8. Контроль состава веществ

8.1. Общие сведения

Датчики свойств и состава веществ играют важную роль в ведении технологических процессов на всех этапах горно-металлургического производства. Они служат для получения информации, характеризующей качество процесса. Состав вещества характеризуется совокупностью компонентов и количественным содержанием.

По способу применения все анализаторы состава можно разделить на лабораторные и промышленные. Лабораторные анализаторы применяются для периодического контроля состава проб вещества. Промышленные анализаторы должны автоматически отбирать анализируемую пробу непосредственно из технологического потока, анализировать ее состав и выдавать выходной сигнал на регистрирующее или регулирующее устройство.

Состав измеряемой среды определяют на основе измерения различных физических или физико-химических величин, характеризующих свойства среды. При этом задача часто усложняется тем, что приходится иметь дело с многокомпонентными средами, находящимися в различных условиях (температура, скорость движения, давление и т.д.).

Датчики для определения состава многокомпонентных сырьевых материалов являются наиболее трудноразрешимым узлом в системе автоматического регулирования процессов переработки этих материалов. Классические лабораторные химические методы определения вещественного состава часто просто не пригодны вследствие большого запаздывания получения результатов.

8.2. Контроль состава газов

В горно-металлургическом производстве приходится контролировать газы различных видов: горючие газы, продукты сгорания, взрывоопасные примеси в воздухе, газы технологических процессов и т.п. Например, по составу колошниковых газов в доменной печи ведут процесс плавки.

8.2.1. Объемно-химические газоанализаторы

Объемно-химические анализаторы газа предназначены для периодического ручного анализа газов на содержание компонентов: О₂, Н₂, СО, СО₂, СН₄. Их работа основана на ручном взятии пробы и последовательном удалении компонентов с помощью соответствующих реактивов. Так, СО₂ поглощается КОН, О₂ поглощается смесью КОН и С₅Н₃(ОН)₃ и т.д. Замеряя количество поглощенного газа, судят о содержании данного компонента. Примером такого газоанализатора является прибор ГХП-3, измеряющий содержание О₂, СО, СО₂ с точностью 0,5-1,0 %. Недостатком является длительность измерения и необходимость участия оператора.

8.2.2. Инфракрасные оптические газоанализаторы

Инфракрасные оптические газоанализаторы используют явление поглощения газами лучистой энергии в области инфракрасного участка спектра. Этой способностью обладают все двухатомные газы за исключением Н₂, О₂, N₂, Сl₂. Каждый газ поглощает излучение определенной частоты. Степень ослабления лучистой энергии, прошедшей через слой газа, измеряется с помощью оптико-акустического приемника, принцип действия которого заключается в следующем. Газ, поглощающий энергию инфракрасного излучения, находящийся в замкнутом объеме, при прерывистом облучении периодически нагревается и охлаждается, что приводит в колебаниям давления газа. Колебания давления воспринимается чувствительным элементом, например мембраной, являющейся одной из обкладок конденсатора емкостного преобразователя. Колебания давления, преобразованные в электрический сигнал, индицируются прибором. Конструкция реального газоанализатора достаточно сложна, что обусловлено необходимостью отстройки от влияния неизмеряемых компонентов газа, температуры среды и давления газа.

В металлургии оптико-акустические инфракрасные газоанализаторы используются для автоматического анализа отходящих газов доменного и конверторного производств на содержание в них СО₂ и СО. Анализаторы типов ОА и ГИП работают в диапазонах концентрации от 0-0,1% до 0-100% и имеют погрешность 2,5-5% от верхнего предела измерения.