evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 49
Текст из файла (страница 49)
239 Рис. 4.91 Рис. 4.92 Большое количество тепла теряется вследствие принудительной конвекции, Для уменьшения последней скорость обмена газа в преобразователе должна быть минимальной. Это снижает быстродействие, но увеличивает точность измерения. Преобразователь включается в автоматический мост. Для уменыиения температурной погрешности в плечо моста, смежное с рабочим преобразователем, включается аналогичный образцовый преобразователь, содержащий газовую смесь из тех же компонентов, но постоянного состава, Температура обоих преобразователей должна быть одинакова. В некоторых встречающихся в производстве случаях многокомпонентную систему можно рассматривать как двухкомпонентиую со сложными компонентами.
Это возможно в тех случаях, когда состав слохсных компонентов постоянный. Например, при определении содержания метана в воздухе воздух можно считать сложным компонентом смеси. Определение состава многокомпонентой системы с произвольным содержанием компонентов обычно более сложно, поскольку физические величины, характеризующие свойство системы, в общем случае зависят от всех компонентов, Для упрощения задачи иногда удается нанти такое свойство ад которое сильно зависит от концентрации одного компонента ха и мало от концентрации и — 1 остальных, т.
е. да/дха > с1а4сЬО где 0 ( 1 ~( и, 1 че и. (4.245) В зтом случае по результату измерения величины а) можно определить концентрацию компонента хх. Так, например, магнитная восприимчивость кислорода много больше магнитной восприимчивости других компонентов воздуха и многих других газов. В термомагнитных газоаналнзаторах на кислород 240 измеряется магнитная восприимчивость газовой смеси, Прибор граду ируегся в процентах Оз. Относительная диэлектрическая приницаемость воды (е 11 б г~з ч 30) много больше относительной диэлектрической приницаемости других диэлектриков.
На измерении е основано измерение влажности. Конструктивная схема емкостного датчика для измерения влажности сыпучих материалов (торфа, зерна и т. д.) приведена на рис. 4.92. Датчик представляет собой коробку, образованную металлическим корпусом 1, изоляционным дном, в которое запрессован металлический стержень 2, и изоляционной крышкой. В коробку засыпается определенное количество материала 3. Прижимное устройство через крышку сжимает материал с нормированной силой Р и обеспечивает постоянную плотность засыпки.
Корпус 1 и стержень 2 образуют конденсатор, его емкость зависит от влажности материала. В общем случае физические величины а, характеризующие свойства многокомпонентной системы, определяются всеми ее компонентами. Эта связь обусловливает функциональную зависимость а = ф(х„х„..., хп), (4.246) (4.247) х,+ха+ ... +хи=1, т. е. сумма концентраций, выраженных в относительных единицах, равна Единице. Для ~юлучения полной системы уравнений, кроме того, нужно измерить и — 1 физическую величину, характеризующую и — 1 свойство. При этом будет получена система уравнений а! д! (Х$ хэ '" хп 1)1 аз = 1зз (х,, хз, ..., х„1); (4.248) ап — 1 'рп — 1(хн хю ..., х„1), тле х .
хз, хп . концентрации соответствующих компонентов, Уравнение (4.246) содержит и неизвестных — столько же, сколько компонентов в анализируемой системе. Для определения и неизвестных концентраций необходимо и уравнений. В качестве одного из них может служить тривиальное из которой можно определить искомые концентрации хп Разрешив систему уравнений (4248), с учетом 14247) получим х1 = .Г(ап аз -' аа — 1)' хз = Яап аю ..., а„); 14249) х„1 = /'„1(а„аю ..., а„1); х =1 — х,— хз...--х л я — 1' Таким образом, задача определения концентрапнй сводится к измерению физических величин ау и вычислению неизвестных концентраций.
Принебольшомчнслекомпонентов,например для трехкомпонентной системы, можно построить специализированные функциональные преобразователи. Для более сложной системы целесообразно использовать ЭВМ. При анализе многокомпонентных систем иногда удается провести упрощение, уменьшив число компонентов, и провести анализ упрощенных систем. При промышленном анализе многокомпонентных газовых смесей н жидких летучих продуктов используется хроматография.
В хроматографах компоненты сложной смеси разделяются, образуют двухкомпонентные смеси компонентов с инертным газом и автоматически анализируются. Для разделения веществ используется явление сорбции — поглощения вещества нз окружающей среды. Количество сорбированного вещества тем больше, чем выше его концентрация в среде, окружающей сорбент.
Если вещество в среде отсутствует, то, будучи ранее сор. бированным, оно отдается в омыванхцую среду. Сорбция бывает двух видов. Поглощение вещества всей массой сорбнрующей жидкости называется абсорбцией Абсорберы применяются для анализа систем, содержащих органические газовые соединения, углеводороды, воду, ЯОз, ЯОз. Поглощение вещества поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента называется абсорбцией Адсорберы служат для определения концентраций неорганических газов. Функциональная схема хроматографа приведена парис.
493,а. Через газовую систему пропускается поток инертного газа, называемого газом-яосигеаем. В качестве газа. носителя примевпот водород, азот, инертные газы и др. В установившийся поток впускается определенная порция исследуемои газовой смеси — проба, Она вместе с газом-носителем поступаетвхроматографическую разделительную колонку 7, заполненную сорбентом. При подходе пробы к некоторому 242 Ртенйнтпнный Рис. 4.93 участку сорбента анализируемая компонента поглощается им, а после прохождения пробы вымывается в газ-носитель. Это замедляет движение данного компонента пробы. Скорость движения компонента по разделительной колонке уменьшается по сравнению со скоростью газа-носителя. Уменьшение скорости тем больше„чем больше сорбционная способность вещества. Различные компоненты имеют различные скорости движения по колонке, что приводит к пространственному разделению компонентов в потоке газа носителя.
Образуются участки дв омпонентных смесей. Схематически процесс разделения показан на рис. 4,93„б. На нем А, В, С вЂ” различные компоненты смеси. Газ-носитель с пространственно разделенными компонентами поступает в детектор 2 (рис. 4.93,а). Это блок, измеряющий концентрацию вещества в газе-носителе.
Детекторы могут иметь различные принципы действия. В частности, может быть применен термокондуктометрический преобразователь, описанный выше. Выходной сигнал детектора (изменение сопротивления или напряжение) поступает в автоматический мост или потенциометр 3, где он измеряется и регистрируется. По окончании хроматографического цикла, когда все компоненты пройдуг через детектор, на диаграммной бумаге регистратора записывается хроматограмма 4, Она содержит ряд "пиков", соответствующих компонентам смеси.
Ордината диаграммы соответствует концентрации, а интеграл каждого "пика*' — количест- 243 ву компонента в пробе, Полный интеграл всех '*пиков" (всей диаграммы) соответствуетконцентрации100%.Исходя из этого рассчитывается процентный состав компонентов. Процессы сорбции сильно зависят от температуры. С ее увеличением скорость сорбции возрастает, изменяется и количество сорбированного вещества. Процессы сорбции зависят также от состава инертного газа, скорости его прохождения и других параметров. Для увеличения точности, разрешающей способности и умагьшения порога чувствительности нужно стабилизировать эти параметры.
В автоматических хроматографах управление прибором и определение компонентов выполняют микропроцессоры. Структурная схема такого хроматографа приведена на рис. 494, Всем процессом измерения, в том числе вентилями, регулирующими скорость гаэа.носителя и впуском "пробы", а также нагревателями управляет микропроцессор 1. Микропроцессор 2 служит для обработки сигналов, полученных от детекторов, и для вычисления концентраций измеряемых компонентов газовой смеси. Алгоритм обработки включает в себя: определение начала и конца пика сигналов, получаемых от детекторов; интегрирование площадей пиков; учет дрейфа и флуктуации сигналов детекторов и усилителей; умножение интегралов пиков на чувствительность по каждому компоненту; расчет концентрации компонентов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
