Технические измерения и приборы. Вопрос Преобразователи механических величин и системы дистанционной передачи
![]()
|
Оптические методы анализа.Принцип действия этих методов основан на взаимосвязи оптических свойств среды с ее составом. К оптическим методам относят: Колориметрический. Поляриметрический. Рефрактометрический. Нефелометрический и турбидометрический. Люминесцентный (флуоресцентный). Колориметрический метод анализа.Основан на измерении степени поглощения лучистой энергии окрашенными растворами. Уравнение Ламберта-Берра характеризует явление поглощения: ![]() Оптическая плотность: ![]() Различают визуальную и фотоколориметрию. В визуальной колориметрии используют два раствора, анализируемый и сравнительный. При этом достигают одинаковой D путем изменения толщины просвечиваемого слоя: ![]() ![]() ![]() Л – лампа накаливания СФ – светофильтр Э – кювета с эталонным раствором Р – кювета с рабочим раствором Ф – фотоприемник. Пусть выходной сигнал ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Пусть выходной сигнал ![]() ![]() ![]() ![]() если ![]() ![]() Компенсация бывает электрической и оптической. М ![]() ост все время балансируется. РД перемещает оптический клин. ![]() Проще реализуется первая схема, но она менее точна, т.к. на результат измерения будет влиять характер статической характеристики фотоприемника в рабочем канале. Во второй схеме Ф освещается одним и тем же лучом света, т.к. большее число элементов охвачено обратной связью, исключается погрешность нестабильности Ф, но реализация сложнее. Н ![]() едостатком обеих схем является наличие двух фотоприемников, которые различаются по своим характеристикам, поэтому используют схему с одним источником света и фотоприемником. М – диск с отверстиями, который вращается с помощью СД, т.е. он создает прерывистый поток лучистой энергии ОК – обратный преобразователь, перемещаемый РД. Поляриметрический метод анализа.Принцип действия основан на зависимости угла вращения плоскости поляризации плоскополяризованного света от концентрации в растворе оптически-активных веществ (способных поворачивать плоскость поляризации, они отличаются неоднородностью кристаллической структуры – растворы сахара, масла, жиры). Оптическая активность вещества определяется: ![]() ![]() ![]() ![]() С – концентрация оптически активного вещества ![]() Естественный свет представляет собой колебательное движение фотонов, равномерное во всех направлениях. Е ![]() сли пропустить такой свет через кристалл вещества (кварц, кальцит, исландский шпат), то световые колебания на выходе этих веществ совершаются в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Из исландского шпата изготавливают специальные призмы, которые поглощают одну из составляющих и пропускают свет с колебательными движениями в одной плоскости. Такой свет называется плоскополяризованным. Чем больше повернута плоскость поляризации, тем больше освещенность. П – поляризатор А – анализатор. ![]() П – подвижный компенсатор М – основан на магнитно-оптическом эффекте Фарадея: некоторые прозрачные и полупрозрачные вещества способны поворачивать плоскость поляризации под действием внешнего магнитного поля. Угол поворота определяется формулой: ![]() ![]() Н – напряженность магнитного поля ![]() ![]() Чтобы увеличить ![]() Рефрактометрический метод анализа.Принцип действия основан на зависимости показателя преломления среды от ее состава. «Рефрактус» – преломленный (лат.). Явление преломления заключается в отклонении светового луча от первичного направления на границе раздела двух сред с различной плотностью, это обусловлено различием в скоростях распространения света. ![]() ![]() ![]() Различают абсолютный и относительный показатели преломления. Абсолютный: ![]() ![]() В – вакуум, С – среда; т.к. ![]() Относительный: ![]() Показатель преломления зависит от температуры и длины волны света, поэтому пользуются монохроматическим излучением. ![]() ![]() Показатель преломления связан с плотностью вещества, причем эта функция: ![]() ![]() молекулярная рефракция ![]() М – молярная масса. Определение R может осуществляться двумя методами: Спектрометрический. Метод полного внутреннего отражения. С ![]() Если Р и Э одинаковые по плотности, то луч проходит прямолинейно, не отклоняясь, если нет, то луч отклоняется. ![]() Д – диафрагма. П – зеркальная пластина, ее плотность зависит от угла поворота. Она разделяет луч – часть пропускает, а часть отражает. Она является обратным преобразователем и связана с РД. РД поворачивает П до тех пор, пока освещенность обоих Ф не будет одинаковой. Недостаток – невозможно анализировать непрозрачные растворы. Для устранения этого недостатка применяют второй метод. Метод полного внутреннего отражения. П ![]() ![]() Если угол больше ![]() В качестве среды с высоким n используют кварцевые призмы. П ![]() Ф2 – подвижный фотоэлемент Ф1 – неподвижный фотоэлемент Ф должны быть освещены одним образом. КП – кварцевая измерительная призма Нефелометрические и турбидиметрические методы анализа.Эти методы используются для измерения концентрированных дисперсных веществ (твердая фаза в жидкой, суспензии, аэрозоли). Широко применяются в водоподготовке. Такие дисперсные смеси называются мутными, т.е. луч света в них рассеивается. Мутность твердой дисперсной смеси зависит от соотношения ![]() Если размер частицы > ![]() Если размер частицы < ![]() I1 – проходящий свет I2 – рассеянный свет. Явление светорассеяния изучал Реслей. ![]() К – зависит от природы частиц С – концентрационная твердость частиц V – объем частицы ![]() Недостаток – мало используется из-за сложности определения объема частиц неправильной формы. Для проходящего света: ![]() r – радиус частиц l – длина призмы К, ![]() Люминесцентный метод анализа.Известно, что энергия поглощения атомов может выделятся не только в раскаленном состоянии, но и при низких температурах. Явление свечения вещества, под действием поглощаемой энергии называют люминесценцией, а вещество – люминофором. Основные закономерности выражаются двумя характеристиками: спектральной характеристикой излучения и возбуждения, выход флуоресценции. Существует правило Стока – характеристика излучения сдвинута в более длинноволновую область, чем характеристика поглощения. Облучать можно в невидимом свете (ультрафиолет), а светится будет в видимом свете: ![]() В – поглощаемая доля падающего излучения. l – толщина излучающего слоя с – концентрация люминофора ![]() U1 – излучаемая энергия U2 – поглощаемая энергия ![]() СФ должен быть черным, т.к. он предназначен для УФ излучения. |