книги / Теплотехнические измерения и приборы

расположения и расстояния между ними. Действительно, конструктивные измене­ ния влияют практически в равной степени на активное сопротивление преобразо­ вателя и на значение емкости Ск. Степень же влияния емкости двойного слоя можно изменять конструктивными приемами. При увеличении площади электродов пре­ образователя возрастает емкость двойного слоя, а уменьшение площади эффектив­ ного сечения раствора, через который проходит ток, приводит к возрастанию активного сопротивления раствора. Относительное влияние емкости двойного слоя снижается по сравнению с преобразователем, у которого площадь электродов и эффективного сечения раствора одинаковы.

Для уменьшения влияния на точность измерения электропровод­ ности растворов поляризации электродов применяют четырехэлек­ тродные преобразователи, например, в кондуктометрических анали­ заторах для чистых водных растворов применяют преобразователи типов КК-2 и КК-3 с диапазоном измерений 1 • 10-4—1 • 10"1 См -см-1. Два электрода этого преобразователя являются токовыми, питае­ мыми напряжением переменного тока через большое ограничиваю­ щее сопротивление, а два других, расположенных между ними,— потенциальными. В этом случае напряжение, измеряемое на потен­ циальных электродах, однозначно определяет концентрацию контро­ лируемого раствора и не зависит от частичной поляризации токо­ вых электродов.

Способы температурной компен­ сации и типовые измерительные схемы кондуктометрических анали­ заторов. Температурная компен­ сация осуществляется с помощью дополнительных элементов в цепи

электродного преобразователя или в измерительной схеме кондук­ тометра жидкости, уменьшающих влияние отклонения температуры раствора от 20° С на показания прибора. Автоматическая темпера­ турная компенсация не исключает полностью влияния температуры раствора на показания прибора, что представляет большие трудно­ сти, но значительно его уменьшает.

Из числа применяемых способов автоматической температурной компенсации в кондуктометрах жидкости наиболее часто исполь­ зуется электродный преобразователь с температурной компенса­ цией, схема которого показана на рис. 22-2-6. Схема температурной компенсации электродного преобразователя образована параллельно и последовательно включенными с сопротивлением раствора Rc резисторами Rut и R„. Сопротивление раствора Rc с резистором обладает отрицательным, а последовательно включенный резистор Ra— положительным температурным коэффициентом электриче­ ского сопротивления. Резистор Rm изготовляют из манганиновой проволоки, а резистор Ra— из медной проволоки. Для изготовле­ ния резистора Ra иногда применяют никелевую или платиновую проволоку. Резистор R„, выполняемый аналогично с чувствитель­ ным элементом термометра сопротивления, помещают во внутренний

В целях удобства выполнения расчета параметров схемы температурной ком­ пенсации представим равенства (22-2-25) в следующем виде:

Ci, С2, /х, /2 и постоянной преобразователя /сп кондуктометра жидкости, градуируе­ мого по NaCl, для измерения электропроводности (солесодержания) водных раст­ воров при малых концентрациях значения величин /о, /о, входящих в урав­

нения (22-2-28) и (22-2-29), определяют по выражению (22-2-18). Значения at^ a/e, auii и ам^ч определяют по формулам

Градуировочная характеристика кондуктометра жидкости при температуре /н = tx = 20° С рассчитывается по формуле

где х СА - электропроводность водного раствора NaCl, соответствующая число­

вым отметкам шкалы при концентрациях С и температуре tQ= 18° С согласно формуле (22-2-18); / ^ — сопротивление линии связи (обычно принимают /?л = = 5 Ом).

Рассмотрим схемы измерения электропроводности водных раст­ воров и способы температурной компенсации, осуществляемые включением компенсирующего элемента в измерительную схему кондуктометра жидкости. Для измерения электропроводности (кон­

центрации) водных растворов электродными преобразователями широко применяют вторичные приборы с мостовой измерительной схемой, выполняемые на базе автоматических уравновешенных мостов (гл. 5).

На рис. 22-2-8 приведена принципиальная схема кондуктометра жидкости, состоящего из электродного преобразователя ЭП и автоматического уравновешенного моста. На схеме приняты следу­ ющие обозначения: Ri, Ru и R3 — постоянные резисторы плеч моста; Rnp— приведенное сопротивление реохорда; R6 — балласт­

и усилителя серийно выпускаемые автоматические уравновешенные мосты КСМ2.

Рассмотренная мостовая измерительная схема вторичного при­ бора кондуктометра жидкости может быть использована также для измерения электропроводности водных растворов электродным преобразователем с температурной компенсацией (см. рис. 22-2-6), если его присоединить к зажимам А иВ вместо преобразователя ЭП. Кондуктометры жидкости с таким электродным преобразователем, изготовляемые ЦЛЭМ Тулэнерго, применяют на ТЭС для измере­ ния электропроводности химически обессоленной воды. В этих кондуктометрах жидкости используются электродные преобразова­ тели с температурной компенсацией от 15 до 35° С проточного и погружного типов. Приборы имеют диапазон измерения удельной электропроводности от 0,04 до 5,0 мкСм/см при 20° С.

Рассмотрим способ температурной компенсации с помощью тер­ морезистора, включаемого в измерительную схему автоматического

уравновешенного моста кондуктометра жидкости (рис. 22-2-9). Здесь электродный преобразователь ЭП включен в измерительную мостовую схему вторичного прибора, так же как на рис. 22-2-8. При этом приведенное сопротивление преобразователя Rx =

= (Rc + Ял) Я0 (Яс + Ял + Яо)-1 и терморезистор Rт с шунтом Rb включенным в смежные плечи моста, обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Следует отметить, что для терморезистора зависимость Ят = / (t), так же как и для Rc, нелинейна (гл. 5).

может быть также осуществлена

спомощью дополнительного электродного преобразователя,

который заполнен водным раствором, имеющим температур­ ный коэффициент сопротивления, близкий температурному коэф­ фициенту анализируемого раствора [98]. В этом случае рабочий и компенсирующий преобразователи включают в смежные плечи измерительной схемы моста. При этом компенсирующий пре­ образователь омывается снаружи анализируемым раствором и имеет с ним одинаковую температуру. Этот способ температурной компенсации не получил широкого распространения, так как свой­ ства раствора в компенсационном преобразователе со временем изменяются.

Автоматические уравновешенные мосты, предназначенные для работы в комплекте с электродными преобразователями, могут быть снабжены дополнительным устройством для сигнализации (регули­ рования) предельных значений электропроводности водных рас­ творов электролитов.

Кроме рассмотренных анализаторов жидкости с электродными преобразователями выпускаются кондуктометрический анализатор

АК класса точности 5, разработанный СКБ АП, с выходным сиг­ налом постоянного тока 0—5 мА. Этот кондуктометрический анали­ затор, снабжаемый фильтром, заполненным катионитом марки КУ-2, предназначен для измерения удельной электропроводности водных растворов при температуре 30—40° С и наличии в них минеральных примесей, аммиака и гидразина. В качестве вторичного прибора применяется автоматический миллиамперметр КСУ2 с диапазонами измерений 0— 1, 0—10 и 0— 100 мкСм/см.

22-3. Кондуктометры жидкости с дегазацией и обогащением пробы

При измерении малых концентраций солей, растворенных в пере­ гретом водяном паре, питательной воде парогенераторов и конден­ сате турбин мощных энергетических блоков, необходимо, как отмечалось выше, учитывать влияние на показания кондуктометров жидкости (солемеров) растворенных в анализируемой пробе газов

и особенно аммиака. Для уменьшения влияния растворенных газов

ванализируемой пробе на результаты измерения солесодержания производят дегазацию и обогащение пробы [97, 100, 101]. Этот

принцип используется в кондуктометрах жидкости (солемерах) с малогабаритными концентраторами типа СППМ, СПВМ и СКТМ, разработанных ЦКТИ [101]. Солемеры ЦКТИ предназначены для непрерывного автоматического измерения условного солесодержа­ ния в интервале 0—200 мкг/кг перегретого пара (СППМ), питатель­ ной воды (СПВМ) прямоточных парогенераторов и конденсата тур­ бин (СКТМ) мощных энергетических блоков.

Пределы допускаемой основной погрешности комплекта соле­ мера в нормальных эксплуатационных условиях не превышают ±10% диапазона измерения.

При применении солемеров с малогабаритными концентраторами необходимо иметь в виду, что их показания зависят от содержания гидразина в пробе [101].

22-4. Безэлектродные кондуктометрические анализаторы жидкости

Кондуктометрические анализаторы жидкости, безэлектродные преобразователи которых питают переменным током частотой 50 Гц, принято называть низкочастотными безэлектродными кондуктоме­ трами жидкости. Они получили широкое применение в различных отраслях промышленности для измерения электропроводности вод­ ных растворов электролитов. На электростанциях низкочастотные кондуктометры жидкости используются для контроля концентраций регенерационных растворов кислоты, щелочи и соли, à также для измерения электропроводности химически обессоленной воды. До­ стоинством низкочастотных кондуктометров жидкости является то, что их первичный преобразователь не имеет, электродов, которые

могут подвергаться поляризации и загрязнению. Это повышает надежность работы кондуктометров жидкости и положительно ска­ зывается на точности измерения. Низкочастотные безэлектродные кондуктометры жидкости позволяют измерять электропроводность как чистых, так и загрязненных водных растворов кислот, щелочей и солей.

Безэлектродные кондуктометры жидкости не могут быть исполь­ зованы для контроля качества пара, конденсата турбин и питатель­ ной воды парогенераторов, а также других водных растворов, аналогичных по электропроводности конденсату пара.

Наряду с низкочастотными безэлектродными кондуктометрами жидкости существуют высокочастотные бесконтактные приборы для измерения электропроводности водных растворов [86], однако они не применяются на электро­ станциях и ниже рассматривать­ ся не будут.

Рассмотрим упрощенную принципиальную схему низко­ частотного безэлектродного кон­ дуктометра жидкости, показан­ ную на рис. 22-4-1. Индуктивный безэлектродный первичный пре­ образователь кондуктометра со­ стоит из силового Tpi и измери­ тельного Тр2 трансформаторов, связанных между собой электри­ чески жидкостным контуромЖК- Этот контур выполняет функции вторичной обмотки силового трансформатора Tpi и первич­ ной обмотки измерительного

трансформатора Тр2 и представляет собой замкнутую трубу из изоляционного материала, через которую протекает анализируемая жидкость.

Для уменьшения влияния колебаний напряжения и частоты пи­ тающей сети предусмотрен компенсационный контур, состоящий из обмоток w[, wK и реохорда R„p. Для автоматической коррекции влияния температуры анализируемой жидкости на показания вто­ ричного прибора кондуктометра используется компенсатор темпера­ туры КТ, включенный в цепь компенсационного контура последо­ вательно с реохордом R„р. Компенсатор температуры представляет собой мостовую схему, работающую в неравновесном режиме. В одно плечо этого моста включены терморезистор Rx (например, типа ММТ), помещенный в жидкостный контур, и резистор R4 из манганиновой проволоки. Резисторы Rv R2 и R3, образующие остальные три плеча моста, выполнены из манганиновой проволоки. Мост компенсатора температуры питается переменным напряже-

нием от вторичной обмотки трансформатора Tpi. Резистор # 5 служит для регулировки тока.

Переменный ток в обмотке w1 силового трансформатора создает в его сердечнике переменный магнитный поток, который индуктирует э. д. с. Ежв жидкостном контуре. Если обозначить электрическое сопротивление жидкостного контура через Rc, то ток в нем опреде­ лится выражением

которое с учетом уравнения (22-2-3) принимает вид:

%сЕж

Из этого выражения следует, что сила тока / >к пропорциональна удельной электропроводности анализируемой жидкости хс. Ток в жидкостном контуре, являющемся одновременно первичной обмот­ кой измерительного трансформатора Тр2, создает в его сердечнике переменный магнитный поток, который наводит во вторичной об­ мотке до2 э. д. с. Ег, пропорциональную хс. Выходной сигнал с вто­ ричной обмотки ш2 подается на вход усилителя вторичного прибора, где усиливается до значения, достаточного для приведения в дей­ ствие реверсивного двигателя РД. Вал реверсивного двигателя, кинематически связанный с движком реохорда Rnp и кареткой, перемещает их до тех пор, пока ток в обмотке ге»к компенсационного контура не создаст в сердечнике трансформатора Тр2 переменный магнитный поток Фк, равный и противоположный магнитному потоку Ф2, создаваемому в том же сердечнике током / ж. В этом случае сигнал на входе усилителя уменьшится практически до нуля, ротор реверсивного двигателя остановится, а движок рео­ хорда и каретки с указателем займет положение, соответствующее измеряемой электропроводности хс и концентрации С анализируе­ мой жидкости. Значение измеряемой электропроводности анализи­ руемой жидкости при этом определяется выражением

К

%с К ' m R n p + R M '

где к — постоянный коэффициент; m = R'np/Rnp, здесь R„P— теку­ щее значение сопротивления реохорда; RnM— приведенное сопро­ тивление моста компенсатора температуры, соответствующее 20° С.

При повышении температуры анализируемой жидкости сопротив­ ление Rc уменьшается, и вследствие этого ток в жидкостном кон­ туре увеличивается на А/ж, а вместе с тем возрастет на АФ2 и маг­ нитный поток Ф2. При этом одновременно уменьшается сопротивле­ ние терморезистора RT компенсатора температуры, что приводит к разбалансу моста и к возникновению в его диагонали тока Д/н. Вследствие этого при неизменном положении движка реохорда ток в компенсационном контуре увеличится на значение А/м, а следо­

вательно, возрастет на АФк и магнитный поток Фк. При равенстве значений ДФ2 ~ ДФКбудет обеспечена температурная компенсация с некоторой погрешностью. В выпускаемых низкочастотных кондук­ тометрах жидкости при отклонении температуры анализируемой жидкости на +15° С от среднего значения рабочего интервала тем­ ператур изменение показаний вторичного прибора составляет 2—2,5% верхнего предела измерения, что не удовлетворяет совре­ менным требованиям к точности измерения электропроводности и вызывает необходимость усовершенствования температурной компенсации.

Вторичные приборы низкочастотных безэлектродных кондукто­ метров жидкости выполняют на базе автоматических уравновешен­ ных мостов КСМ2, КСМЗ или других типов. Вторичные приборы могут быть снабжены контактным устройством для сигнализации или регулирования.

Из числа выпускаемых низкочастотных безэлектродных кондук­ тометров жидкости, разработанных СКВ АП, на электростанциях применяют кондуктометры жидкости типа К.К-8 и КК-9 для контроля концентраций регенерационных растворов. Кондуктометр жидкости КК-8 имеет безэлектродный преобразователь проточного типа, кондуктометр КК-9 — погружного типа. Эти кондуктометры жид­ кости используются также и в других отраслях промышленности для измерения электропроводности чистых и загрязненных водных растворов кислот, щелочей и солей. Кондуктометры типа КК рассчи­ таны на диапазон измерения удельной электропроводности 0,01— 1 См • см-1 с двумя поддиапазонами: 0,01—0,1 и 0,1— 1 См • см'1. Предел допускаемой основной погрешности этих кондуктометров жидкости — 2,5%.

Технические характеристики низкочастотных кондуктометров жидкости других типов приведены в [75].

22-5. Анализаторы для определения растворенного

вводе кислорода

Вцелях обеспечения надежной эксплуатации мощных блоков

свысокими и закритическими параметрами пара введены строгие ограничения на допустимое содержание растворенного кислорода в питательной воде. Известно, что присутствие растворенного кис­ лорода в питательной воде вызывает коррозию металла внутренних поверхностей пароводяного тракта парогенераторов. Для умень­ шения коррозии металла необходимо ограничивать содержание раст­ воренного кислорода в питательной воде до 7—10 мкг/кг. Повыше­ ние надежности эксплуатации мощных парогенераторов в известной степени связано с возможностями автоматического точного и непре­ рывного измерения микроконцентраций растворенного в питатель­ ной воде кислорода.

Внастоящее время из числа известных применяемых для автома­ тического измерения микроконцентраций растворенного в воде ки­

слорода методов получили распространение фотоколориметрические, электрохимические и кондуктометрические.

Фотоколориметрические методы основаны на измерении оптиче­ ской плотности анализируемой воды, изменяющейся за счет окра­ шенных соединений, которые образуются в результате взаимодейст­ вия растворенного в воде кислорода с вводимым в пробу реагентом. Интенсивность окраски зависит от концентрации растворенного в воде кислорода. В Советском Союзе в качестве индикаторов получили распространение индигокармин и сафранин.

Преобразование измеряемой величины (кислородосодержания) в изменение электрического сопротивления в фотоколориметрических анализаторах осуществляется с помощью оптического блока, показанного на рис. 22-5-1. Здесь 1 — источник света (осветитель); 2 и 5 — линзы; 3 — прозрач­ ная кювета; 4 — светофильтр; 6 — контрольный светофильтр

светового потока, проходящего через кювету от источника /, зависит от интенсивности окраски пробы, определяющейся кон­ центрацией растворенного кислорода. Таким образом, световой поток, падающий на фоторезистор 7, а следовательно, и электриче­ ское сопротивление последнего находятся в однозначной зависимо­ сти от измеряемой величины — кислородосодержания. Для авто­ матического измерения значения электрического сопротивления используется мостовая измерительная схема.

Основным недостатком автоматических фотоколориметрических анализаторов, предназначенных для измерения растворенного в воде кислорода, следует считать то, что они являются приборами ди­ скретного действия. Возможно осуществление непрерывных изме­ рений, но это связано со снижением точности и повышенным расхо­ дом реактива.

Электрохимические методы измерения основаны на применении электрохимических чувствительных элементов. Такой элемент со­ стоит из двух электродов, помещенных в буферный водный раствор. Раствором может являться сама анализируемая вода. При отсут­ ствии в среде, где расположены электроды, растворенного кислорода происходит процесс поляризации электродов или за счет электрохи­ мических процессов, протекающих на поверхности электродов, или приложенным внешним напряжением. При полной поляризации цепь электродов разомкнута, так как поверхность катода (отрица-