Технические измерения и приборы

                                                                               (5.8)

В таком положении стрелка нуль прибора устанавливается на 0, а отсчет производят по сумме показаний на секционном резисторе R_с и реохорде R_р. На секционном резисторе можно создавать разность потенциалов 60мВ, на реохорде– 11мВ.

Таким образом, максимальное ЭДС измеряемое потенциометром ПП составляет 71мВ. Цена деления шкалы реохорда составляет 0,5мВ.

Также в комплекте  с термопарой могут работать милливольтметры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 16– Милливольтметр магнитоэлектрической системы

 

В нем имеется постоянный магнит между полюсами, которой находится вращающаяся рамка. К концам провода рамки подключен термоэлектрический преобразователь. При изменении температуры ЭДС термопары меняется и меняется угол поворота рамки, который связан со стрелкой.

5.5 Термопреобразователи сопротивления

Измерение температуры  термопреобразователя сопротивлением основано на изменении электрического сопротивления проводников или полупроводников при изменении температуры.

Полупроводниковые называются термисторами и используются в электронных  схемах.

При увеличении температуры сопротивление  чистых металлов увеличивается, а полупроводников - уменьшается. Зависимость сопротивления металла от температуры можно выразить следующим уравнением:

                                                     (5.9)

где - сопротивление металлического проводника при начальной температуре;

- сопротивление металлического проводника при конечной температуре;

- интервал изменения температуры;

- коэффициент температурного  сопротивления.

Зависимость между сопротивлением и температурой для термопреобразователя сопротивления различных типов дается в градуировочных таблицах.

Наиболее пригодными металлами  по своим физико- химическим свойствам для изготовления термопреобразователя сопротивления являются платина и медь.

Для платины 

Для меди

Чувствительный элемент термопреобразователя сопротивления представляет собой тонкую медную или платиновую проволоку, намотанную дефилярно на специальный слюденной, фарфоровый или пластмассовый каркас.

Для предохранения от внешних воздействий  чувствительный элемент термопреобразователя сопротивления помещают в металлическую трубку с литой головкой, в которой смонтированы выводы концов обмотки для их подключения к соединительным проводам.

Термопреобразователи сопротивления  изготавливаются следующих типов:

Платиновые: ТСП; диапазон от -200 ºС до +600 ºС;

Медные: ТСМ; диапазон от -50 ºС до +200 ºС;

Градуировки: ТСМ: 50М; 100М;

                        ТСП: 50П; 100П;

50 и 100 означают сопротивление  при 0 ºС.

Вторичный прибор должен иметь точно такую же градуировку.

Выпускаются термопреобразователи сопротивления с унифицированными выходными сигналами от 0 до 5 мА и от 4 до 20 мА.

В качестве вторичных  приборов применяются логометры  и уравновешенные мосты.

5.6 Логометры

Логометр- это прибор магнито- электрической системы, который  имеет две рамки.

Рисунок 17– Логометр

 

Логометр имеет подвижную  систему, состоящую из двух скрещенных под острым углом жестко связанных между собой рамок сопротивлением и . Рамки изготовлены из большого количества витков тонкой медной проволоки. Рамки могут свободно поворачиваться на кернах (осях) в подпятниках, в зазоре между цилиндрическим сердечником и полюсными башмаками.

Зазор увеличивается от центра полюсных башмаков к их краям (в отличие от милливольтметров). Это обстоятельство приводит к тому, что магнитная индукция B уменьшается от центра к краям примерно равное по квадратичному закону. Подвод тока к рамкам производится тремя спиральными пружинками с малым противодействующим моментом,  которые кроме подвода тока также служат для возвращения стрелки в исходное положение при отключенном напряжении питания.

- сопротивление термопреобразователя.

Последовательно с рамками в  схему введены манганиновое сопротивление и . Обе рамки выполняются с одинаковым количеством витков и сопротивления и включаются так, что их вращающие моменты и

 направлены навстречу друг  к другу.

Предположим, что при какой- то температуре  сопротивление  , тогда токи и при абсолютно одинаковых рамках ( ) подвижная система займет положение относительно линии NS, соединяющей точки с максимальной магнитной индукцией в обоих зазорах, так как в этом положении и . При увеличении температуры среды, сопротивление увеличится, а момент уменьшится за счет уменьшения тока , а момент останется без изменений, так как напряжение Е не изменилось, т.е. и, следовательно, вся система будет поворачиваться по часовой стрелке. При этом рамка с сопротивлением попадает в зазор с меньшей магнитной индукцией, и момент начнет уменьшаться, а момент увеличиваться за счет перехода рамки в поле с большей магнитной индукцией . При некотором угле поворота и станут равными и подвижная система займет новое равновесное положение. Это уравнение равновесия может быть представлено в следующем виде:

 

                                                     (5.10)

 

и - магнитная индукция в зазоре, где находятся рамки с сопротивлением и .

, - силы тока в рамках и .

d,l,n- диаметры, длины и количество витков рамок.

Так как  ; ; , то обе части уравнения можно сократить:

 

                                                                               (5.11)

или

Правая часть этого уравнения  зависит от угла отклонения подвижной  системы φ и от характера изменения зазора.

Характер изменения зазора для  каждого прибора является определенным.

                                                                              (5.12)

или

                                                                              (5.13)

Т.е. угол отклонения подвижной системы (или положение стрелки относительно шкалы) определяется отношением токов, проходящих через рамки с сопротивлением и .

                                                                         (5.14)

 

                                                                    (5.15)

 

                                                                (5.16)

 

Из этих уравнений  следует, что угол поворота не зависит от напряжения источника питания E, а зависит от .

Кроме логометров с термопреобразователем  сопротивления в качестве вторичных  приборов используются уравновешенные мосты.

5.7 Уравновешенные мосты

 

Рисунок 18–Уравновешенный мост

 

Величина сопротивления  включается в одно из плеч моста через соединительные провода, имеющие сопротивление (сопротивление линии). Другие плечи моста состоят из постоянных манганиновых резисторов и и переменного калиброванного резистора- реохорда , выполненного из манганина. К одной диагонали моста подключается источник питания, а к другому- нуль прибор. При равновесии моста выполняется равенство:

 

                                                                (5.17)

 

                                                                       (5.18)

В этом случае разность потенциалов между точками А и В станет =0, ток через нуль прибор протекать не будет и его стрелка установится на нулевой отметки. При изменении температуры сопротивление изменится и мост разбалансируется. Чтобы восстановить равновесие необходимо при изменить величину сопротивления реохорда , переместив его движок, соединенный со стрелкой и по положению движка реохорда при равновесии моста моно однозначно судить о величине сопротивления и об измеряемой температуре.

На практике применяются  трехпроводные линии, соединяющие термопреобразователи сопротивления для исключения влияния изменения сопротивления проводов изменения температуры. При этом источник  питания включается таким образом, чтобы один провод входил в плечо моста с реохордом, а второй - в плечо моста с термо сопротивлением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВА

6.1 Основные понятия

Анализируемые вещества часто представляют собой смеси, состоящие из нескольких компонентов. Для определения состава вещества и концентрации, отдельных его компонентов применяются анализаторы, построенные обычно на косвенных методах анализа. Косвенные методы анализа основаны на использовании известных взаимосвязей между искомыми параметрами и каким- либо физическим или физико-химическим свойством вещества при условии, что это свойство может быть измерено, а компонент, концентрация которого измеряется в достаточной степени отличается от остальных компонентов смеси, хотя бы по одному физико-химическому свойству.

Вследствие значительного количества компонентов, концентрации которых подлежат измерению большого различия их физико-химических свойств и большого разнообразия сложных смесей разработаны различные методы их анализа.

В основе работы каждого  анализатора лежат особенности, связанные со спецификой измеряемого компонента, поэтому анализаторы универсальными не являются и могут использоваться только в условиях, для которых они предназначены. При контроле физико-химических параметров веществ используют следующие методы анализа:

1. Химические – основаны на свойствах веществ, проявляемых ими в химических реакциях.
2. Тепловые- основаны на измерении свойств газовых смесей в температурных полях в зависимости от их состава.
3. Магнитные- основаны на использовании парамагнитных свойств газов.
4. Оптические- используется поглощение, преломление или отражение электромагнитных волн различных областей спектра отдельными компонентами сложного вещества (спектральный, инфракрасный, микроволновой и колориметрический анализы).
5. Кондуктометрические – основаны на измерении концентраций растворов электролитов по их удельной электропроводности.
6. Потенциометрические- предназначены для растворов электролитов и основаны на измерении электродных потенциалов, т.е. разности потенциалов возникающих на границе раствора и электрода, погруженного в этот раствор.
7. Электрохимические- основаны на различных электрохимических свойствах отдельных компонентов сложной смеси (электрометрические и полиарографические анализы).

 6.2 Химические газоанализаторы

Химические газоанализаторы предназначены для определения объемного состава газовой смеси. Их принцип действия основан на избирательном поглощении компонентов смеси химическими реактивами, либо на принципе сжигания горючих компонентов в этой смеси.

Химические газоанализаторы применяются в лабораторной практике, а также при контрольных измерениях и при поверке автоматических газоанализаторов. Погрешность химических газоанализаторов составляет 0,1 %.

Определение состава  газовой смеси методом поглощения заключается в последовательном соприкосновении отмеренного объёма исследуемой смеси газов с поглотительными растворами (реактивами), вступающими в соединение с отдельными компонентами смеси и последующим измерении объёма оставшейся газовой смеси. Например, для поглощения диоксида углерода используется 33,3 %- ый водный раствор KOH. Для определения состава неопределенны углеводородов, в качестве поглотительного раствора используется серная кислота различной концентрации.

Для поглощения кислорода применяется щелочной раствор пирогаллола, соединяющий 13% (массовых) C₆H₃OH, 29% KOH и 58% дистиллированной воды.

Для поглощения оксида углерода в качестве реактива используют аммиачный раствор хлорида меди, соединяющий 17% Cu₂Cl₂, 12% NH₄Cl, 62% дистиллированной воды. К этому раствору перед заливкой в поглотительный сосуд добавляется около трети по объёму 25%-ого водного раствора аммиака.

6.3 Переносной химический газоанализатор ГПХ-3

Переносной химический газоанализатор ГПХ-3 предназначен для раздельного объемного определения содержания в смеси диоксида углерода, кислорода и оксида углерода или непредельных углеводородов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 19 - Переносной химический газоанализатор ГПХ-3

 

1. Измерительная бюретка,
2. Стеклянный цилиндр, заполненный водой,

3,4,5- поглотительные сосуды,

6- фильтр,

7- трехходовой кран,

8,9,10- одноходовые краны,

11- распределительная  гребенка,

12- резиновый мешочек,

13- уравнительный сосуд.

Измерительная бюретка  емкостью 100 мл. предназначена для  отмеривания первоначального объема газовой смеси и измерения её объема после поглощения отдельных компонентов.