Muratov_V_G_Metrologia_tekhnol_izmer_i_pribor

заповнену сорбентом для розподілу компонентів суміші. Хроматографічний розподіл суміші на окремі компоненти, відкритий в 1903 р. М.С. Цветом, здійснюється за рахунок різної швидкості руху газів уздовж шару сорбенту, що обумовлене характером зовнішніх і внутрішніх міжмолекулярних взаємодій. Внаслідок селективної затримки із хроматографічної колонки по черзі виносяться компоненти аналізованої газової суміші, які з газом-носієм утворюють бінарні суміші. Ці суміші аналізують за допомогою розглянутих вище методів, наприклад, за допомогою теплового газоаналізатора 5, який реєструє в часі зміну амплітуди свого вихідного сигналу, названу хроматограмою.

Хроматограма є носієм як якісної інформації — про вид компонентів суміші, так і кількісної — про їхні концентрації Сi. Оскільки розподіл газів здійснюється за рахунок різних сорбційних властивостей компонентів газової суміші, час виходу того або іншого компоненту при постійній швидкості газу-носія визначає вид газу. Ця характеристика називається часом утримання й чисельно дорівнює інтервалу часу ti від моменту введення проби газу до моменту максимальної амплітуди (піку) вихідного сигналу газового хроматографа. При цьому значення концентрації кожного з компонентів визначається площею піка або його висотою.

Вякостіприкладунарис. 15.5 показанахроматограмарозподілусуміші трьох компонентів х1, х2, х3 з часом утримання відповідно t1, t2, t3.

Слід зазначити, що стаціонарні й переносні сучасні хроматографи використовують мікропроцесорну техніку для аналізу і підрахунку результатів вимірювання. Часто при цьому вони споряджені набором детекторів різних газів, що дозволяє аналізувати велику кількість компонентів газової суміші.

Контрольні питання до Модуля 3

1.Гідростатичні ЗВТ рівня: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

2.Механічні ЗВТ та вагові рівня сипких матеріалів: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

3.Кондуктометричні та ємнісні ЗВТ рівня рідинних та сипких матеріалів: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

4.Вібраційні, акустичні та ультразвукові ЗВТ рівня рідинних та сипких матеріалів: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

5.Витратоміри змінного перепаду тисків: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми, стандартні комплекти ЗВТ і характеристики.

6.Витратоміри постійного перепаду тисків (ротаметри): класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

7.Тахометричні витратоміри і лічильники: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

8.Індукційні витратоміри і лічильники: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

9.Ультразвукові та вихрові витратоміри і лічильники: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

10.Масові кориолісові витратоміри, лічильники і дозатори: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

11.Важильні ваги: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

12.Циферблатні і пружинні ваги: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

13.Автоматичні дозатори: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

14.Масові витратоміри двофазних потоків: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

15.Кондуктометричні аналізатори складу рідини: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

16.Потенціометричні аналізатори складу рідини: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

17.Газоаналізатори хімічні і теплові: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

18.Газоаналізатори магнітні і оптичні: класифікація, принципи дії, конструкції, схеми і характеристики.

19.Газоаналізатори хроматографічні: принципи дії, конструкції і характеристики.

Література до Модуля 3

1.Безвесильная Е.Н., Таланчук П.М. Преобразующие устройства приборов. — К.: УМКБО, 1993.

2.Долина В.Г. Автоматичні рефрактометри для систем керування переробкою рідких продуктів. — Автореф. дис. к.т.н.: Вінниця,

ВНТУ, 2007.

3.Иванова Г.М., Кузнєцов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы. — М.: Энергоатомиздат, 1984.

4.Исакович Е. М. Весы и весовые дозаторы. — М.: Изд-во стандартов, 1991.

5.Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. — Л.: Машиностроение, 1975.

6.КремлевскийП.П. Измерениерасходамногофазныхпотоков. — Л.: Машиностроение, 1982.

7.Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы химических производств. — М.: Машиностроение, 1983.

8.Метрологія та вимірювальна техніка / За ред. Є. Поліщука. — Львів: Бескіт Біт, 2003.

9.Моин И.Б., Рогов Н.А., Горбунов А.В. Термо- и влагометрия пищевых продуктов. — М.: Агропромиздат, 1988.

10.МуратовВ.Г. Конспектлекциййпокурсу«Метрологияиосновы измерений». Измерения, контроль, испытания. — Одеса,

ОНАПТ, 2003.

11.Муратов В.Г. Конспект лекций по курсу «Метрология и основы измерений». Характеристики и параметры средств измерительной техники. — Одесса, ОНАПТ, 2003.

12.Патент України на винахід № 83241. Муратов В.Г. Спосіб автоматично керованого подрібнення макухи олійних культур та пристрій для його здійснення. — Опубл. 25.06.2008. Бюл. 12.

13.Муратов В.Г. Автоматизована технологія переробки макухи олійних культур. — У кн.: Тези доповідей // Міжнародного науково-практичної конференції «Харчові технології-2006». —

Одеса, ОНАХТ, 2006, с. 152.

14.Патент України на винахід № 85423. Муратов В.Г., Хортюк М.М. Автоматична лінія виробництва натурального оцту. —

Опубл. 26.01.2009. Бюл. № 2.

15.Муратов В.Г., Лук’яненко Ю.Л. Метод визначення залишкової кількості спирту при виробництві натурального оцту. — У кн.: Тези доповідей ІІ Міжнародної науково-практичної конференції «Харчові технології-2006». — Одеса, ОНАХТ, 2006, с. 153.

16.Павленко В.А. Газоанализатори. — М.: Машиностроение, 1965.

17.Полякова А.А. Молекулярниый масс-спектральный анализ органических соединений. — М.: Химия, 1983.

18.Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. — М.: Энергия, 1978.

19.Таланчук П.М., Скрипник Ю.О., Дубровний В.О. Засоби вимірювання в автоматичних інформаційних та керуючих системах. — К.: Райдуга, 1994.

20.ПроспектифірмАВВ,Advantech,Aswega, Сarlo Gavazzi, Danfoss, Kamstrap, Kobold, Rosemount, Siemens, Vega, Yokogawa, Аква-

Україна, «Вимірювальні технології», Метран, Мікра, Мікрол, Мікротерм, Овен, Тера, Технокон, тощо.

Модуль 4

ВИМІРЮВАННЯ ВОЛОГОСТІ, ГУСТИНИ, В’ЯЗКОСТІ, СПОЖИВАННЯ. ІНФОРМАЦІЙНОВИМІРЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ. КОНТРОЛЬ ПРОМИСЛОВИХ ВИКИДІВ І ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

16. ВИМІРЮВАННЯ ВОЛОГОСТІ ГАЗІВ

Вологість повітря, як і його температура, є основним технологічним параметром, що визначає протікання процесів ферментації при дозріванні ковбас, сирів, чаю, тютюну, тощо. Підтримання заданого температурно-вологістного режиму при вирощуванні птиці на птахофабриках, в процесах обвалювання, шприцювання і сушки на м’ясокомбінатах, пророщування солоду на пивзаводах, зберігання сільгосппродукції в регульованій (модифікованій) газовій атмосфері в сховищах підвищує продуктивність виробництва і зменшує кількість браку.

Вологі гази, у тому числі атмосферне повітря, являють собою суміш газів з водою у різних агрегатних станах (пара, рідина, лід). Згідно з i–d діаграмою вологого повітря [6, 23] стан газів характеризується температурою, тиском і вологовмістом.

Загальний тиск р (Па) суміші дорівнює сумі парціальних тисків сухої її частини рс та водяної пари рп:

Вологовміст або абсолютна вологість d (г/кг) газу дорівнює відношенню маси водяної пари Мn до маси Мс сухого повітря, що міститься в заданому об’ємі:

(16.2)

Відносна вологість газу φ при цьому дорівнює

де рn — тиск водяної пари, що насичує пароповітряну суміш при даній температурі.

Масовий вологовміст і відносна вологість атмосферного повітря пов’язані співвідношеннями:

Для вимірювання вологості газів застосовують безліч методів, які діляться на прямі й непрямі.

Прямі методи засновані на безпосередньому розподілі вологи й сухого газу з наступним визначенням кількості вологи. Непрямими є методи вимірювання деякої величини, яка функціонально пов’язана з вологістю.

ЗВТ для вимірювання вологості називають вологомірами або гігрометрами (від грецького hidros — вологий, мокрий).

16.1. Психрометричний метод

Психрометричний метод заснований на залежності відносної вологості φ газу від психрометричної різниці показань «сухого» tС і

де рВ — тиск насиченої пари води вимірюваного газу при температурі tМ мокрого термометра; рС — тиск насиченої пари води цього газу при температурі tС сухого термометра; А — психрометричний коефіцієнт, що залежить від конструкції психрометра, тиску і швидкості обдування вологого термометра газом..

Коефіцієнт А визначають за психрометричними таблицями або номограмами, складеними для психрометрів відповідних конструкцій. При цьому показання «мокрого» термометра близькі до температури «точки роси» (насичення водяної пари). Зниження температури tм відносно значення tС, яке викликане випаром води з вологої поверхні, визначила назву методу — від грецького psihros — холодний.

Психрометричний метод дозволяє досить точно встановити значення відносної вологості газу, однак нелінійність шкали психрометра й необхідність безперервного змочування «мокрого» термометра дистильованою водою обмежує його застосування.

У промисловості можна зустріти переносний психрометр, сконструйований Ассманом у 1886 р., який дійшов до наших днів без принципових змін (рис. 16.1). Психрометр застосовують при контролі відносної вологості повітря або при перевірці правильності показань автоматичних гігрометрів. Корпус 1 психрометра являє собою порожню трубку, крізь яку вентилятор 2 просмоктує аналізований газ. Вентилятор при цьому буває з електричним приводом від мережі 220 В або механічним 3 пружинним з годинниковим механізмом і заводною ручкою 4. «Сухий» і «мокрий» лабораторні термометри зі шкалою 0…50 °С мають ціну поділки 0,1 °С. Для отримання температури «точки роси» на один з термометрів надягають тканинну панчоху 5, просочену дистильованою водою. Похибка визначення відносної вологості на початку шкали (при tc = 5 °С и ϕ = 10 %) становить ± 5,5 %, але з ростом tc і ϕ у середині шкали (при tc ≥ 20 °С) знижується до ± 2 %.

Сучасні психрометричні ПП, наприклад, типу ДВ-07 фірми ТЕРА, виготовляються у вигляді подвійних термометрів опору

(«сухого» та «мокрого» градуювання 100М або 100П) з ємністю для води та примусовим обдуванням повітрям за допомогою вентилятора, змонтованих в одному корпусі. Вони призначені для вимірювання відносної вологості повітря в діапазоні 70…100 % і температури

— в діапазоні 0…60°С. Мають вбудований нормуючий перетворювач з уніфікованим вихідним сигналом 4…20 мА або RS485 класів точності 1,0.

Рис. 16.1. Переносний психрометр Ассмана

16.2. Метод «точки роси»

Метод «точки роси» заснований на визначенні температури tн (точки роси), при якій газ стає насиченим вологою, що перебуває в ньому. Цю температуру визначають за початком конденсації водяної пари на охолоджуваній дзеркальній поверхні.

На рис. 16.2 показана схема гігрометра «точки роси». Джерело світла 1 направляє у вимірювальну камеру 2 з аналізованим газом променевий потік, котрий після відбиття від дзеркала 3 надходить у фотоелектричний приймач 4. Цей приймач підключений до мікроконтролера 5, який здійснює керування подачею холодоагента (хладона, ефіру, тощо) у теплообмінник 6 для охолодження дзеркальця. Водночас мікроконтролер вимірює температуру дзеркальця за допомогою датчика температури ТЕ.

При подачі холодоагента в теплообмінник 6 дзеркальце 3 охолоджується, і температура його знижується до значення tн, коли з аналізованого газу у вигляді роси на дзеркальці 2 конденсується волога. Це послаблює відбитий промінь, який надходить до фото-

приймача 4. Внаслідок цього мікроконтролер 5 переміщує виконавчий механізм 7, який прикриває кран 8 на лінії подачі холодоагента в теплообмінник, зменшуючи його холодопродуктивність. В результаті теплообміну з аналізованим газом температура дзеркальця 2 підвищується, і роса на ньому випаровується. При цьому відбитий від дзеркальця промінь підсилюється, мікроконтролер збільшує подачу холодоагента. Цикл регулювання температури точки роси повторюється.

Рис. 16.2. Автоматичний гігрометр «точки роси»

Отримані вимірюванням значення температури «точки роси» мікроконтролер переводить у значення абсолютної вологості аналізованого газу. Основна похибка гігрометра «точки роси» становить

± 2 %.

16.3. Сорбційні методи

Для вимірювання вологості повітря в системах кондиціювання повітря м’ясокомбінатів, сирозаводів, чайних, тютюнових та інших фабрик широко застосовують сорбційні гігрометри. Сорбційні методи засновані на зміні яких-небудь характеристик речовини, яка сорбує вологу з аналізованого неагресивного газу.

Серед застосовуваних у харчовій промисловості можна виділити сорбційно-деформаційний, сорбційно-резистивний, сорбційноємнісний, п’єзо-сорбційний та сорбційно-теплопровідний методи вимірювання вологості газів.

Сорбційно-деформаційний метод заснований на зміні довжини пучка натурального волосся в залежності від відносної вологості навколишнього газу. Хімічні волокна, хоча й мають таку ж залежність, не знайшли свого застосування у гігрометрах через неоднозначність показань, зв’язану зі значним гістерезисом при зміні вологості вимірюваного середовища. Промислові індикатори відносної вологості (рис. 16.3) перетворюють зміну довжини пучка 1 волосся, натягнутих завдяки пружині 2 у переміщення стрілки 3 на шкалі приладу. Основна похибка становить ± (5…7) %.

Рис. 16.3. Сорбційно-деформаційний гігрометр

Сорбційно-резистивний метод заснований на зміні провідності сорбенту (гігроскопічного полімеру, солі або обробленої підкладки) при зміні відносної вологості аналізованого газу.

Чутливі елементи (ЧЕ) сучасних сорбційно-резистивних ПП виготовляють у вигляді керамічної підкладки, на поверхню якої методами фоторезистивної технології нанесено два металеві електроди (рис. 16.4 а). Поверхню підкладки покривають гігроскопічним полімером або змішаним керамічним складом. Інша конструкція ЧЕ передбачає пластиковий, керамічний або скляний каркас, на якому біфілярно намотані два дротові електроди, покриті плівкою сорбенту. Сам ПП при цьому вміщують у захисний пластиковий корпус з пиловим фільтром.