НАЛАДКА ПРИБОРОВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Анализаторы свойств жидкостей и газов

При управлении технологическими процессами необходимо не­прерывно контролировать и регулировать такие показатели свойств сырья, полупродуктов на разных стадиях и конечных продуктові как плотность, влажность, физико-химический состав, вязкость и т. пі Как правило, именно эти свойства и определяют качество конеч«| ного продукта. Например, при производстве кислот и щелочей необі ходимо сірого выдерживать их концентрацию, нефтепродуктов — хм млческий состав, который определяет их свойства.

Рассмотрим анализаторы плотности — плотномеры, концентра! ции — концентратомеры, состава газов — газоанализаторы.

Плотномеры бываю! буйковыми и гидростатическими Принцип действия буйковых плотномеров основан на законе АрхимЯ да. Конструкция чувствительных элементов таких плотномеров anal логична конструкции чувствительных элементов буйковых преобра! зователей уровня, буек которых полностью погружен в жидкости (затоплен). В этом случае на тягу (см. рис. 82) со стороны буйк! будет действовать сила F, равная

F = Ga — F в = Gn — Уптж,

Гидростатические преобразоеЛ тели плотности по устройств* аналогичны гидростатическим npd образователям уровня с той лиши разницей, что измеряется гидро» статическое давление столба жил кости при постоянной его высота Для измерения плотности аг* рессивных жидкостей гидростатя ческими плотномерами места от*| боров продувают нейтральным га-1 зом.

Схемы плотномеров могут быт* дифференциальными. В этом случав измеряется разность гидрос / атиче! ского давления между сравнителш ным (столб жидкости с известнЛ плотностью) и измеряемым столбЛ ми жидкостей.

При плотности измеряемой жидкости, отличающейся от эталонной, пн сильфоны 4 и 7 будут действовать силы, разность между которыми будет равна разности положения гильфонов по вертикали (база плот­номера), умноженной на разность плотностей йзмеряемой и эталонной жидкостей.

При изменении температуры измеряемой жидкости аналогично изменяется и температура жидкости в погружаемой в нее эталонной системе. Поэтому на точности измерений изменение температуры измеряемой жидкости не скажется. Относительно точки опоры 6 нач­нет действовать момент сил, пропорциональный плотности жидкости. »тот момент через рычаг 2, выведенный из корпуса через упругую мембрану 3, измеряют и определяют значение плотности. Изменение давления в эталонной системе, вызываемое изменением температуры жидкости, компенсируется сильфоном 5, который изменяет свой объем. Мри проверке плотномера вентиль 8 закрывают.

Принцип действия концентратом еров основан на из­мерении электропроводности растворов. Концентратомер представ­ляет собой мост (рис. 85, а), плечи которого — постоянные сопротив

Рис. 85. Принципиальная схема (о) и преобразователь концентрации

л єн и я RJ, R2, a Rx и R3 — измерительная и эталонная электродные системы, остальные сопротивления служат для настройки схемы. Измерительная система Rx представляет собой два электрода, погру­жаемые в измерительный растьир. При колебаниях концентрации электропроводность раствора меняется и электронный усилитель ЭУ уравновешивает мостовую схему реохордом Rp. Электропроводность растворов зависит от температуры. Чтобы уменьшить температурную погрешность измерения концентрации, эталонную электродную си­стему /?э, которая помещена в эталонном сосуде с раствором извест­ной концентрации, равной обычно верхнему или нижнему пределу измерений, погружают вместе с измерительными электродами в изме­ряемую среду.

В корпус 1 (рис. 85, б) преобразователя для измерения концентра­ции кислоты помещен стакан 5 с отверстиями, в верхнюю стенку кото­рого вмонтированы два измерительных электрода 2 и эталонный со­суд 4. Расход кислоты через преобразователь регулируют вентилем 3.

Автоматические газоанализаторы применяют для конт­роля концентрации компонента в бинарных или многокомпонентных газовых смесях. Теплопроводность ряда газов, таких, как водород, сероводород, хлор, углекислый газ, значительно выше, чем теплопро­водность воздуха. Это свойство используют при конструировании га­зоанализаторов. Простейшая принципиальная схема газоанализатора для измере­ния содержания газа в смеси представляет со­бой мост (рис. 86). Плечи моста выполнены из платиновой проволоки, по которой пропуска­ют электрический ток. Плечевые элементы] 2 (сравнительные камеры) помещены в ка-| меры с воздухом, а плечевые элементы / (из­мерительные камеры) обдуваются анализи­руемой смесью. При наличии в составе сме­си компонента, обладающего высокой тепло­проводностью, теплопередача в измеритель-] ных камерах возрастает и температура изме­рительных элементов 1 снижается, а значит, и сопротивление элементов I уменьшается и мост разбалансируется. Ток в диагонали мос­та, измеряемый вторичным прибором 5, будет пропорционален содержанию измеряемого! компонента. Для измерения содержания кислорода в газовых смесях используют его парамагнит­ные свойства. Молекулы кислорода при на­личии внешнего магнитного поля ориентиру-1 ются по направлению поля и начинают пе­ремещаться в зону высокой напряженности.! В стороне от потока измеряемого газа по­мещают нагреваемый металлический провод-^ ник и ориентируют магнитное поле таким об­ разом, чтобы молекулы кислорода отклонялись в зону, где распо­ложен проводник. Б этом случае из общего потока выделяется поток кислорода, направляющийся на плечевой элемент. Чем выше содер­жание кислорода в смеси, тем большим будет его поток и тем ниже будут температура и сопротивление проводника. Вблизи проводника молекулы кислорода теряют магнитные свойства и конвек­тивным потоком уносятся из его зоны.

Рис. 87. Принципиальная схема термомаг­нитного газоанализатора:

Принципиальная схема термомагнитного газоанали­затора на кислород (рис. 87) содержит измерительный / и сравнительный II мосты, пи­таемые переменным током.

Плечи R1 и R2 мостов вы­полнены из платины, а плечи R3 и R4 — из манганина.

Через плечи R1 и R2 моста / пропускается газовая смесь, а через плечи моста II — воз­дух. Такая схема устойчива к колебаниям температуры в месте установки прибора и к изменению напряжения пи­тания.

Кроме термомагнитных широко применяют для конт­роля содержания газов в смесях тепловые газоанализаторы. Разновидностью тепловых газо­анализаторов являются термокондуктометрические, основанные на измерении теплопроводности газовых смесей. Известно, что если один из компонентов газовой смеси имеет теплопроводность, значи­тельно отличающуюся от остальных компонентов, то теплопровод­ность смеси будет зависеть от концентрации этого компонента. Исходя из этого, термокондуктометрические газоанализаторы строят но следующему принципу. На нагретый проводник с высоким темпе­ратурным коэффициентом сопротивления направляют поток анализи­руемой газовой смеси. При изменении концентрации контролируе­мого компонента изменяется теплопроводность, а следовательно, и теплопередача смеси. Температура проводника изменяется, и по из­менению сопротивления, вызванному этим перепадом температур, су­дят о содержании газа.

В технологических процессах используются водные растворь:- раз­личных химических веществ. Эти растворы могут быть кислотными или щелочными. Мерой кислотности растворов выбрана величина pH, которая определяет активность ионов водорода в растворе. Математи­чески pH = —lg ан, где ан — активность ионов водорода. Значение pH растворов может изменяться от 0 до 14, причем нейтральным раст ворам соответствует pH 7. Изменение pH на единицу свидетельствует о десятикратном изменении активности ионов водорода в растворе. Растворы со свойствами кислот имеют pH <7, а щелочные pH >7.

Принципиальная схема электрической цепи электродной системы] приведена на рис. 88. Электрическая цепь электродной системы со­стоит из четырех источников э. д.с., включенных последовательно: Ех за-| висит от активности водородных ио­нов в растворе; Е2 и ЕЗ соответствуй ют э. д.с. измерительного электрода сравнения / и вспомогательного электрода 2.

Электроды I и 2 осуществляют электрический контакт между раство­ром, заполняющим внутреннюю по­лость стеклянного баллона, и измери­тельным прибором и раствором. Элек­трод 2 соединен с контролируемым раствором через электролитический ключ — трубку 4, которая заполнена, раствором хлористого калия, проте­кающего в емкость через пористую перегородку 3.

Между заполняющим измеритель­ный электрод раствором и внутрен­ней поверхностью стекла электрода) возникает э. д.с. Е1. Так как величины Я/, Е2 и ЕЗ не зависят от величины pH измеряемого раствора, то суммарная э. д.с. цепи, рав­ная Е = El - f Е2 + ЕЗ + Ех, определяется Ех, возникающей на наружной поверхности стеклянного электрода. Так как в этой цепи ток должен пройти через стеклянную перегородку, то внутреннее сопротивление источника э. д.с. Ех равно 500—1000 МОм.

Рис. 88. Принципиальная схема