (эмульсии, взвеси, пульпы), а также для анализа качества воды в системах водоподготовки и водоочистки (мутномеры).

Анализаторы газов - делятся: термокондуктометрические, термохимические, термомагнитные, абсорбционные, хроматографические.

Термокондуктометрические газоанализаторы - действие основано на зависимости между теплопроводностью газовой смеси и концентрацией в ней анализируемого компонента. Теплопроводность смеси измеряется с помощью терморезистора 1,помещенного в камеру 2. Через терморезистор пропускают ток, который его нагревает. Температура терморезистора определяется теплопроводностью газовой смеси, пропускаемой через камеру. Чем больше её теплопроводность, тем лучше отводится тепло от терморезистора.

Таким образом, работа термокондуктометрического газоанализатора подчиняется следующей закономерности : изменение концентрации анализируемого компонента приводит к изменению теплопроводности газовой смеси и вслед за этим- температуры и сопротивления терморезистора 1. Сопротивление терморезистора измеряют мостовой схемой 3 – рисунок 65.

В термохимических газоанализаторах концентрация определяемого компонента газовой смеси измеряется по количеству тепла, выделившегося при химической реакции - каталитическом окислении. В качестве катализаторов обычно используют нагретую платиновую нить, помещенную в камеру: через которую пропускают газовую смесь.

 

Рисунок 65

 

Температура и, следовательно, сопротивление нити будут изменяться при изменении количества тепла, которое в свою очередь, будет зависеть от концентрации определяемого компонента. Чем она больше, тем выше температура нити.

Датчик термохимического газоанализатора аналогичен, по устройству датчику термокондуктометрического газоанализатора. Температуру нити измеряют с помощью мостовой схемы по её сопротивлению.

Термохимические газоанализаторы, как правило, используют для определения и сигнализации наличия в воздухе закрытых помещений взрывоопасных концентраций горючих газов, паров (ацетона, бензина).

Термомагнитные газоанализаторы используют для определения концентрации кислорода, т.к. из всех газов только кислород обладает магнитными свойствами, т.е. способностью намагничиваться под действием внешнего магнитного поля.

В термомагнитных газоанализаторах газовую смесь подают в камеру 1 которая расположена между полюсными наконечниками магнитной системы 2, создающими в камере неоднородное магнитное поле – рисунок 66.

В месте его максимального значения (под серединами полюсных наконечников) помещен терморезистор 3, разогреваемый током I. Если в газовой смеси содержится кислород, его молекулы под действием магнитного поля движутся к середине полюсных наконечников. Там они нагреваться терморезистором и теряют свои магнитные свойства. Холодные молекулы кислорода, непрерывно поступающие в камеру 1 с газовой смесью, вытесняют нагретые молекулы из магнитного поля.

Рисунок 66

 

Таким образом, в камере 1 образуется два газовых потока: кислорода, обдувающего терморезистор, и остальных газов, не реагирующих на наличие магнитного поля. При увеличении концентрации кислорода увеличивается интенсивность обдува терморезистора. Это приводит к уменьшению его температуры и изменению сопротивления.

Абсорбционные газоанализаторы - действие основано на способности газов избирательно поглощать часть проходящего через них электромагнитного излучения. Такие газы, как водород, оксид и диоксид углерода, аммиак, метан поглощают инфракрасное излучение, а хлор, озон, пары ртути - ультрафиолетовое. Поэтому, в зависимости от вида анализируемого компонента, в таких газоанализаторах используют инфракрасное или ультрафиолетовое излучение.

В газоанализаторах, работающих в инфракрасной области спектра в качестве излучателя 1 используют проволочные спирали, нагретые до 700-800 °С. Приемником 3 в таких газоанаализаторах служит герметичная камера, в которой давление газа (обычно это определяемый компонент газовой смеси) зависит от энергии потока Ф2 и измеряется манометром - рисунок 67.

Рисунок 67

 

В газоанализаторах, работающих в ультрафиолетовой области спектра, источником излучения служит газоразрядная лампа, а приемником фоторезистор.

Хромотографические газоанализаторы позволяют производить полный анализ газовой смеси.

Процесс измерения в хроматографе происходит в две стадии: сначала смесь разделяется на отдельные компоненты, а затем измеряется содержание каждого компонента смеси. Разделение газовой смеси происходит в раздельной колонке 2 - рисунок 68.

Колонка представляет собой тонкую трубку, заполненную сорбентом веществом, способным захватывать и удерживать на своей поверхности газы. Отмеренную дозатором 1 порцию анализируемой газовой смеси периодически подают в непрерывный поток вспомогательного газа, называемого газом - носителем.

 

Рисунок 68

При продувании через колонку порция смеси разделяется на составляющие ее компоненты. Разделение происходит из-за различной сорбируемости газов. Чем она выше, тем труднее газу-носителю отрывать молекулы газа от поверхности сорбента. Поэтому газ-носитель, непрерывно поступая в колонку, вытесняет из неё компоненты поочередно: сначала наиболее слабо сорбируемый компонент смеси, затем - остальные. Таким образом, из колонки выходит фактически бинарная смесь, один из компонентов газ-носитель, другой компонент анализируемой смеси.

Бинарные смеси анализируются термокондуктометрическим газоанализатором 3.

Выходной сигнал подают на регистрирующий прибор 4. Время появления пиков на ленточной диаграмме определяет вид газа, а площадь пика, отнесенная к суммарной площади всех пиков, его концентрацию в смеси.

 

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:1036

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.