6 Измерение уровня
Технические средства, применяемые для измерения уровня, называются уровнемерами. Приборы, предназначенные для сигнализации предельного уровня, называются сигнализаторами уровня.
Для измерения уровня жидкости наиболее распространены:
поплавковые,
гидростатические,
электрические,
ультразвуковые,
акустические уровнемеры
радарные уровнемеры.
В ряде металлургических производств аппаратура работает в условиях высоких температур и давлений, а контролируемые среды обладают коррозионной активностью, токсичностью, большой вязкостью, что усложняет измерение уровня
В гидростатических уровнемерах измерение уровня жидкости постоянной плотности сводится к измерению давления, создаваемого столбом жидкости, т. е. р = Hρg. Существуют гидростатические уровнемеры с непрерывным продуванием воздуха или газа (пьезометрические уровнемеры) и с непосредственным измерением столба жидкости.
В электрических уровнемерах положение уровня жидкости преобразуется в какой-либо электрический сигнал. Из электрических уровнемеров наиболее распространены емкостные и омические. В емкостных уровнемерах используются диэлектрические свойства контролируемых сред, в омических — свойство контролируемой среды проводить электрический ток.
Емкостный уровнемер. Преобразователь емкостного уровнемера является электрическим конденсатором, емкость которого зависит от уровня жидкости. Преобразователи емкостных уровнемеров выполняют цилиндрического и пластинчатого типов, а также в виде жесткого стержня.
Цилиндрический емкостной преобразователь выполнен из двух или нескольких концентрично расположенных труб, а пластинчатый — из двух или нескольких параллельных пластин, между которыми находится слой жидкости высотой h.
7 Измерение концентрации и состава вещества
Для автоматического анализа газов (классификация по ГОСТ 13320—81) : без предварительного преобразования пробы—
абсорбционно-оптические (инфракрасного и ультрафиолетового поглощения),
термокондуктометрический,
термомагнитный,
пневматический;
с предварительным преобразованием пробы —
электрохимический (кондуктометрический, кулонометрический, полярографический, потенциометрический),
термохимический,
фотоколориметрический,
пламенно-ионизационный,
аэрозольно-ионизационный,
хроматографический,
масс-спектрометрический.
Абсорбционный метод спектрального анализа газов основан на свойстве веществ избирательно поглощать часть проходящего через них электромагнитного излучения. Спектры поглощения различных веществ (газов, жидкостей, твердых тел) охватывают все диапазоны электромагнитного излучения от γ-лучей до радиоволн. Для газового анализа в настоящее время используют в основном ультрафиолетовый (λ= 0,2...0,4 мкм) и инфракрасный (λ= 2...10 мкм) диапазоны электромагнитного спектра.
Количественное соотношение между концентрацией С определяемого компонента и изменением интенсивности поглощаемого этим компонентом излучения устанавливается законом Бугера — Ламберта — Бера:
где Φλ – монохроматический поток излучения, выходящий из анализируемого слоя толщиной l; Φ0λ – монохроматический поток излучения, входящий в анализируемый слой; ελ – коэффициент поглощения излучения веществом.
Основные газы, анализируемые с помощью оптико-абсорбционного метода |
||||
Длина волны, нм |
Рентгеновское излучение 10-2 ¸ 10 |
УФ 10 ¸ 5× 102 |
Видимое 5× 102 ¸ 8× 102 |
ИК 8× 102 ¸ 106 |
Основные анализируемые газы |
H2S, газообразные кислоты |
O2, O3, SO2, NH3, Hg |
Cl2, ClO2, NOx, H2O |
H2O, CO, CO2, NO, N2O, NH3, SO2, SO3, алканы, алкены |
Следовые количества
Высокие концентрации |
— |
NH3, SO2, O3, Hg |
+ |
+ |
+ |
O3, SO2 |
+ |
+ |
|
В основу работы термокондуктометрических газоанализаторов положен метод, использующий зависимость электрического сопротивления проводника с большим температурным коэффициентом сопротивления (терморезистора), помещенного в камеру с анализируемой газовой смесью и нагреваемого током, от теплопроводности окружающей терморезистор смеси. Закономерности, связывающие теплопроводность газовой смеси с ее составом, проявляются при условии сведения к минимуму (или поддержания постоянной) доли теплоты, передаваемой от терморезистора конвекцией и излучением. Этого условия достигают оптимизацией режима работы терморезистора, выбором конструктивных характеристик терморезистора и камеры, ограничением рабочей температуры терморезистора (как правило, не выше 200 °С).
Кислород обладает особым физическим свойством — парамагнетизмом. Магнитные свойства веществ проявляются в способности намагничиваться под действием внешнего магнитного поля. Для газов, которые относятся к неферромагнитным веществам, намагниченность J = кН, где Н — напряженность магнитного поля; к — коэффициент пропорциональности, называемый объемной магнитной восприимчивостью вещества. Для парамагнитных веществ, которые притягиваются магнитным полем, к > 0, а для диамагнитных веществ, которые выталкиваются из магнитного поля, к < 0.
Из всех газов наибольшей магнитной восприимчивостью обладает кислород, магнитная восприимчивость которого на 2— 3 порядка больше по сравнению с другими газами (кроме кислорода, парамагнитными газами можно считать только NO и NO2, но эти газы не подчиняются закону Кюри). Это позволяет использовать магнитные свойства кислорода для избирательного измерения его концентрации в промышленных газовых смесях.