Приборы для измерения состава, влажности и плотности газов, концентрации растворов и суспензий
Общие сведения 1.1. Основные понятия о составе, влажности и плотности газов. Неотъемлемым условием высокой рентабельности животноводства является оптимальный микроклимат, соответствие физических свойств и химического состава воздушной среды помещений определенным нормам. Важнейшее условие оптимального микроклимата — определенная влажность воздуха и допустимые значения содержания вредных газов: аммиака, углекислого газа, сероводорода и др. Аммиак образуется при разложении кала и мочи. Он попадает на слизистые оболочки дыхательных путей животных и может привести к химическому ожогу. Предельно допустимые концентрации (ПДК) аммиака в свинарнике — до 0,02 г/м3. Сероводород — яд, опасный для кровеносной и нервной системы животных. Он образуется при гниении высокобелковых продуктов (корм, кал и др.). Его ПДК — 0,01 г/м3. Углекислый газ выделяется при дыхании животных как продукт газообмена. Высокие концентрации углекислого газа в помещении могут привести к сокращению дыхания, вялости и снижению продуктивности животных. ПДК углекислого газа — 4,94 г/м3. Значительное место в энергетической службе производственных и животноводческих комплексов занимает автоматизация энергетических установок (паровые котлы, установки для приготовления травяной муки, сушки птичьего помета и др.). Экономичность их теплового процесса зависит от полноты сгорания топлива и уноса тепла с дымовыми газами. Если в топку подается мало воздуха, то топливо полностью не сгорает из-за недостатка кислорода и расход его увеличивается. Если подается слишком много воздуха, то топка переохлаждается и уменьшается теплоотдача. Контроль за качеством процесса горения ведется по содержанию углекислого газа и кислорода в дымовых газах.
В воздухе производственных и животноводческих помещений всегда имеется некоторое количество паров воды. При достижении определенного предела (состояние насыщения — максимальная влажность 100%) избыточные пары воды выделяются в виде осадков. Обычно содежание паров воды в воздухе составляет 30-90% от максимально возможного. Это число и определяет относительную влажность, то есть отношение количества влаги в воздухе к максимальному ее значению при данной температуре. Высокая влажность воздуха при низких температурах приводит к простудным заболеваниям человека и животных, а при высоких — препятствует необходимому выделению тепла. Плотность газов обычно определяют как величину, показывающую, во сколько раз он тяжелее воздуха или водорода. Так, плотность углекислого газа по воздуху составляет 1,5. Анализ и контроль газовых смесей производится с помощью различных анализаторов газа, измерение влажности — с помощью влагомеров, а плотности — с помощью плотномеров. 1.2. Газоанализаторы. Приборы для контроля за составом и свойствами газов (газоанализаторы) подразделяют по принципу действия на термокондуктометрические, магнитные, электрохимические, оптические и др. Для контроля за составом газов и жидкостей широко применяют хроматографы. Термокондуктометрические газоанализаторы действуют на основе измерения теплопроводности газовой смеси, которая зависит от компонентов. Измеряемый газ подается в камеру с платиновым проводником, включенным в мостовую схему (рис. 5.1, б). Ток, проходящий по проводнику, нагревает проводник, а омывающий газ охлаждает. В аналогичную камеру подается эталонный газ. Компенсационная мостовая схема воспринимает разность охлаждений, пропорциональную теплопроводности, и через усилитель подает сигнал на вторичный прибор. Показания снимаются визуально или записываются. В некоторых газоанализаторах для определения содержания аммиака в воздухе имеются контакты двухпозиционного устройства, которые выдают сигнал при превышении допустимой концентрации.
Магнитные газоанализаторы действуют на основе определения магнитной восприимчивости газовых смесей в зависимости от содержания кислорода. Кислород и двуокись азота в отличие от других газов обладают положительной магнитной восприимчивостью. При увеличении концентрации кислорода в газовой смеси усиливается движение потока газа вблизи резистора, по которому протекает ток. Интенсивное охлаждение резистора вызывает изменение его сопротивления и величины тока, подающего сигнал на вторичный прибор (рис. 5.1, а). Шкала прибора градуируется на процентное содержание кислорода по объему.
Рис. 5.1. Схемы вторичных приборов: а— логометра; б — уравновешенного моста; 1 — магнит постоянный; 2 — рамки логометра; RK — терморезистор; G — батарея; Р — нуль-прибор; RР — резистор со шкалой.
Конструктивно газоанализатор оформлен в виде отдельных узлов (приемник, блок очистки, показывающий прибор и др.), установленных на щите. Отбор газа для анализа осуществляется с помощью керамического фильтра, установленного в газоходе, и блока очистки. Действие электрохимических газоанализаторов основано на реакции, вызывающей образование тока в электролите при взаимодействии кислорода с материалом электрода. Величина тока, протекающего во внешней цепи электролита, пропорциональна концентрации кислорода в газовой смеси. В оптических газоанализаторах используются свойства газов поглощать ультрафиолетовые и инфракрасные лучи или вступать в реакцию, изменяя цвет индикатора, которым пропитывают хлопчатобумажную ленту. Принцип действия хроматографов основан на разделении компонентов смеси газов с помощью сорбента, то есть вещества, поглощающего молекулы газа или раствора. Испытуемая проба продувается через слой сорбента с помощью газоносителя (азот). При этом каждый газ растворяется и меняет скорость перемещения в зависимости от степени поглощения. Различие в скоростях приводит к разделению газов. Очередность выхода каждого из компонентов является качественным показателем хроматографического анализа.
Определяют концентрацию отдельных компонентов детектором. Выходной электрический импульс детектора передается на электронный автоматический прибор, записывающий хрома-тограмму, состоящую из ряда отклонений, каждое отклонение соответствует определенному компоненту анализируемой смеси. 1.3. Измерения относительной влажности воздуха. Влажность воздуха оценивается абсолютной или относительной величиной. Измерение влажности производится различными методами: психрометрическим, гигроскопическим, электролитическим и др. Психрометрический метод измерения влажности воздуха основан на зависимости интенсивности испарения воды от влажности воздуха. Чем меньше влажность воздуха в помещении, тем быстрее будет испаряться вода из внесенного в него сосуда и тем ниже будет температура воды по сравнению с окружающей средой. На этом принципе работают приборы, называемые психрометрами. Психрометр (рис. 5.2, а) состоит из «сухого» термометра 1 и «увлажненного» 3, укрепленных на панели 4. Чувствительный элемент «увлажненного» термометра обернут тканью (батист), часть которой помещена в резервуар 2 с водой. По разности показаний «сухого» и «увлажненного» термометров можно определить относительную влажность воздуха. Психрометры широко применяются для контроля влажности в инкубаторах и животноводческих помещениях (например, инкубаторный психрометр ПС-14 с пределами измерения «сухого» термометра 30-42° С, «увлажненного» — 25-37° С). Инкубационный психрометр ТК-10А имеет термоконтакты, срабатывающие при 28,5° и 32° С. Электронный психрометр ПЭ имеет психрометрический ПИП и электронный самопишущий или регулирующий вторичный прибор. Электролитический метод измерения влажности воздуха основан на изменении электропроводности некоторых солей при изменении влажности воздуха.
Рис. 5.2. Приборы для измерения влажности:
а — психрометр; б — хлористо-литиевый ПИП; в — электролитический ПИП типа ЭВУ; г — сорбционный преобразователь типа ПВИС; 1 — сухой термометр; 2 — резервуар с водой; 3 — увлажненный термометр; 4 — панель; 5 — пластмассовая пластина; 6 — проводник; 7 — октальный цоколь; 8 — влагочувствительный элемент; 9 — кожух.
Наиболее распространены хлористо-литиевые и калиево-натриевые первичные преобразователи. Хлористо-литиевый ПИП (рис. 5.2, 6) представляет собой пластмассовую пластинку 5 с проводником 6, на поверхность которой нанесен слой хлористого лития. При сухом воздухе проводимость соли минимальная, при увеличении влажности увеличивается проводимость и, следовательно, ток, который измеряется вторичным прибором со шкалой, проградуированной в процентах относительной влажности. Первичный преобразователь относительной влажности воздуха ЭВЧ (рис. 5.2, в) состоит из влагочувствительного элемента 8, защитного кожуха 9 и октального цоколя 7. Влагочувствительный элемент представляет собой полый цилиндр из полистирола, поверхность которого с электродами из нихромовой проволоки покрыта влагочувствительной пленкой. Пленка при изменении влажности меняет свое сопротивление. Для компенсации изменения температуры среды применяют терморезисторы. Преобразователь работает с приборами контроля и регулирования влажности УДРОВ, СПР-104 и др. Сорбционный преобразователь влажности ПВИС (рис. 5.2, г) предназначен для бесконтактного непрерывного измерения влажности продуктов (жмыха, шрота и др.) в технологических линиях масложировой промышленности, выдачи непрерывного сигнала для регистрации, управления технологическими процессами и ввода в ЭВМ. Преобразователь изготовлен в виброустойчивом и взрывозащищенном исполнении, в литом корпусе с оптическим окном и работает так: поступающий продукт попеременно облучается двумя пучками света, длина волны одного из которых расположена в наиболее чувствительной (резонансной) к содержанию влаги полосе спектра, длина волны другого — в малочувствительной (опорной) полосе. Отраженные световые пучки через оптическое окно преобразователя попадают на фотоприемник, преобразуются в электрические сигналы, которые проходят измерительный тракт, усиливаются и выдаются на выходе в виде токового аналогового сигнала, линейно зависящего от влажности. Гигроскопический метод определения влажности воздуха основан на способности некоторых материалов приводить свою влажность в состояние одинаковое с влажностью воздуха. Изменение влажности гигроскопических материалов сопровождается изменением их размеров.
Наиболее распространенными приборами такого рода являются гигрометр (рис. 5.3) и метеорологический гигрограф. В сельскохозяйственной практике гигрограф применяются для непрерывной регистрации изменений во времени относительной влажности воздуха теплиц, складских и животноводческих помещений в пределах 30-100% при температуре до +45° С. Чувствительным элементом гигрографа является пучок (35-40 шт.) обезжиренных человеческих волос, укрепленных в кронштейне, как тетива в луке. Средняя часть пучка Натягивается крючком, который через систему рычагов соединен со стрелкой. Стрелка с помощью пера при вращении барабана регистрирует показания на диаграммной ленте. Вращение барабана осуществляется часовым механизмом с недельным или суточным заводом, который помещается внутри барабана. При увеличении или уменьшении относительной влажности воздуха пучок волос удлиняется и стрелка с пером перемещается.
Рис.5.3. Волосяной гигрометр: 1 – шкала; 2 – стрелка; 3 – пружина; 4 – барабан; 5 - пучёк волос.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|