Технические измерения и приборы. Вопрос Преобразователи механических величин и системы дистанционной передачи
 Скачать 4.5 Mb.
|
Индуктивные ячейки.Плотность тока внутри раствора распределяется неравномерно, максимальная плотность тока – у поверхности, а минимальная – внутри. При анализе таких схем неравномерное распределение тока заменяется равномерным, но простирается от поверхности на глубину  - глубина проникновения тока.  - абсолютная магнитная проницаемостьДля вывода статической характеристики используют электрические схемы замещения. Наибольшее распространение получила следующая схема:  Е – источник напряжения Контур I моделирует саму катушку индуктивности. Контур II моделирует параметры раствора электролита. Взаимосвязь между контурами осуществляется с помощью взаимоиндукции. Воспользуемся законом Кирхгофа. Для первого контура  Для второго контура  Решим эту систему относительно I1:   - приведенная активная составляющая - приведенная индуктивная составляющая носит экстремальный характер и достигает максимума, когда  Обозначим   Левый склон графика охватывает высокие концентрации. Индуктивные датчики используют для измерения высококонцентрированных растворов электролитов. Емкостные и индуктивные датчики включают в схемы высокочастотных колебательных контуров. С  хема измерения активной высокочастотной проводимости:БС – блок сравнения СХ – датчик (емкостной) Г – высокочастотный генератор В этой схеме использован дифференциальный способ измерения, т.е. есть рабочий и сравнительный контура. С3 и С4 – буферные конденсаторы. При начальной концентрации раствора электролита Г настраивают в резонанс с рабочими колебаниями контура СХL1, а сравнительный контур С2L2 настраивают в резонанс с помощью конденсатора С2. На БС при этом настраивают ноль. При изменении концентрации изменяется добротность колебательного контура:  , т.е. резонансный пик изменит свою высоту. Чем выше добротность, тем уже резонансный пик.Схема измерения реактивной высокочастотной проводимости. Это схема на биениях, которые получаются при складывании двух синусоид сигналов, возникающих при частоте биения.  Частота рабочего генератора РГ зависит от СХ. См – смеситель Чм – частотомер Ф – фильтр, выделяющий разностную частоту. Эта схема предназначена для измерения эквивалентной емкости датчика. При начальной концентрации раствора электролита ОГ подстраивают на начальную частоту биений. При изменении СХ изменяется частота РГ и частота биений, которая является выходным сигналом и измеряется ЧМ. Газовый анализ.Приборы – газоанализаторы. Делятся на: механические термокондуктометрические термохимические магнитные электрохимические оптические Механические газоанализаторы.Основаны на измерении молекулярно-механических параметров состояния и свойств газовой смеси. Наиболее распространены объемно-поглотительные. Их действие основано на поглощении одной или нескольких составляющих частей газовой смеси каким-либо веществом, вступающим с ними в химическое взаимодействие.  1 – дозатор 2 – релаксационная ячейка 3 – фильтр от паров поглотителя 4 – преобразователь объема газа 5 – измерительный прибор 6 – командный прибор Определяемая порция газа отмеряется дозатором и принудительно проталкивается через 2, которая заполнена раствором, вступающим в химическую реакцию с данным анализируемым компонентом, т.е часть объема поглощается в 2. Далее оставшийся газ проходит через 3 и поступает на 4, где происходит насыщение. Широко используется за рубежом (высокая точность при правильно подобранном растворе). Термокондуктометрические газоанализаторы.Принцип действия основан на измерении теплопроводности анализируемой газовой смеси. Теплопроводность смеси подчиняется принципу аддитивности:  Метод не избирательный. Предназначен для анализа тех компонентов, теплопроводность которых резко отличается от других (водород). Поэтому многокомпонентную смесь можно представить псевдобинарной.   сама теплопроводность зависит от температуры  .У различных компонентов может быть различный  .Т  емпературный режим тщательно подбирается. Измерительная ячейка представляет собой измерительную полость, внутри которой расположен нагревательный элемент, который является одновременно и термометром сопротивления. Анализируемый газ пропускают внутри этой полости. Т.о. тепло от нагревательного элемента к стенке передается через слой газа. Для уменьшения рассеяния тепла, передаваемого лучеиспусканием, нагревательный элемент имеет температуру не более 200С. Для уменьшения доли тепла, передаваемого за счет конвекции обеспечивают ламинарный режим движения газа. Доля тепла передаваемого теплопроводностью достигает 70%.Камера сверлится и имеет диаметр от 4 до 100мм и длину до 100мм. Нагревательный элемент выполняют из платиновой проволоки диаметром 0,02 – 0,05мм.Ч  RР увствительные элементы включают в схемы неравновесных мостов. В качестве измерительных схем получили распространение компараторы. Компаратор содержит 2 неравновесных моста: I – рабочий, II – сравнительный. Ячейки R1 и R3 протачиваются и через них пропускают анализируемую газовую смесь. R2 и R4 – глухие и заполнены газовой смесью с содержанием анализируемого компонента в начале шкалы. Второй мост состоит только из глухих камер. R5 и R7 заполнены газовой смесью с конечным содержанием компонента. R6 и R8 заполнены газовой смесью с начальным содержанием компонента. Второй мост разбалансирован на всю шкалу. Выходной сигнал первого моста уравновешивается падением напряжения на реохорде RР.  Для исключения влияния изменения напряжения питания нужны компараторы. Кроме водорода они используются для измерения концентрации гелия, метана и двуокиси углерода. Термохимические газоанализаторы.Принцип действия основан на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления анализируемого компонента. Применяется для измерения концентрации горючих компонентов в избытке кислорода. Используется в качестве сигнализатора взрывоопасных концентраций. Датчики могут быть двух типов: Реакция происходит на гранулированном катализаторе, а температура измеряется самостоятельным термометром сопротивления (дешевый, высокая инерционность). Реакция происходит на поверхности каталитически активной платиновой нити, являющейся термометром сопротивления (низкая инерционность, дорогой в эксплуатации) Р  ассмотрим схему на основе сигнализатора СВК-3М. Он одноканальный. Рот – ротаметр Э – эжектор РБ – релейный блок ИПС – источник стабилизированного питания У – управление Анализируемую газовую смесь пропускают с постоянной скоростью, которая контролируется ротаметром. Газ проходит через трехходовой кран. С помощью «контроля» проверяют изношенность катализатора. Вся схема подключена к баллону с известной концентрацией. Если показания отличаются , то следует заменить катализатор. Левый мост содержит два термометра сопротивления в смежных плечах. Один находится внутри реакционной камеры. а другой в измеряемой среде. С помощью RР устанавливается предел срабатывания РБ. Магнитные газоанализаторы.Магнитные свойства веществ проявляются в их способности намагничиваться под действием внешнего магнитного поля. I – интенсивность намагничивания.  где М – напряженность магнитного поля, Х – объемная магнитная восприимчивость вещества. Различные газы обладают различными магнитными свойствами. Ряд газов имеют: Х < 0 – диамагнитные – они выталкиваются из магнитного поля. Х > 0 – парамагнитные – втягиваются в магнитное поле.  - принцип аддитивностиКислород обладает аномально высокими парамагнитными свойствами. Х зависит от температуры и давления.  С ростом температуры магнитные свойства уменьшаются. В магнитных газоанализаторах используют принцип термомагнитной конвекции. В зависимости от способа теплообмена различают ячейки с внутренней и внешней конвекцией. С  внутренней конвекцией.Ячейка представляет собой полое кольцо с горизонтальным каналом. Газ с постоянной скоростью проходит внутри кольца. Холодные молекулы кислорода втягиваются в магнитное поле, но вместе с тем сразу попадают в зону высокой температуры, создаваемую спиралью и теряют свои магнитные свойства, а следующие за ними холодные молекулы начинают проталкивать уже нагретые вдоль горизонтального канала. При этом тепло из секции R1 передается к секции R2. Недостаток – низкая чувствительность спирали. Выходной сигнал зависит от расположения датчика в пространстве. Измерительные ячейки с внешней конвекцией. Они делятся на три вида. Я  чейки, в которых направления тепловой и магнитной конвекции совпадают. Используются для низких концентраций кислорода (до 20%). Не чувствительны к расположению в пространстве. Недостаток – большая инерционность показаний. Полезную информацию несет магнитная конвекция, а тепловая конвекция является помехой. Для исключения влияния тепловой конвекции используют сдвоенные ячейки. В одной из них находятся настоящие магнитные полюса, а в другой – ложные полюсные наконечники. В ячейке с полюсами присутствуют два вида конвекции, а в другой – только тепловая. Эти ячейки включают в схемы компараторов.  Т  акие ячейки, в которых направления магнитной и тепловой конвекции перпендикулярны. Применяются для измерения средних концентраций кислорода (20 – 70%). Недостаток – чувствительны к положению в пространстве. Для устранения этой погрешности используют сдвоенные ячейки, в которых магнитные конвекции противоположны по направлениям. Все чувствительные элементы являются плечами моста. Я  чейки, в которых направления тепловой и магнитной конвекции противоположны. Используются для измерения высоких концентраций кислорода (более 70%). Используются анализаторы, аналогичные предыдущему типу.Оптические газоанализаторы.Принцип действия основан на измерении степени поглощения лучистой энергии, проходящей через измерительную ячейку. Поглощение может происходить в самом газе или в жидкости, через которую предварительно был пропущен газ. Различные газы поглощают в различных частотах спектра. Большинство – в инфракрасной области. Явление поглощения характеризуется законом Ламберта-Бера.  где  - интенсивность падающего потока - интенсивность потока, выходящего из слоя газа - молекулярный показатель поглощенияС – концентрация газа l – длина просвечиваемого слоя  - оптическая плотностьВ инфракрасной области спектра поглощают двух и более атомные газы и пары. М  – модулятор 1, 2, 3 – рабочий канал 4, 5, 6 – сравнительный тепловой канал Поток лучистой энергии прерывается модулятором, который представляет собой диск с отверстиями, приводимый в движение СД. Камера 1 – проточная. Через нее пропускается анализируемая газовая смесь. Камера 4 – сравнительная. Заполнена начальной концентрацией анализируемого компонента. Камеры 2 и 5 – фильтровые. Заполнены неанализируемыми компонентами газовой смеси. Камеры 3 и 6 – приемные. Заполнены чистым анализируемым компонентом. РД будет менять RР, пока амплитуды в камерах 3 и 6 не будут одинаковыми. Фотоколориметрические газоанализаторы.Газ предварительно пропускают через жидкость, которая вступает с анализируемым компонентом в химическую реакцию и меняет свою окраску. Интенсивность окраски будет определятся количеством анализируемого компонента, скоростью и временем пропускания. Д  – дозатор в виде насосаСФ – светофильтр СК – сравнительная камера ФС – фотосопротивление В СК сохраняется чистый раствор, чтобы обеспечить ноль. |