Теоретический материал Лекция 1. Вводная

Задачи и структура дисциплины. Значение измерений параметров состава и качества в свете закона № 102- ФЗ «О техническом регулировании». Требования ФГОС к знаниям и умениям. Классификация анализаторов состава и качества по назначению и по принципу действия. Задачи и структура дисциплины.

Дисциплина «АНАЛИЗАТОРЫ СОСТАВА И КАЧЕСТВА» в соответствии с учебным планом направления и профиля подготовки относится к профессиональному циклу дисциплин и состоит из аудиторных занятий (17 часов лекций, 34 часов лабораторных работ) и 57 часов внеаудиторной самостоятельной работы. Итоговым контролем по дисциплине является экзамен в пятом семестре.

В условиях конкурентной борьбы за рынок сбыта продукции предъявляются всё более высокие требования к её качеству, контролю вредных выбросов в атмосферу. Всё это заставляет производителей практически всех отраслей промышленности и, в первую очередь, предприятия нефтяной и газовой промышленности обращать повышенное внимание на организацию аналитического контроля на всех этапах производства, применять анализаторы качественного и количественного анализа.

Анализаторы состава и качества – это средства измерения ( измерительные устройства , измерительные системы), предназначенные для автоматического измерения концентрации веществ и/или состава сложных многокомпонентных смесей.

По принципу действия анализаторы можно разбить на семь групп:

- кондуктометрические концентратомеры;

- потенциометрические концентратомеры;

- полярографические анализаторы качественного и количественного анализа;

- газоанализаторы;

- хроматографы;

- анализаторы спектрального анализа;

- оптические анализаторы.

Лекция 2. Кондуктометрические концентратомеры

Классификация, область применения. Принцип действия, уравнение НСХ. Температурная погрешность. Уравнение Кольрауша. Двухэлектродный кондуктометр. Принципиальная схема. Бесконтактные кондуктомеры.

Кондуктометрические анализаторы применяются для измерения концентрации солей (солемеры) в процессах водоподготовки ТЭЦ, кислот, содержания воды в нефти при нефтедобыче и нефтепереработке, а также для измерения удельной электропроводности электролитов. По устройству датчиков кондуктометры можно разделить на контактные и бесконтактные. Контактные кондуктометры могут быть двух и четырех электродными.

Принцип действия кондуктометрических анализаторов основан на зависимости удельной электропроводности растворов от концентрации анионов и катионов (рис.1). Удельная электропроводность некоторых растворов приведена на рис. 2.

Математическая модель измерения:

, (1)

где α- степень диссоциации электролита, величина постоянная; n – валентность; U⁺ , U^- подвижность (скорость перемещения, зависит от температуры раствора) ионов; С – концентрация.

Удельная электропроводность – величина, обратная значению удельного сопротивления:

, (2)

где (сопротивление столбика раствора длиной l и площадью сечения S);

Принято обозначать отношение как постоянной ячейки. С учетом этого удельная электропроводность в итоге равна:

(3)

Исходя из уравнения (3) измерительной схемой кондуктометра может быть мост сопротивлений, так как K_я = const.

Устройство:

анализатор состоит из электродной ячейки (рис.3, 4) погружного или проточного типа и измерительно-преобразующего блока с дисплейным модулем. Электроды в ячейке – это металлические пластины круглой или прямоугольной формы, расположенные на строго определенном расстоянии друг от друга.

Постоянная ячейки (K_я)– это отношение расстояния между электродами к площади поверхности электрода: К_я = l/S.

Рис.1. Зависимость удельной электропроводности от концентрации

Рис. 2. Удельная электропроводность некоторых растворов

Уравнение Кольрауша позволяет определить удельную электропроводность растворов при любой температуре, если она известна при температуре +20 °С:

_, (4)

где Κ₂₀ – удельная электропроводность раствора при нормальной температуре (+20 °С); α – температурный коэффициент электрической проводимости; t, t₀ – рабочая и нормальная температура раствора.

Как видно из уравнения, электропроводность жидкости возрастает с увеличением температуры.

L

Рис. 3. Принципиальная схема двухэлектродной ячейки контактного кондуктометра:

а) пластинчатые электроды; б) электродная ячейка с термокомпенсатором( термометром сопротивления).

Двухэлектродные кондуктометры просты по устройству, но имеют низкую точность из-за поляризации электродов. Более точными являются четырехэлектродные контактные или бесконтактные кондуктометры (рис. 4, 5, 6 ).

Рис. 4. Контактный кондуктометр с четырехэлектродной ячейкой:

1, 4 – токовые электроды питания; 2, 3 – измерительные потенциометрические электроды (металлические пластинки); Rt – термометр сопротивления; R₁, R₂, R₃, R_t –схема уравновешенного моста, предназначенная для автоматической компенсации температурной погрешности; ЭУ – электронный усилитель; РД – реверсивный двигатель.

Рис.5. Схема подключения четырехэлектродного датчика

Рис. 6. Принципиальные схемы бесконтактных кондуктометров

а)– с емкостной измерительной ячейкой ЕИЯ с контурной резонансной измерительной схемой; б)– с жидкостным витком и термокомпенсатором;1– труба; 2 –анализируемый раствор; 3– кольцевые электроды; w₁–первичная обмотка Тр₂; w₂ = 1; wk– компенсационная обмотка измерительного трансформатора Тр₁.

Устройство: бесконтактные кондуктометры имеют в составе датчика жидкостный виток, являющийся вторичной обмоткой трансформатора питания Тр2 и первичной обмоткой измерительного трансформатора Тр1. (рис.6, б). Термометр сопротивления Rt включен в одно из плеч компенсационного моста R₁, R₂ ,R₃.