Измерение состава и физико-химических свойств вещества. Физические газоанализаторы. Оптические адсорбционные в ИК-области спектра газаанализаторы (с 29, р 45)

Основаны на зависимости какого либо физического эффекта или физического свойства вещества от его состава. Для газового анализа используют плотность, вязкость, теплопроводность, магнитную восприимчивость, тепловой эффект реакции. По изменению специфических физ. свойств возможно определить концентрацию измеряемого компонента в многокомпонентной системе.

Физические газоанализаторы

Используют свойства газовой смеси: теплопроводность, магнитная восприимчивость, тепловой эффект хим.р-ции. Условие выбора физ.св-ва: аддитивность свойств выбранной физ.величины в данной газовой смеси.

Оптические адсорбционные в ИК-области спектра газаанализаторы (с 29, р 45)

Действ. основано на способности определяемого газа поглащать ИК-излучение(это все газы кроме одноатомных, водорода, кислорода, азота и хлора).Каждый газ поглощает излечение только в своих спектрах. Интенсивность монохромат. излучения, прошедшего слой поглощающего газа, определяется законом Бугера-Ламберта-Бера: . I –интенсивность монохром. излучения до и после прохождения слоя полащ.газа. k – коэф.поглощения газа, лямбда – длинна волны, h – толщина слоя поглощающего газа.

Газ, способный поглощать ИК-лучи, в замкнутом объеме подвергается прерывистому воздействию ИК-излучения, при этом смесь периодически нагревается(в рез-те поглощения излучения) и охлаждается(при прекращении излучения). Колебания температуры вызывают колебания давления газа, воспринимаемые звуковым приёмником.

3 – источник ИК-лучей. 2 – отражатели. 4 – обтюратор (прерывает излучение). 1 – электродвигатель. Камера 5 – с анализир.газом. 6 – с азотом(сравнительный газ). 7 – фильтровые камеры. 8 – лучеприёмник, где газ периодически нагревается и охлаждается, что приводит к периодическим колебаниям температуры, вызывающие колебания давления в камере. 9 – конденсаторный микрофон. При равенстве давлений в правой и левой части камеры 8, мембрана микрофона неподвижна. Если интен-ность поступающего ИК-излучения в левую часть 8 камеры будет меньше, чем в правую, то и амплитуда период.колебаний давления будет меньше в левой, чем в правой. При этом разность давлений, действующая на мембрану микрофона, будет тем больше, чем больше будет конц-ция определ. компонента в анализ.газовой смеси.

Колебания давления преобразуются микрофоном в электрический сигнал, который можно измерить. 10 – усилитель, 11 реверсивный движок, 12 – компенсирующая заслонка. Плюсы: вымокая чувствительность, хорошая избирательность, высокое быстродействие, широкий диапазон измерений, высокая точность и долговечность.

 

Измерение электрических величин – носителей информации о состоянии ХТП

Уравновешенные и неуравновешенные мосты (стр 18 рис 24 В и С соответ)

Измерение напряжения, тока и сопротивления основано на законе Ома: U=RI.

Уравновешенные и неуравновешенные мосты (стр 18 рис 24 В и С соответ)

Измерение электрического сопротивления. Термопреобразователь сопротивления R1, величина которого должна быть измерена, и расположенные последовательно с ним два сопротивления соединительных линий R_л включены в плечо cd уравновешенного моста. Другие плечи моста состоят из постоянных резисторов R1 и R3 и переменного калиброванного резистора – реохорда R2. Все три сопротивления изготовлены из манганина. В диагональ ас моста подают напряжение от источника питания, а к другой диагонали bd моста подключают чувствительный гальванометр, применяемый в качестве нулевого индикатора для определения нулевой разности потенциалов между точками bd. Изменяя величину сопротивления реохорда R2, можно добиться равенства напряжения в точка b и d, что определяется по отсутствию тока в диагонали bd нуль-гальванометром (НГ). Такое положение соответствует равному отношению падения напряжения в плечах обеих ветвей моста.

Предположим что соединительные провода имеют одинаковое сопротивление R_л, тогда общее сопротивление соедин линий будет 2R_л.

При равновесии моста удов равенство: R1(R_t+2R_л)=R2R3 →R_t=(R3/R1)R2-2R_л.

В этом случае разность потенциалов U_bd становится =0, ток не протекает через НГ, стрелка которого устанавливает на нуль. При измерение Т меняется сопротивление R_t, что приводит к разболансу моста. Для восстановления баланса необходимо изменить величину сопротивления реохорда R2, перемещая его подвижный контакт. По положению его подвижного контакта можно судить при равновесии моста о величине сопротивления R_t и следовательно об измеряемой Т.

Неуравновешенный мост –измерение R_t включенного по трехпроводной схеме. В этом случае вместо НГ – милливольтметр. Напряжение питания моста в диагонали ас должно поддерживаться постоянным. Для установочного (номинального) значения напряжения при постоянных сопротивлениях плеч R1, R2, R3, R_к сила тока в диагонали моста bd будет иметь определенное значение, что контролируется милливольтметром после установки напряжения U_ac в вершинах моста а и с преключатель переставляют в положение 1 и измеряют сопротивление R_t по силе тока I_bd в диагонали моста bd.

 

Милливольтметры

Прибор магнитно-электрической системы, для измерения напряжения постоянного эл. тока и электродвиж. силы.

Принцип действия основан на взаимодействие тока, протекающего по рамке под действием ТЭДС термопары, с магнитным полем постоянного магнита, в которое эта рамка помещена. Рамка прибора состоит из множества витков тонкой изолированной медной проволоки и находится между полюсами постоянного магнита. Витки рамки при отсутствие тока параллельны направлению магнитных силовых линий. При протекании постоянного тока по рамке, в ней создается магнитное поле. При взаимодействии этого поля с полем постоянного магнита возникает сила, поворачивающая рамку в равномерном радиальном кольцевом зазоре между наконечниками постоянного магнита и железным сердечником. Это создает вращающий момент: М1=k₁I. рамка соединена со стрелкой. У опор рамки расположены две противодействующие спиральные пружины (на рис нет), каждый конец которых прикреплен к рамке и соединен с ее обмоткой. Через эти пружины поступает ток в рамку милливольтметра от термопары, и они создают обратный момент: М2=k₂α. Рамка занимает положение при котором М1 и М2 равны: α=(k₁/k₂)I или α=(k/R)U_x, где U_x – напряжение на входе прибора и R- его внутренне сопротивление. Т.о., угол поворота рамки определяется силой тока, проходящем через нее, или напряжением при постоянном сопротивлении милливольтметра.

 

27. Потенциометр (стр 17 рис 21)

Для измерения постоянного электрического тока и электродвиж силы.

Принцип действия основан на методе компенсации. Измеряемое напряжение U_x компенсируется (уравнивается) падением напряжения, создаваемым на известном сопротивлении R_ab рабочим током I_p от стабилизированного источника питания (ИПС). Нуль-гальванометр (НГ) включается в цепь сравниваемых напряжений. Когда напряжения скомпенсированы, ток в гальванометре, а следовательно, в цепи измеряемого напряжения, отсутсвует. На результаты измерений компенсационным методом не влияет ни сопротивление соединительных проводников, ни гальванометра.

В соответствие с компенсационным методом измерений измеряема величина х компенсируется величиной, воспроизводимой мерой.

 

Линии связи

Это линии между первичным измерительным преобразователем и другой частью информационно-измерительной системы (ИИС). Не должны влиять на эффективность системы. По виду используемой энергии: пневматические, электрические, волоконно-оптические.

Пневматические линии связи (пневомопроводы), изготавливаемые из пластмассовых или металлических трубок, обладают ограниченным быстродействием, оказывая тем самым отриц влияние на качество регулирования. Инерционность их зависит от внутр диаметра и длины провода, влияющих на его емкость и сопротивление. Увеличение внутр диаметра уменьшает его сопротивление и, как следствие этого, инерционность линии связи, но увеличивает емкость, тем самым увеличивая инерционность. Для устранения запаздывания показаний пневматического измерительного прибора к пневмодатчику добавляют усилитель мощности.

Электрические линии связи применяют при измерениях температуры. При использовании измерит преобразователей существует важная проблема: воздействие шумов (помехи от эл и магнитных полей) на измерение и преобраз сигналов. В любой системе поступает слабый сигнал, который потом усиливается системой, следовательно усиливается шум, из за которого невозможно будет выполнить точные измерения. Уровень шумов уменьшают, применяя фильтрацию. Все шумы принято характер отношением полезного сигнала и нежелательных шумов: мощность сигнала/мощность шума.

Если система состоит из множества отдельных элементов, то коэффициент шума: (мощность сигнала/мощность шума)_вх/(мощ сигнала/мощ шума)_вых.

Волоконно-оптические линии связи применяют в системах связи повышенной надежности.

Достоинства: значительно меньшие размеры и вес, нечувствительность к помехам от электрических и магнитных полей, неподверженность перекрестным помехам, более значительная полоса пропускания и меньшее поглощение по сравнению с другими кабелями.

В каналах передачи информации сигнал (например, электрич) от традиционного первичного измерительного преобраз 1 поступает на электронно-оптический преобраз 2, состоящий из модулятора 3 и источника света 4. Излучение от 4 через устройство излучении 5 (линза) поступает в световод 6. 2 и 6 выполняют функцию электрооптического преобразователя. По световоду 6 оптический сигнал, эквивалентный электрическому сигналу первичного измерительного преобразователя 1, через устройство вывода излучения 7 передается к приемнику информации (приемный оптич модуль) 8, который состоит из усилителя 9 и фотодетектора 10. В 10 оптич сигнал преобразуется в электрический эквивалентный сигнал, который после усиления поступает на устройство отображения информации 11. Приемник 8 выполняет функцию – оптико-электронного преобраз.

29. Способы дистанционно передачи показаний на расстоянии. Дифференциально-трансформаторный способ (стр 19 рис 27)

Индуктивный преобразователь. Действие их основано на изменении собственной или взаимной индуктивности катушек. Индуктивный преобразователь, используемый для измерения смещений (и тем самым давления или др) – линейный дифференц трансформатор (ЛДТ). В основе работы ЛДТ лежит принцип изменения взаимной индукции между магнитосвязанными катушками, причем именно это изменение, а не изменение собственной индуктивности подлежит измерению.

Конструкция. На катушке преобразователя 5 из немагнитного материала (пластмассы) равномерно размещена первичная обмотка 1. Вторичная обмотка, намотанная поверх первичной, выполнена в виде вдух секций 2, 3 с одинаковым числом витков, причем эти секции электрически включены навстречу друг другу, т.е. выходное напряжение есть разность ЭДС, индуцируемых в этих секциях. Внутри катушки находится сердечник 4 из мягкого железа. Шток сердечника связан с подвижным элементом измерительного преобраз или осью указателя прибора. Дифф –трансформаторный преобраз размещается в цилиндрическом металлическом кожухе для защиты от внешних магнитных полей.

Зависимость выходного напряжения от положения сердечника. При малых смещениях напряжение на выходе ЛДТ изменяется линейно с перемещением сердечника и претерпевает изменение фазы на 180⁰, когда сердечник проходит через центральное положение, указывая на направление смещения сердечника.

 

30. Способы дистанционно передачи показаний на расстоянии Ферро-динамический способ (стр 20 рис 28)

Рамка 2 нах-ся в горизонт положении – силовые магнитные линии не пересекают ее. Если ее сдвинуть то в ней возникает ЭДС, которая поступает на усилитель и на двигатель. Принцип действия основан на преобразовании тока в усилие с помощью магнитно-электронного устройства. Это усилие компенсируется со стороны пневматич. системы.

 

31. Способы дистанционно передачи показаний на расстоянии Пневматический способ (компенсация перемещений) (стр 21,22 рис 31,32)

Рис. 31: I-первичный прибор, II – вторичный пр-р.

1 – постоян. дроссель, 2 – сопло, 3 – заслонка, 4 –пневмотрубка, р_п- давление питания, р – давление в междроссельном пространстве, d2>d1. Стрелка пр I перемещает 3, изменяя расстояние х. При увеличении показаний I будет увеличиваться х → увеличивается сброс воздуха через 2. Давление р будет уменьшаться и стремится к р_атм при х→х_max.

При уменьшении показаний I будет уменьшаться х, давление р растет. Изменяется давление р в пневмотрубке и подается на манометр. Недостаток: большая чувствительность, нелинейность р=f(x), большое транспортное запаздывание.

Рис 32: 1 – сильфон усилителя мощности, 2- сопло подачи питания, 3 – сопло сброса воздуха, 4 – тарельчат. клапан, 5 – шток, 6 – сильфон обратн. связи, 7 – заслонка, d1=const дроссель, d2 – сопло, d2>d1.

Усилитель мощности для снижения инерционности системы за счет подачи р_п через 2. Пневмотрубка соединяет систему со вторым прибором.

При увеличении показ на первич приборе точка а сдвигается к соплу d2, давление р растет, изменяется положение тар.клапана 4, который открывает (увеличивает подачу питания 3 внизу). Давление р_вых увеличивается, направляясь во второй прибор и поступает в сильфон 6, который под действием увеличенного р_вых расширяется, точка В смещается от сопла d2 таким образом уменьшая расстояние заслонки 7. В результате чего реализуется линейная зависимость р=f(x), нет уменьшения чувствительности.