Ротаметры

В прозрачном корпусе 1 под действием потока Q перемещается поплавок 2.

Принцип действия заключается в том, что при движении жидкости или газа снизу вверх через коническую трубку, помещенной внутри ее поплавок поднимается или спускается до тех пор, пока сила его тяжести не уравновесится выталкивающей силой потока.

Для не прозрачных жидкостей ротаметры снабжены магнитными или дифференциальными преобразователями, обеспечивающими одновременно дистанционную передачу показаний.

Q

Ротаметры для измерения расхода непрозрачных жидкостей А) с магнитным преобразователем и пневматической дистанционной системой;

Б) с дифференциальной трансформаторной схемой преобразования и электрической передачи

1-поплавок;

2-корпус; * 3-постоянный магнит; 4-наружный магнит;

5-пневматический преобразователь (сопло-заслонка); 6-дифференциально-трансформаторный преобразователь.

Сужающие устройства

Наиболее распространенным методом расхода является метод переменного перепада давления если в трубопровод (1) - ввести сужающие устройства 2, то давление Р1 будет больше давления Р2

Разность давлений связана с объемным расходом Q следующим соотношением:

или Q ≈ √ р К, где Р = Р1 - Р2

F ₀ -площадь поперечного сечения диаметрально сужающего устройства;

γ - удельный вес измеряемой среды; α - коэффициент расхода

Для измерения расхода применяют нормальные диафрагмы и сопла. Дифференциальные манометры для измерения расхода. Для измерения перепадов давления на сужающих устройств используются дифф. манометры.

Радиоактивный плотномер

Основан на законе изменения интенсивности пучка радиоактивного излучения, после прохождения его через контролируемую среду

I = I₀ * е^{-μ ρ d}

Где I, I₀ - интенсивности пучка лучей после и до прохождения через

измеряемую среду;

μ - коэффициент ослабления;

d - толщина проходимого слоя;

ρ - плотность среды.

Представителями радиоактивных плотномеров являются плотномеры типа ПЖР - 2 и ПР - 1024

Вискозиметры

Вязкость жидкости — это способность ее оказывать сопротивление смещению одного слоя относительно другого.

Между динамической и кинематической вязкостью существует соотношение:

V=μ /ρ

где v - кинематическая вязкость;

μ - динамическая вязкость;

ρ - плотность.

Для измерения вязкости применяются методы:

1) истечение (использующей закон истечения жидкости через капилляр трубки);

2) метод падающего тела;

3) метод измерения крутящего момента, т. е. зависимость крутящего момента, вращающегося в жидкости тела от ее вязкости;

4) вибрационный метод основан на зависимости амплитуды колебаний от вязкости жидкости;

5) ультразвуковой используется зависимость затухания колебаний от вязкости жидкости

Капиллярные вискозиметры

По закону Пуазеля расход жидкости Q равен Q = К₁ вытекающей из капиллярной трубки длиной 1 и диаметром d определяется по уравнению:

Q=K₁ ∙ π d⁴g/μ λ

К₁ - коэффициент пропорциональности;

Δ Р - разность давлений на концах капилляров.

При постоянном расходе Q, при постоянном К, d, g, 1, динамическая вязкость и. пропорциональна перепаду давления:

μ = К* Δ Р

Эта зависимость используется в капиллярных вискозиметрах.

Принципиальная схема капиллярного вискозиметра:

1 - шестереночный насос;

2 - манометр;

3 - капилляр;

4 - термостат.

Вискозиметры с падающим телом

μ =К*Δ Р

τ - время прохождения шариком определенного расстояния Блок схема:

Шестереночный насос 1 прокачивает жидкость по трубе снизу вверх. В трубе установлены сетки 2 и 3, между которыми находится металлический шарик, восходящий поток поднимает шарик до верхней сетки и в момент его касания отключается насос. На трубке расположены катушки дифференциальной, трансформаторной схемы, а шарик выполняет роль

сердечника и наводит в катушках ЭДС, котордаг усиливается усилителем 4. Релейный блок 5 автоматически включает и выключает насос, т. е. включает при касании шариком нижней сетки, выключает при касании верхней. Блок 5 замеряет время падения шарика, вторичный прибор 6 записывает показания.

Существует вискозиметр, работающий по принципу сравнения времени падения шарика с временем падения его в эталонной среде.

Вискозиметры с крутящим моментом

Принцип действия вискозиметров, работающих по методу измерения крутящего момента, может быть пояснен на примере вискозиметра с вращающимся наружным цилиндром.

Жидкость располагается между двумя, касательно расположенными

цилиндрами 2 и 3. Чем выше кручение, тем больше момент между цилиндрами.

Момент, который уравновешивается грузом 4 через блоки 5 и 6, запишется в следующем виде: М=К_1μ Принципиальная схема:

Газоанализаторы

Предназначены для определения содержания одного или нескольких компонентов газовой смеси. В основу положены различные методы.

1. Оптико - аккустиченский газоанализатор. Основан на избирательном поглощении измеряемым компонентом инфракрасных лучей. С его помощью можно определить содержание СО. С0₂, NH₃, CH₄, Н₂, С₂Н₂.

Известно, что двухатомные и многоатомные газы и пары поглощают инфракрасные лучи. Это явление для определения длины волны описываетсяся законом поглощения:

Е=Е_оe^{-ε cλ}

Е, Е₀ - энергии световых потоков после и до прохождения их через

анализируемое вещество;

ε - молекулярный показатель поглощения;

С - концентрация поглощающего вещества;

1 - толщина слоя поглощающего вещества.

В оптико - акустических газоанализаторах прерывистый поток инфракрасного излучения, проходя через слой газовой смеси теряет в нем часть энергии. Ослабленный пучок поступает в лучеприемник, заполненный определенным компонентом, где поглощается оставшаяся энергия потока, вызывая колебания температуры и давления в объеме лучеприемника. Колебания давлений передаются на мембрану конденсатерного микрофона, включенного в измерительную схему.

Частота пульсаций давления зависит от частоты прерывания, а сила звука - от мощности исходящего потока, излучения и поглотительной способности газа.

 

Принципиальная схема газоанализатора ГИП:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - передаточный механизм;

2 - электродвигатель;

3 - обтюратор;

4 - прерыватель;

5 - источники ИФ - излучения (микроволн спирали);

6 - сравнительна кювета;

7 - измерительная кювета; 8, 9 - заслонки;

10, 12 - камеры - лучеприемники;

11 - мембранный микрофон;

13, 14 - предварительный и конечный усилители;

15 - реверсивный электродвигатель с редуктором;

16 - самописец.

2. Термокондукторометрический газоанализатор

 

 

Основан на измерении теплопроводности многокомпонентных газовых смесей в схеме неуравновешенного моста постоянного тока.

Чувствительные элементы моста заключены в кюветы, две из которых сравнительные - заполненные измеряемым компонентом, две другие -измерительные - через них проходит контролируемая смесь. Т.к. температура чувствительных элементов выше температуры корпуса кювет, то тепло проходит от чувствительного элемента к стенке кюветы, через среду, которая в данный момент кювета заполняет.

Количество отданного тепла зависит от теплопроводности среды и в свою очередь сопротивления чувствительного элемента зависит от его температуры.

3. Термохимический газоанализатор

Основан на измерении теплового эффекта реакций О2 с другими газами протекающими в присутствии kat. Конструкция - в виде двух кювет заполненных kat, сравнительной и измерительной, температура в которых измеряется термометрами сопротивления, включенными в мостовую схему или kat является сами чувствительные элементы. В этом случае их изготавливают из платины.

4. Магнитные газоанализаторы

Предназначены для определения содержания кислорода в газовой смеси. Кислород обладает парамагнитными свойствами, характеризующимися положительной магнитной проницаемостью.

Удельная магнитная проницаемость парамагнитных газов подчиняется закону Кюри

 

C/T

где С - константа Кюри;

Т - абсолютная температура.

Объемная магнитная проницаемость

давление газа;

М - молекулярный вес всего газа;

R - газовая постоянная;

Т - абсолютная температура.

Из уравнения следует, что объемная магнитная восприимчивость обратно пропорциональна квадрату Т.

Эта зависимость используется в термомагнитных газоанализаторах.

Рабочая камера - в виде U-образной трубки с намотанными на ней спиралями выполняющими роль термосопротивлений – R₁R₂, R3, R4 включенными в мостовую схему. Поток газа охлаждает сопротивления R₁, R₂ и нагревает сопротивления R₃, R₄- Разбаланс моста при этом пропорционален содержанию кислорода в анализируемой смеси.

Хромотографы

«Принцип Действий основанна хромотографическом методе анализа

многокомпонентной смеси, заключавшей в предварительном разделении на составляющие компоненты с последующим определением их концентраций.

Разделение смеси происходит в колонках, заполненных сорбентом. Порция анализируемой смеси вводится в колонку и транспортируется вдоль нее газом-носителем. По мере продвижения вследствие различных абсорб. или адсорб. свойств проба постепенно разделяется на составляющие компоненты…

Концентрации компонентов определяются разными способами, основанными на измерении теплопроводности смеси «газ-носитель -компонент», теплоты сгорания или тока ионизации. Наиболее распространены детекторы, использующие измерения теплопроводности. Хроматографы позволяют анализировать как газовые так и жидкие многокомпонентные смеси.

1 - кран-переключатель;

2 - мерник;

3, 4 - ротаметры исследуемого газа и газа-носите ля;

5 - разделительная колонка;

6 - детектор теплопроводности;

7 - блок управления;

8 - самописец.

В исходном положении стабилизированные по расходу потоки исследуемой смеси и газа-носителя, проходят соответственный мерник 2 и ротаметр 3, и проходит газ-носитель сравнительную ячейку детектора, кран-переключатель, колонке измерительную ячейку детектора и ротаметр 4.

По заданной программе блок управления кран 1 проворачивается на 60 градусов (положение ходов показано пунктиром). Газ-носитель подхватывает отсеченную в мернике порцию смеси вводит ее в колонну. На выходе из колонки в измерительную камеру поступает последовательно бинарная смесь газ-носитель + компонент 1; газ-носитель + компонент 2. В ячейках детектора располагаются термосопротивления, чтобы температура была на 20-30 градусов выше стенок детектора.

Вследствие такого режима термосопротивление отдает тепло телу детектора. Тепло проходит сравнит, ячейки через газ-носитель, в измерительной - через бинарную смесь газ-носитель + компонент.

Из-за различной теплопроводности мост плечами которых служат термосопротивления, выходит из состояния равновесия и самописец записывает пик, соответ. прохождению компонента.

При определенной температуре и скорости потока газа-носителя время удержания каждого компонента в разделительной колонке строго определено. Это свойство используются для идентификации компонентов.

рН - метры

Свойство той или иной среды можно хар-ть конц-ций в ней водородных ионов, т.е. водородным показателем рН.

рН характеризует кислотность и щелочность среды.

рН = 7 - среда нейтральна;

рН > 7 - щелочная;

рН < 7 - кислотная

Действия рН - метра основано на измерении разности потенциалов м/у электродами, помещенными в анализируемую жид-ть.

При погружении электродов в раствор, на границе " электрод - раствор" возникает элек. потенциал, зависящий от t-ры и активн. конц-ции Н⁺.

Еизм Есреды

Для измерения разности потенциалов м/у электродами применяется сравнительные электроды, потенциал который не зависит от свойств раствора, (хлор-серебрянный) или (каломельный электрод). В качестве измерительного применяют стеклянные или сурьмянные электроды.

При соединении внешней цепи измер. и сравнит, электродов образуется гальванический элемент, называемый измерительной ячейкой. Его ЭДС равна

Е = Есреды + Еизм Значения ЕДС замеряется компенсационной схемой.

Преобразователи.

Тепловые преобразователи.

Термоэлектрические преобразователи.

Явление термоэлектричества 1823г и заключается в следующем:

Если составить цепь из 2-х проводников или полупроводников А и В, соединив м/у собой концами, причем t-py Q1 одного места соединения сделать отличной от Q0 другого, то в цепи потечет ток под действием ЭДС, называемый термо ЭДС.

Такая цепь называется термопарой, данные Проводники -термоэлектродами, а места соединения - спаи.

У любой пары проводников значения термо ЭДС зависит только от природы проводников и t-ры спаев, и не зависит от распределения t-ры вдоль проводников.

Преобразователи ионизирующего излучения.

Содержат радиоактивный источник, создающий излучение и его приемник, выходной сигнал который - интенсивности ионизирующего излучения. Если на пути потока частиц ионизирующие излучение поместить металл, пластину, то интенсивность облучения приемника будет зависеть от толщины этой пластины.

На параметры излучения также влияют давление газов в камере приемника и расстояний между источником и приемником.

Используют α, β, γ у излучение, а также некоторое ионизирующие излучение. Приемники преобразуют энергию ионизирующего излучения в электрический сигнал.

Используют следующие приемники - ионизационные камеры и газоразрядные счетчики.

Принцип действия и область применения резисторных преобразователей.

В общем случае на резисторный преобразователь влияет по физ. природе величины - электрические, тепловые, световые и др.

Одним из наиболее существенных влияющих факторов является температура.

Для чистых металлов и большинства сплавов сопротивление повышается с повышением температуры и определяется формулой:

R_Q=R_x(1 + a, (Q₂-Q₁)

Rl, R2- сопротивление при t=QlQ2;

α - температурный коэффициент.

Удельное сопротивление проводников с повышением температуры падает. Зависимость сопротивления от температуры нелинейная. Из п/п изготавливают термисторы (двойной тиристор).

Изменение сопротивления под действием однонаправленного механизма напряжения, вызывающего относительное деформацию, которая характеризуется коэффициентом тензочувствительности.

Для металлов резисторов Кт=2-2, 5, для полупроводниковых Кт=100-200.

Чувствительность полупроводников и проводников материалов к давлению среды окружающей характеризуется барическим коэффициентом:

Для металлов этот эффект сказывается при очень высоком давлении, больше 10⁸ Па. Влияние внешнего магнитного поля сказывается лишь в преобразователях из спец. материалов.

Для измерения индукции магнитных полей разработаны специальные магниторезисторы. Также освещенность существенно влияет на сопротивление, при переходе от темноты к свету уменьшается от 100 до 1000 раз. Широко используются в автоматах уличного освещения.

Резисторные преобразователи

Называются реостат, движок которого перемещается под действием измеряемой величины.

Принцип действия и область применения пьезоэлектрических

преобразователей Называются кристаллы и текстуры (наслоения), электролизующие под действием механических напряжений (прямой пьезоэффект) и деформирующиеся в эл. поле (обрат, пьезоэффект).

Преобразователи с прямым пьезоэффектом используется в качестве излучателей ультраз. колебаний.

Преобразователи, в котором используется прямой и обратный эффект -пьезорцонаторы.

Принцип действия и область применения электростатических

преобразователей

Содержат 2 электрода, площадью S, параллельно расположенных на каком-то расстоянии в среде с диэлектрической проницаемостью. Выходной величиной электростатических преобразователей является изменение емкости, силы, ЭДС и при взаимном перемещении электродов, находится в эл. поле.

Для электростатических преобразователей используются емкость, входными величинами может быть перемещение, изменяемые зазор или площадь или изменение диэл. проницаемости под действие изменения температуры или состава диэлектрика. Электростатические преобразователи с изменяющимися емкостью называются емкостными. В качестве емкостных преобразователей используют запертые р-n переходы. Эти элементы называют варикапами.

Для электростатических преобразователей с выходной величиной в виде входной величиной является напряжение. Эти преобразователи используются в электростатических вольтметрах, а также в датчиках уравновешивания в качестве обратных преобразователей давления.

Принцип действия и область применения электромагнитных

преобразователей

Представляет собой 1 или несколько контуров находящиеся в магнитном поле, которым может быть создано как токами протекающими по контурам, так и внешним источникам.

Выходной величиной одноконтурного магнитного преобразователя может быть индуктивность, индуктируемая в контуре ЭДС.

Индуктивность преобразователя повышается, если в магнитное поле контура вводится ферромагнитный материал.

Изменение индуктивности происходит при изменении положения сердечника. Входной величиной преобразователя является перемещение. Такой преобразователь называется индуктивным. Изменение индуктивности происходит также при изменении магнитной проницаемости сердечника.

Магнитная проницаемость ферромагнитного материала зависит от значения напряженности магнитного поля в материале.

Преобразователи, принцип действия которых основан на использовании зависимости индуктивности, называются магнитно-индуктивными. При деформации ферромагнетиков изменяется их магнитная проницаемость. Этот эффект магнитоупругости используется для измерений сил и давлений.

Fbx

Если использовать постоянный магнит чтобы создать магнитное поле с постоянным индукцией, то преобразователь используют для преобразователя тока в силу и измерений тока. Такие преобразователи используют в измерительных механизмах эл/мех. приборов.

Мэм

S

Ферромагнитный сердечник втягивается в контур с током так, чтобы индуктивность контура была max. При этом эл/маг. сила F пропорциональна I² (сила тока). Подобные преобразователи используют в эл/магн. измерительных механизмах электромагнитных механических приборов.

Преобразователи, представляют собой неподвижную катушку, могут быть использованы для измерения переменой индукции (а).

(б) в постоянном магнитном поле ЭДС индуктируется только в движущем контуре. Преобразователи, выходной величиной которой является ЭДС, наз-ся индукционными.