Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы управления технологическими процессами. Учебное пособие для студентов 3 и 4 курсов направлений подготовки 151000, 222900, 240100, 240700, 2410.pdf
ва. Для воспламенения этой смеси во взрывной камере создаётся периодически искра.
Индикация взрыва осуществляется по давлению детектирующим
устройством, которое подаёт электрический сигнал в систему сигнализации. Анализируемый воздух, очищенный от механических примесей,
просасывается под действием разряжения, создаваемого эжектором.
Постоянное соотношение расходов обогащающего газа и анализируемого воздуха обеспечивается регулятором давления. Об
огащённая
смесь поступает в камеру взрыва и через эжектор выбрасывается в атмосферу. Взрыв фиксируется датчиком давления. Сигнальное содержание ±20% от НПВ. Основная погрешность ±10% от НВП.
В сигнализаторе обеспечивается периодическая с интервалом
в 30 мин автоматическая проверка на взрываемость. В качестве горючего газа применяют один из следующих газов или горючие смеси этих
в: водород, метан, этан, этилен, пропан, пропилен, ацетилен, бутан,
газо
бутилен, дивинил, моновинил-ацетилена чистотой не менее 95%.
6.2. АНАЛИЗАТОРЫ АЭРОЗОЛЕЙ
Предназначены для непрерывного измерения дымности. Могут
применяться для определения эффективности пылеулавливающих
установок.
Конструктивно прибор является одноканальным фотометром;
действие его основано на измерении ослабления светового потока,
прошедшего через контролируемую среду. Приделы измерения
0…50% дымности. Основная относительная погрешность ±5% от диапазона измерения.
6.3. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ
ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И
ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ
6.3.1. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ
ИОНОМЕРНЫЕ ПРИБОРЫ
Электрохимические потенциометрические приборы предназначены для измерения активности ионов в растворах электролитов и окислительно-восстановительных потенциалов (Еh) различных сред. Основой потенциометрического метода является зависимость потенциала
электрода от активности ионов электрода в растворе. Измерение производится электродной парой, состоящей из измерительного и сравнительного электродов. Потенциал измерительного электрода меняется
131
в зависимости от измеряемой величины, потенциал сравнительного
электрода постоянный.
Активность ионов водорода характеризует кислотные или щелочные свойства водных растворов и определяется водородным показателем рН. Чистая химически нейтральная вода имеет рН = 7 при температуре 22 °С, у кислых растворов по ЭДС между измерительным и
сравнительным электродами.
Окислительно-восстановительный потенциал Eh измеряется с помощью элект
родной системы, состоящей из платинового измерительного и сравнительного выносного электродов. При погружении электродной системы в раствор на платиновом электроде возникает потенциал, определяющий окислительно-восстановительную способность
контролируемой среды.
Потенциометрический иономерный прибор состоит из чувствительного элемента, измерительного преобразователя и вторичного
прибора.
Чувствительные элементы и преобразователи. Для измер
ения
рН промышленностью выпускаются чувствительные элементы, укомплектованные измерительным и сравнительным электродами и дополнительными устройствами, обеспечивающими контакт с анализируемым раствором. По конструктивному исполнению чувствительные
элементы делятся на погружные и магистральные. Чувствительные
элементы комплектуются измерительными стеклянными и сравнительными электродами.
Преобразователи выпускаются без показывающего вторичного
прибора (П-201, П-205) и с по
казывающим прибором (П-201.1,
П-205.1) типа М1730А.
Преобразователи имеют выходные сигналы 0…5 мА, 0…100 мВ
или от 0 до любого значения в диапазоне 10…100 мВ. Дополнительный сигнал 0…10 В. Основная относительная погрешность измерения
для выходного дополнительного сигнала 0…10 В до ±6%
6.3.2. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЕ
АНАЛИЗАТОРЫ
Кондуктометрический метод анализа основан на зависимости
удельной электрической проводимости от количества и природы содержащихся в растворе веществ. По типу чувствительного элемента
(измерительной ячейки) методы измерения электрической проводимости делятся на контактные и бесконтактные.
132
6.3.3. КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТНЫЕ СОЛЕМЕРЫ,
КОНЦЕНТРАТОМЕРЫ И КОНДУКТОМЕРЫ. СИГНАЛИЗАТОРЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ЖИДКОСТЕЙ
Чувствительный элемент контактных кондуктометрических анализаторов представляет собой электродную ячейку, погруженную
в контролируемый раствор, с помощью которой измеряется его электрическая проводимость, зависящая от состава и количества находящихся в нём веществ. Двухэлектродные ячейки применяют для анализа чистых разбавленных растворов с удельной электрической проводимостью до 10
–5
См/м и в сигнализаторах, когда не требуется высо-
кой точности измерения. В трёхэлектродной ячейке внешние электроды соединены между собой и вместе с внутренним электродом образуют две параллельно включённые двухэлектродные ячейки. В этой
ячейке мало сказываются внешние наводки. В четырёхэлектродной
ячейке переменное напряжение подводится к двум крайним электродам, между к
оторыми в растворе протекает ток. Два внутренних электрода служат для измерения падения напряжения, которое создаёт ток
на участке раствора между ними. Четырёхэлектродные ячейки применяют для анализа чистых растворов с удельной электрической проводимостью 10
–2
…10 См/м.
Солемер типа РЭС-106 предназначен для измерения содержания
солей в насыщенном паре одновременно в двух точках. Измерение
электрической проводимости производится по схеме моста переменного тока, в котором электроды первичного преобразователя шунтируют
одно из плеч моста, создавая разбаланс в зависимости от содержания
солей. Пределы измерения по условному солесодержанию 0…4 мг/кг.
Основная относи
тельная погрешность ±1% от верхнего предела измерения. Давление пара 11 МПа, температура 100 °С. Пар через паро-
заборное устройство щелевого типа подаётся в дегазационный холодильник, где осуществляется его дегазация и охлаждение до 100 °С.
Парозаборное устройство устанавливается на вертикальном участке
паропровода, по которому поток пара направлен вниз. Диаметр отверстия для ег
о установки в паропроводе равен 40 мм.
6.3.4. КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЕ БЕСКОНТАКТНЫЕ
КОНЦЕНТРАТОМЕРЫ И КОНДУКТОМЕРЫ
Чувствительный элемент представляет собой замкнутую трубу,
заполненную анализируемым раствором, на которой установлены тороидальные обмотки первичного трансформатора Тр1 и измерительного трансформатора Тр2 (рис. 6.6). Ток в первичной обмотке 1 первичного трансформатора создаёт в сердечнике магнитный поток, который
наводит ЭДС1 в замкнутом жидкостном витке.
133
C
κ
1
2
3
Рис. 6.6. Схема чувствительного
элемента бесконтактного
низкочастотного анализатора
с жидкостным витком
Рис. 6.7. График зависимости
удельной электропроводности и
концентрации растворов:
1 – для раствора H
3 – для CH
; 2 – для KOH;
2SO4
COOH
3
Жидкостный виток является вторичной обмоткой для первичного
трансформатора и первичной для измерительного. Сила тока, протекающего в растворе, пропорциональна электрической проводимости
раствора, поэтому ЭДС2, наводимая во вторичной обмотке II измерительного трансформатора Тр2, зависит от силы тока, т.е. от электрической проводимости анализируемого раствора. Величина ЭДС2 измеряется с помощью обмотки III компенс
ационным методом. Бесконтактные
кондуктометрические анализаторы применяются для растворов с удельной электрической проводимостью 1…100 См/м, содержащих взвеси,
склонных к плёнкообразованию, кристаллизации и выпадению осадка.
Недостатком описанных солемеров является нелинейная зависимость
проводимости растворов от концентрации с ростом температуры.
Для примера приведены качественные кривые на рис. 6.7.
6.3.5. ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ –
ИЗМЕРИТЕЛЬ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ПРОНИЦАЕМОСТИ ВЕЩЕСТВА
Действие диэлькометрического преобразователя основано на зависимости диэлектрической проницаемости от свойств контролируемой среды и химического состава. Применение преобразователя целе-
134
сообразно в том случае, когда компоненты среды значительно различаются по диэлектрической проницаемости. Преобразователь представляет собой конденсатор, в котором контролируемая среда является
диэлектриком.
6.3.6. ДЕПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ АНАЛИЗАТОР
ОСТАТОЧНОГО ХЛОРА
Действие деполяризационных анализаторов основано на измерении напряжения, создаваемого током, который протекает в цепи электролита, вследствии деполяризации электрода электрохимически
активным веществом.
6.3.7. ИНФРАКРАСНЫЙ АНАЛИЗАТОР ЖИДКОСТЕЙ
Действие анализатора основано на свойстве жидкого раствора избирательно поглощать инфракрасное излучение в области спектра
1,0…4,5 мкм. Выделение требуемого участка спектра излучения для
измерения содержания определённого компонента осуществляется
с помощью интерференционных светофильтров. Толщина слоя контролируемого раствора может быть установлена от 1 до 60 мм.
6.3.8. РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИЕ АНАЛИЗАТОРЫ
СОСТАВА ЖИДКОСТЕЙ
Действие рефрактометров основано на зависимости между показателем преломления света и составом или свойством жидкости и сводится к измерению показателя преломления света при переходе его
из одной среды в другую. Показатель преломления определяется по углу
наименьшего отклонения светового луча в стеклянной призме, заполненной контролируемой жидкостью. В промышленных рефрактометрах
применяется д
ифференциальная оптическая схема измерения, в которой
коэффициент преломления контролируемой жидкости сравнивается
с показателем преломления эталонной жидкости. Рефрактометры могут
быть использованы для измерения состава при однозначной зависимости между показателем преломления и концентрацией.
6.3.9. АКУСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СОСТАВА ЖИДКОСТЕЙ
Действие анализатора основано на зависимости времени прохождения акустического сигнала через контролируемую среду от измеряемого параметра.
135
Анализатор жидких сред акустический типа АСА-2 предназна-
чен для определения состава любых жидких сред при однозначной
зависимости времени задержки акустического импульса от измеряемого параметра при отсутствии газовых включений в контролируемой
жидкости. Анализатор имеет взрывозащищённое исполнение.
6.3.10. НЕФЕЛОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР – МУТНОМЕР
Нефелометрические анализаторы применяются для контроля
содержания взвешенных частиц в прозрачных жидкостях. Действие
нефелометрических анализаторов основано на измерении интенсивности светового потока, рассеянного частицами, взвешенными в контролируемом растворе.
6.3.11. АНАЛИЗАТОРЫ СОДЕРЖАНИЯ МЕТАЛЛОВ
В РАСТВОРАХ
Действие анализаторов основано на определении содержания ионов металлов в контролируемой среде различными физическими методами. Приборы имеют различное конструктивное исполнение.
6.4. ХРОМАТОГРАФЫ И МАСС-СПЕКТРОМЕТРЫ
Хроматографы и масс-спектрометры являются наиболее совершенными средствами для анализа веществ. Хроматографы предназначены для качественного анализа газовых и жидких смесей и позволяют
вести технологический процесс по качественным показателям, массспектрометры – для определения изотопного и молекулярного состава
веществ независимо от их химических и физических свойств.
6.4.1. ХРОМАТОГРАФЫ
Действие хроматографов основано на разделении анализируемой
смеси на составляющие её компоненты в результате адсорбционных
процессов, происходящих при движении смеси вдоль слоя сорбента,
располагаемого в специальных хроматографических колонках или за
счёт различной растворимости компонентов. Выделение отдельных
компонентов и определение их количества осуществляется специальным детектором, выходной сигнал которого пропорционален содержанию анализируемого компонента. Детект
ор характеризуется чувствительностью определения компонента, которая выражается в мВ⋅см³/мг.
Выходной сигнал с детектора подаётся на электронный автоматический
потенциометр, записывающий хроматограмму, состоящую из ряда пиков, каждый из которых соответствует определённому компоненту
136
анализируемой смеси. Площадь пика пропорциональна процентному
объёмному содержанию компонентов в смеси (% объёмных долей).
Газовые хроматографы. Доза анализируемого газа вводится до-
затором в хроматографическую колонку в поток газа носителя, который транспортирует её вдоль неподвижного сорбента. В результате
этого скорость движения газов меняется в соответствии со степенью
поглощения сорбентом каждого газа. Чем боль
ше сорбируемость газа,
тем больше торможение и меньше его скорость движения. С течением
времени в силу различия в скоростях газы отделяются друг от друга.
Проба продувается через слой сорбента при помощи газоносителя.
При постоянном расходе газа носителя и постоянной температуре время выхода из хроматографической колонки компонента всегда постоянно, по
этому может быть установлена определённая очерёдность выхода компонентов, которая является качественным показателем при
хроматографическом анализе. Каждый из компонентов определяется
с помощью детектора.
Универсальные хроматографы. Хроматографы предназначены
для определения состава многокомпонентных смесей газов, паров и
жидкостей методом адсорбционных процессов.
Хроматограф промышленный универсальный ХПУ-2 предназначен для анализа сложных органических и неор
с температурой кипения до 250 °С. Предел обнаружения по угле-
водородам может быть в зависимости от типа детектора 1⋅10
–3
мг/см³. Характер анализируемой среды указывается при заказе.
1⋅10
ганических смесей
–6
или
6.4.2. МАСС-СПЕКТРОМЕТРЫ
Масс-спектрометрический метод анализа является наиболее совершенным в определении изотопного и химического состава веществ
независимо от их химических и физических свойств. Он даёт возможность определить содержание многих компонентов сложных смесей,
обеспечивая при этом высокую скорость проведения анализа. В процессе анализа молекулы исследуемого вещества ионизируются электронами, эмитируемыми накалённым катодом, фокус
ируются в узкий
пучок системой электрических линз, ускоряются в электрическом поле
ускоряющего электрода и улавливаются коллектором электронов.
Состав ионного пучка соответствует молекулярному составу анализируемой газовой смеси. Под действием поперечного магнитного поля
поток разделяется на ионные лучи, отличающиеся отношением масс
ионов к их зарядам, которые затем попадают на коллектор. В цепи
коллектора ио
ны различной массы создают электрические токи, кото-
рые после предварительного усиления измеряются и записываются
137
электронным регистрирующим прибором. При постепенном изменении напряжённости магнитного поля записывается спектр ионных токов или масс-спектр, характеризующий молекулярный состав исследуемого вещества. Для проведения количественного анализа необходима предварительная градуировка масс-спектрометра по каждому из
компонентов, наличие которых предполагается в исследуемом веществе. Конструкция масс-спектрометра состоит из аналитической и изме-
тельной частей. В аналитической части создаётся, формируется и
ри
разделяется ионный пучок по массам. Измерительная часть предназначена для питания источников ионов и системы напуска стабилизаторным напряжением, для измерения и регистрации ионных токов, измерения давления в вакуумной системе, индикации массовых чисел и т.д.
Согласно ГОСТ 12862–81
*
по назначению масс-спектрометры подраз-
деляют на три типа: МХ – для анализа химического состава; МИ – для
изотопного анализа; МС – для исследования структуры и свойств веществ. Масс-спектрометры типа МС применяют в основном при научных исследованиях в лабораторных условиях. Масс-спектрометры устанавливают в вентилируемом помещении, защищённом от интенсивных по
токов воздуха, при температуре 10…30 °С и относительной
влажности до 80%. В помещении должны быть подвод и отвод охлаждающей воды, а также трубопроводы для выпуска газа в атмосферу
из фотовакуумных насосов.
6.4.3. МАСС-СПЕКТРОМЕТРЫ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА
Масс-спектрометры предназначены для дискретного анализа изотопного состава газов и твёрдых веществ в промышленных условиях.
Анализ любых элементов периодической системы производится однолучевым методом, двухлучевым методом – элементов, относительная
разность масс изотопов которых составляет 0,36…2,00% . Аналитические возможности масс-спектрометра лучше всего реализуются при
измерении содержания изотопов, массы которых больше 80.
138
7. КОНТРОЛЬ ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ
В ГАЗОВЫХ СРЕДАХ, ТВЁРДЫХ, СЫПУЧИХ
И ПАСТООБРАЗНЫХ ВЕЩЕСТВАХ
В данном разделе изложены основные принципы контроля и автоматического управления влагосодержанием в газообразных, сыпучих, пастообразных и твёрдых веществах, описаны основные способы
и принципы контроля влагосодержания, классы приборов, применяемых в промышленности в цепях автоматического и полуавтоматического управления влагосодержанием, типовые конструкции датчиков и
приборов контроля влагосодержания, приведены примеры промышленных пр
недостатки различных типовых схем контроля и автоматического
управления влагосодержанием в различных системах.
прямые и косвенные. Здесь необходимо отметить, что вариантов классификаций и разбиения на группы может быть очень много. Классификация
зависит, в том числе и от за
делении системы на фазы с последующим взвешиванием каждой или
одной из фаз. Примером такого способа может служить высушивание
материала со взвешиванием продукта (с той или иной степенью точности) до и после сушки. Такой способ позволяет напрямую оп
влагосодержание в материале в процентах с заданной степенью точности. Для построения автоматизированных цепей управления (АСУ)
такой способ контроля влагосодержания технически очень трудноприменим, поэтому, как правило, не используется для этого.
держанием используются косвенные способы контроля. Они основаны
на измерении какого-либо легко измеряемого параметр
связанного с влагосодержанием.
определения влагосодержания в газовых смесях и способы определения
влагосодержания в твёрдых, сыпучих и пастообразных веществах.
но отнести следующие:
иборов контроля влагосодержания. Указаны достоинства и
Все способы определения влагосодержания можно разделить на
дач, которые необходимо решить, проводя её.
Прямые способы определения влагосодержания основаны на раз-
ределить
Для построения автоматизированных цепей управления влагосо-
а, однозначно
Все косвенные способы в свою очередь можно разделить на способы
К способам определения влагосодержания в газовых смесях мож-
1) «по точке росы»;
2) психрометрический;
139
3) гидрофильные;
4) с использованием инфракрасных преобразователей;
5) различные другие.
К способам определения влагосодержания в твёрдых, сыпучих и
пастообразных веществах можно отнести следующие:
1) кондуктометрический;
2) диэлькометрический;
3) высокочастотный;
5) многопараметрический;
4) с использованием радиочастотных преобразователей.
Многие из названных способов в свою очередь можно разделить
на группы, некоторые из которых условно делятся на подгруппы.
Общая сх
ема разбиения на группы и подгруппы приведена на рис. 7.1.
Следует отметить, что приведённая на рисунке классификация
не является полной и всеохватывающей. В ней представлены только
наиболее часто встречающиеся в производстве и быту способы, которые могут быть использованы для построения АСУ.
Рассмотрим представленные способы более подробно.
140
Рис. 7.1. Способы определения влагосодержания