химический каталог




ВЛАГОМЕРЫ И ГИГРОМЕТРЫ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ВЛАГОМЕРЫ И ГИГРОМЕТРЫ. Влагомеры (В.) - приборы для измерения влажности жидких и твердых веществ, гигрометры (Г.) - влажности газов. Ранее Г. называют приборы для определения влажности воздуха. В статье рассмотрены лишь те приборы, которые наиболее распространены при автоматич. измерениях в химии и химический технологии.

Кулонометрические влагомеры и гигрометры. В Г. этого типа чувствительный элемент выполнен в виде трубчатого корпуса из электроизоляц. материала, внутри которого размещены две несоприкасающиеся спирали (электроды) из Pt и Rh. Пространство между спиралями заполнено адсорбентом- частично гидратированным Р2О5. К электродам подведено напряжение, обеспечивающее электролиз поглощенной влаги. Анализируемый газ с постоянным расходом пропускают через элемент, и водяные пары практически полностью поглощаются Р2О5. Ток электролиза связан с концентрацией влаги соотношением:

где I - сила тока, А, с - концентрация влаги, кг/м3, Q - расход газа, м3/с, n - число электронов, необходимое для электролиза одной молекулы воды, F - число Фарадея, М - молекулярная масса воды.

Диапазон измерений от 10-5 до 0,1%. Недостаток прибора - невозможность измерения влажности газов, которые содержат щелочные и полимеризующиеся компоненты. В первом случае Р2О5 реагирует со щелочным компонентом, во втором служит инициатором полимеризации, а образующаяся пленка полимера препятствует поступлению водяных паров к поверхности адсорбента. При наличии в газе паров спирта возникает дополнительной погрешность, связанная с его гидролизом и образованием дополнительной влаги.

В кулонометрич. ВЛАГОМЕРЫ И ГИГРОМЕТРЫ при анализе жидкостей влага извлекается из них потоком сухого газа, и затем влажный газ анализируется описанным выше способом. При определении влажности твердых сыпучих материалов известная навеска в-ва продувается постоянным потоком сухого газа (при необходимости - с одновременным подогревом пробы), который далее поступает в чувствительный элемент. Зависимость между концентрацией влаги и силой тока определяется формулой:

где G - масса пробы, Т - длительность измерения, выбираемая т. обр., чтобы остаточная влага в навеске была пренебрежимо мала.

Погрешность кулонометрич. приборов обычно 1-5% при концентрации влаги порядка сотых долей процента и 10-20% при концентрации 10-4-10-3 %. Постоянная времени (время реакции прибора на изменение влажности) от десятков сек до 10 мин при концентрации влаги соответственно в диапазонах 10-2-10-1 и 10-4-10-3 %. Эти приборы применяют, в частности, для определения влажности полимеров (например, полиэтилена и полипропилена), а также для контроля влажности воздуха, предназначенного для питания контрольно-измерит. приборов.

Пьезосорбционные влагомеры и гигрометры. Действие их основано на зависимости собственной частоты колебаний кварцевого резонатора от его массы. Кристалл кварца покрывают слоем вещества, избирательно сорбирующего водяные пары. Изменение частоты резонатора зависит от массы поглощенной влаги и, следовательно, от концентрации влаги в атмосфере, окружающей кристалл: , где F-собств. частота колебаний резонатора (обычно 5-15 МГц), k-коэффициент, зависящий от типа и геометрии кристалла,-изменение массы кристалла (в кг). Как правило, достигает несколько кГц. Для измерения относит. влажности (отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщ. пара при одних и тех же давлении и температуре) в пределах 0-100% в качестве сорбентов используют гидрофильные полимеры, в частности поликапроамид. Толщина пленки полимера, наносимой на кристалл резонатора, не превышает несколько мкм, постоянная времени при применении поликапроамида 15 с, диапазон температур от 5 до 60 °С, погрешность несколько %. Определению мешает присутствие паров спиртов, NH3 и др. полярных соединений, сорбируемых полимером. При измерениях микроконцентраций влаги используют высокоэффективные адсорбенты, например силикагель. При этом ниж. предел определения концентрации влаги порядка 10-4%.

Пьезосорбционные приборы устойчивы к перегрузкам по влажности, имеют небольшие массу и габариты. ВЛАГОМЕРЫ И ГИГРОМЕТРЫ используют, например, в промышлености органическое синтеза (в производстве бензола, толуола, циклогексана и др. углеводородов), Г.-в установках кондиционирования воздуха в промышлености химический волокон.

Электросорбционные гигрометры. Принцип их действия состоит в измерении электрич. проводимости вещества, поглощающего влагу. Адсорбенты: Al2О3, LiCl, силикагель, SnO2, цеолиты, асбест и др. наиболее распространены датчики на основе первых двух адсорбентов.

При использовании Al2О3 чувствительный элемент, выполненный из алюминия, является одним из электродов датчиков. На его поверхность электролитич. способом наносят тонкую пористую пленку Al2О3. Тонкий паропроницаемый слой Аи или графита на этой пленке образует второй электрод. Полное сопротивление такого элемента зависит от концентрации влаги в среде, окружающей адсорбент, и измеряется с использованием переменного тока пром. частоты. Датчики на основе Al2О3 позволяют, в частности, определять содержание влаги в пропилене, бутиленах и др. олефинах от 10-6 до несколько % и обладают высоким быстродействием.

Применяют также так называемой подогревные хлористолитиевые датчики, в которых между электродами электрич. нагревателя помещают волокнистый материал, пропитанный водным раствором LiCl. Температура нагрева, измеряемая термометром сопротивления, служит мерой влажности газа. Эти приборы обладают меньшей, чем датчики на основе Al2О3, погрешностью, большей стабильностью показаний и более широким температурным диапазоном измерения (150-200 °С).

Диэлькометрические влагомеры и гигрометры. Их действие основано на сильной зависимости диэлектрическая проницаемости веществ от содержания в них влаги; это обусловлено аномально большойводы (81 при 20 °С). Измерение в диапазоне средних частот тока (0,1-30 МГц) сводится к определению емкости С конденсатора, между обкладками (электродами) которого помещено исследуемое в-во (С =, где Сo-емкость незаполненного конденсатора). В диапазоне сверхвысоких частот (30 МГц-300 ГГц) измеряют частоту колебаний объемного резонатора, в котором находится влажное вещество.

Для определения влажности жидкостей и газов применяют обычно датчики с цилиндрич. коаксиальными или плоскопараллельными электродами. Миним. предел измерения содержания влаги составляет: в жидкостях от 0,01 до 0,1%, в газах от 0,05 до 0,1%. Погрешность не превышает 2,0-2,5% при высокой влажности и до 10% при приближении к миним. пределу. Постоянная времени 1-2 мин.

Влажность твердых сыпучих материалов определяют с помощью датчиков с кольцевыми или др. электродами, расположенными в одной плоскости. Миним. предел и погрешность измерений от 0,1 до 0,2%. На результат определения оказывают влияние характер взаимодействие влаги с материалом, а также гранулометрич. состав и степень уплотнения или предварит. измельчения пробы. При использовании диапазона сверхвысоких частот удается бесконтактно измерять содержание влаги в материалах, движущихся на конвейере.

Диэлькометрич. ВЛАГОМЕРЫ И ГИГРОМЕТРЫ применяют в производстве минеральных удобрений, в горнохимический промышлености, диэлькометрич. Г.-обычно для определения влажности агрессивных газов (например, NH3, H2S).

ЯМР-влагомеры. Принцип их действия заключается в резонансном поглощении энергии высокочастотного электромагн. поля входящими в состав воды ядрами водорода в постоянном магн. поле (см. Ядерный магнитный резонанс). Величина поглощенной энергии служит мерой влажности материала. Достоинства этих ВЛАГОМЕРЫ И ГИГРОМЕТРЫ: высокая избирательность и возможность бесконтактного измерения. Кроме того, анализируя резонансную кривую поглощения, можно определять также характер взаимодействие влаги с веществом, т. к. ширина кривой изменяется при переходе от свободный влаги к адсорбированной. Диапазон измерения концентраций от О до 100%. Погрешность зависит от плотности, состава вещества и характера взаимодействие с ним влаги и колеблется от 10-3 до несколько %. Постоянная времени от несколько секунд до 1 мин и более. ЯМР-влагомеры используют, в частности, в производстве пластич. масс (для определения влажности пресспорошков) и в научных исследованиях (для измерения содержания влаги в твердых сыпучих материалах, реже в жидкостях).

Нейтронные влагомеры. Их действие основано на замедлении ядрами водорода потока быстрых нейтронов. При этом последние теряют энергию и превращаются в медленные нейтроны. Если главный водородсодержащий компонент в веществе - вода, а замедление нейтронов, вызванное присутствием др. элементов, достаточно мало, можно оценить содержание влаги, измеряя плотность потока медленных нейтронов. Для получения быстрых нейтронов применяют, как правило, радиоактивные источники, содержащие Be в смеси с одним из радиоактивных элементов, - Ra, Po или Ри (интенсивность 103-105 нейтронов в 1 с). Детекторы -борные или сцинтилляционные счетчики или комбинация из кадмиевой фольги и галогенного счетчика. Измерения проводят при размещении источника и счетчика как в толще материала, так и на его поверхности. Диапазон определения от 0 до 100%. Погрешность - от 0,5 до 2,0% - обусловлена наличием в анализируемом веществе иных, помимо воды, водородсодержащих соединение, а также элементов с большим сечением захвата нейтронов (Cl, В, Li и др.). Сильное влияние оказывают также изменения плотности вещества. Поэтому для снижения погрешности вводят соответствующие поправки. Нейтронные ВЛАГОМЕРЫ И ГИГРОМЕТРЫ применяют для тех же целей, что и ЯМР-влагомеры.

Гигрометры, основанные на измерении точки росы. Анализируемый газ охлаждают до температуры, отвечающей температуре насыщения водяного пара, т.е. до росы точки. Эту температуру определяют в момент начала конденсации пара (выпадение росы) на плоской полированной поверхности зеркальца. Для охлаждения газа используют дросселирующие, термоэлектрич., термомагн. и др. устройства. Момент выпадения росы фиксируется фотоэлектрич. (по изменению рассеяния света) или кондуктометрич. методом. В последнем случае измеряют поверхностное сопротивление зеркальца, на котором находится конденсат. Применяют также радиац. детекторы, основанные на поглощении илиизлучений. Зная точку росы и температуру (t)анализируемого газа, можно вычислить относит. влажность по формуле: , где p1 и р2- соответственно давления насыщ. водяного пара при точке росы и t (см. Газов увлажнение).

Достоинства этих Г.: низкий предел обнаружения влаги (точка росы — 100°С, что отвечает концентрации 10-6%); погрешность лучших образцов от 0,3 до 0,5 °С, и, как правило, не выше 1 °С. Длительность измерения от несколько секунд при высокой влажности до десятков мин при ниж. пределе измерения. Недостаток: невозможность определения содержания влаги в газах (парах), температура конденсации которых выше, чем измеряемая точка росы (например, в пропилене). Эти Г. широко применяют в заводских лабораториях.

Психрометры. Основаны на определении разности температур двух термометров - обычного, или сухого (tс), и мокрого (tM), т.е. непрерывно увлажняемого так, что на его поверхности поддерживается влажность, соответствующая насыщению при данной температуре. Оба термометра помещены в анализируемую среду (газ). Температура мокрого термометра снижается вследствие испарения влаги, обусловленного разностью ее концентраций на термометре и в анализируемом газе, и зависит от относит. влажности, которая может быть найдена по формуле:

где рм и рс-соответственно давления насыщ. пара при tM и tc; р-атм. давление, A-психрометрич. коэффициент, зависящий от конструкции прибора и параметров исследуемого газа.

В качестве датчиков температуры используют стеклянные термометры и термометры сопротивления. Пределы измерения 20-100% при температурах от - 5 до 40 °С, погрешность 3-10%, длительность измерения не превышает несколько мин. Недостаток: возможность загрязнения фитиля, смачивающего мокрый термометр, пылью, твердыми частицами и нарушение из-за этого градуировочной характеристики.

Оптические влагомеры и гигрометры. Действие этих приборов основано на поглощении влагой ИК-излучения, преимущественно в коротковолновой области (длина волны 0,8-4,0 мкм). В этом диапазоне спектр воды содержит ряд интенсивных полос поглощения с центрами, соответствующими длинам волн 0,94; 1,1; 1,38; 1,87; 2,7; 3,2; 3,6 мкм. Источники излучения-лампы накаливания, лазеры, а при зондировании атмосферы - солнечная радиация. Приемники излучения: избирательные - оптико-акустические, интегральные - фоторезисторы (наиболее чувствительны), а также термометры и болометры. Область применения абсорбц. разновидности метода - определение содержания влаги в жидкостях (например, в метаноле и уксусной кислоте) и твердых пленочных материалах. Диапазон измерения 10-5-20%, предел погрешности не выше несколько %.

Модификация метода, в которой используется рассеянное излучение, позволяет получать информацию о диспергированной воде в эмульсиях. Для контроля влажности твердых материалов используют метод индикации отраженного излучения (погрешность 5-10%). Достоинства ВЛАГОМЕРЫ И ГИГРОМЕТРЫ: широкий диапазон определяемых концентраций (шкалы 0-0,5% и 0-80%), возможность бесконтактного измерения влажности материалов, движущихся на конвейере (например, минеральных удобрений), высокое быстродействие. Недостаток: дополнительной погрешность, обусловленная возможной неоднородностью концентрационного поля при измерении содержания влаги в поверхностном слое материала.

Химическая энциклопедия. Том 1 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
телевизор на прокат
Фирма Ренессанс заказать лестницу на дачу на второй этаж - качественно и быстро!
стул zeta цена
здать вещи на хронения

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(10.12.2016)