Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Тема 1.6 Контроль физических свойств и показателей качества веществ

1 Измерение влажности, вязкости, плотности

2 Методы и приборы для определения состава и показателей качества веществ

Измерение влажности, вязкости, плотности

Средства измерения влажности в газах и твёрдых неметаллических материалах

Содержание влаги в любом теле характеризуется его абсолют­ной или относительной влажностью. Единицей абсолютной влажности является кг/м³, г/м³. Под относительной влажностью j газа понимают отношение массы (объема) водяного пара, заключающегося в 1,0 м³ смеси, к максимально возможной массе (объему) водяного пара в 1,0 м³ при той же температуре. Относительная влажность - величина безразмерная, иногда ее выражают в процентах. Под влажностью W твердых тел понимают отношение массы влаги, содержащейся в теле, к массе влажного материала. Отношение же массы влаги в теле к массе абсолютно сухого материала называют влагосодержанием.

 

Измерение влажности методом точки росы

Метод точки росы заключается в определении температуры, до которой необходимо охладить (при неизменном давлении) газ для того, чтобы довести его до состояния насыщения (точка ро­сы). Зная температуру точки росы t_p и температуру исследуемого газа t, легко определить его относительную влажность

φ = 100pt_p/pt

где pt_p, p_t — давление насыщенного пара соответственно при тем­пературах t_р и t.

Принципиальная схема автоматиче­ского влагомера, в котором используется метод точки росы, при­ведена на рис.1.

Через камеру 6 непрерывно проходит газ I, влажность кото­рого измеряется. В камере находится зеркало 4, изготовленное из металла, с хорошо полированной поверхностью. В тело зеркале вмонтирована термопара 5, соединенная с милливольтметром 1 контролирующим температуру поверхности зеркала. Зеркало охлаждается с помощью распылительной установки 3. На зеркальную поверхность падает световой луч от лампочки 7 и, отразив­шись, попадает на фотоэлемент 8. Если на зеркальной поверхно­сти нет конденсата, значит, ее температура еще не соответствует точке росы. В этом случае сигнал, поступающий от фотоэлемента на усилитель 9, имеет максимальное значение и обмотка реле Р держит разомкнутым контакт К, благодаря чему цепь источника питания Б обесточена, и нагреватель 2 не включен. При этом тем­пература поверхности зеркала падает. Как только температура зеркала достигает значения, при котором пар, содержащийся в газе, начнет конденсироваться (будет достигнута точка росы), от­ражающая способность зеркала ухудшится (зеркало запотеет) фототек от фотоэлемента уменьшится и реле замкнет цепь обо­гревателя 2, после чего температура зеркала начнет повышаться и конденсат испарится; отражающая способность зеркала вновь улучшится, возрастет фототек и т. д.

Шкала вторичного прибора 1, фиксирующего точку росы с по мощью термопары 5, градуируется в процентах относительной влажности.

Рисунок 1 - Принципиальная схема влагомера, основанного на методе точки росы:

I—контролируемый газ; II—вода; 1—милливольтметр; 2 — нагреватель; 3 — распылитель;4 — зеркало; 5 — термопара; 6 — камера; 7 — лампа; 8 — фотоэлемент; 9 — усилитель; Р ~ обмотка реле; К — контакт реле; Б — источник питания.

 

Средства измерения вязкости

Вязкость - это свойство жидкостей и газов, характеризующее их сопротивляемость скольжению или сдвигу. Это один из наиболее важных показателей качества нефтепродуктов, в первую очередь масел. За единицу динамической вязкости в международной системе единиц принята вязкость потока жидкости, в которой линейная скорость под воздействием давления сдвига в 1 Па имеет градиент 1 м/с на 1 м расстояния, перпендикулярного к плоскости сдвига. Эта единица динамической вязкости имеет размерность Па·с (паскаль - секунда). Кинематическая вязкость в Международной системе единиц имеет размерность м²/с.

Капиллярный вискозиметр

Принцип работы капиллярного вискозиметра основан на зависимости гидравлического сопротивления капиллярной трубки от вязкости пропускаемой через нее с постоянным рас­ходом жидкости при постоянной температуре. Возникающий при этом на капилляре перепад давления и является мерой динамиче­ской вязкости. Эта зависимость выражается законом Пуазейля:

 

\

 

 

где r и l — радиус и длина капилляра соответственно, м; Q₀ — объ­емный расход жидкости через капилляр, м³/с; ΔР — перепад давления на капилляре; k — постоянный коэффициент, учитывающий размерности единиц измерения.

Принцип работы прибора показан на рис. 3. Контролируемая жидкость, пройдя фильтр 1, подается дозирующим шестеренчатым насосом 2 в капилляр 4. Насос приводится в действие синхронным электродвигателем 3, что обеспечивает постоянство расхода жидко­сти. Возникающий на капилляре перепад давления измеряется дифманометром 5. Для исключения зависимости показаний прибора от температуры капилляр помещен в масляный термостат 6, температура в котором автоматически стабилизи­руется с высокой точностью. Для возможно­сти изменения пределов измерения прибор снабжен набором калиброванных капилля­ров. Достоинством данного прибора являет­ся непрерывность процесса измерения.

Рисунок 3 - Принципиальная схема капиллярного вискозиметра:

1 — фильтр; 2 — шестеренчатый насос; 3 — электродвигатель; 4 — капилляр; 5 —

дифманометр; 6 — термостат

Шариковый вискозиметр

Шариковый вискозиметр работа­ет согласно закону Стокса, связывающего скорость свободного падения тела (шарика) в жидкости с ее вязкостью:

где ρ_ш — плотность материала шарика, кг/м ; ρ— плотность жидкости, кг/м³; г — радиус шарика, м; v— скорость свободного падения шарика, м/с; g — ускорение свободного па­дения, м/с².

Шариковые вискозиметры — приборы периодического действия (рис. 4). Датчи­ком прибора является вертикально располо­женная трубка 2 из немагнитного материала.

Изнутри трубку перегораживают две сетки 3 и 5, отстоящие одна от другой по высоте. Между ними помещен небольшой стальной шарик 4. Поверх трубки напротив сеток размещены обмотки диф­ференциально-трансформаторных преобразователей. В исходном состоянии шарик находится на нижней сетке.

При включении в работу насоса 1 поток жидкости устремляется вверх и увлекает за собой шарик. В момент достижения шариком верхней сетки во вторичной обмотке верхнего преобразователя наводится ЭДС, так как шарик играет роль сердечника трансфор­матора. Этот сигнал поступает на электронный блок 7, который вы­ключает двигатель 6 насоса и одновременно включает электриче­ский секундомер, который отсчитывает время свободного падения шарика от верхней до нижней сетки, пропорциональное вязкости жидкости.

Для определения положения шарика также удобно использовать индуктивные датчики с дискретным выходным сигналом.

Преобразователь на основе времени падения шарика вычисляет вязкость среды. Этот цикл автоматически повторяется. Термостатирование трубки на схеме не показано.

Рисунок 4 - Принципиальная схема шарикового вискозиметра: 1 — насос; 2 — трубки; 3, 5 — сетки; 4 — шарик;6 — электродвигатель; 7 -электронный блок с электрическим секундомером

 Средства измерения плотности

Плотностью называется отношение массы тела к его объему r = m/ V, где m и V - соответственно масса и объем тела. Единицей плотности в Международной системе единиц (СИ) является кг/м³. Приборы для измерения плотности называются плотномерами.

 

Поплавковые плотномеры

Действие поплавкового плотномера основано на законе Ар­химеда. Чувствительным элементом является поплавок, глубина погружения которого в жидкость обратно пропорциональна ее плотности. На рис. 5 показан широко известный простейший переносной плотномер — ареометр. Отсчет значения плотности ведется по вложенной в стеклянную трубку шкале. Пределы изме­рения зависят от веса поплавка. Ареометры применяют в основном в лабораторных анализах. Их выпускают комплектами в широком диапазоне плотностей. Точность измерения плотности такими при­борами достигает 0,1 кг/м³.

Поплавковые плотномеры подразделяют на приборы с плавающим и погруженным в жидкость поплавком. На рисунке 5 показана принципиальная схема плотномера с плавающим поплавком. Плотномер состоит из основного сосуда 1, в котором плавает металлический поплавок 2. Жидкость по входной трубе 6 поступает в переливной сосуд постоянного напора 5 н далее по трубе 7 - в основной сосуд тоже с переливным устройством. Избыточная жидкость стекает но отводящей трубе 9. На выходном конце подводящей трубы 7 имеются отражательные пластины (на рисунке не показаны), предохраняющие поплавок от завихрений в потоке жидкости. Скорость потока устанавливают при помощи диафрагмы на трубе 7, а также взаимным смещением по вертикали сосудов 1 и 5. Изменение плотности жидкости вызывает перемещение поплавка и связанного с ним сердечника 3 (в первичных катушках 4 индукционного моста 11). Таким образом, различной плотности измеряемой жидкости соответствует разная глубина погружения поплавка, а следовательно, и положение сердечника в индукционных катушках электрического преобразователя, которое приводит к изменению сигнала, передаваемого на вторичный прибор. Вторичный прибор 10 (показывающий или регистрирующий) градуируется в единицах плотности. Температурная компенсация осуществляется термометром сопротивления 8, включенным в мостовую схему. Погрешность плотномеров с плавающим поплавком составляет порядка ±1 %.

Рисунок 5 - Плотномер с плавающим поплавком

 

Резонаторные плотномеры

В резонаторных плотномерах плотность жидкости можно измерять через ее массу при постоянном объеме. Такие плот­номеры подходят для поточного анализа. Поточный анализатор плотности легко реализовать на базе кориолисового расходомера. При измерении плотности используется соот­ношение между массой и собственной частотой колебаний сен­сорной трубки.

В рабочем режиме задающая катушка (рис. 6) питается от преобразователя, при этом сенсорные трубки колеблются с их собственной частотой. Как только масса измеряемой среды увели­чивается, собственная частота колебаний трубок уменьшается; со­ответственно, при уменьшении массы измеряемой среды собствен­ная частота колебаний трубок увеличивается.

Частота колебаний трубок зависит от их геометрии, материала, конструкции и массы. Масса состоит из двух частей: массы самих трубок и массы измеряемой среды в трубках. Для конкретного ти­поразмера сенсора масса трубок постоянна. Поскольку масса из­меряемой среды в трубках равна произведению плотности среды и внутреннего объема, а объем трубок является также постоянным для конкретного типоразмера, то частота колебаний трубок может быть привязана к плотности среды и опреде­лена путем измерения периода колебаний

Частота колебаний измеряется выходным детектором в циклах в секунду (Гц). Период колебаний, как известно, обратно пропорци­онален частоте. Измерить время цикла легче, чем считать количество циклов, поэтому пре­образователи вычисляют плотность измеряе­мой жидкости, используя период колебаний трубок в микросекундах. Плотность прямо пропорциональна периоду колебаний сен­сорных трубок.

При невозможности применения поточных плотномеров при­меняют погружные плотномеры. В подобных приборах измеряется резонансная частота вибрации камертона, погружаемого в жид­кость. Такие приборы оснащаются системой температурной кор­рекции, работают в ограниченном диапазоне вязкости измеряемой жидкости.

 

Рисунок 6 - Непрерывный поточный весовой плотномер на основе кориолисового расходомера

 

2 Методы и приборы для определения состава и показателей качества веществ

Оптические концентратомеры

Оптические методы анализа раз­нообразны. Они основаны на использовании явлений, связанных с прохождением светового потока через растворы. Эти методы бес­контактные, что обеспечивает высокую надежность анализаторов.  

Фотоколориметры

Принцип работы фотоколориметров основан на сорбционно-оптическом методе, в котором используется свойство раство­ров поглощать световой поток в зависимости от их концентрации. Фотоколориметры работают в видимой части спектра оптического излучения. Пропущенный через раствор световой поток с началь­ной интенсивностью Ф₀ ослабляется до значения Ф в результате частичного поглощения его раствором. Связь между интенсивно­стью ослабленного потока и концентрацией С раствора для моно­хроматического излучения (т. е. для определенной длины волны α) выражается через закон Бугера—Ламберта—Бера:

где ε_λ — коэффициент поглощения светового излучения раствором (для данной λ); l — толщина слоя раствора.

Фотоколориметры применяют для измерения концентрации окрашенных растворов, в том числе степени осветленности светлых нефтепродуктов. Один из вариантов схемы фотоколориметра пока­зан на рис. 6. Свет от источника 1 призмой 2 и зеркалами 3 и 4 делится на два потока. Один из них проходит через проточную из­мерительную кювету 5 с анализируемым раствором, а второй — че­рез сравнительную кювету 6, заполненную эталонным раствором. Монохроматизм светового излучения обеспечивается установкой перед кюветами соответствующих светофильтров. Световые пото­ки попадают на фоторезисторы 7 и 8 мостовой измерительной схе­мы. Мост уравновешен при начальной измеряемой концентрации в кювете 5, когда поглощение светового потока обеими кюветами одинаково.

Изменения светопоглощения контролируемым раствором в за­висимости от его концентрации вызывает изменение освещенно­сти фоторезистора 7, т. е. его сопротивления. Возникшее на выходе моста напряжение после его усиления в усилителе 9 измеряется прибором 10. Шкалу можно проградуировать в единицах концен­трации или в условных единицах.

Рисунок 11 - Фотоколориметр:

1 — источник света; 2 — призма; 3,4 — зеркала; 5, 6 — измерительная и сравни­тельная кюветы соответственно; 7,8 — фоторезисторы; 9 — усилитель; 10 — измерительный прибор

 

Тема 1.6 Контроль физических свойств и показателей качества веществ

1 Измерение влажности, вязкости, плотности

2 Методы и приборы для определения состава и показателей качества веществ