- вредное вещество, подлежащее измерению, переводится путем химических реакций в состояние, обладающее свойствами, доступными автоматическому измерению. Используются приборы фотометрического, гальванометрического, потенциометрического, термохимического принципов действия.
Магнитные газоанализаторы. Применяют для определения О2. Их действие основано на зависимости магнитной восприимчивости газовой смеси от концентрации О2, объемная магнитная восприимчивость которого на два порядка больше, чем у большинства остальных газов. Такие газоанализаторы позволяют избирательно определять О2 в сложных газовых смесях. Диапазон измеряемых концентраций 10-2 - 100%. Наиболее распространены магнитомеханические и термомагнитные газоанализаторы. Действие термомагнитных газоанализаторов основано на термомагнитной конвекции газовой смеси, содержащей О2, в неоднородных магнитном и температурном полях. Часто применяют приборы с кольцевой камерой, которая представляет собой полое металлическое кольцо. Вдоль его диаметра установлена тонкостенная стеклянная трубка, на которую намотана платиновая спираль, нагреваемая электрическим током. Спираль состоит из двух секций , первая из которых помещается между полюсами магнита. При наличии в газовой смеси О2 часть потока направляется через диаметральный канал, охлаждая первую секцию платиновой спирали и отдавая часть тепла второй. Изменение сопротивлений вызывает изменение выходного напряжения , пропорциональное содержанию О2 в анализируемой смеси.
Электрохимический метод газового анализа основан на использовании химических сенсорных датчиков, состоящих из двух чувствительных элементов и определенного химического покрытия, которое непосредственно контактирует с анализируемой средой и на котором происходит адсорбция анализируемого вещества. В зависимости от того, какие физические свойства, зависящие от количества адсорбированного вещества, измеряются, датчики делятся на потенциометрические, кулонометрические, полярографические и др.Электрохимические газоанализаторы отличаются сравнительной простотой, низкой чувствительностью к механическим воздействиям, малыми габаритами и массой, незначительным энергопотреблением.
Хроматографический метод широко распространен и основан на использовании свойства разделения сложных смесей на хроматографической колонке, заполненной сорбентом.
Проба газа вводится в поток соответствующего газа-носителя простейшей форсункой и вместе с ним пропускается через колонки с твердыми адсорбирующими поверхностями (адсорбционная газовая хроматография), или с нанесенными на твердые поверхности нелетучими жидкостями (газожидкостная хроматография). Отдельные компоненты смеси с различными скоростями перемещаются в колонке, выходят из нее раздельными фракциями и регистрируются. Газ-носитель, транспортирующий молекулы исследуемой газовой смеси, протекает с постоянной скоростью. Колонки, по которым проходит газ, калибруются для того, чтобы установить время прохождения того или иного компонента. Соответствующий детектор используется для обнаружения или определения количества того или иного компонента смеси. Количественная оценка осуществляется по интенсивности сигнала детектора или с помощью электронных интеграторов. Этим методом могут регистрироваться химически однородные вещества (индивидуальные углеводороды) со слабо выраженной качественной реакцией (N2O, СО), которые идентифицируются по специфичному времени удерживания.
Вопросы для самоконтроля:
Литература: [2], с.82…97
Тема 2.5. Определение качества воды и пара
Студент должен:
знать:
- классификацию приборов для определения качества воды, пара, конденсата, их устройство, принцип действия;
уметь:
- пользоваться различными типами приборов для определения качества воды, пара, конденсата.
Методы определения качества воды и пара.
Классификация приборов для определения качества воды и пара, их устройство, принцип действия.
Водо-и пароотборные устройства.
Кондуктометры для измерения удельной электропроводности пара, питательной воды, конденсата.
Методы измерения содержания кислорода, растворенного в питательной иоде и коиденсаю. Анализаторы для определения растворенного в воде кислорода, их типы, конструкция, принцип действия.
Кремнемеры. Жесткомеры.
Копцентратомеры водородных ионов, рН-метры. Определение содержания натрия в воде (рИа).
Методические указания
Единой классификации инструментальных методов химического контроля за водным режимом не разработано. Применяемые в энергетике методы в зависимости от свойств анализируемого раствора, используемых для определения контролируемого показателя качества, можно разделить на:
- электрохимические, к которым относятся кондуктометрические,
- потенциометрические и амперометрические; оптические, к которым
относятся фотометрические и спектральные;
- прочие, к которым можно отнести, например, хроматографический анализ.
Удельная электропроводимость используется для оценки общего количества растворенных в воде твердых веществ. На численном показателе этой физической величины основан такой метод аналитической химии как кондуктометрия. Рассматривая конкретно воду, которая представляет собой растворы смесей сильных и слабых электролитов: минеральную часть воды составляют ионы натрия, калия, кальция, хлора, сульфата (SO42-), гидрокарбоната,- можем заключить, что именно этими ионами обусловлена электропроводность воды. Кондуктометр - прибор для измерения проводимости растворов. Электропроводность – математическая оценка способности раствора проводить электрический ток, зависит в основном от степени минерализации исследуемого раствора и его температуры.
pH - это водородный показатель, характеризующий концентрацию свободных ионов водорода в воде. Для удобства отображения был введен специальный показатель, названный рН и представляющий собой логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком, т.е pH = -log[H+]. Если говорить проще, то величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН-, образующихся при диссоциации воды. Если в воде пониженное содержание свободных ионов водорода (рН>7) по сравнению с ионами ОН-, то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ (рН<7)- кислую. В идеально чистой дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга. В таких случаях вода нейтральна и рН=7. При растворении в воде различных химических веществ этот баланс может быть нарушен, что приводит к изменению уровня рН.
Мутномер предназначен для непрерывного измерения мутности в отфильтрованной или исходной воде. Для этого используются турбидиметрические системы, работающие по различному принципу:
- метода измерения по отражению света - отраженный под углом 180° свет регистрируется датчиком и по тому же оптоволоконному кабелю от датчиков поступает в трансмиттер, в котором установлен фотодиод, преобразующий световой поток в электрический ток. Величина тока пропорциональна концентрации частиц в среде и отображается на ЖК дисплее в заданных единицах.
- принцип компенсации измерения — определение отношения величин светового потока, рассеянного частицами под углом 12°, к потоку нерассеянного света, прошедшего через раствор. Для разделения этих световых потоков и их раздельной регистрации служат два фотодатчика и специальная линза. Чем выше концентрация взвешенных частиц, тем больше поток рассеянного света по сравнению с нерассеянным. По отношению этих потоков судят о концентрации взвешенных частиц
Для измерения содержания кремния в воде применяются автоматические анализаторы кремнекислоты в воде , для контроля качества теплоносителя в пароводяном контуре энергетических циклов, а также для контроля технологических процессов и качества воды в цикле водоподготовки. В основе принципа измерения концентрации кремневой кислоты лежит фотоколориметрическое измерение кремнемолибденовых комплексов.
Автоматический анализатор растворенного в воде кислорода - измерение кислорода проводится с помощью ячейки Кларка, состоящей из катода, анода, электролита и мембраны. Измеряется ток, пропорциональный концентрации кислорода в пробе.
Автоматический анализатор жесткости воды предназначен для определения остаточной/общей жесткости воды. В анализаторе используется титриметрический метод измерения.
Вопросы для самоконтроля:
1. На чем основан принцип действия кондуктометрических приборов?
2. Какие существуют основные методы измерении состава газов?
3. Какие типы электродов прменяются при измерении рН?
4. Какой метод используется для определения жесткости воды?
5. Какие методы применяются при определении мутности воды?
Литература: [5], с.59…70
Тема 2.6 Специальные измерения
Студент должен:
знать:
- теоретические основы измерения количества тепловой энергии;
- устройства для измерения количества тепловой энергии;