Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа № 4

СВЧ - ВЛАГОМЕР ТЕСТ -100

 

Оренбург 2012

Лабораторная работа № 4

СВЧ - ВЛАГОМЕР ТЕСТ -100

1 Цель работы

 

 

1.1 Изучить принцип работы СВЧ - влагомера ТЕСТ-100.

1.2 Измерить затухание калибровочных растворов. Построить график зависимости затухания СВЧ - волн от концентрации воды в пробе.

1.3 Измерить затухание в пробе с произвольным влагосодержанием (растворы 1- 4). По градировочной характеристике определить влагосодержание исследуемой пробы.

 

2 Аппаратура и принадлежности

 

2.1 Лабораторный СВЧ - влагомер неводных жидкостей ТЕСТ-100.

2.2 Медицинский шприц.

2.3 Резиновый баллон.

2.4 Этиловый спирт.

2.5 Дистиллированная вода.

2.6 Калибровочные смеси (вода + этанол).

 

3 Краткое теоретическое введение

 

Влажность - это содержание воды в газах, жидкостях и твердых телах.

Для характеристики содержания влаги чаще всего применяют следую­щие величины:

- абсолютная влажность а, равная массе m воды, содержащейся в единице объема V смеси, г/м3 или в кг/м3

;

- влагосодержание - это отношение массы воды к массе сухой части ма­териала в том же объеме. Влагосодержание величина безразмерная;

- относительная влажность это отношение массы воды к массе влажного вещества. Выражается в процентах.

Весьма перспективными методами для непрерывного определения влажности являются радиоволновые методы и средства неразрушающего контроля,

 

влагомеры, основанные на использовании радиоволн сантиметро­вого и миллиметрового (область длин волн СВЧ от I до1000 мм) диапазона.

В качестве источников энергии СВЧ обычно применяют приборы с ис­пользованием электронных потоков в вакууме (магнетроны, клистроны, лам­пы обратной волны и т. п.) и приборы, использующие эффект твердого тела и газа (твердотельные генераторы - лавинопролетные диоды, диоды Ганна и т. п.). Для передачи энергии от источника используются волноводы - металли­ческие трубы прямоугольного и круглого сечений.

Среди радиоволновых методов наиболее распространенными являются:

- метод "на прохождение", при котором внутреннее состояние образца определяют по воздействию на проходящий через него сигнал;

- метод "на отражение", при котором для контроля использует сигнал, от­раженный от поверхности или внутренних сдоев образца, частным случаем этого метода является метод "рассеяния".

Наиболее широко применяют фазовые, поляризационные, амплитудно-фазовые схемы.

Амплитудные схемы фиксируют наличие неоднородности только по из­менению амплитуды электромагнитной волны после её взаимодействия с не­однородностью. В поляризационных схемах использовано явление вращения плоскости поляризации электромагнитной волны при её взаимодействии с различными неоднородностями в объектах контроля. Амплитудно-фазовые схемы фиксируют изменение амплитуды и фазы волны при её взаимодейст­вии с неоднородностью. Амплитудно-фазовые схемы обладает наибольшей чувствительностью, и используются для контроля неметаллических изделий. Они позволяют обнаружить как неоднородности в материалах, когда изменя­ется только фаза электромагнитной волны, так и неоднородности, изменяю­щие только интенсивность волны.



 

 

4 Назначение

 

 

СВЧ - влагомер неводных жидкостей предназначен для определения влажности различных жидкостей, образующих с водой растворы в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

 

Влагомер является лабораторным средством измерения. Для определе­ния влагосодержания неводной жидкости производится предварительная градуировка влагомера по искусственным пробам, составленным на основе неводной жидкости.

 

 

5 Принцип действия СВЧ – влагомера ТЕСТ – 100

 

 

5.1 Измерительное устройство, схема которого реализует метод сравнения, называется устройством уравновешивающего или компенсационного преоб­разования. По режиму работы во времени метод уравновешивания делится на два вида: следящий и развертывающий.

СВЧ - влагомер ТЕСТ-100 является прибором следящего уравновешива­ния. В приборах следящего уравновешивания обычно уравновешивающая или компенсирующая и выходная величины непрерывно следуют за измене­ниями измеряемой величины, превышающими порог чувствительности прибора.



Работа прибора основана на оценке затухания электромагнитных волн СВЧ диапазона, проходящих через измерительную ячейку, при введении в нее исследуемой пробы, методом их компенсации построечным аттенюато­ром.

Основное затухание электромагнитной волны вносится водой вследст­вие аномальной дисперсии ее в СВЧ диапазоне электромагнитных волн.

Большинство неводных жидкостей по сравнению с водой ослабляют энергию СВЧ волны примерно в 4 -5 раз менее.

5.2 Физический принцип работы влагомера реализуется следующим обра­зом (рисунок 1).

 

Электромагнитные волны СВЧ с генератора 1 проходят через поляризационный аттенюатор 2 и ферритовый вентиль 3 в измерительную ячейку 4, в которую введена исследуемая проба. Ослабленная пробой элек­тромагнитная волна СВЧ через второй ферритовый вентиль и подстроенный аттенюатор 5 попадает в детекторную секцию 6. Ток детектора регистрирует­ся индикатором 7.

Величину вносимого пробой затухания определяют по шкале поляриза­ционного аттенюатора 2 методом замещения. Величина затухания прямо пропорциональна влагосодержанию.

 

По графику "Затухание - влагосодержание" определяют влагосодержание не­водной жидкости.

1 – генератор; 2 – (измерительный) поляризационный (измерительный) аттенюатор; 3 - ферритовый вентиль; 4 - измерительная ячейка; 5 - построечный аттенюатор; 6 - детекторная секция; 7 – индикатор.

 

Рисунок 1 – Структурная схема СВЧ – влагомера ТЕСТ – 100

 

 

6 Описание лабораторной установки

 

6.1Основные параметры:

а) диапазон измерения влажности неводных жидкостей от 0 до 100 % об.;

б) абсолютная погрешность измерения 4 %;

в) рабочая частота СВЧ - генератора влагомера 9,6 ГГц в режиме непре­рывной генерации;

г) объем вводимой в измерительную ячейку пробы - не более 1,5 мл;

д) время выполнения одного измерения не более 3 мин.

е) мощность, потребляемая прибором от сети при номинальном напряже­нии, не превышает 30 Вт;

ж) нормативные условия эксплуатации:

1) температура окружающей среды - (293 ± 5) К;

2) относительная влажность воздуха - (65 ± 15) %;

3) атмосферное давление (100 ± 4) кПа;

и) наработка на отказ прибора - не менее 15000 ч;

 

 

к) средний срок службы прибора - не менее 10 лет;

л) прибор сохраняет свои рабочие характеристики в течение 8 ч. непре­рывной работы. Повторное включение влагомера, после непрерывной работы в течение 8 ч, допускается через 3 ч;

м) влагомер обеспечивает свои технические характеристики после времени установления рабочего режима, равного 80 мин.

Примечание: Время непрерывной работы не включает в себя время

ус­тановления рабочего режима прибора, указанного поз. м.

 

6.2 Общий вид СВЧ – влагомера показан на рисунке 2.

 

 

7 Порядок выполнения лабораторной работы

 

 

7.1 Подготовка к работе:

- заземлите прибор с помощью зажима защитного заземления; становите кнопку «СЕТЬ» и «СВЧ ВКЛ» в отжатое положение;

- включите шнур питания в сеть;

- нажмите кнопку «СЕТЬ»;

- установите по шкале поляризационного аттенюатора затухание 25 дБ;

- нажмите кнопку «СВЧ ВКЛ».

 

7.2 Градуировка влагомера ТЕСТ - 100

 

Включите прибор согласно п. 7.1 и прогрейте его в течение 30 мин.

Подставьте под выходной конец капилляра измерительной ячейки узла ввода и вывода пробы колбу для сбора отработанных проб.

Шкалу поляризационного аттенюатора установите на значение величины затухания 15 дБ. Стрелка индикатора при этом должна установить­ся на значении 50 мкА. Положение стрелки индикатора при необхо­димости скорректируйте построечным аттенюатором.

Для градуировки влагомера подготовлены искусственные пробы (калибровочной смеси) раствор этилового спирта и воды с влагосодержанием 0, 20, 40, 60, 80, 100% объёма (в качестве пробы 100% влагосодержания взять воду, а в качестве пробы 0% - этиловый спирт).

                               
       
     
 
 
 
 
   
     
     
 
 
 

 


       
 
   
 

 


 

1 – корпус; 2 – ручка измерительного аттенюатора; 3 – шкала спиральная измерительного аттенюатора; 4- ввод пробы в измерительную ячейку; 5 – вывод пробы из измерительной ячейки; 6 – индикатор (микроамперметр от 0 до 50 мкА); 7 – кнопка выключателя сети; 8 - кнопка выключателя питания генератора СВЧ; 9 – индикатор включения питающей сети; 10 - индикатор включения питания генератора; 11 – маховичок подстроечного аттенюатора; 12 – стопор маховичка подстроечного аттенюатора.

 

Рисунок 2 – СВЧ – влагомер ТЕСТ – 100

 

 

Медицинским шприцом набрать пробу с концентрацией жидкости 100 % (весовых) в объеме от 2 до 5 мл. Удалите воздух из пробы в шприце. Шприц вставьте в верхний ввод узла ввода пробы и плавно введите пробу. Пробу вводите до тех пор, пока она не начнет появ­ляться из нижнего конца капилляра. Показания индикатора при этом уменьшатся.

Вращая ручку поляризационного аттенюатора в сторону уменьшения величины затухания, установите стрелку индикатора в первоначальное положение - 50 мкА. Запишите полученное значение величины затухания по шкале аттенюатора А. Значение А снимайте с точностью до пяти сотых долей децибела. Сотые доли определяются приближенно.

ВНИМАНИЕ! При считывании показаний по спиральной шкале измерительного аттенюатора рабочей шкалой является та спираль шкалы, на которую опустилось световое пятно (спирали шкалы, засвеченные сверху и снизу, а также спирали шкалы, затемненные сверху и снизу, являются нерабочими).

 

Определите величину затухания A(i), дБ, электромагнитных волн СВЧ, вносимую пробой, по формуле

Шкалу поляризационного аттенюатора установите в первоначальное положение - 15 дБ и вытащите шприц из ввода пробы.

Резиновым баллоном выдуйте пробу из капилляра ячейки. Продувку ячейки проводите тщательно, не менее 8 - 10 сжатий баллона. Стрелка индикатора должна установиться в крайнее правое положение шкалы ( 50 мкА).

Ввести в ячейку пробу с 0 % (весовых) влагосодержанием и измерить вели­чину А1 для этой пробы.

Последовательно проведите аналогичные измерения для остальных калибровочных смесей. Для получения достаточной точности, изме­рения величины затухания каждой пробы, проведите 3 раза. Результа­ты градуировки сведите в таблицу 1.

 

По полученным данным постройте градировочную кривую зави­симости «Затухание – влагосодержание». По оси ординат отложите величины зату­хания в децибелах, а по оси абсцисс - влагосодержание пробы в процентах.

 

 

Таблица 1- Результаты градуировки

№ п.п. Влагосодержание, % Опыт №1 А1 Опыт №2 А2 Опыт №3 A3 Среднее арифметическое Величина затухания Ai, дБ Ai =15-Acp
0 (спирт этиловый)          
20 (раствор этанола 80%)          
40 (раствор этанола 60%)          
60 (раствор этанола 40%)          
80 (раствор этанола 20%)          
100 (вода дистиллированная)          

 

 

7.3 Измерение влагосодержания пробы

Получить от преподавателя (лаборанта) 2 пробы с разным влагосодер­жанием. Провести по 3 измерения затухания, вносимые каждой пробой и взять среднее значение. По величине затухания и графику «Затухание - влагосодержание» определить влагосодержание проб по градировочной кривой. Результаты свести в таблицу 2.

 

Таблица 2. Результаты измерения влажности.

№ смеси (раствор этанола) Опыт №1 А1 Опыт №2 А2 Опыт №3 А3 Среднее арифметическое Величина зату­хания Ai, дБ, Ai =15 - Acp Влагосодержание, %
           
           

 

8 Контрольные вопросы

 

 

1. Что называется влагосодержанием?

2. Назовите наиболее распространенные радиоволновые методы опре­деления влажности?

3. Какой метод измерения реализует СВЧ - влагомер ТЕСТ- 100?

4. В чем заключается метод следящего уравновешивания?

5. Опишите физический принцип работы влагомера?

6. Как измеряется влагосодержание пробы?

 

ЛИТЕРАТУРА

 

 

1. Стариков В. Д. Методы измерения на СВЧ с применением измери­тельных линий. - М.: Сов. радио, 1972.

2.Викторов В. А. Радиоволновые измерения параметров технологиче­ских процессов. - М.: Энергоиздат, 1989.

3. Скрипов Ф. И. Курс лекций по радиоспектроскопии. - Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1964. - 212с.

4. Викторов В. А., Лункин Б. В., Совлуков А. С. Высокочастотный ме­тод измерения неэлектрических величин. - М.: Наука, 1978. - 280с.

5. Кричевский Е. С, Бендарь В. К. и др. Теория и практика контроля влажности твердых и жидких материалов / Под общ. ред. Е. С. Кричевского. - М.: Энергия, 1980. - 240с.

6. Митчелл Дж., Смит Д. Акваметрия. Пер. с англ. - М.: Химия, 1980. -600с.

7. Клюев В.В. Справочник. Неразрушающий контроль и диагностика. М. Издательство «Машиностроение» 2003 год.

 


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2018 год. (0.021 сек.)Пожаловаться на материал