35. Весовой плотномер. Схема.

Плотномер, прибор для непрерывного (или периодического) измерения плотности веществ в процессе их производства или переработки, устанавливается непосредственно в технологических линиях или производственных агрегатах. Весовые Плотномер основаны на непрерывном взвешивании определённого объёма жидкости. Погрешность таких плотномера ±(0,5—1)%.

Различают плотномеры весовые например, пикнометр- стеклянный сосуд специальной формы и определённой вместимости, применяемый для измерения плотности веществ в газообразном, жидком и твёрдом состояниях. Измерение плотности пикнометром основано на взвешивании находящегося в нём вещества (обычно в жидком состоянии), заполняющего пикнометр до метки на горловине или до верхнего края капилляра, что соответствует номинальной вместимости пикнометра. Измерения объёма значительно упрощаются, если вместо одной метки у пикнометра имеется шкала. Очень удобен в работе пикнометр с боковой капиллярной трубкой, у которой пробкой служит тело термометра. Основные достоинства пикнометрического метода определения плотности: высокая точность измерений;возможность использования малых количеств вещества; малая площадь свободной поверхности жидкости в пикнометре, что практически исключает испарение жидкости и поглощение влаги из воздуха; раздельное проведение операций термостатирования и последующего взвешивания.

 

36. Описание схемы и работы весового плотномера.

Плотномер, прибор для непрерывного (или периодического) измерения плотности веществ в процессе их производства или переработки, устанавливается непосредственно в технологических линиях или производственных агрегатах. Весовые Плотномер основаны на непрерывном взвешивании определённого объёма жидкости. Погрешность таких плотномера ±(0,5—1)%.

Различают плотномеры весовые например, пикнометр- стеклянный сосуд специальной формы и определённой вместимости, применяемый для измерения плотности веществ в газообразном, жидком и твёрдом состояниях. Измерение плотности пикнометром основано на взвешивании находящегося в нём вещества (обычно в жидком состоянии), заполняющего пикнометр до метки на горловине или до верхнего края капилляра, что соответствует номинальной вместимости пикнометра. Измерения объёма значительно упрощаются, если вместо одной метки у пикнометра имеется шкала. Очень удобен в работе пикнометр с боковой капиллярной трубкой, у которой пробкой служит тело термометра. Основные достоинства пикнометрического метода определения плотности: высокая точность измерений;возможность использования малых количеств вещества; малая площадь свободной поверхности жидкости в пикнометре, что практически исключает испарение жидкости и поглощение влаги из воздуха; раздельное проведение операций термостатирования и последующего взвешивания.

 

37. ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА

В окружающем нас воздухе практически всегда находится некоторое количество водяных паров. Влажность воздуха зависит от количества водяного пара, содержащегося в нем. Сырой воздух содержит больший процент молекул воды, чем сухой. Большое значение имеет относительная влажность воздуха, сообщения о которой каждый день звучат в сводках метеопрогноза.

Относительная влажность — это отношение плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, к плотности насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах.

ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ

Для измерения влажности воздуха используют измерительные приборы - гигрометры. Существуют несколько видов гигрометров, но основные: волосной и психрометрический.

Так как непосредственно измерить давление водяных паров в воздухе сложно, относительную влажность воздуха измеряют косвенным путем.

Принцип действия волосного гигрометра основан на свойстве обезжиренного волоса ( человека или животного) изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха, в котором он находится.

Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. Волосной гигрометр в зимнее время являются основным прибором для измерения влажности воздуха вне помещения.

Более точным гигрометром является гигрометр психрометрический – психрометр ( по др. гречески "психрос" означает холодный). Известно, что от относительной влажности воздуха зависит скорость испарения. Чем меньше влажность воздуха, тем легче влаге испаряться.

В психрометре есть два термометра. Один - обычный, его называют сухим. Он измеряет температуру окружающего воздуха. Колба другого термометра обмотана тканевым фитилем и опущена в емкость с водой. Второй термометр показывает не температуру воздуха, а температуру влажного фитиля, отсюда и название увлажненный термометр. Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется влага из фитиля, тем большее количество теплоты в единицу времени отводится от увлажненного термометра, тем меньше его показания, следовательно, тем больше разность показаний сухого и увлажненного термометров.

Абсолютная влажность газа — количество водяных паров в единице объема/массы газа (соответственно, абсолютная объемная, г/м³,/абсолютная массовая влажность, г/кг). Относительная влажность газа φ (степень насыщения газа водяными парами), доля единицы или процент, — отношение ­фактически содержащегося в газе количества водяною пара к максимально возможному при заданных температуре и давлении.Относительную влажность газа можно выразить через отношение парциального давления p_i находящегося в газе водяного пара к давлению р_нас насыщенного пара при той же температуре, т.е. φ = p_i/р_нас

38. Методы измерения влажности принято делить на прямые и косвенные. В прямых методах производится непосредственное разделение материала на сухое вещество и влагу. В косвенных методах измеряется величина, функционально связанная с влажностью материала. Косвенные методы требуют предварительной калибровки с целью установления зависимости между влажностью материала и измеряемой величиной.

Психрометрический метод основан на измерении разности двух температур. Прибор, который работает на этом принципе, называется психрометр и состоят из двух термометров. Один термометр «сухой», другой – «влажный». Для того, что бы второй термометр был влажным, он оборачивается в хлопчатобумажную ткань, которая опускается в воду и является постоянно влажной за счёт капиллярного эффекта. Испаряясь, вода охлаждает влажный термометр. В результате этого получается разница между показаниями «сухого» и «влажного» термометров. Исходя из разницы температур «влажного» и «сухого термометров», и температуры «сухого» термометра – т.е. температуры в помещении, по специальным таблицам, которые называются психометрическими определяют относительную влажность воздуха.  

В качестве примера выпускаемого промышленностью психрометрического гигрометра, можно назвать прибор ВИТ-1 .Он имеет два спиртовых термометра с пределом измерения 0…. +24 градуса. Один из термометров постоянно находится во влажном состоянии – для этого существует специальная емкость, которая заполняется водой. В емкость опускается трубка из хлопчатобумажной материи и надевается на колбочку термометра. На корпус психрометра нанесены таблицы, по которым сразу определяется влажность в помещении.

39. Температура точки росы газа (точка росы) — это значение температуры газа, при достижении которой водяной пар, содержащийся в газе, охлаждаемом изобарически, становится насыщенным над плоской поверхностью воды

Точка росы определяется относительной влажностью воздуха. Чем выше относительная влажность, тем точка росы выше и ближе к фактической температуре воздуха. Чем ниже относительная влажность, тем точка росы ниже фактической температуры. Если относительная влажность составляет 100 %, то точка росы совпадает с фактической температурой.

Значения точки росы в градусах °C для ряда ситуаций определяют с помощью пращевого психрометра и специальных таблиц. Сначала определяют температуру воздуха, затем влажность, температуру подложки и с помощью таблицы Точки росы определяют температуру, при которой не рекомендуется наносить покрытия на поверхность.

Если вы не можете найти точно ваши показания на пращевом психрометре, то найдите один показатель на одно деление выше по обеим шкалам, как относительной влажности, так и температуры, а другой показатель соответственно на одно деление ниже и интерполируйте необходимое значение между ними. Стандарт ISO 8502-4 используется для определения относительной влажности и точки росы на стальной поверхности, подготовленной для окраски

40. Гигрометры = влагомеры точки росы. Гигрометры сорбционного типа, в том числе емкостные. Чувствительный элемент гигрометров сорбционного типа имеет активный адсорбирующий слой, который поглощает влагу из анализируемой среды. Отличительная особенность воды состоит в том, что молекулы воды обладают очень большим дипольным моментом, за счет этого при изменении концентрации молекул воды (изменении влажности) изменяются электрические параметры чувствительного элемента.

Также часто различают (выделяют) гигрометры емкостно-сорбционного или импедансного типа в зависимости от того, какой электрический параметр измеряется. Гигрометры сорбционного типа очень часто имеют взрывозащищенное исполнение для взрывоопасных зон. В ряде случаев гигрометры сорбционного типа позволяют проводить измерение влагосодержания в жидких углеводородных смесях.

Типичные характеристики гигрометров сорбционного типа: - диапазон измерения: -80 .. +20 °С точки росы (в наилучшем случае от -100 до +20 °С точки росы с интерполяцией до диапазона -120 .. +30 °С точки росы) - погрешность: +/- 2 ..3 °С точки росы (в наилучшем случае до +/- 1 °С точки росы)

Применения:

• технологический контроль производственных процессов на предприятиях химической, нефтехимической отраслей промышленности, энергетики,

• контроль влажности природного газа,

• защитные атмосферы,

• воздух КИП

41 Влажность зависит от природы вещества, а в твёрдых телах, кроме того, от степени измельчённости или пористости. Содержание химически связанной, так называемой конституционной воды, например гидроокисей, выделяющейся только при химическом разложении, а также воды кристаллогидратной не входит в понятие влажности.

Влажность обычно характеризуется количеством воды в веществе, выраженным в процентах (%) от первоначальной массы влажного вещества (массовая влажность) или её объёма (объёмная влажность).

Влажность можно характеризовать также влагосодержанием, или абсолютной влажностью — количеством воды, отнесённым к единице массы сухой части материала. Такое определение влажности широко используется для оценки качества древесины.

Эту величину не всегда можно точно измерить, так как в ряде случаев невозможно удалить всю неконституционную воду и взвесить предмет до и после этой операции.

Относительная влажность характеризует содержание влаги по сравнению с максимальным количеством влаги, которое может содержаться в веществе в состоянии термодинамического равновесия. Обычно относительную влажность измеряют в процентах от максимума.

Установление степени влажности многих продуктов, материалов и т. п. имеет важное значение. Только при определённой влажности многие тела (зерно, цемент и др.) являются пригодными для той цели, для которой они предназначены. Жизнедеятельность животных и растительных организмов возможна только в определённых диапазонах влажности и относительной влажности воздуха. Влажность может вносить существенную погрешность и вес предмета. Килограмм сахара или зерна с влажностью 5 % и 10 % будет содержать разное количество сухого сахара или зерна.

Измерение влажности определяется высушиванием влаги и титрованием влаги по Карлу Фишеру. Эти способы являются первичными. Помимо них разработано множество других, которые калибруются по результатам измерений влажности первичными способами и по стандартным образцам влажности.

42 Емкостный метод измерения уровня жидкости основан на изменении емкости конденсатора при погружении его в жидкость, уровень которой измеряется.

Емкостный метод измерения размеров может быть бесконтактным или контактным. Бесконтактный емкостный метод измерения размеров основан на непосредственном включении контролируемого изделия в электрическую цепь в качестве одной из пластин конденсатора. Контактный емкостный метод измерения размеров основан на применении емкостных датчиков.

Емкостный метод измерения уровня жидкости основан на изменении емкости конденсатора при погружении его в жидкость, уровень которой измеряется.

Емкостный метод измерения влажности вещества основан на том, что диэлектрическая проницаемость влажного вещества является линейной функцией его влагосодержания, обычно выраженного в процентах.

При емкостном методе измерения скорости свободной поверхности создается конденсатор, одной из обкладок которого является исследуемая свободная поверхность образца мишени.

Более широко применяется емкостный метод измерения влажности. Он основан на использовании большого различия между значением диэлектрика. Примеси, содержащиеся в воде, значительно меньше влияют на е, чем на проводимость материала. На е воды в сильной степени сказывается способность материала адсорбировать ее на поверхности твердых частиц, е адсорбированной воды значительно меньше ч свободной. Для большинства сухих материалов е незначительно меняется с темп-рой ( температурный коэфф. ГС); е влажных материалов изменяется с темп-рой в более широких пределах.

Более широко применяется емкостный метод измерения влажности. Он основан на использовании большого различия между значением диэлектрич. примеси, содержащиеся в воде, значительно меньше влияют на е, чем на проводимость материала. На е воды в сильной степени сказывается способность материала адсорбировать ее на поверхности твердых частиц, е адсорбированной воды значительно меньше е свободной. Для большинства сухих материалов е незначительно меняется с темп-рой ( температурный коэфф. С); е влажных материалов изменяется с темп-рой в более широких пределах. Практически зависимость е от темп-ры приводит к введению незначительно.

43.

44 Методы измерения вязкости     Вискозиметры можно классифицировать по трем главным типам:  1. Капиллярные вискозиметры измеряют расход фиксированного объема жидкости через малое отверстие при контролируемой температуре. Скорость сдвига можно измерить примерно от нуля до 106 с^-1, заменяя капиллярный диаметр и приложенное давление. Типы капиллярных вискозиметров и их режимы работы:     Стеклянный капиллярный вискозиметр (ASTM D 445) — Жидкость проходит через отверстие устанавливаемого - диаметра под влиянием силы тяжести. Скорость сдвига - меньше чем 10 с^-1. Кинематическая вязкость всех автомобильных масел измеряется капиллярными вискозиметрами.  Капиллярный вискозиметр высокого давления (ASTM D 4624 и D 5481) —Фиксированный объем жидкости выдавливается через стеклянный капилляр диаметра под действием приложенного давления газа. Скорость сдвига может быть изменена до 106 с^-1. Эта методика обычно используется, чтобы моделировать вязкость моторных масел в рабочих коренных подшипниках. Эта вязкость называется, вязкостью при высокой температуре и высоком сдвиге (HTHS) и измеряется при 150°C и 106 с^-1. HTHS вязкость измеряется также имитатором конического подшипника, ASTM D 4683 (см. ниже).  2. Ротационные вискозиметры используют для измерения сопротивления жидкости течению вращающий момент на вращающемся вале. К ротационным вискозиметрам относятся имитатор холодной прокрутки двигателя (CCS), миниротационный вискозиметр (MRV), вискозиметр Брукфильдаи имитатор конического подшипника (TBS). Скорость сдвига может быть изменена за счет изменения габаритов ротора, зазора между ротором и стенкой статора и частоты вращения.  Имитатор холодной прокрутки (ASTM D 5293) — CCS измеряет кажущуюся вязкость в диапазоне от 500 до 200000 сПуаз. Скорость сдвига располагается между 104 и 105 c^-1. Нормальный диапазон рабочей температуры - от 0 до -40°C. CCS показал превосходную корреляцию с пуском двигателя при низких температурах. Классификация вязкости SAE J300 определяет низкотемпературную вязкостную эффективность моторных масел пределами по CCS и MRV. 3. Разнообразные приборы используют множество других принципов; например, время падения стального шарика или иглы в жидкости, сопротивление вибрации зонда, и давления, прилагаемого к зонду текущей жидкостью. Индекс вязкости     Индекс вязкости (ИВ) - эмпирическое число, указывающее степень изменения в вязкости масла в пределах данного диапазона температур. Высокий ИВ означает относительно небольшое изменение вязкости с температурой, а низкий ИВ означает большое изменение вязкости с температурой. Большинство минеральных основных масел имеет ИВ между 0 и 110, но ИВ полимерсодержащего масла (multigrage) часто превышает 110.     

45. Приборы для измерения вязкости называют вискозиметрами. Обычно используют капиллярные, ротационные и шариковые вискозиметры. Наиболее распространенные капиллярные вискозиметры применяют для определения вязкости неструктурированных и слабоструктурированных жидкостей. Основным элементом этих вискозиметров является капилляр. Определение вязкости проводят путем измерения времени t течения жидкости от метки a до метки b. Напряжение деформации может задаваться извне путем присоединения штуцера к моностату, в котором создается давление (или разрежение) Рм. Жидкость может вытекать также под действием гидростатического давления:Pг = rgh, где r – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения, h – среднее расстояние между уровнями жидкости в резервуарах А и В.

Вязкость рассчитывают по уравнению Пуазейля: ,

где V – объем жидкости, вытекающей из капилляра за время t; P – давление, под действием которого жидкость течет; r – радиус капилляра; l – длина капилляра. Рис. 2.48. Схема простейшегоротационного вискозиметра

Для измерения вязкости структурированных тиксотропных систем существует группа простых ротационных вискозиметров, в которых статор неподвижен, а измеряется регистрируемая частота вращения ротора под действием постоянной заданной силы. Схема такого прибора приведена на рис 2.48. В этом вискозиметре исследуемую жидкость заливают также в зазор между коаксиальными цилиндрами (ротор 4 и статор 5). Ротор прибора связан со шкивом 2, приводимым во вращение под действием грузов, которые помещают на чашки, закрепленные на капроновом шнуре. Эти чашки можно поднимать, не вращая ротор, что позволяет измерять вязкость структурированных систем без нарушения целостности структуры на подготовительном этапе опыта. На одной оси с ротором закреплен лимб 1, по которому проводят отсчет оборотов вращения ротора. Лимб зафиксирован стопорным винтом 3, при опускании которого чашечки начинают опускаться и вращать ротор совместно с лимбом. Статор прибора установлен на подъемной площадке 6 и зафиксирован винтом 7. Суспензию заливают во внешний цилиндр (статор), который поднимают с помощью подъемного устройства 9, вращая маховик 8 до тех пор, пока верхние торцы ротора и статора не установятся в одну плоскость. Суспензия должна заполнить весь объем между статором и ротором.

46. Вя́зкость (вну́треннеетре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Различают динамическую вязкость (единицы измерения: пуаз, 0,1Па•с) и кинематическую вязкость (единицы измерения: стокс, м²/с, внесистемная единица — градус Энглера).

1. Метод Стокса. Этот метод определения вязкости основан на измерении скорости медленно движущихся в жидкости небольших тел сферической формы.

На шарик, который падает в жидкости вертикально вниз, действуют три силы: сила тяжести Р=(4/3);πr3ρg (ρ - плотность шарика), сила Архимеда FA=(4/3);πr3ρ'g (ρ' - плотность жидкости) и сила сопротивления, эмпирически установленная Дж. Стоксом: F=6πηrν, где r - радиус шарика, ν - его скорость. При равномерном движении шарика P=FA+F или

откуда

Измерив скорость равномерного движения шарика, можно определить вязкость жидкости (газа).

2. Метод Пуазейля. Этот метод основан на ламинарном течении жидкости в тонком капилляре. Для капилляр радиусом R и длиной l в жидкости мысленно выделим цилиндрический слой радиусом r и толщиной dr (рис. 1).

Рис.1

Сила внутреннего трения , которая действуюет на боковую поверхность этого слоя,

где dS - боковая поверхность цилиндрического слоя; знак минус говорит оттом, что при возрастании радиуса скорость уменьшается.

Для установившегося течения жидкости сила внутреннего трения, которая действующет на боковую поверхность цилиндра, уравновешивается силой давления, действующей на его основание:

проинтегрировав, полагая, что у стенок имеет место быть прилипание жидкости, т. е. скорость на расстоянии R от оси равна нулю, получаем

Отсюда видно, что скорости частиц жидкости распределяются по параболическому закону, причем вершина параболы лежит на оси трубы.

За время t из трубы вытечет жидкость, объем которой

откуда вязкость