Приборы физико-химического анализа

Высшее  профессиональное училище № 94

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

на  тему:

«Приборы  физико-химического анализа»

 

 

 

 

Учащейся группы 3 «Д»

Суховой Д.А.

 

 

 

 

 

Г. Лисичанск

2013 г

 

Содержание 

1. Введение.

 

2. Назначение и применение приборов физико-химического анализа.

 

3. Газоанализаторы. Общие сведения.

 

4. Газоанализаторы, основанные на методе измерения теплопроводности.

 

5. Магнитные газоанализаторы.

 

6. Солемеры и рН-метры.

 

7. Особенности эксплуатации и монтажа приборов физико-химического анализа.

 

8. Литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

Автоматизация производственных процессов является одним из решающих факторов повышения производительности общественного труда. Особенно возрастает роль автоматизации в настоящее время, когда на первый план выдвинуты вопросы интенсивного развития производства, повышения его эффективности. Одной из основных задач структурной перестройки общественного производства является развитие топливно-энергетического комплекса страны и, в частности, полное удовлетворение растущих потребностей в различных видах топлива и энергии. С повышением мощности установок по производству тепловой, и электрической энергии быстро увеличивается количество регулируемых параметров и операций технологического цикла на тепловых электрических станциях (ТЭС). Качественная работа всех агрегатов ТЭС не может быть обеспечена без контроля и автоматизации производства. Поэтому наряду с традиционными средствами контроля и автоматизации ТЭС все шире применяют управляющие вычислительные комплексы, основным элементом которых являются электронные вычислительные машины, микропроцессоры и микро-ЭВМ. Эффект внедрения автоматизированных и автоматических систем управления на производстве, в частности на тепловых электрических станциях, определяется не только техническими возможностями средств автоматизации, но и уровнем подготовки обслуживающего персонала, его квалификацией, умением ориентироваться в любых ситуациях, возникающих при ведении технологического режима.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НАЗНАЧЕНИЕ И  ПРИМИНЕНИЕ ПРИБОРОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО  АНАЛИЗА.

 

Физико-химический анализ — комплекс методов анализа физико-химических систем путем построения и геометрического анализа диаграмм состояния и диаграмм состав-свойство. Этот метод позволяет обнаружить существование соединений, существование которых невозможно подтвердить другими методами анализа. Первоначально исследования в области физико-химического анализа были сосредоточены на изучении зависимостей температур фазовых переходов от состава. Однако на рубеже XIX—XX веков Н.С. Курнаков,  показал, что любое физическое свойство системы является функцией состава, а для изучения фазового состояния можно использовать электропроводность, вязкость, поверхностное натяжение, теплоёмкость, коэффициент рефракции, упругость и другие физические свойства.

В основе теории физико-химического  анализа лежат сформулированные Н. С. Курнаковым принципы соответствия и непрерывности. Принцип непрерывности утверждает, что если в системе не образуются новые фазы или не исчезают существующие, то при непрерывном изменении параметров системы свойства отдельных фаз и свойства системы в целом изменяются непрерывно. Принцип соответствия утверждает, что каждому комплексу фаз соответствует определённый геометрический образ на диаграмме состав-свойство.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

 

Экономичность теплового процесса энергетической установки в значительной степени зависит от потерь тепла. Потери тепла складываются из химической неполноты сгорания топлива и уноса тепла с дымовыми газами.

Для поддержания процесса горения в топке необходимо  подавать в топку строго оптимальное количество воздуха, которое определяется коэффициентом избытка воздуха. Если подаваемого в топку воздуха не хватает, то не все топливо полностью сгорает, а  следовательно, не отдает все тепло, которое можно было бы от него получить. Если в топку подается слишком много воздуха, то топка переохлаждается и увеличиваются потери тепла с уходящими газами.

Контроль нормального  горения топлива в топке ведется с помощью анализа  дымовых газов. Из графика (рис. 59) видно, что коэффициенту избытка воздуха  соответствует определенное содержание углекислого газа и кислорода в дымовых газах. Таким образом, контроль качества процесса  горения можно вести по содержанию С02 и 02 в газах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приборы, с помощью которых  производится контроль и анализ газовых смесей, называются газоанализаторами. Номенклатура газоаналитических приборов очень разнообразна вследствие большого  многообразия состава анализируемых газовых  смесей и большого диапазона колебаний  концентрации отдельных компонентов этих  смесей.

В современных газоанализаторах  используются самые различные  физико-химические методы анализа, основанные на новейших достижениях различных отраслей науки и техники (оптики, электроники, электротехники и т. д.).

Автоматический газоанализатор правильно работает только в том случае, если обеспечивается целый ряд требований,  предъявляемых к подаче анализируемой газовой смеси.

1. В тех случаях, когда  анализ ведут с помощью нагревательных  элементов преобразователя, газ, подаваемый в анализатор, должен быть строго определенной температуры.

2. Газоанализатор рассчитан  на определенное давление и   зачастую не может выдерживать давления, под которым находится газ в технологическом процессе. Поэтому давление подаваемого в прибор газа должно быть снижено.

3. Анализируемая газовая  смесь может быть загрязнена  механическими примесями и иметь повышенную влажность. Поэтому перед подачей газовой смеси в преобразователь анализатора смесь газа должна быть очищена и осушена.

4. Расход газа, подаваемого  на анализ, должен быть строго  постоянен, иначе температура нагревательных элементов преобразователя будет меняться не в зависимости от содержания определяемого компонента в смеси газов, а от количества обдувающего  термоэлемент газа.

5. Во многих случаях  анализируемый газ находится  под  давлением меньшим, чем то, которое необходимо для подачи газа в  прибор. Например, дымовые газы, которые оттягиваются из топки благодаря разрежению в дымовом тракте. В этих случаях  необходим специальный аппарат, подающий газ в прибор.

По характеру исполнения газоанализаторы могут быть  нормального и специального исполнения.

Приборы нормального исполнения эксплуатируются в  помещениях с нормальными условиями среды. Эти помещения не являются взрывоопасными. Как правило, газоанализаторы устанавливают в изолированных, хорошо вентилируемых шкафах, помещениях и  кабинах. Однако в отдельных случаях, когда по условиям анализа или другим причинам газоанализаторы приходится устанавливать во взрывоопасных помещениях, применяют приборы во взрывобезопасном исполнении. Такие приборы подразделяются на три категории: взрывонепроницаемые, искробезопасные и взрывозащищенные.

Во взрывобезопасном исполнении обычно выпускаются только преобразователи и вспомогательные устройства. Электронные блоки и вторичные приборы имеют нормальное исполнение и  устанавливаются во взрывобезопасных помещениях.

Газоанализаторы могут быть стационарными и переносными.

В практике эксплуатации наиболее часто встречаются  газоанализаторы, построенные по методу теплопроводности и магнитной восприимчивости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕТОДЕ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ.

 

Теплопроводность вещества характеризует его  способность  проводить тепло путем передачи энергии от молекул к молекуле. Теплопроводность газов тем больше, чем меньше диаметр молекул, чем больше скорость их движения. Поэтому наибольшей теплопроводностью обладают вещества с наименьшей  молекулярной массой (водород, гелий и др.).

Значения теплопроводности некоторых газов значительно  отличаются друг от друга.

Измеряемый газ омывает  камеру, в которую помещают  проводник. Проводник представляет собой металлическую нить или растянутую спираль, изготовленную из материала с большим температурным коэффициентом электрического сопротивления.

По проводнику проходит ток  и нагревает его. Условия  теплоотдачи  и, следовательно, температура проводника изменяются в зависимости от теплопроводности омывающего его газа. Изменение температуры проводника приводит к изменению его  электрического сопротивления.

Однако непосредственное измерение абсолютной теплопроводности газовой смеси является достаточно сложной задачей. В  газовом анализе используется другой метод - метод определения относительной теплопроводности. Для этого теплопроводность анализируемой газовой смеси сравнивается с теплопроводностью эталонного газа.

На рис. 60 представлена принципиальная  компенсационно - мостовая схема переменного тока, так называемая схема  автоматического компоратора. Она состоит из двух неуравновешенных мостов, один из которых — А является рабочим и второй — Б — сравнительным.

Рабочий мост состоит из двух камер с  нагревательными  элементами R1, через которые проходит  анализируемая газовая смесь. В два других плеча рабочего  моста включены элементы R2, заполненные газовой смесью, состав которой соответствует нижнему пределу измерения газоанализатора. Плечи сравнительного моста состоят из элементов,  заполненных газом,  соответствующих верхнему R3 и нижнему R2 пределам измерения прибора. Схема питается от двух вторичных обмоток трансформатора Тр. В диагональ сравнительного  моста включен реохорд.  Движок реохорда, часть сопротивления (I) и электронный усилитель включены в чувствительную диагональ рабочего моста. Нагрузкой  

 

электронного усилителя  является реверсивный  электродвигатель Д привода стрелки вторичного прибора.  Определенной концентрации газа соответствует определенное положение стрелки, при котором напряжение в измерительной диагонали рабочего моста уравновешивается напряжением, снимаемым с части реохорда движком. Напряжение на входе усилителя в этом случае равно нулю.

Если концентрация газа в  газовой смеси, проходящей через  камеры R1, изменится, то изменится напряжение в измерительной диагонали рабочего моста, а следовательно, появится сигнал на входе в электронный усилитель, управляющий сигнал с выхода электронного усилителя приведет в движение реверсивный электродвигатель Д. Стрелка показывающего прибора и движок реохорда начнут перемещаться. Реверсивный электродвигатель перемещает движок реохорда до тех пор, пока напряжение в диагонали  рабочего моста не уравновесится напряжением на участке l реохорда, т. е. до тех пор, пока не исчезнет сигнал на входе электронного усилителя.

Следовательно, с увеличением  напряжения в диагонали  рабочего моста Up должен увеличиться участок l.

Условие равновесия схемы  выражается отношением

= ,

где Uc — напряжение сети. Отсюда 

l = L .

Так как сопротивление  участка L и напряжение сети Uc  постоянны, сопротивление участка l (положение движка реохорда)  пропорционально Uр — напряжению в диагонали рабочего моста или концентрации измеряемого газа в газовой смеси.

Показания газоанализаторов, основанных на методе измерения теплопроводности и подключенных по схеме компоратора напряжения, практически не зависят от изменения напряжения питания и температуры окружающей среды, так как эти изменения одинаково влияют на оба моста схемы.

Чувствительные элементы, образующие плечи мостов  газоанализаторов теплопроводности, изготовляют из химически  стойких  материалов с высоким  температурным коэффициентом сопротивления. Чаще других для этих целей используют платиновую проволоку. Подачу анализируемого газа в измерительные камеры производят, в основном, за счет диффузии или конвекции. Эти методы подачи газа не зависят от скорости потока газа и не требуют  регулирования его расхода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МАГНИТНЫЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ.

 

Анализируемые газы могут  быть разбиты по магнитной восприимчивости на две группы. Газы первой группы втягиваются в магнитное поле. Такие газы называются парамагнитными. О них говорят, что они имеют положительное значение удельной магнитной восприимчивости. Вторая группа  газов выталкивается из магнитного поля. Эти газы называются диамагнитными. Они обладают отрицательной удельной магнитной восприимчивостью.