shpory / сухтп

ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ: Физические газоанализаторы: используют свойства газовой смеси: теплопроводность, магнитная восприимчивость,тепловой эффект хим.р-ции. Условие выбора физ.св-ва: аддитивность свойств выбранной физ.величины в данной газовой смеси.

Термокондуктометрические газоанализаторы: принцип действия основан на зависимости теплопроводности газ.смеси от конц-ции определяемого компонента. Считаем что теплопроводность явл-ся аддитивным св-вом. Для бинарной газовой смеси:

; x – молярные доли компонентов; лямбда – теплопроводности компонентов(Вт/(м*К)). Применимость метода ограничивается опред.областью конц-ций.

Схема:

В плечи измерительного моста включены одинаковые сопротивления в виде платиновых нитей, нагреваемых током. Через сопротивления протекает одинаковый постоянный ток и нагревает их. Два сопротивления, включенные в противополож. Плечи моста, помещаются в камеры,через кот.пропуускается измеряемый газ, а два других в камеры, наполненные сравнительным газом(возд.).до тех пор пока отвод теплоты от нагр.элементов(нитей) в измерит-ых и сравнит-ых камерах одинаков, мост находится в равновесии. Если теплопроводность измеряемой газ.смеси, отличается от теплопроводности воздуха, то теплоотдача от нитей к стенкам камеры изменяется, изменяется и темп.нитей и следовательно изм-ся сопротивление. В диагонали моста cd появляется напряжение разбаланса, пропорциональное содержанию определяемого комп-та.

Схема преобразвания конц-ций:

Напряжение разбаланса измеряется например потенциометром. Недостатки:большая погрешность(2,5-10%), отсутствие селективности.

Термохимические газоанализаторы: принцип действ.основан на окислении углеводородов поверхности каталитически активного элемента и измерении кол-ва выделившейся при этом теплоты, которое пропорционально конц-ции углеводородов и паров горючих жидкостей.

Две осн.модификации: в первой реакция сжигания осуществляется на активированной поверхности нагретой платиновой нити, помещаемой в изм.проточную камеру. Нить Rt нагревается пост.током и на ней происходит каталитич.окисление пропускаемой горючей смеси. Сравнительный элемент находится в закрытой сравнительной камере, заполненной воздухом.Выделяющаяся (в рез-те окисления) теплота приводит к повышению Т измерительного элемента.Его сопротивление изменяется и возникает разбаланс измерительного моста – мера концентраций горючих компонентов. ВО ВТОРОЙ модификацииприменяется насыпной твёрдый катализатор, помещаемый в проточную термостатическую камеру сжигания. Повышение Т, вследствие эффекта реакции сгорания, измеряется термометром сопротивления 2.

Схема преобразования конц-ций анализир.(горючего) газа в разбаланс напряжения:

, где Q – теплота сгорания. Напряжение разбаланса измеряют потенциометром. Недостатки: ограниченный диапазон измерений, отсутствие селиктивности,низкое быстродействие и чувствительность, отравдяемость чувств.элемента,обязательное присутствие кислорода в контролируемой среде. Область применения: измерение довзрывных конц-ций углеводородов и паров горючи жидкостей.

Термомагнитные газоанализаторы: принцип действ.основан на использовании температурной зависимости парамагнитной восприимчивости кислорода, выраженной ур-ем Кюри:; x- уд.магнитная восприимчивость, с – постоянная Кюри.

Схема:

Поток анализ.газа на входе в кольцевую камеру разделяется на 2 потока, кот. Протекают по двум половинам кольцевой камеры 1. Камера имеет попереч.сечение в виде тонкостенной стеклянной трубки 3, образующей анализатор.R1,R2 – нагревательные проволочные секции из металла с выс.температурнымм коэф-ом сопротивления(Pt, Ni), представляющие собой два сопротивления.

Двумя другими плечами моста служат постоянные сопротивления R3,R4. R1 и R2 нагреваются до 200-300 током от ИПС(источник питания стабилизированный). Половина трубки с сопротивл.R1 находится м/д полюсами сильного магнита 2. При отсутствии кислорода в анализ.смеси поток разделяется на две равные части, омывающие сопротивления R1 и R2, не нарушая равновесия моста.Если анализ.газ содержит кислород, то он силнее втягивается в трубку со стороны магнита. Согласно ур-ию Кюри при нагревании газсмеси,содержащей кислород, магн.восприимчивость смеси снижается. Более холодные свежие порции смеси вытесняют нагретые, что приводит к образованию постоянного газового потока через попереч.трубку.R1 несколько охлаждается, R2 на столько же нагревается.Возникающая м/д сопротивлениями разность T и разностьсопротивлений явл-ся мерой содержания кислорода в анализ.газе. Напряжения разбаланса мериют потенциометром.

Оптические адсорбционные в ИК-области спектра газаанализаторы: действ.основано на способности определяемого газа поглащать ИК-излучение( это все газы кроме одноатомных, водорода,кислорода, азота и хлора).Каждый газ поглащает излечение только в своих спектрах.Интенсивность монохромат.излучения,прошедшего слой поглощающего газа, определяется законом Бугера-Ламберта-Бера:. I –интенсивность монохром.излучения до и после прохождения слоя погращ.газа. k – коэф.погрощения газа, лямбда – длинна волны, h – толщина слоя погращаюшего газа.

Газ,способный поглащать ИК-лучи, в замкнутом обьёме подвергается прерывистому воздействию ИК-излучения, при этом смесь периодически нагревается(в рез-те погращения излучения) и охлаждается(при прекращении излучения). Колебания температуры вызывают колебания давления газа, воспринимаемые звуковым приёмником.

3 – источник ИК-лучей. 2 – отражатели. 4 – абтюратор(прерывает излучение). 1 – электродвигатель. Камера 5 – с анализир.газом. 6 – с азотом(сравнительный газ). 7 – фильтровые камеры. 8 – лучеприёмник, где газ периодически нагревается и охлаждается, что приводит к периодическим колебаниям температуры, вызывающие колебания давления в камере. 9 – конденсаторный микрофон. При равенстве давлений в правой и левой части камеры 8, мембрана микрофона неподвижна. Если интен-ность поступающего ИК-излучения в левую часть 8 камеры будет меньше,чем в правую, то и амплитуда период.колебаний давления будет меньше в левой, чем в правой.при этом разность давлений,действующая на мембрану микрофона, будет тем больше,чем больше будет конц-ция определ.компонента в анализ.газовой смеси.

Колебания давления преобразуются микрофоном в электрический сигнал, который можно измерить. 10 – усилитель, 11 реверсивный движок, 12 – компенсирующая заслонка. Плюсы: вымокая чувствительность, хорошая избирательность, высокое быстродействие, широкий диапазон измерений, высокая точность и долговечность.

Оптические адсорбционные в УФ-области спектра газоанализаторы:

Принцип действ.основан на оптико-адсорбционном методе измерения УФ-энергии излучения анализируемым компонентом газовой смеси. Газоанализаторы такого типа имеют высокую чувствительность к парам ртути, ацетона, к хлору, озону и ряду других газов, наличие кот.удаётся обнаружить с точностью тысячных долей процента.

Измерение температуры:

1)Измерение Т контактным методом: при использовании конт.метода измерения Т определяют величину одного из параметров первичного измерительного преобразователя(ПИП), зависящего от его температуры. Температура ПИП равна температуре измеряемого обьекта, которую хотели бы измерить. Необходимо обеспечить хороший тепловой контакт м/д ПИП и измеряемым обьектом.

- термометры расширения: принцип действия основан на различном тепловом расширении двух разных веществ:

1.термометры стеклянные, жидкостные: принцип действия основан на различии теплового расширения термометрической жид-ти(ртути,спирта) и материала оболочки, в которой они находятся(термометрического стекла или кварца). Их используют для измерения температуры в пределах от -200 до 1200 C с высокой точностью.

2.Термометры дилатометрические и биметаллические: принцип действ.основан на различии линейного расширения твердых тел, из кот.изготовлены чувствительные элементы. Если температурный интервал не велик, то зависимость длины твёрдого тела от температуры выражается: , Lt – длина тв.тела при температуре t, Lo – длина того же тела при температуре 0.α – температурный коэф. Линейного расширения тв.тела.

Принцип действия биметаллических основан на различии темп.коэф-тов линейного расширенияметаллич. Пластин(из инвара и латуни), сваренных между собой по всей плоскости сопротивления.Нагревание приводит к деформации термобиметаллической пластины, последняя изгибается в сторону металла с меньшим коэф.линейного расширения(инвара).

-манометрические термометры: принцип действ.основан на взаимосвязи между температурой и давлением рабочего вещества в замкнутой системе, основными частами которой явл-ся термобаллон 1, капиллярная трубка 2, деформационныйманометрический преобразователь 3. Компенсация погрешности, возникающей из-за влияния темп-ры окр.среды на показания манометра, осуществляется биметрическим компенсатором 4. В зависимости от вида раб.вещества они подразделяются на:

1.газовые: принцип действия основан на зависимости давления газа от темп-ры при постоянном обьёме: , Po – давл.газа при T=0 C, гамма – темп.коэф-т расширения газа.

Рабочее вещ-во – азот,аргон,гелий. Температ.диапазон измерения: от -150 С до +600 С.

2.жидкостные: принцип действ.основан на зависимости обьёма термометрич.жидкости(ртути,толуола) от её темп-ры. Температурный диапазон: от -150 С до +300 С.Измерение обьёма жидкости преобразуется с помощью манометрической пружины в перемещение.

3.конденсаторные:термобаллон частично заполнен низкокипящей жид-тью, а остальное пространство её парами.Рабочее вещ-во: фреон, пропан, ацетон итд. Пределы измерения: от -50 С до +300 С.

Динамические св-ва манометрич.термометров всех видов могут быть представлены статич.звеном первого порядка.

- термоэлектрические преобразователи:

Термоэлектрический термометр – прибор для измерения Т, состоящий из термопары в качестве чувствит.элемента и электроизмерительного прибора(милливольтметра, автоматического потенциометра). Термоэлектрич.преобразователь или термопара – два разнородных электропроводящих элемента, соединённых на одном конце и образующих часть устройства для измерения Т. Всё основано на термоэлектрич. Эффекте ЗЕЕБЕКА: в замкнутой термоэлектрич.цепи, составленной из двух разнородных проводников, возникает эл.ток, если два спая(места соединения) проводников имеют разную Т.Эффект Зеебека обьясняется наличием в проводнике свободных электронов, число кот. В единице обьёма различно для разных проводников. Допустим, что в спае с температурой t электроны из проводника А диффундируют в проводник В в заведомо большем количестве, чем обратно. Проводник А заряжается положительно, а В – отрицательно. Появившийся ток генерирует разность потенциалов на двух спаях, известную как контактная разность потенциалов. Она зависит от температуры спаев и её можно измерить или милливольтметром или потенциометром. Рабочий спай опускают в зону измерения температуры, а опорный спай подвержен действию Т в месте присоединения к измерительному прибору.Опорная Т должна выдерживаться с определённой точностью.

- Термопреобразователи сопротивления: принцип действ.основан на зависимости электрич.сопротивления материалов от Т. Термометр сопротивления представляет собой комплект, в кот. Входят: первичный измерительный преобразователь, воспринимающий тепловую энергию и преобразующий изм-ние Т в изм-ние эл.сопротивления; прибор измеряющий эл.сопротивление и отградуированный в ед.измерения Т; в отличии от термопар(активнымх преобразователей) , ТС являются пассивными преобразователями и требуют вспомагательный источник энергии.

1.Металлические термопреобразователи: в кач-ве материала для ТС(термопреобр-ль сопротивления) используют платину,медь и никель. Темп.интревал измерения: от -200 С до +750 С(платина), от -50 до +180 С(медь). При обычных требованиях к точности зависимость сопротивления ТС от Твыражают: , Ro – сопротивление датчика при T = 0.альфа – температ.коэф-т сопротивления.

Конструктивно ТС представляют собой тонкую платиновую или медную проволоку, намотанную бифилярно на специальный фарфоровый или пластмассовый каркасЮ или свёрнутую в спираль и сложенную в каналы защитного корпуса. Рис 5.71 1 – двеплатиновые сперали как чувств.элемент.

2 – каркас.3 платиновые выводы,

2.Полупроводниковые ТС(термисторы):

Зависимость сопротивления от Т Можно выразить ф-цией:

,где R(T1) и R(T2) – сопротивления термистора (Ом) при абсолютной темп-ре T2(К) и эталонной температуре T1(К). B – коэф.зависящий от материала.

Рис.5.74(термистор).1-термистор,2-защитный чехол(коррозионостойкая сталь),3-внутренняя изоляция(кварцевый песок).

График: 1-термистор с отриц.темп.коэф-том сопротивления, 2-высокотемпературный термистор,3-с положительным темп.коэф-том сопротивления.Rt – эл.сопротивление металла при температуре.

Ro – при Т=0.

Термисторы имеют сложную и плоховосприимчивую от образца к образцу зависимость термометрич.параметра от Т, что не позволяет создать для них стандартные градуировачный характеристики. Чувств.элемент делают измедномарганцевых,кобальтомарганцевых соединений.Термисторы меньше по размером чем металлические ТС и поэтому быстрее реагируют на изменение Т. Диапазон от -60 до +180 С.Обладают удовлетворительной точностью, высокой чувствительностью.

- пьезоэлектрические термопреобразователи: относяться к ним кравцевые датчики, измеряющие изменение резонансной астоты кварцевого кристалла, зависящей от температуры. Рабочий Диапазон измерений: от -80 до +250 С.

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ Т КОНТАКТНЫМ МЕТОДОМ:

Тепловой контакт чувств.эл-та с обьектом измерения влечен за собой искажение температурного поля в месте измерения. Влияет так же лучистый теплообмен с окруж.поверхностями и передача теплоты вдоль конструктивных элементов теплоприёмника за счёт теплопроводности.

Уменьшить погрешности: 1)уменьшение лучистого теплообмена с окр.поверхностями с помошью тепловых экранов. Пример:термопреобразователь помещают в трубку(она вставлена в стенку аппарата где измеряют Т) . трубку как экран от теплового излучения. 2)уменьшение передачи теплоты вдоль констр.элементов за счёт теплопроводности путём уменьшения диаметра и длинны выступающей на ружу части термопреобразователя.3)увеличение коэф-та теплоотдачи от измеряемой среды к термопреобразователю. Термоприёмники всех видов следует располагать против направления потоков в его центре, где скорости максимальны.Коэф-т возрастает в следствие разрушения пограничного слоя.

ИЗМЕРЕНИЕ Т БЕСКОНТАКТНЫМ МЕТОДОМ:

Способ основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой лучеиспусканием и воспринимаемой на расстоянии от исследуемого обьекта. Верхний предел измерения Т таким способом теоритически не ограничен. Любая поверхность , Т которой выше абсолютного нуля, испускает тепловую энергию в виде электромагнитного излучения.Пирометрия – измерение Т тел по их тепловому излучению. Методы измерения температур основаны на физ.законах излучения абсолютно чёрного тела. Под абс.чёрным телом понимают тело, поглащающее всю падающую на него лучистую энергию. Для измерения действительной Т реальных тел по их излучению необходимо точно измерить условную Т(яркостную,цветовую,радиационную), а затем к получненной Т ввести поправку, величина которой зависит от интегрального коэф-та черноты реального тела . Для большинства реальных тел эти коэф-ты известны.Закон Стефана-Больцмана: , В-интегральная энергитическая яркость. Энергитическая яркость реальных физ.тел меньше яркости абс.чёрного тела. Спектральная эн-ая яркость реального тела связана

С энергитической яркостью абс.чёрного тела соотношением: .

Положения пирометрии: 1)по мере снижения Т тепловое излучение уменьшается пропорционально четвёртой степени абсолютной температуры.2)при низких температурах максимум спектральной энергитической яркости смещается в область больших длин волн,(вьебать сюда график 5.75).3)коэф-т излучения нечерных тел зависит от температуры и длинны волны, а также от материала излучателя и стостояния структуры его поверхности.

Яркостные пирометры: принцип действия – стравнение яркости измеряемого излучен ия и контрольного излучателя, пример – накаленная нить вольфрама. Сравнить обе яркости можно изменением яркости контрольного излучателя, изменяя мощность нагревания нити в широких пределах.Если в результате выравнивания достигается равенствообеих яркостей, то верхняя часть нити накаливания исчезнет на фоне изображения источника измеряемого излучения. Благоприятная для чувств-ти глаза длинна волны 0,65 мкм в области видимой части спектра обеспечивается красным светофильтром. Мощность нагревания нити накаливанияна пути потока излучения явл-ся показателем яркостной Т измеряемого обьекта.Её считывают по температурной шкале измерительного прибора. Диапазон измерений: 400…5000 С. Погрешность составляет 1% от верхнего пределадиапазона измерения.

Рис. 5-76.1-обьектив,2,7-диафрагмы,3,6-фильтры,4-пирометрическая лампа,5-окуляр,8-реостат,9-измерительный прибор.

ПИРОМЕТРЫ СПЕКТРАЛЬНОГО ОТНОШЕНИЯ:действие основано на перераспределении энергитических яркостей внутри данного участка спектра при изменении Т.Они определяют яркость обьекта на двух различных длинах волн. Если соответствующие значения спектральных коэф-тов излучения достаточно близки между собой, то определение Т практически не зависит от абсолютной вечелины коэф-таизлучения,поскольку искомая температура определяется соотношением яркостей. Тело, коэф-т излучения которого не зависит от Т и длинны волны, называют серым.

Диапазон: 800…3000 С. погрешно

8