Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Кондуктометрические анализаторыКондуктометрические приборы благодаря высокой чувствительности, сравнительной простоте и надежности широко используются для анализа жидкостей (виноматериалов, молочных продуктов, солевых и моющих растворов и т.п.). Кондуктометрический метод, как контактный, так и бесконтактный, основан на измерении электрической проводимости анализируемых растворов аналогично тому, как это делалось при измерении уровня жидкостей. Этот метод интегральный, так как проводимость раствора зависит от концентрации всех компонентов и может использоваться для анализа бинарных (двухкомпонентных) и многокомпонентных смесей, если концентрация всех неопределяемых компонентов постоянна. Кондуктометрические анализаторы могут быть контактными и бесконтактными. Принцип действия контактных кондуктометрических анализаторов основан на непосредственном контакте электродов с анализируемым раствором. Чувствительный элемент прибора – измерительная ячейка – состоит из двух электродов, помещенных в анализируемый раствор на определенном расстоянии друг от друга (рис. 27). Сопротивление между электродами определяется только электропроводностью раствора. При площади электродов S, расстоянии между электродами l и удельном сопротивлении раствора ρ, сопротивление измерительной ячейки:
Измерение удельного сопротивления может выполняться как на постоянном, так и на переменном токе. Однако постоянный ток используется реже из-за сильного искажения результатов побочными электролитическими явлениями – электролизом контролируемого раствора и поляризацией электродов. Поэтому большинство концентратомеров работает на переменном токе промышленной частоты и иногда при повышенной частоте (до 1000 Гц).  Рис. 27. Схема двухэлектродной кондуктометрической измерительной ячейки
Концентратомер моющих растворов (рис.28) состоит из измерительного преобразователя 1 и измерительного устройства 2. датчик 1 состоит из электродной ячейки ЭЯ, термокомпенсирующего резистора Rтс и шунтирующего резистора Rт для настройки схемы. Измерительное устройство представляет собой уравновешенный мост переменного тока и состоит из измерительной мостовой схемы М, электронного усилителя ЭУ и реверсивного микроэлектродвигателя РД, воздействующего на движок реохорда Rp. Резисторы Rпш и Rнш служат для установки нуля и регулировки прибора в процессе работы. Рис. 28. Принципиальная электрическая схема кондуктометрического концентратомера (анализатора) моющих растворов
Рис. 29. Принципиальная электрическая схема четырехэлектродной кондуктометрической измерительной ячейки На практике нашли широкое распространение четырехэлектродные датчики. В четырехэлектродной схеме сопротивление измеряется не между подводящими к раствору электродами, а между двумя вспомогательными электродами (рисунок 5.33). Таким образом, в датчике функции электродов разделены: к двум крайним токовым электродам подводится напряжение от сети, а с двух средних измерительных электродов снимается падение напряжения, определяемое электрическим сопротивлением раствора и не зависящее от частичной поляризации токовых электродов. Ограничивающее сопротивление R выбирается примерно в 100 раз больше сопротивления раствора между измерительными электродами, что обеспечивает практически неизменную величину тока через токовые электроды, поэтому напряжение на измерительных электродах прямо пропорционально сопротивлению анализируемого раствора. Использование четырехэлектродных датчиков позволяет устранить влияние не только поляризации электродов, но и электрического сопротивления осадков на них, что особенно важно при использовании их в быстрокристаллизующихся растворах, например, в сахарном производстве, виноделии и т.п. Бесконтактные анализаторы Бесконтактные методы измерения сопротивления растворов обеспечивают измерение концентрации сильнозагрязненных агрессивных жидкостей, коллоидных растворов, суспензий непосредственно в технологических потоках. Они подразделяются на низкочастотные (до 1000 Гц) и высокочастотные (от 1 кГц до десятков МГц). Измерительный преобразователь низкочастотного бесконтактного кондуктометра (рис. 30) состоит из витка кольцевой трубки ЖК, изготовляемой из диэлектрического материала и заполняемой анализируемым раствором. Этот виток создает короткозамкнутую вторичную обмотку трансформатора Тр1, по которой протекает ток I, величина которого равна:
где Е21 – э.д.с. вторичной обмотки, т.е. кольца трансформатора 1; R – сопротивление анализируемой жидкости.
Рис. 30. Структурная (а) и принципиальная (б) электрические схемы замещения измерительного преобразователя низкочастотного бесконтактного кондуктометра
Этот ток наводит во вторичной обмотке трансформатора 2 э.д.с.Е22:
Так как э.д.с. Е21 пропорциональна Е22, т.е.
Из полученного уравнения следует, что при постоянстве питающего напряжения напряжение во вторичной обмотке Тр2, т.е. Uизм, обратнопропорционально сопротивлению жидкостного контура R. Кроме того, частота напряжения Uпит не влияет на результаты измерения.
Рис. 31. Принципиальная электрическая схема автоматического низкочастотного бесконтактного кондуктометра
Измерительными устройствами в таких кондуктометрах чаще всего являются компенсационные (мостовые) электроизмерительные схемы, в которых измеряемое напряжение автоматически компенсируется напряжением устройства обратной связи. Анализируемая жидкость непрерывно протекает через чувствительный элемент кондуктометра – жидкостный виток ЖК. При изменении состава и сопротивления жидкости происходит изменение выходного напряжения, подаваемого с обмотки трансформатора Тр2 на электронный усилитель ЭУ, где оно усиливается и с помощью реверсивного электродвигателя РД проводит перестановку движка реостата Rp в направлении уменьшения сигнала разбаланса, пропорционального изменению сопротивления жидкости. Связанная с реохордом стрелка прибора покажет концентрацию раствора. Компенсация температурной погрешности измерений осуществляется термосопротивлением Rт, которое включено в мостовую схему и находится в контролируемом растворе. В пищевой промышленности эти приборы используются при измерении концентрации моющих растворов, растворов кислот, щелочей и т.п. Однако низкочастотный бесконтактный метод, обладая преимуществами бесконтактности, имеет ряд недостатков, ограничивающих его применение. Это достаточно большие размеры трансформаторов и чувствительность к помехам от внешних электромагнитных полей основной частоты. Поэтому более перспективно использование высокочастотных безэлектродных кондуктометрических анализаторов, в которых используется напряжение высокой частоты (от нескольких МГц до десятков мГц). К электродам ячейки (рис. 31), включенной в соответствующую измерительную схему, подводится напряжение высокой частоты и регулируется один из электрических параметров
Рис. 31. Первичные измерительные преобразователи высокочастотных кондуктометров и принципиальная электрическая схема их замещения
Емкостный преобразователь (рис. 31а) отличается от контактного преобразователя наличием изолирующего слоя между электродом и раствором, который практически не оказывает влияния на сопротивление токам высокой частоты, поэтому оно зависит только от сопротивления анализируемого материала. Индуктивный преобразователь (рис. 31б) представляет собой катушку индуктивности, охватывающую анализируемую среду, проходящую через измерительную ячейку из изолирующего химически стойкого материала.
Рис.32. Принципиальная электрическая схема высокочастотного кондуктометра
На рис. 32 приведена принципиальная схема высокочастотного кондуктометра, состоящего из генератора высокой частоты ГВЧ с неизменным напряжением и частотой; колебательного контура, состоящего из индуктивности L, резистора RL и конденсатора переменной емкости Cп; измерительного преобразователя (ячейки) ИП, который включен в колебательный контур, являясь составной частью его емкости Сп и активного сопротивления Rп. Сопротивление резистора Ri подбирается таким образом, чтобы выполнялось условие Ri >>Rэ, где Rэ – сопротивление контура при резонансе. Выходное напряжение Uвых подается на измерительную схему. Датчики положения |
||
|
|
Последнее изменение этой страницы: 2018-05-10; просмотров: 446. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |
.
Величина 
называется константой измерительной ячейки. Обычно она определяется при помощи эталонного раствора известной концентрации и удельного сопротивления.
При изменении концентрации моющего раствора изменяется сопротивление между электродами датчика, что приводит к разбалансировке моста и появлению на входе электронного усилителя сигнала. Этот сигнал усиливается и в зависимости от фазы разбаланса включается реверсивный микродвигатель РД, перемещающий движок реохорда в направлении ликвидации разбаланса схемы.
,
.
, то:
.
В качестве измерительного преобразователя в низкочастотных бесконтактных кондуктометрах могут использоваться чувствительные элементы как в виде каналов (трубок), через которые протекает анализируемая жидкость (рис. 31), так и в виде колец из немагнитных материалов, внутри которых размещаются обмотки измерительных трансформаторов. В подобных преобразователях, которые являются погружными, измерительный виток образуется из обмотки, находящейся внутри кольца, и жидкости, в которую помещается преобразователь.
ячейки, функционально связанный с электрическим сопротивлением анализируемого раствора. На практике используются два типа первичных измерительных преобразователей: емкостные и индуктивные.
Измерительные устройства, применяемые в высокочастотной кондуктометрии для регистрации параметров измеряемой среды, представляют собой высокочастотные резонансные схемы, в которых измерительные ячейки включаются в колебательный контур высокой частоты. Выходное напряжение контура функционально связано с электрическими параметрами ячейки и, следовательно, с электрическим сопротивлением анализируемого раствора.