Гальванический газоанализатор. (Рис. 53, 54) [55]

Они относятся к электрохимическим анализаторам, а принцип действия их основан на явлении измерения тока во внешней цепи гальванического элемента под действием протекающей в нем электрохимической реакции. Чаще всего они используются для измерения концентрации кислорода в газовых средах. Катод: O2 + 2H2O + 4e = 4(OH)-. (1). Анод: 2Pb + 4(OH)- = 2Pb(OH)2 + 4e. (2). В данном анализаторе через камеру 1 прокачивается ан. газ, содержащий например кислород. В камере 1 расположено два электрода: серебряный катод 2 и свинцовый анод 3. Причем катод находится в полупогруженном состоянии на границе 3х фаз: газ, электролит, твердые вещества (катод). Происходит ионизация кислорода при поступлении из внешней цепи электронов. Реакция, протекающая на катоде, описываются формулой (1), а на аноде – формулой (2). Молекулы гидроксидов на аноде соединяются с молекулами свинца Pb, получается гидроксид свинца и 4 электрона посылается во внешнюю электрическую цепь, где они создают ток, который измеряется с помощью миллиамперметра 4. Чем больше концентрация О2 в газовой среде, тем больше ионов гидроксида образуется около катода, тем больше ток во внешней цепи. Этот ток служит мерой концентрации кислорода О2. Диапазоны измерений: 0-0,02 % об ; 0 – 0,001 % об. Δ = 5 - 10. При больших концентрациях сигнал такого анализатора входит в режим насыщения и практически постоянен. Известны более простые конструкции подобных анализаторов. Рис. а). Анализируемый газ поступает по трубке 6 с постоянным расходом и барбатирует через слой электролита 7, при этом пузырьки газа механически подхватывают частицы воды и транспортируют их вверх, насыщая слой ткани 3 электролитом. В качестве погруженного анода служит фольга 2 из свинца, а в качестве полупогруженного катода – серебряная сетка 4. Ток между катодом и анодом измеряется миллиамперметром 5. Работа и хар-ки аналогичны предыдущему. Рис. б). За счет применения диффузионного барьера (фторопластовая пленка 5) осуществляется «деление» кислорода в среде, омывающей барьер, в сотни и тысячи раз. Анализатор содержит трубку 1, во внутренней полости которой расположен диск из пластины 2, который прижат к мембране 5 резиновыми прокладками 3. Трубка – анод, диск – катод. Загущенный электролит 8. 6 – резиновое уплотнение фторопластовой пленки.

Анализаторы концентрации пыли. (Рис. 55, 56) [56]

Пыль – дисперсная среда, состоящая из воздуха и механических частиц. Концентрация этих частиц в воздухе обычно составляет 0,1 – 600 мг/м3. Hазмеры частичек пыли от долей микрона до нескольких микрон. Частички воздействуют на кожу человека, проникают в легкие, поэтому их концентрация строго нормируется. Особенно опасны частички субмикронного размера (до 2 мкм). Они могут вызывать профессиональные заболевания. Для контроля концентрации пыли используется 2 принципа: 1) с предварительным осаждением пыли на бумагу или ткань. 2) без предварительного осаждения. Для автоматического контроля используется принцип без предварительного осаждения частиц пыли. Чаще других используется турбидиметрические дымомеры, радиоионизационный, электроиндукционный и электризационный принципы измерения. Рис. а). Радиоионизационный анализотор. Поток ан. воздуха перемещается по трубопроводу 1 под действием побудителя расхода (аспиратора) 4. Молекулы воздуха ионизируются тритиевым ионизатором 2. Образовавшиеся ионы абсорбируются частичками пыли, т. о. эти частички заряжаются. Между тритиевым анализатором и коллектором ионов 3 подключен источник постоянного напряжения 5. Под действием поля этого источника заряженные частички пыли движутся к коллектору. Здесь они получают электрон из внешней цепи и нейтрализуются. Т.о. по внутренней цепи протекает ионный ток, а по внешней цепи, через резистор R, протекает равный ему электронный ток. Падение напряжения на резисторе измеряется с помощью электрометрического усилителя 6 измеряется вольтметром 7. Недостаток: наличие источника радиоактивного бета-излучения. От этого минуса свободен анализатор на Рис. б). Он включает в себя идентичные элементы (до цифры 8 включительно), но в кач-ве источника ионизации здесь используется газовый разряд. Такой прибор называется электроразрядный анализатор. Газовый разряд создается между иглами 9, к которым подводится высоковольтное напряжение (до 4кВ) от источника 10. Недостаток: использование высоковольтного источника питания. Рис. в). Электризационный анализатор. Принцип действия основан на возникновении заряда под действием трения частиц пыли о металлическую трубку 2. Ан. поток газа подается в трубку 2 тангенциально, и под действием центробежной силы частицы отбрасываются к стенкам трубки 2. При трении частиц о поверхность трубки они заряжаются и заряжается трубка. Потенциал трубки по отношению к земле измеряется с помощью электрометрического усилителя 5, подключенного между трубкой и заземленным кожухом 3. Трубка 2 и кожух 3 укреплены на фторопластовом цилиндре 1. Сигнал усилителя регистрируется потенциометром 7. Класс точности анализаторов концентрации пыли в лучшем случае 10.

Многопараметрические методы анализа состава многокомпонентных сред. Метод различных физико-химических величин.[57]

Сущность этого метода состоит в измерении n-1 физической величины (для определения состава и компонентов среды). Составление и решение системы уравнений. Для простоты примем, что физико-химическая величина или свойство ан. среды является аддитивной. Тогда мы можем вычислить по значению физико-химических свойств и концентрацию компонентов: ПСМ = Сумм(от i=1 до n)ПiCi. Предположим, что имеется возможность с помощью n-1, измерить текущее значение физико-химических свойств анализируемой среды. После этого можно записать следующую систему уравнений. (1) U1 = K1ПСМ1 = K1Сумм(от i=1 до n)П1iCi. (2) U2 = K2ПСМ2 = K2Сумм(от i=1 до n)П2iCi. (3) …………………. (4) Un-1 = Kn-1ПСМn-1 = Kn-1Сумм(от i=1 до n)Пn-1iCi. (5) 1 = Сумм(от i=1 до n)Ci. U1i U2i Un-1 – сигналы 1,2 и n-1 анализатора. K1, K2, K n-1 – коэффициенты преобразования названных анализаторов. Псм1, Псм2, Псмn-1 – измеряемые различные физико-химические свойства анализируемой смеси (среды). П1i, П2i, П(n-1) – физико-химические свойства компонентов соответствующие физико-химическим свойствам среды. (они берутся из справочников по физико-химическим свойствам). Ci – концентрации (искомые) компонентов анализируемой среды. Как видно, данная система смесей имеет n уравнений, из которых при решении, можно определить концентрации всех компонентов. При таком измерении определяются сразу несколько однородных величин. В метрологии такой вид измерения называется совокупным. Концентрация i-го компонента определяется по формуле: Ci = Сумм(от i=1 до n-1)AiUi + Bi. Как видно, концентрация каждого из компонентов зависит от сигналов всех анализаторов, а коэффициенты Ai и свободные члены Bi, хотя и постоянны для каждой концентрации, однако включают в себя коэффициенты передачи и ф-х свойства отдельных компонентов. Из-за погрешности определения величин Ui погрешности калибровки, определяемой погрешностью определения коэффициентов Ki, не представляются возможным осуществить анализ сред содержащих более чем 3-4 компонента, так как погрешность измерения настолько большая, то анализ теряет смысл.