Датчики для автоматического анализа состава материала

В) Расходомеры индукционные

Б) Расходомеры постоянного перепада давления

Наиболее распространенными приборами являются ротаметры. Шкала ротаметров практически равномерная, ими можно измерять небольшие расходы, потери давления у них небольшие и не зависят от расхода.

Проходя через ротаметр с низа вверх, жидкость или газ подымает поплавок пока, кольцевая щель между поплавком и стенками конусной трубки не достигнет значения, при котором силы, которые действуют на поплавок, уравновесятся и он остановится на том значении какой расход.

На поплавок ротаметра действует осевая сила, которая направлена в противоположную сторону.

Сверху вниз действуют:

1 - сила тяжести , где - объем поплавка; – плотность материала поплавка; – ускорение силы тяжести.

2 - сила от давления жидкости (газа) на верхнюю плоскость поплавка , где – среднее давление жид. на единицу верхней плоскости поплавка; S – площадь наибольшего поперечного сечения поплавка.

Снизу вверх на поверхность поплавка действуют тоже силы:

1 - сила от давления жидкости (газа) на нижнюю поверхность поплавка ;

2 - сила трения жидкости (газа) о поплавок , где - коэффициент сопротивления, который зависит от критерия Рейнольдса и степени шероховатости поверхности поплавка; - средняя скорость жид.(газа) в кольцевом канале; - боковая поверхность поплавка; n –показатель степени, который зависит от скорости жидкости (газа).

Поплавок уравновешен когда:

или

Когда допустить, что при всех расходах остается постоянной, то правая часть уравнения будет постоянной т.к. остальные величины являются для данного прибора постоянными. Т.о. разность давлений на поплавок . Это значит, что ротаметр является прибором постоянного перепада давления.

Если сложить уравнение Бернули для сечений I-I и II-II и уравнение неразрывности потока, то получим уравнение расхода:

, м³/с

где - площадь кольцевого отверстия.

Т.к. значение под корнем можно считать постоянным, то:

Эта зависимость линейная, следовательно шкала ротаметра будет равномерной.

Ротаметры делают со стеклянной трубки при этом он работает до давления 0,58 Па, для большего давления их делают с металла. Эти ротаметры делают с электрической и пневматической дистанцией управления.

Принцип действия Р основан на измерении электродвижущей силы, которая индукцирована в потоке электропроводной жидкости под воздействием внешнего магнитного поля.

Трубопровод 1 с жидкостью расположен между полюсами 2 и 3 магнита перпендикулярно направлению силовых линий магнитного поля. Трубопровод делают с немагнитного материала (фторопласт). Возле стенки диаметрально противоположно устанавливают измерительные электроды.

Под воздействием магнитного поля ионы, которые находятся в жидкости, перемещаются и отдают свои заряды измерительным электродам, образуя э.д.с. E, пропорционально скорости движения жидкости. К электроду подключается измерительный прибор 4.

Величина э.д.с. в случае постоянного магнитного поля находится из уравнения магнитной индукции:

где B – магнитная индукция в отверстии между полюсами магнита; d – внутренний диаметр трубопровода; x – средняя скорость движения жидкости.

Через объемный расход:

При однородном магнитном поле величина э.д.с. пропорциональна объемному расходу.

Недостатки связаны с возникновением на электродах э.д.с. поляризации, гальванической э.д.с. постоянного потока. Эти недостатки делают тяжелым правильное измерение э.д.с.

Чаще всего используют расходомеры переменного магнитного поля. Когда магнитное поле изменяется во времени, то величина э.д.с.:

При переменном магнитном поле электромагнитные процессы делают меньшее влияние на показание прибора, чем при постоянном.

Электромагнитные расходомеры имеют много достоинств. Они практически безинерционные, что очень важно при измерении быстроизменяющихся расходов и при использовании их в системах автоматического регулирования. На результат измерения не воздействует наличие в жидкости частиц и пузырьков газа. Показания расходомеров не зависят от свойств жидкостей (плотности) и от характера потока (ламинарный, турбулентный).

Можно использовать при измерение расхода агрессивных сред, если выполнить расходомер с специально материала. Погрешность измерения 0,5-1%.

Существует несколько методов измерения, из которых наиболее распространены кондуктометрический, основан на измерении электропроводности жидкости, оптический – на законах поглощения и отражения световых лучей, электромагнитный – на измерении разности потенциалов специальных электродов в контролируемой среде.

Кондуктометрические приборы. Зависимость между удельной электропроводностью раствора, природой растворенного вещества и его концентрацией определяется законом Кольрауша:, где -удельная электропроводность, -степень диссоциации, -мольная концентрация вещества, - подвижность ионов в электрическом поле при градиенте напряжения, равном единице. Электропроводность очень чувствительна к изменению температуры. Для исключения поляризации электродов измерение проводят на переменном токе, В зависимости от метода взаимодействия с измеряемой средой кондуктометрические концентратомеры делятся на электродные и безэлектродные.

Оптические методы. Нашли широкое применение в лабораторной практике. Калориметрический метод основан на зависимости поглощения света, которое проходит через контрольный раствор, его цвета в функции концентрации. Зависимость между интенсивностью света на входе и выходе из раствора описывается:, где - молярный коэффициент гашения, l - толщина раствора, С - концентрация. Для регистрации величины I используют разные типы фотоэлементов с целью выделения спектра, который наиболее всего поглощается раствором.

Измерение состава газовых смесей. Для измерения состава газовых смесей наибольшее распространение получили газоанализаторы, которые позволяют количественно оценить содержание измеряемого компонента в газовой смеси. Термокондуктометры основаны на том, когда теплопроводность всех компонентов смеси, кроме анализируемой, одинакова, то общая теплопроводность будет зависеть от концентрации определяемого компонента. Измерительная часть газоанализатора неуравновешенный мост, плечи которого образованы одинаковыми ячейками. Каждая ячейка – цилиндрическая камера, по оси которой натянута платиновая нить. Платиновая нить одновременно является и нагревательным элементом и термометром сопротивления. Через две ячейки пропускают анализируемый газ, две другие заполнены чистым воздухом. Если компонента нет, то мост уравновешен, когда компонент появляется мост разбалансируется.