№10: контрольно-измерительные приборы (стр. 9 из 10)

В результате температура активного резистора понижается. Степень его охлаждения будет тем больше, чем выше процентное содержание кислорода в анализируемой смеси. С понижением температуры понижается и его электрическое сопротивление, вследствие чего нарушается равновесие измерительного моста: в диагонали его появляется напряжение разбаланса, соответствующее процентному содержанию кислорода в газовой смеси. Разбаланс измеряется автоматическим электронным потенциометром ИП, отградуированным в процентах содержания кислорода.

Кроме преобразователя и автоматического потенциометра в комплект газоанализатора входят стабилизатор напряжения, холодильник, конденсационный сосуд, керамический и контрольный фильтры, гидрокомпрессор (только для приборов со шкалой 0... 10% кислорода), а также шланги, трубы и арматура.

Хроматографы. Хроматографией называют разделение газовой смеси на отдельные компоненты при ее движении через слой поглотителя (сорбента).

Определенное количество контролируемой газовой смеси вместе с газом-носителем пропускают через поглотитель, находящийся в разделительной колонке. Так как адсорбционные свойства компонентов газовой смеси различные, то и скорости их прохождения через разделительную колонку разные. Это приводит к разделению анализируемой газовой смеси на отдельные компоненты, которые и выходят из колонки в виде так называемой бинарной смеси с газоносителем.

Из колонки бинарная смесь попадает в измерительную ячейку (камеру) детектора, через другую его ячейку — сравнительную — непрерывно проходит чистый газ-носитель. Принцип действия детектора основан на разной теплопроводности анализируемой газовой смеси и чистого газа-носителя.

В качестве чувствительных элементов детектора используют терморезисторы, размещенные в каждой из двух ячеек детектора (измерительной и сравнительной). При пропускании через обе ячейки газа одного и того же состава температура нагрева обоих терморезисторов будет одинаковой; при пропускании через ячейки газов разного состава температура нагрева терморезисторов, а следовательно, и их электрическое сопротивление будут разными. Если терморезисторы включить в схему электрического уравновешенного моста постоянного тока, то при пропускании газов разного состава равновесие моста нарушится. Разбаланс моста пропорционален концентрации отдельных компонентов в смеси пробы газа, что фиксируется на картограмме регистрирующего прибора.

Автоматический хроматограф (рис. 10.27) — прибор для периодических анализов газовых смесей на технологических установках. Контролируемый газ из пробоотборной линии 1 проходит через редукторы 2 и 3 низкого давления, в которых его давление понижается до 0,12... 0,15 МПа.

Рис. 10.27. Схема автоматического хроматографа (а) и общий вид преобразователя хроматографа, конструктивно объединенного с блоком подготовки газов (б): 1 - пробоотборная линия; 2, 3, 19 - редукторы; 4, 18 -ротаметры; 5, 6 - фильтры; 7, 17, 20 - дроссели; 8 -трехходовой кран; 9 - пробоотборный кран; 10 - разделительная колонка; 11 -детектор; 12, 14- термопреобразователи сопротивления; 13 - автоматический электронный потенциометр; 15 - электронный усилитель; 16 - электронагреватель; 21 - баллон с азотом

Между редукторами расположен регулируемый дроссель 20, позволяющий сбрасывать газ в атмосферу, если это необходимо для поддержания постоянного давления на входе в редуктор 3 низкого давления. Газ, выходящий из редуктора J, поступает в один из двух фильтров 5 или 6 с поглотителем для удаления влаги и сернистых соединений. Фильтры работают поочередно.

Из фильтров газ через дроссель 7 тонкой регулировки расхода и трехходовой кран 8 попадает в пробоотборный кран 9, пропускающий газ в преобразователь (на схеме не показан). Кран 9 устроен таким образом, что скорость протекания газа соответствует допустимому расходу, который в хроматографе должен составлять 2... 5 л/ч. Расход газа контролируется ротаметром 4.

Отмеренную пробу контролируемого газа вносит в разделительную колонку 10 поток газа-носителя (азота), находящегося в баллоне 21 в сжатом виде. Азот проходит через редуктор 19 и дроссель 17, откуда поступает в сравнительную ячейку (камеру) детектора 11, а из нее в пробоотборный кран 9, откуда через ротаметр 18 сбрасывается в атмосферу.

Пробоотборный кран 9 перестанавливается электродвигателем в два положения. В первом положении газ-носитель, пройдя через кран, вытесняет пробу контролируемого газа, находящуюся в дозировочной трубке (на рисунке не показана), и подает ее в колонку для анализа. Во втором положении газ-носитель проходит через измерительную ячейку детектора, разделительную колонку, кран 8 и выходит через ротаметр 18 в атмосферу.

Когда через ячейки проходит газ одного состава, температура обоих терморезисторов детектора одинакова. Мост в этом случае находится в равновесии. Если через измерительную ячейку проходит газ-носитель, содержащий какой-либо компонент контролируемого газа, то температура в ней повышается, так как теплопроводность чистого азота выше теплопроводности газовой смеси. Поэтому отдача теплоты терморезистором понижается, а температура его и электрическое сопротивление увеличивается. Мост выходит из равновесия, что фиксируется в виде пики на картограмме регистрирующего прибора—автоматического электронного потенциометра 13. Площадь пики характеризует количество компонента в анализируемой смеси.

Температура в преобразователе поддерживается регулятором, включающим и выключающим электронагреватель 16. Измеряют температуру термопреобразователи сопротивления 12 и 14.

Преимущество хроматографов перед другими видами газоанализаторов в том, что они позволяют определять процентный состав многих компонентов пробы газовой смеси.

Психрометры. Действие таких приборов основано на психрометрическом эффекте, который заключается в том, что при испарении воды с увлажненной поверхности тела последнее охлаждается.

Простейший психрометр состоит из двух термометров: сухого и влажного. Измерение относительной влажности сводится к определению разности температур сухого и влажного термометров, а эта разность зависит от относительной влажности, барометрического давления, температуры окружающей среды и скорости обтекания ею влажного термометра.

Психрометры дают возможность производить как местное, так и дистанционное измерение относительной влажности. В промышленности для измерения относительной влажности воздуха и газов применяют автоматические психрометрические влагомеры.

Автоматический психрометрический влагомер состоит из первичного прибора (преобразователя) и вторичного (электронного автоматического моста переменного тока).

Корпус первичного прибора — цилиндрической формы, в передней его части предусмотрен фланец для крепления вторичного прибора. Сухой и влажный термопреобразователи сопротивления установлены в двух каналах теплоизоляционной втулки, запрессованной в металлический цилиндр, находящийся в корпусе первичного прибора. Внутри корпуса находится резервуар с водой для смачивания хлопчатобумажного чехла, надетого на влажный термопреобразователь. Контролируемый воздух или газ проходит в первичный прибор через отверстия в задней части корпуса. Скорость потока воздуха или газа регулируют, меняя число отверстий, для чего часть отверстий закрывают с помощью рукоятки. Для устранения механических примесей в контролируемом газе служат фильтры, которые представляют собой обоймы, заполненные коксом. Фильтры помещены в гнезде теплоизоляционной втулки.

Для измерения влажности воздуха применяют вытяжное устройство, состоящее из крыльчатки и электродвигателя переменного тока напряжением 200 В. Воздух просасывается через каналы вытяжного устройства, в которых установлены термопреобразователи, и выходит из отверстий в задней стенке корпуса первичного прибора.

Первичный прибор психрометра устанавливают горизонтально по уровню. Бачок с дистиллированной водой с примесью сулемы располагают на высоте 250... 500 мм над резервуаром преобразователя. Бачок герметически закрыт крышкой и имеет два ниппеля для соединения соответственно с нижним и верхним ниппелями резервуара первичного прибора. При уменьшении уровня воды в резервуаре (за счет ее испарения с поверхности влажного термопреобразователя) обнажается нижний конец трубки, опущенной в резервуар первичного прибора, и в верхнюю полость бака проникает воздух. Это приводит к увеличению давления в бачке с водой и к повышению уровня воды в резервуаре.

Первичный прибор соединяют с вытяжным устройством резиновой трубкой, проложенной горизонтально. Вытяжное устройство устанавливают на расстоянии 100... 150 мм от преобразователя и на одном уровне с ним.

Измерительное устройство (рис. 10.28) вторичного прибора состоит из двух мостов: I и II. В одно из плеч моста I включен сухой термопреобразователь сопротивления R_тс, а в одно из плеч моста II — влажный термопреобразователь сопротивления R_TM.

Рис. 10.28. Принципиальная схема измерительного устройства вторичного прибора психрометра: R_тс - сухой термопреобразователь сопротивления; R_тм – влажный термопреобразователь сопротивления; R_p - реохорд; R_т - подгоночный резистор; R_л - уравнительный резистор; R_H- резистор, определяющий начало шкалы; R_n - резистор, определяющий конец шкалы; г_н, г_п, г₂, г₄ - подгоночные резисторы; R1-R4 - постоянные резисторы плеч моста; R_d - добавочный резистор; R_b, R_b1 - балластные резисторы; R_щ - шунтовый резистор; В - однополюсный выключатель; П - предохранитель; У -электронный усилитель; РД - реверсивный двигатель; СД - синхронный двигатель; Ср_.Д и Сⁱр_.Д - емкости в цепи реверсивного двигателя