Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы исследований процессов и материалов. Практикум
.pdf
Удельная электрическая проводимость раствора æ
RS
l
R
A
n
i 1
определяется уравнением
æ =
=
, (6.5.1)
где R – сопротивление раствора между электродами
измерительной ячейки; S – площадь электродов; l – расстояние между электродами; А – постоянная ячейки.
УЭП в системе СИ измеряется в См/м, а постоянная
ячейки – в м-1.
Если в растворе находится смесь различных
невзаимодействующих компонентов, то УЭП описывается
законом аддитивности (от лат. additivus – прибавляемый), т.е.
æ =
æiCi ,
(6.5.2)
где æi – УЭП i-го компонента; Ci – относительная объём-ная
концентрация i-го компонента.
Это свойство позволяет контролировать с помощью
метода кондуктометрии общее солесодержание воды, степень
её загрязнения и т.п.
Кондуктометрические анализаторы жидкости получи-ли
широкое распространение благодаря простому устройству,
высоким метрологическим показателям, отсутствию
необходимости в пробоотборе и пробоподготовке, простоте
монтажа датчика на технологическом оборудовании,
хорошим эксплуатационным показателям и др.
Метод контактной кондуктометрии может быть
реализован на амплитудных (амплитудно-фазовых) и
частотных кондуктометрах.
Амплитудный метод измерения заключается в том, что
при прохождении электрического сигнала через раствор в
ячейке его амплитуда пропорциональна УЭП. Амплитудные
контактные кондуктометры широко распространены
благодаря простой конструкции, хорошо разработанной
теории и системотехнике, элементной базе.
Частотный метод измерения заключается в том, что
пропорциональной УЭП раствора оказывается частота
161
выходного сигнала. При этом кондуктометрическая ячей-ка
RC2
1
2815065
30100
включена в положительную обратную связь RC– генератора,
вследствие чего его частота f пропорциональна УЭП
раствора, т.е.
f =
. (6.5.3)
Использование этого метода позволяет повысить точность
измерения, его помехозащищённость, упростить
кондуктометр, легко осуществить связь с микро-процессором
и т.п.
6.5.1. Автоматический частотный
кондуктометр КЛ–01
Автоматический частотный кондуктометр КЛ–01
предназначен для измерения УЭП водных и неводных
растворов кислот, щелочей и солей. Кондуктометр может
быть использован при контроле сточных вод, химической
водоочистке в энергетике и других отраслях народного
хозяйства.
Автоматический частотный кондуктометр КЛ–01 имеет
следующие технические характеристики:
– диапазон измерения УЭП, См/м 1 10
-6
– 1 10-2
– индикация показаний прибора цифровая
– температура измеряемой среды, оС 1 – 80
– напряжение питания от батареи «Крона», В 9
– относительная погрешность, %, не более 1
– первичный преобразователь – двухэлектродный,
проточно-погрузочного типа с постоянной 0,01 м
-1
– габаритные размеры, мм, не более:
измерительного преобразователя
первичного измерительного
преобразователя
– масса, кг, не более:
измерительного преобразователя 0,2
первичного измерительного
преобразователя 0,1
162
6.5.2. Устройство и работа кондуктометра
1
2
8
3 4 5 6 7
Внешний вид кондуктометра приведён на рис. 6.5.1.
Рис. 6.5.1. Внешний вид кондуктометра ЛК–01:
1 – кондуктометр; 2 – датчик; 3 – клавиша «измерение»;
4 – клавиша «контроль батареи питания»;
5 – дисплей
Структурная схема кондуктометра приведена на рис. 6.5.2.
Рис. 6.5.2. Структурная схема кондуктометра:
1 – ПИП УЭП; 2 – ПИП температуры; 3 – преобразователь
УЭП – частота; 4 – преобразователь частота – напряжение;
5 – масштабный усилитель; 6 – согласующее устройство;
7 – цифровой индикатор; 8 – блок питания
163
Двухэлектродный ПИП УЭП 1 является частотно-
задающим узлом преобразователя УЭП – частота 3, к
которому для осуществления термокомпенсации также
подключён ПИП температуры 2. Далее частотный сигнал
превращается преобразователем частота – напряжение в
аналоговый, который подаётся на масштабный усилитель 5,
откуда через согласующее устройство 6 поступает на
цифровой индикатор 7. Питание схемы осуществляется от
батареи «Крона» 8.
Рассмотрим работу кондуктометра более подробно.
Двухэлектродный датчик подключается к конденсатору С,
образуя частотозадающую цепочку преобразователя УЭП –
частота. Этот преобразователь собран на операционном
усилителе и транзисторах, а на его выходе подключён
формирователь импульсов положительной полярности.
Стабилизированные по амплитуде импульсы с частотой
следования, пропорциональной УЭП анализируемой среды,
через ёмкость поступают на вход преобразователя частота –
напряжение. После преобразователя стоит фильтр низкой
частоты, позволяющий выделить постоянный аналоговый
сигнал без переменной составляющей, который поступает на
вход АЦП и далее на цифровой индикатор.
Кондуктометр снабжён контактным двухэлектродным
датчиком (рис. 6.5.3), который состоит из чувствительного
элемента УЭП и резистора термокомпенсации.
Чувствительный элемент УЭП выполнен в виде двух
металлических электродов 1, разделённых изолятором –
фторопластовой трубкой 2 и закреплённых на специальном
основании 3, установленных на металлической трубке 4. На
это же основание 3 навинчены пластмассовые элементы
корпуса – чехол 5 и колпак 6, который по завершении
монтажа заливают эпоксидной смолой.
В качестве чувствительного элемента температуры
используют стандартный терморезистор типа МКМТ–16,
который устанавливают во втулке 8 у основания трубки 4 и
также заливают эпоксидной смолой. Выводы от электродов и
164
терморезистора делают с помощью монтажного провода и
через кабель подсоединяют к измерительному
преобразователю.
1 3 4 5 6
8 7 2
Рис. 6.5.3. Конструкция первичного измерительного
преобразователя:
1 – электроды; 2 – изолятор; 3 – основание; 4 – трубка; 5
– чехол; 6 – колпак; 7 – терморезистор; 8 – втулка
6.5.3. Цель работы
Целью работы является изучение устройства,
приобретение навыков работы и определение метрологических характеристик автоматического частотного кондуктометра ЛК–01, измерение УЭП различных растворов.
Приборы и оборудование для проведения работы
1. Автоматический частотный кондуктометр.
165
2. Магазин сопротивления Р–4830.
200100
1
2
3. Набор растворов KCl с различной УЭП.
4. Термометр стеклянный, диапазон измерения 0 – 100 оС.
6.5.4. Порядок выполнения работы
Схема экспериментальной установки приведена на рис.
6.5.4.
Рис. 6.5.4. Блок-схема экспериментальной установки:
1 – магазин сопротивлений Р–4830; 2 – кондуктометр
Меры безопасности
При проведении лабораторных занятий необходимо
соблюдать правила техники безопасности работы на
электроустановках.
Задание 1.
Определить зависимость показаний кондуктометра от
сопротивления датчика.
Выполнение опыта.
Вместо датчика подключите ко входу кондуктометра
магазин сопротивления Р–4830 и включите кондуктометр.
Изменяя сопротивления на магазине сопротивления Р–4830
через 10 Ом в диапазоне 0 – 100 Ом, через 20 Ом в диапазоне
Ом, через 50 Ом в диапазоне 200 – 500 Ом, через
100 Ом в диапазоне 500 – 1000 Ом, через 500 Ом в диапазоне
1500 – 5000 Ом, через 1000 Ом в диапазоне 5000 – 10000 Ом,
снимите показания кондуктометра.
Результаты измерений запишите в табл. 6.5.1.
166
Таблица 6.5.1
Сопротивление
R
, Ом
Показания УЭП
æ, См/м
R
Результаты измерений
Задание 2.
Построить зависимость УЭП (æ) от сопротивления датчика
.
Выполнение опыта.
Постройте зависимость показаний кондуктометра от
величины сопротивления его датчика, т.е. зависимость æ =
f(R).
Статическая характеристика кондуктометра должна
отвечать следующим условиям (см. разд. 1):
– должна быть однозначной зависимостью æ от R;
– показания кондуктометра должны находиться в диапа-
зоне от 0 до 100 10-2 См/м;
– зависимость æ от R должна быть гиперболической (см.
выражение 6.5.1) .
Руководствуясь этими условиями, выберите участок,
соответствующий статической характеристике. Исследуйте
её, если необходимо, более подробно.
Постройте статическую характеристику кондуктометра
æ= f(R).
Задание 3.
Вычислить постоянную ячейки А.
Выполнение опыта.
Вычислите значение постоянной ячейки А для трёх точек,
соответствующих 20, 50 и 80 % диапазона измерений по
формуле (6.5.1).
Постоянную датчика рассчитывают из трёх измерений
путём определения её среднего значения
167
3
321
AAA
A
R
. (6.5.4)
Задание 4.
Построить статическую характеристику кондуктометра
æ=f(æвх).
Выполнение опыта.
Пользуясь вычисленным значением постоянной ячейки А,
переведите соответствующие значения сопротивления
датчика
в УЭП æвх и постройте статическую
характеристику æ = f(æвх).
Задание 5.
Определить метрологические характеристики кондуктометра ЛК–01.
Выполнение опыта.
На основании результатов экспериментов, определите:
– диапазон входных величин;
– диапазон выходных величин;
– чувствительность кондуктометра;
– максимальную абсолютную погрешность;
– максимальную относительную погрешность;
– максимальную приведённую погрешность;
– класс точности прибора.
Задание 6.
Получить массив данных выходного сигнала æ в одной
точке диапазона измерений.
Выполнение опыта.
Проведите 25 измерений выходного сигнала æ
кондуктометра в одной точке диапазона измерений R (по
заданию преподавателя), приближаясь к ней со стороны
больших и меньших значений сопротивлений R.
Рассчитайте математическое ожидание, дисперсию и СКО,
запишите полученные данные в табл. 6.5.2.
168
Таблица 6.5.2
N
æ,
См/м
M, См/м
D, См2/м
2
, См/м
Расчёт математического ожидания, дисперсии и СКО
Контрольные вопросы
1. В чём заключается суть кондуктометрического метода
анализа жидкостей?
2. Что такое постоянная ячейки?
3. Что такое контактная и бесконтактная кондуктомет-
рия?
4. В чём отличие НЧ и ВЧ-кондуктометрии?
5. Расскажите о принципе действия частотного
кондуктометра.
6. Каковы преимущества частотного метода измерения
по сравнению с амплитудным?
7. Каковы источники погрешностей средств измерений,
реализующих контактный кондуктометрический метод?
8. Что такое удельная электрическая проводимость?
9. В каких единицах измеряют удельную электрическую
проводимость?
6.6. Изучение макро- и микроструктуры
композиционных материалов
(оптический метод контроля)
Композиционные материалы – это материалы, обра-
зованные объёмным сочетанием химически разнородных
компонентов с чёткой границей раздела между ними и
характеризующиеся свойствами, которыми не обладает ни
один из компонентов.
Композиционные материалы (или композиты) имеют
металлическую, а чаще неметаллическую основу (её также
169
называют матрицей, связующим) с заданным расположением
в ней упрочнителей или армирующих усиливающих
элементов.
Исследование строения композитов невооружённым
глазом называется макроскопическим методом анализа или
макроанализом.
Строение композиционных материалов, изучаемое при
помощи макроанализа, называется макроструктурой.
Структура (от лат. structura – строение, расположение,
порядок) – совокупность устойчивых связей объекта.
Композиты изучают по двум главным разрезам: поперечному
или торцовому, идущему перпендикулярно поверхности
материала, и радиальному, плоскость которого проходит
вдоль поверхности по всей длине.
Макроскопическое строение композита хорошо видно на
поперечном разрезе материала. Композиционные материалы
различают по составу материала матрицы и уплотнителя. В
качестве матрицы в них на основе пластмасс используют
различные полимеры (вещества, которые состоят из
большого числа элементарных звеньев повторяющейся
структуры), а в качестве наполнителя – хлопчатобумажные
ткани (текстолит), углеродные волокна (углепласты), стекло
или минералы (стеклопласты, асбопласты) и т.д. Композиты
различают также по форме наполнителя: волокниты –
упрочнённые волокнами или нитевидными кристаллами;
дисперсион-но-упрочнённые, в которых наполнитель имеет
вид порошка или дисперсионных частиц; слоистые – состоящие из слоев разнородных материалов.
Микроскопический метод исследования композитов или
микроанализ изучает структуру (строение) материала при
помощи микроскопа на специально приготовленных
образцах, а также при помощи лупы. Строение (структура)
материалов, изучаемое при микроанализе, называется
микроструктурой.
В данной работе применяется один из самых эффективных методов неразрушающего контроля – оптический.
170
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]