№10: контрольно-измерительные приборы (стр. 7 из 10)

Для измерения уровня жидкости широко используют также буйковые и реже пьезометрические уровнемеры. Акустический, индуктивный, высокочастотный и другие методы измерения уровня не получили распространения и в учебнике не рассматриваются.

10.6. Измерение концентрации растворов

Концентрацией раствора называют содержание вещества в единице объема воды, выраженное в процентах или в единицах массы (мг/л). В производственных условиях для непрерывного контроля концентрации растворов применяют специальные приборы, которые в зависимости от назначения и группы измеряемых веществ делятся на солемеры (определяют концентрацию растворов солей) и концентратомеры (определяют концентрацию растворов кислот и щелочей).

Солемеры применяют в паросиловых установках для непрерывного контроля за солесодержанием насыщенного пара. Насыщенный пар в пароперегревателе полностью испаряется, при этом соли, содержащиеся в котловой воде, осаждаются на трубках пароперегревателя и вызывают их перегорание. Некоторую часть солей пар уносит в паровую турбину, засоряя ими клапаны турбины и лопатки. Все это вызывает необходимость непрерывно контролировать солесодержание пара.

Принцип действия солемера (рис. 10.20) основан на изменении электропроводности конденсата в зависимости от концентрации соли.

Пар через пароотборное устройство 11 поступает в дегазационный холодильник 8. На входе в холодильник установлен патрубок 7 с большим числом мелких отверстий внутри (паровое сито), служащий, для очистки пара от случайных механических примесей и обеспечивающий равномерное распределение его по всему сечению холодильника. Контроль за состоянием парового сита осуществляют по манометру 10. Увеличение разности между давлением пара в котле и холодильнике сигнализирует о загрязнении сита.

Холодильник соединен с пароотборным устройством стальной трубкой 14 х 2 мм. Длина трубки при измерении солесодержания насыщенного пара 8... 10 м, перегретого пара 14... 16 м. Холодильник расположен ниже пароотборного устройства, а трубка, подводящая пар, соответственно наклонена, что обеспечивает скопление всего конденсата, образовавшегося в холодильнике, в нижней его части, откуда он через конденсаторное сито и дроссель 6с проходным отверстием диаметром 0,5 мм попадает в расширитель 2, сообщающийся с атмосферой. На крышке холодильника установлен дроссель 9 для удаления скопляющихся в холодильнике газов. Вместе с газом выходит небольшое количество пара, что предотвращает чрезмерное накопление газов в холодильнике и ограничивает их растворение в конденсате.

При выходе из холодильника в расширитель температура конденсата снижается до 100°С. Из расширителя конденсат поступает в преобразователь 3, а пар, образующийся в расширителе и попадающий в него из холодильника, выходит в атмосферу через отверстие в верхней части расширителя. Конденсат заполняет в преобразователе кольцевое пространство между двумя цилиндрическими электродами, пар отделяется сепаратором и через трубку выводится в атмосферу, а конденсат — в сливной бачок 5, откуда удаляется через сливную линию. Бачок создает подпор, обеспечивающий заполнение междуэлектродного пространства конденсатом. Преобразователь снаружи закрыт теплоизолирующим экраном и включен проводами, присоединенными к зажимам 4, в одном из плеч вторичного прибора электронного уравновешенного моста 1.

Электрическое сопротивление преобразователя находится в определенной зависимости от концентрации солей в конденсате пара. При его изменении нарушается равновесие и появляется напряжение в диагонали моста, которое усиливается электронным усилителем до значения, достаточного для приведения в действие

Рис. 10.20. Солемер: 1 - уравновешенный мост; 2 - расширитель; 3 -преобразователь; 4 - зажимы; 5 - сливной бачок; 6, 9 - дроссели; 7 - патрубок; 8 - дегазационный холодильник; 10 - манометр; 11 - пароотборное устройство

реверсивного электродвигателя. Электродвигатель, вращаясь, перемещает движок реохорда до наступления нового равновесия, после чего электродвигатель останавливается. С движком реохорда связана печатающая каретка с указателем. Так как каждому сопротивлению преобразователя соответствует определенное положение движка реохорда, при котором мост уравновешен, то положение указателя покажет содержание соли.

Концентратомеры. Действие их основано на зависимости электрического сопротивления раствора от его концентрации. Рассмотрим схему установки для измерения концентрации серной кислоты (рис. 10.21). Из кислотопровода 7 серная кислота проходит по соединительной трубе 4 через вентиль 2 и фильтр 3 в преобразователь 5. Внутри чугунного корпуса преобразователя установлен открытый снизу стакан 6 с рядом отверстий. Вверху стакана находится перегородка, в ней закреплены два измерительных электрода 7 и сравнительный электрод 8_У устраняющий влияние температуры раствора на показания прибора. Электрод 8 заполнен кислотой постоянной известной концентрации.

Измерительные и сравнительные электроды медными проводниками соединены с электрическими зажимами, расположенными на стакане. Для улучшения контакта измерительных электродов с медными проводниками контактные трубки этих электродов заливают ртутью.

Кислота из преобразователя сливается через воронку 12 в кислотосборник (на рисунке не показан). Преобразователь соединен тремя проводами с измерительным устройством 9. При изменении концентрации раствора меняется его электрическое сопротивление. Это приводит к увеличению или уменьшению разности потенциалов между измерительными электродами, вследствие чего на измерительное устройство поступает соответствующий сигнал, который затем передается на показывающий 10 и самопишущий 11 милливольтметры. Шкалы этих приборов пересчитаны в единицах концентрации раствора (мг/л).

Рис. 10.21. Схема установки для измерения концентрации серной кислоты: 1 - кислотопровод; 2 - вентиль; 3 - фильтр; 4 - соединительная труба; 5 - преобразователь; 6 - стакан; 7 - измерительные электроды; 8 - сравнительный электрод; 9 -измерительное устройство; 10. 11 - милливольтметры; 12 - воронка

Приборы для измерения концентрации водородных ионов в растворах (рН-метры). На предприятиях химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, текстильной (при крашении тканей) и других отраслей промышленности кислотность или щелочность растворов в значительной степени влияет на ход технологического процесса и качество получаемой продукции. Кислотность и щелочность растворов определяются концентрацией в них водородных ионов. Для удобства измерения концентрацию водородных ионов характеризуют условным числом и обозначают символом рН. Значение рН чистой воды и нейтральных растворов равно 7. Раствор, рН которого более 7, является щелочным, менее 7—кислым. Приборы для измерения рН называют рН-метрами, в основу которых положен электрический способ измерения. При погружении в раствор электродов из определенных материалов на границе между электродом и раствором возникает электрический потенциал, зависящий от температуры и концентрации водородных ионов в растворе. Подобное же явление наблюдается на границе соприкосновения двух разнородных или однородных, но с разной концентрацией жидкостей, разделенных полупроницаемой перегородкой.

Число рН определяют путем измерения разности потенциалов между двумя электродами, из которых один (измерительный) погружен в исследуемый раствор, а другой (сравнительный) — в раствор с известным числом рН.

В качестве измерительного применяют стеклянный электрод (рис. 10.22, а) —толстостенную стеклянную трубку 2 с тонкостенным стеклянным шариком 1 на конце.

Шарик заполнен раствором бромистоводородной кислоты. В трубку вставлен вспомогательный электрод (серебряная проволока, покрытая слоем бромистого серебра) для снятия потенциала с внутренней поверхности шарика.

В качестве сравнительного применяют насыщенный каломельный электрод (рис. 10.22, б), который состоит из двух стеклянных трубок, вставленных одна в другую. Во внутренней трубке помещена перегородка с проходящей через нее платиновой (или серебряной) проволочкой. Под перегородкой находится химически чистая ртуть 4 и слой 5пасты из каломели (хлористой ртути), которые удерживаются ватным тампоном 6. Нижняя часть внутренней трубки заполнена раствором определенной концентрации и закрыта пробкой 7. Внешняя трубка заполнена тем же раствором и в дно ее впаян асбестовый фитилек для контакта с исследуемым раствором.

Рис.10.22. Электроды преобразователя pH-метра: а – измерительный электрод; б – сравнительный электрод; 1 – шарик; 2 – трубка; 3 – перегородка; 4 – ртуть; 5 – слой каломельной пасты; 6 – ватный тампон; 7 - пробка

При промышленном применении рН-метров два рассмотренных выше электрода помещают в специальный сосуд, через который непрерывно протекает испытываемый раствор. Такое устройство носит название преобразователя рН-метра.

Концентрацию водородных ионов раствора, протекающего в трубопроводе под давлением, определяют с помощью погружных преобразователей, имеющих оба электрода специальной конструкции, защищенные от механических повреждений и погружаемые непосредственно в трубопровод.