Download miễn phí Giáo trình Kiểm nhiệt tự động hóa - Đo một số chỉ tiêu công nghệ
Mục đích của việc đo là kiểm tra liên tục mức dịch thể hay vật liệu trong
thiết bị chứa, còn phát hiện mức là xác định mức dịch thể hay vậtliệu có đạtmức
ngưỡng đã định hay không.
Tùy theo tính chất của môi trường đo (dịch thể hay vật liệu rời), yêu cầu sử
dụng, người ta chọn phương phápđo và pháthiện mức phù hợp. Theo nguyên lý đo,
người ta chia các các phương phápđo và phát hiện mức thành ba loại:
- Phương phápthuỷ tĩnh.
- Phương phápđiện.
- Phương phápbức xạ.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Ch−ơng 6Đo một số chỉ tiêu công nghệ
Trong công nghiệp luyện kim nhiều tr−ờng hợp phải đo một số chỉ tiêu công
nghệ nh− độ pH, nồng độ chất điện ly, tỷ trọng, độ ẩm, mức chất l−u …Trong
ch−ơng này trình bày nguyên tắc đo và thiết bị đo cơ bản dùng để đo một số chỉ tiêu
công nghệ th−ờng gặp.
6.1. Đo nồng độ ion H+
6.1.1. Nguyên lý đo
ở điều kiện bình th−ờng, n−ớc phân ly không đáng kể, ph−ơng trình phân ly:
[ ] [ ] [ ]−+ +↔ OHHHOH
Hằng số phân ly:
[ ][ ]
[ ]HOH
OH.H
K
−+
=
Đối với n−ớc nguyên chất K = 10-14.
Do và [ ] 1HOH ≈ [ ] [ ]−+ = OHH nên [ ] 710H −+ = .
Độ pH của n−ớc nguyên chất:
[ ] 7HlgpH =−= +
Dung dịch có độ pH = 7 là dung dịch trung tính, pH > 7 là dung dịch có tính kiềm,
pH < 7 là dung dịch có tính axít.
Nguyên lý đo nồng độ H+ dựa trên cơ sở: nếu nhúng một thanh kim loại vào
dung dịch muối sẽ sinh ra một hiệu thế gọi là thế điện cực:
cln
nF
RT
Cln
nF
RT
E −= (6.1)
Trong đó:
F- hằng số farađây ( F = 16.500 [C]).
C - nồng độ ion trong kim loại.
c - nồng độ ion trong dung dịch muối.
n - hóa trị của kim loại.
Thông th−ờng nồng độ ion trong kim loại hầu nh− không đổi, công thức (6.1)
có thể viết:
- 85 -
cln
nF
RT
EE 0 −= (6.2)
Từ công công thức (6.2) nhận thấy: thế điện cực phụ thuộc bản chất kim loại,
nhiệt độ và nồng độ ion trong dung dịch. Nếu biết thế điện cực ta có thể xác định
đ−ợc nồng độ ion trong dung dịch. Tuy nhiên, trong thực tế không thể đo trực tiếp
thế điện cực, do vậy để đo nồng độ [H+] ng−ời ta đo hiệu điện thế giữa cực đo nhúng
trong dung dịch cần đo và cực so sánh nhúng trong dung dịch đã biết tr−ớc nồng độ.
6.1.2. Thiết bị đo
a) Điện cực
Bộ phận cơ bản của thiết bị đo nồng độ [H+] là các điện cực gồm điện cực so
sánh và điện cực đo.
Để làm điện cực so sánh th−ờng dùng điện cực calomen (hình 6.1a), gồm dây
platin (1), nút (2), bình thủy tinh (3), lớp thủy ngân kim loại Hg (4), lớp calomen
Hg2Cl2 (5), lớp bông (6), dung dịch KCl (7) và nút (8), (9). Lớp bề mặt phản ứng của
điện cực là bề mặt tiếp xúc Hg - Hg2Cl2.
4
2
1
3
3
3
4
5
6
7
9
8
2
1
2
5
1
c) b)a)
Hình 6.1 Sơ đồ cấu tạo điện cực đo [H+]
a) Điện cực so sánh b) Điện cực đo c) Điện cực màng thủy tinh
Hằng số phân ly:
[ ] [ ]
[ ]22
22
ClHg
Cl.Hg
K
++
=
- 86 -
Do [ ổn định và ]22ClHg [ ]−Cl đ−ợc giữ không đổi nhờ sự bổ sung từ dung
dịch KCl nên điện thế điện cực luôn cố định.
Điện cực đo th−ờng sử dụng điện cực kim loại (platin, vàng, bạc, thủy ngân).
Chúng có cấu tạo (hình 6.1b) gồm một que kim loại (1) đặt trong một ống thủy tinh
hay polime bảo vệ (2), phần d−ới của que (gọi là phần nhạy cảm) không bị che
chắn để có thể tiếp xúc với dung dịch. Điện cực đ−ợc nối điện ra ngoài bằng cáp
điện (3).
Khi đo pH ng−ời ta th−ờng dùng điện cực đo màng thủy tinh (hình 6.1c). Cấu
tạo của điện cực gồm: dây bạch kim (1), nút (2), bình thủy tinh có đáy mỏng hình
cầu (3), dung dịch KCl (4), lớp bọc AgCl (5). Phần tử nhạy cảm của điện cực là
màng thủy tinh mỏng hình cầu chế tạo từ thủy tinh đặc biệt có tính dẫn điện yếu, khi
đặt trong dung dịch chứa [H+], điện thế trên mặt phân cách phụ thuộc vào hoạt độ
của các ion [H+]:
++= H'0 alnF
RT
EE
b) Sơ đồ hệ thống đo
Tùy theo yêu cầu sử dụng ng−ời ta dùng sơ đồ đo khác nhau.
Trong sơ đồ hình 6.2, sử dụng công cụ đo thứ cấp là milivôn kế, gồm bình
chứa dung dịch cần đo (1), điện cực so sánh (2) điện cực đo (3), bộ khuếch đại (4),
milivôn kế (5), điện trở bù nhiệt độ Rt. Hiệu điện thế giữa cực đo và điện cực so
sánh qua bộ khuếch đại đ−ợc đ−a trực tiếp vào đồng hồ đo.
R1
R
4
Rt
2 1 3
5
Hình 6.2 Sơ đồ hệ thống đo [H+] dùng milivôn kế
1) Dung dịch cần đo 2) Điện cực so sánh 3) Điện cực đo
4) Bộ khuếch đại 5) Milivôn kế 6) Điện trở bù
- 87 -
Để bù ảnh h−ởng của nhiệt độ ng−ời ta lắp vào mạch đo điện trở bù Rt. Do thế
điện cực của điện cực đo có điện trở lớn (cỡ hàng chục MΩ) nên công cụ đo thứ cấp
phải có điện trở vào lớn.
Trong sơ đồ hình 6.3, sử dụng hệ thống đo tự động. Hệ thống đo gồm bể chứa
dung dịch cần đo [H+] (1), điện cực đo (2), điện cực so sánh (3), khuếch đại (4),
động cơ xoay chiều (5) và hai cầu cân bằng (6), (7). Khi đo, hiệu điện thế giữa điện
cực đo và điện cực so sánh tạo ra tín hiệu sai lệch ∆V, qua bộ khuếch đại (4) làm
quay động cơ (5), con chạy biến trở R liên độmg với động cơ quay theo cho đến khi
sai lệch điện áp bằng 0 thì động cơ ngừng quay. Điện trở Rt dùng để bù ảnh h−ởng
của nhiệt độ.
2
1
3
R
R1
R2
Rt
R5
7
R4 R5
R3
5
6
∆V 4
Hình 6.3 Hệ thống đo [H+] tự động
1) Dung dịch cần đo 2) Điện cực đo 3) Điện cực so sánh 4) Khuếch đại
5) Động cơ xoay chiều 6&7) Cầu cân bằng
6.2. Đo nồng độ chất điện ly
6.2.1. Nguyên lý đo
Đo nồng độ chất điện ly dựa trên nguyên lý đo độ dẫn điện của dung dịch
chứa chất điện ly. Độ dẫn điện của một chất điện ly phụ thuộc:
- 88 -
+ Bản chất, độ phân ly và nồng độ chất điện ly.
+ Nhiệt độ của dung dịch.
Độ dẫn điện điện riêng của một chất trong dung dịch xác định theo công thức:
(Ω.cm)λαà=χ .. -1 (6.3)
Trong đó:
à - nồng độ đ−ơng l−ợng của dung dịch.
α - mức độ điện ly.
λ - độ dẫn điện đ−ơng l−ợng của dung dịch.
Quan hệ giữa nồng độ đ−ơng l−ợng (à) và áp suất thấm thấu (p) có dạng:
610.
p −
δ=à (6.4)
Trong đó δ là trọng l−ợng đ−ơng l−ợng của chất hòa tan.
Từ (6.3) và (6.4) ta có:
610..
p. −λδ
α=χ (6.5)
Độ dẫn điện cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, quan hệ phụ thuộc có dạng:
( )[ ]00t tt1. −β+χ=χ
Trong đó:
χt, χ0 - là độ dẫn điện của chất điện ly ở nhiệt độ t và t0.
β - hệ số phụ thuộc bản chất dung dịch và nhiệt độ, trong khoảng 0 - 30oC, giá
trị của β nh− sau:
Dung dịch axit: β = 0,017.
Dung dịch kiềm: β = 0,019.
Dung dịch muối: β = 0,023.
Nh− vậy ở một nhiệt độ nhất định, độ dẫn điện của dung dịch chỉ phụ thuộc
nồng độ dung dịch . Đo độ dẫn điện của dung dịch ta có thể xác định đ−ợc
nồng độ chất điện ly trong dung dịch.
( )cf=χ
6.2.2. Thiết bị đo
Sơ đồ hệ thống đo nồng độ chất điện ly trình bày trên hình (6.4).
- 89 -
Trong sơ đồ, để tránh hiện t−ợng điện phân dùng nguồn cấp là nguồn xoay
chiều, điện trở R4 dùng để hạn chế dòng qua dung dịch, Rt là điện trở bù ảnh h−ởng
của nhiệt độ. Tín hiệu đo là dòng xoay chiều lấy từ cầu cân bằng (3) qua bộ chỉnh
l−u (4) tới điện thế kế (5).
4
2
1
Rt
R4
R3 R2
∼ 5
R1
3
Hình 6.4 Sơ đồ hệ thống đo nồng độ chất điện ly
1) Dung dịch cần đo 2) Bản cực 3) Cầu điện trở
4) Bộ chỉnh l−u 5) Điện thế kế
6.3. Đo tỉ trọng
6.3.1. Ph−ơng pháp đo theo áp suất
Ph−ơng pháp đo tỉ trọng thông qua đo áp suất dựa trên cơ sở:
H.p γ=
Trong đó:
p - áp suất tại điểm đo.
H - chiều cao cột chất lỏng.
Khi cố định H thì p phụ thuộc tỉ trọ...