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.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: