11-5. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ЖИДКОЙ И ГАЗООБРАЗНОЙ СРЕДЫ

Общие сведения.

Приборы для измерения концентрации жидких и газообразных сред основаны на физико-химических явлениях, происходящих в исследуемых средах. Наибольшее применение получили приборы с электролитическими и гальваническими преобразователями и с перегревными терморезисторами.

Приборы для измерений концентрации растворов по водородному показателю (pH-метры).

Приборы, предназначенные для анализа жидких растворов по водородному показателю pH, называют рН-метрами и широко применяют для контроля различных химических процессов.

Эти приборы состоят из гальванического преобразователя (см. § 11-2) и электроизмерительного прибора. На практике используют различные гальванические преобразователи, выбор которых определяется пределами измерения pH и условиями эксплуатации преобразователей. ЭДС гальванических преобразователей измеряют при помощи специальных компенсаторов с ручным и автоматическим уравновешиванием или электронных милливольтметров.

На рис. 11-35 приведена упрощенная схема электронного рН-метра, работающая по принципу уравновешивающего преобразования. На вход усилителя У, охваченного глубокой отрицательной обратной связью, подается гальванического преобразователя ИП, при этом где UK — компенсирующее напряжение цепи обратной связи усилителя. При достаточно большом коэффициенте усиления или Так как ток т. е. показания миллиамперметра определяются значением pH раствора.

Для автоматической компенсации температурной погрешности, обусловленной изменением от влияния температуры, используют медный терморезистор помещаемый в контролируемый

Рис. 11-35. Схема электронного рН-метра

раствор вместе с электродами преобразователя. Сопротивление терморезистора выбирают таким, чтобы изменения ЭДС Ех и компенсирующего напряжения UK при изменении температуры раствора взаимно компенсировались.

Электронный лабораторный рН-метр (типа pH-121), построенный по схеме рис. 11-35, имеет пределы измерений pH от — 1 до + 14. Основная погрешность прибора +0,05 единиц pH.

Для измерения ЭДС гальванических преобразователей в промышленных условиях применяют автоматические компенсаторы с большим входным сопротивлением (не менее Ом).

Приборы для измерений концентрации компонентов газовых смесей.

Приборы, предназначенные для анализа газовых смесей, называют газоанализаторами. Их работа основана на различных принципах.

В качестве примера рассмотрим газоанализатор для определения процентного содержания водорода в газовой смеси. В этом приборе используют зависимость теплопроводности газовой смеси от содержания водорода, теплопроводность которого отличается от теплопроводности остальных компонентов смеси. Для определения теплопроводности смеси применяют перегревные терморезисторы.

На рис. 11-36 показана упрощенная схема газоанализатора из двух неравновесных мостов — измерительного I и сравнения II, питаемых от одного источника переменного тока. Терморезисторы в плечах мостов, выполненные из платиновой проволоки и помещенные в стеклянные баллончики, расположены в одном металлическом блоке. Рабочие терморезисторы 1 и 4 измерительного моста омываются анализируемой смесью, компенсационные терморезисторы 2 и 3 измерительного моста и терморезисторы 6 и 7 моста сравнения находятся в запаянных баллончиках, наполненных постоянной по составу газовой смесью, содержащей водород в количестве, соответствующем нижнему пределу измерений газоанализатора. Терморезисторы 5 и 8 моста сравнения также находятся в баллончиках с постоянным составом газовой смеси, соответствующим верхнему пределу измерений прибора. В диагонали моста сравнения имеется реохорд , в диагонали измерительного моста — нагрузочный резистор . Мост сравнения постоянно находится в неравновесном состоянии;

Рис. 11-36. Схема газоанализатора на основе зависимости изменения теплопроводности газовой смеси от ее состава

измерительный мост — в равновесии лишь при пропускании через рабочие камеры газовой смеси с содержанием водорода, соответствующим нижнему пределу измерений прибора. С увеличением содержания водорода в исследуемой газовой смеси измерительный мост выходит из равновесного состояния и на его диагонали (на резисторе появляется напряжение, которое автоматически компенсируется напряжением, снимаемым с реохорда

Для автоматической компенсации в приборе предусмотрен усилитель У переменного тока с реверсивным двигателем М на выходе. Двигатель механически связан с подвижным контактом реохорда и указателем.

Таким образом, каждому значению определяемого компонента в анализируемой газовой смеси соответствует определенное положение подвижного контакта реохорда, а следовательно, и положение указателя.

Мост сравнения исключает влияние на результат измерения некоторых внешних факторов: температуры, напряжения питания.

Газоанализаторы выпускают на различные пределы измерений (в процентах содержания водорода): Основная погрешность газоанализатора при не превышает Запаздывание показаний газоанализатора без учета газопроводящих линий не более 2 мин.