Chương 6 - Đo một số chỉ tiêu công nghệ

Chia sẻ: Nguyen Thang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

146
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 6 - Đo một số chỉ tiêu công nghệ

Ch−¬ng 6 §o mét sè chØ tiªu c«ng nghÖ Trong c«ng nghiÖp luyÖn kim nhiÒu tr−êng hîp ph¶i ®o mét sè chØ tiªu c«ng nghÖ nh− ®é pH, nång ®é chÊt ®iÖn ly, tû träng, ®é Èm, møc chÊt l−u …Trong ch−¬ng nµy tr×nh bµy nguyªn t¾c ®o vµ thiÕt bÞ ®o c¬ b¶n dïng ®Ó ®o mét sè chØ tiªu c«ng nghÖ th−êng gÆp. 6.1. §o nång ®é ion H+ 6.1.1. Nguyªn lý ®o ë ®iÒu kiÖn b×nh th−êng, n−íc ph©n ly kh«ng ®¸ng kÓ, ph−¬ng tr×nh ph©n ly: [HOH] ↔ [H + ]+ [OH − ] H»ng sè ph©n ly: [H ].[OH ] + − K= [HOH] §èi víi n−íc nguyªn chÊt K = 10-14. [ ][ ] [] Do [HOH ] ≈ 1 vµ H + = OH − nªn H + = 10 −7 . §é pH cña n−íc nguyªn chÊt: pH = − lg[H + ] = 7 Dung dÞch cã ®é pH = 7 lµ dung dÞch trung tÝnh, pH > 7 lµ dung dÞch cã tÝnh kiÒm, pH < 7 lµ dung dÞch cã tÝnh axÝt. Nguyªn lý ®o nång ®é H+ dùa trªn c¬ së: nÕu nhóng mét thanh kim lo¹i vµo dung dÞch muèi sÏ sinh ra mét hiÖu thÕ gäi lµ thÕ ®iÖn cùc: RT RT E= ln C − (6.1) ln c nF nF Trong ®ã: F- h»ng sè fara®©y ( F = 16.500 [C]). C - nång ®é ion trong kim lo¹i. c - nång ®é ion trong dung dÞch muèi. n - hãa trÞ cña kim lo¹i. Th«ng th−êng nång ®é ion trong kim lo¹i hÇu nh− kh«ng ®æi, c«ng thøc (6.1) cã thÓ viÕt: - 85 -
RT E = E0 − (6.2) ln c nF Tõ c«ng c«ng thøc (6.2) nhËn thÊy: thÕ ®iÖn cùc phô thuéc b¶n chÊt kim lo¹i, nhiÖt ®é vµ nång ®é ion trong dung dÞch. NÕu biÕt thÕ ®iÖn cùc ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc nång ®é ion trong dung dÞch. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ kh«ng thÓ ®o trùc tiÕp thÕ ®iÖn cùc, do vËy ®Ó ®o nång ®é [H+] ng−êi ta ®o hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a cùc ®o nhóng trong dung dÞch cÇn ®o vµ cùc so s¸nh nhóng trong dung dÞch ®· biÕt tr−íc nång ®é. 6.1.2. ThiÕt bÞ ®o a) §iÖn cùc Bé phËn c¬ b¶n cña thiÕt bÞ ®o nång ®é [H+] lµ c¸c ®iÖn cùc gåm ®iÖn cùc so s¸nh vµ ®iÖn cùc ®o. §Ó lµm ®iÖn cùc so s¸nh th−êng dïng ®iÖn cùc calomen (h×nh 6.1a), gåm d©y platin (1), nót (2), b×nh thñy tinh (3), líp thñy ng©n kim lo¹i Hg (4), líp calomen Hg2Cl2 (5), líp b«ng (6), dung dÞch KCl (7) vµ nót (8), (9). Líp bÒ mÆt ph¶n øng cña ®iÖn cùc lµ bÒ mÆt tiÕp xóc Hg - Hg2Cl2. 3 1 1 2 2 3 3 2 4 4 5 6 5 7 1 8 9 c) b) a) H×nh 6.1 S¬ ®å cÊu t¹o ®iÖn cùc ®o [H+] a) §iÖn cùc so s¸nh b) §iÖn cùc ®o c) §iÖn cùc mµng thñy tinh H»ng sè ph©n ly: [Hg ] .[Cl ] +2 +2 K= [Hg 2 Cl 2 ] - 86 -
[] Do [Hg 2 Cl 2 ] æn ®Þnh vµ Cl − ®−îc gi÷ kh«ng ®æi nhê sù bæ sung tõ dung dÞch KCl nªn ®iÖn thÕ ®iÖn cùc lu«n cè ®Þnh. §iÖn cùc ®o th−êng sö dông ®iÖn cùc kim lo¹i (platin, vµng, b¹c, thñy ng©n). Chóng cã cÊu t¹o (h×nh 6.1b) gåm mét que kim lo¹i (1) ®Æt trong mét èng thñy tinh hoÆc polime b¶o vÖ (2), phÇn d−íi cña que (gäi lµ phÇn nh¹y c¶m) kh«ng bÞ che ch¾n ®Ó cã thÓ tiÕp xóc víi dung dÞch. §iÖn cùc ®−îc nèi ®iÖn ra ngoµi b»ng c¸p ®iÖn (3). Khi ®o pH ng−êi ta th−êng dïng ®iÖn cùc ®o mµng thñy tinh (h×nh 6.1c). CÊu t¹o cña ®iÖn cùc gåm: d©y b¹ch kim (1), nót (2), b×nh thñy tinh cã ®¸y máng h×nh cÇu (3), dung dÞch KCl (4), líp bäc AgCl (5). PhÇn tö nh¹y c¶m cña ®iÖn cùc lµ mµng thñy tinh máng h×nh cÇu chÕ t¹o tõ thñy tinh ®Æc biÖt cã tÝnh dÉn ®iÖn yÕu, khi ®Æt trong dung dÞch chøa [H+], ®iÖn thÕ trªn mÆt ph©n c¸ch phô thuéc vµo ho¹t ®é cña c¸c ion [H+]: RT E = E '0 + ln a H + F b) S¬ ®å hÖ thèng ®o Tïy theo yªu cÇu sö dông ng−êi ta dïng s¬ ®å ®o kh¸c nhau. Trong s¬ ®å h×nh 6.2, sö dông dông cô ®o thø cÊp lµ miliv«n kÕ, gåm b×nh chøa dung dÞch cÇn ®o (1), ®iÖn cùc so s¸nh (2) ®iÖn cùc ®o (3), bé khuÕch ®¹i (4), miliv«n kÕ (5), ®iÖn trë bï nhiÖt ®é Rt. HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a cùc ®o vµ ®iÖn cùc so s¸nh qua bé khuÕch ®¹i ®−îc ®−a trùc tiÕp vµo ®ång hå ®o. 4 5 R1 R 13 2 Rt H×nh 6.2 S¬ ®å hÖ thèng ®o [H+] dïng miliv«n kÕ 1) Dung dÞch cÇn ®o 2) §iÖn cùc so s¸nh 3) §iÖn cùc ®o 4) Bé khuÕch ®¹i 5) Miliv«n kÕ 6) §iÖn trë bï - 87 -
§Ó bï ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ng−êi ta l¾p vµo m¹ch ®o ®iÖn trë bï Rt. Do thÕ ®iÖn cùc cña ®iÖn cùc ®o cã ®iÖn trë lín (cì hµng chôc MΩ) nªn dông cô ®o thø cÊp ph¶i cã ®iÖn trë vµo lín. Trong s¬ ®å h×nh 6.3, sö dông hÖ thèng ®o tù ®éng. HÖ thèng ®o gåm bÓ chøa dung dÞch cÇn ®o [H+] (1), ®iÖn cùc ®o (2), ®iÖn cùc so s¸nh (3), khuÕch ®¹i (4), ®éng c¬ xoay chiÒu (5) vµ hai cÇu c©n b»ng (6), (7). Khi ®o, hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a ®iÖn cùc ®o vµ ®iÖn cùc so s¸nh t¹o ra tÝn hiÖu sai lÖch ∆V, qua bé khuÕch ®¹i (4) lµm quay ®éng c¬ (5), con ch¹y biÕn trë R liªn ®émg víi ®éng c¬ quay theo cho ®Õn khi sai lÖch ®iÖn ¸p b»ng 0 th× ®éng c¬ ngõng quay. §iÖn trë Rt dïng ®Ó bï ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é. R5 R3 R4 R5 5 7 R 6 ∆V 4 R2 R1 3 2 Rt 1 H×nh 6.3 HÖ thèng ®o [H+] tù ®éng 1) Dung dÞch cÇn ®o 2) §iÖn cùc ®o 3) §iÖn cùc so s¸nh 4) KhuÕch ®¹i 5) §éng c¬ xoay chiÒu 6&7) CÇu c©n b»ng 6.2. §o nång ®é chÊt ®iÖn ly 6.2.1. Nguyªn lý ®o §o nång ®é chÊt ®iÖn ly dùa trªn nguyªn lý ®o ®é dÉn ®iÖn cña dung dÞch chøa chÊt ®iÖn ly. §é dÉn ®iÖn cña mét chÊt ®iÖn ly phô thuéc: - 88 -
+ B¶n chÊt, ®é ph©n ly vµ nång ®é chÊt ®iÖn ly. + NhiÖt ®é cña dung dÞch. §é dÉn ®iÖn ®iÖn riªng cña mét chÊt trong dung dÞch x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: (Ω.cm)-1 χ = µ.α.λ (6.3) Trong ®ã: µ - nång ®é ®−¬ng l−îng cña dung dÞch. α - møc ®é ®iÖn ly. λ - ®é dÉn ®iÖn ®−¬ng l−îng cña dung dÞch. Quan hÖ gi÷a nång ®é ®−¬ng l−îng (µ) vµ ¸p suÊt thÊm thÊu (p) cã d¹ng: p µ = .10 −6 (6.4) δ Trong ®ã δ lµ träng l−îng ®−¬ng l−îng cña chÊt hßa tan. Tõ (6.3) vµ (6.4) ta cã: α.p .λ.10 −6 χ= (6.5) δ §é dÉn ®iÖn còng phô thuéc vµo nhiÖt ®é, quan hÖ phô thuéc cã d¹ng: χ t = χ 0 .[1 + β(t − t 0 )] Trong ®ã: χt, χ0 - lµ ®é dÉn ®iÖn cña chÊt ®iÖn ly ë nhiÖt ®é t vµ t0. β - hÖ sè phô thuéc b¶n chÊt dung dÞch vµ nhiÖt ®é, trong kho¶ng 0 - 30oC, gi¸ trÞ cña β nh− sau: Dung dÞch axit: β = 0,017. Dung dÞch kiÒm: β = 0,019. Dung dÞch muèi: β = 0,023. Nh− vËy ë mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh, ®é dÉn ®iÖn cña dung dÞch chØ phô thuéc nång ®é dung dÞch χ = f (c ) . §o ®é dÉn ®iÖn cña dung dÞch ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc nång ®é chÊt ®iÖn ly trong dung dÞch. 6.2.2. ThiÕt bÞ ®o S¬ ®å hÖ thèng ®o nång ®é chÊt ®iÖn ly tr×nh bµy trªn h×nh (6.4). - 89 -
Trong s¬ ®å, ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng ®iÖn ph©n dïng nguån cÊp lµ nguån xoay chiÒu, ®iÖn trë R4 dïng ®Ó h¹n chÕ dßng qua dung dÞch, Rt lµ ®iÖn trë bï ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é. TÝn hiÖu ®o lµ dßng xoay chiÒu lÊy tõ cÇu c©n b»ng (3) qua bé chØnh l−u (4) tíi ®iÖn thÕ kÕ (5). R2 R3 4 3 R1 5 ∼ R4 1 Rt 2 H×nh 6.4 S¬ ®å hÖ thèng ®o nång ®é chÊt ®iÖn ly 1) Dung dÞch cÇn ®o 2) B¶n cùc 3) CÇu ®iÖn trë 4) Bé chØnh l−u 5) §iÖn thÕ kÕ 6.3. §o tØ träng 6.3.1. Ph−¬ng ph¸p ®o theo ¸p suÊt Ph−¬ng ph¸p ®o tØ träng th«ng qua ®o ¸p suÊt dùa trªn c¬ së: p = γ .H Trong ®ã: p - ¸p suÊt t¹i ®iÓm ®o. H - chiÒu cao cét chÊt láng. Khi cè ®Þnh H th× p phô thuéc tØ träng γ. S¬ ®å hÖ thèng ®o tr×nh bµy trªn h×nh 6.5. Nguyªn lý ho¹t ®éng: khÝ nÐn ®i qua c¸c buång läc (4) vµo hai èng dÉn ®Æt trong dung dÞch cÇn ®o tØ träng (4) vµ tho¸t ra ngoµi. Do miÖng èng bªn tr¸i vµ bªn ph¶i ®Æt lÖch nhau mét kho¶ng H0 nªn ¸p suÊt khÝ ë hai nh¸nh chªnh lÖch mét l−îng: ∆ p = γ.H 0 Do Ho cè ®Þnh nªn hiÖu ¸p ∆p chØ phô thuéc tØ träng (γ) cña dung dÞch. - 90 -
§Ó ®o hiÖu ¸p dïng ¸p kÕ ch÷ U (3) vµ ¸p kÕ vµnh khuyªn (1). Bé biÕn ®æi ®iÖn (2) dïng ®Ó truyÒn kÕt qu¶ ®i xa. 1 2 ∆p=γH 3 KhÝ nÐn 4 4 5 γH0 H×nh 6.5 S¬ ®å hÖ thèng ®o tØ träng theo ¸p suÊt 1) ¸p kÕ vµnh khuyªn 2) Bé biÕn ®æi ®iÖn 3) ¸p kÕ ch÷ U 4) Bé läc 5) Dung dÞch cÇn ®o tØ träng 6.3.2. Ph−¬ng ph¸p dïng ®ång vÞ phãng x¹ Ph−¬ng ph¸p ®o tØ träng b»ng ®ång vÞ phãng x¹ dùa trªn c¬ së: Tia γ cña chÊt ®ång vÞ phãng x¹ Co60 ®i qua mét m«i tr−êng th× bÞ m«i tr−êng ®ã hÊp thô, l−îng bøc x¹ γ bÞ hÊp thô phô thuéc b¶n chÊt m«i tr−êng vµ chiÒu dµy mµ tia ®i qua. Trong m«i tr−êng lµ dung dÞch nÕu cã chøa nh÷ng ion kim lo¹i nÆng hoÆc vonfram th× kÕt qu¶ ®o sÏ bÞ ¶nh h−ëng. Ph−¬ng ph¸p nµy th−êng dïng ®o mËt ®é vËt liÖu d¹ng bïn. S¬ ®å hÖ thèng ®o tr×nh bµy trªn h×nh 6.6. Nguyªn lý ho¹t ®éng: Luång bøc x¹ ®i tõ nguån ph¸t (1) qua m«i tr−êng ®o (2) bÞ m«i tr−êng hÊp thô mét phÇn, phÇn cßn l¹i ®Õn bé thu (3). T−¬ng tù luång x¹ ®i - 91 -
tõ nguån (4) qua nªm (5) bÞ nªm hÊp thô mét phÇn, phÇn cßn l¹i ®Õn bé thu (6), møc hÊp thô cña nªm (5) phô thuéc vÞ trÝ cña nªm. 2 1 3 8 7 6 5 4 H×nh 6.6 S¬ ®å hÖ thèng ®o tØ träng b»ng phãng x¹ 1&4) Nguån ph¸t tia bøc x¹ 2) M«i tr−êng ®o 3&6) Bé thu 5) Nªm 7) Bé khuÕch ®¹i 8) §éng c¬ NÕu tÝn hiÖu tõ c¸c bé thu ®Õn bé khuÕch ®¹i (7) b»ng nhau th× ®éng c¬ kh«ng cã tÝn hiÖu nªn ®øng yªn. Gi¶ sö m«i tr−êng thay ®æi mËt ®é, tÝn hiÖu tõ bé thu (3) thay ®æi, xuÊt hiÖn sai lÖch ë ®Çu vµo bé khuÕch ®¹i (7), ®éng c¬ (8) quay, lµm nªm (5) liªn ®éng víi ®éng c¬ xª dÞch cho ®Õn khi tÝn hiÖu ®Õn tõ bé thu (6) b»ng tÝn hiÖu ®Õn tõ bé thu (3), ®éng c¬ ngõng quay. Kim chØ thÞ liªn ®éng víi ®éng c¬ cho phÐp hiÓn thÞ kÕt qu¶. §Ó truyÒn kÕt qu¶ ®i xa dïng c¶m biÕn vÞ trÝ. 6.4. §o vµ ph¸t hiÖn møc Môc ®Ých cña viÖc ®o lµ kiÓm tra liªn tôc møc dÞch thÓ hoÆc vËt liÖu trong thiÕt bÞ chøa, cßn ph¸t hiÖn møc lµ x¸c ®Þnh møc dÞch thÓ hoÆc vËt liÖu cã ®¹t møc ng−ìng ®· ®Þnh hay kh«ng. Tïy theo tÝnh chÊt cña m«i tr−êng ®o (dÞch thÓ hoÆc vËt liÖu rêi), yªu cÇu sö dông, ng−êi ta chän ph−¬ng ph¸p ®o vµ ph¸t hiÖn møc phï hîp. Theo nguyªn lý ®o, ng−êi ta chia c¸c c¸c ph−¬ng ph¸p ®o vµ ph¸t hiÖn møc thµnh ba lo¹i: - Ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh. - Ph−¬ng ph¸p ®iÖn. - Ph−¬ng ph¸p bøc x¹. 6.4.1. §o møc b»ng ph−¬ng ph¸p thñy tÜnh Ph−¬ng ph¸p thñy tÜnh dïng ®Ó ®o hoÆc ph¸t hiÖn møc dÞch thÓ. - 92 -
Trªn h×nh 6.7 giíi thiÖu mét sè s¬ ®å ®o møc b»ng ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh. 2 2 34 p0 6 1 h 5 1 h 1 H×nh 6.7 S¬ ®å ®o møc theo ph−¬ng ph¸p thñy tÜnh a) Dïng phao cÇu b) Dïng phao trô c) Dïng c¶m biÕn ¸p suÊt vi sai Trong s¬ ®å h×nh 6.7a, phao (1) næi trªn mÆt chÊt l−u ®−îc nèi víi ®èi träng (5) b»ng d©y mÒm (2) qua c¸c rßng räc (3), (4). Khi møc chÊt l−u thay ®æi, phao (1) n©ng lªn hoÆc h¹ xuèng lµm quay rßng räc (4), kim chØ liªn ®éng víi trôc rßng räc quay theo, ®Ó truyÒn kÕt qu¶ ®i xa dïng c¶m biÕn ®o vÞ trÝ (6). Trong s¬ ®å h×nh 6.7b, phao h×nh trô (1) nhóng ch×m trong chÊt l−u, phÝa trªn ®−îc g¾n víi mét c¶m biÕn ®o lùc (2). Trong qu¸ tr×nh ®o, c¶m biÕn chÞu t¸c ®éng cña mét lùc F tØ lÖ víi chiÒu cao chÊt l−u: F = P − ρgSh Trong ®ã: P - träng l−îng phao. h - chiÒu cao phÇn ngËp trong chÊt l−u cña phao. S - tiÕt diÖn mÆt c¾t ngang cña phao. ρ - khèi l−îng riªng cña chÊt l−u. g - gia tèc träng tr−êng. Trªn s¬ ®å h×nh 6.7c, sö dông mét c¶m biÕn ¸p suÊt vi sai d¹ng mµng (1) ®Æt s¸t ®¸y b×nh chøa. Mét mÆt cña mµng c¶m biÕn chÞu ¸p suÊt chÊt l−u g©y ra: p = p 0 + ρgh MÆt kh¸c cña mµng c¶m biÕn chÞu t¸c ®éng cña ¸p suÊt p0 b»ng ¸p suÊt ë ®Ønh b×nh chøa. Chªnh lÖch ¸p suÊt p - p0 sinh ra lùc t¸c dông lªn mµng cña c¶m biÕn lµm - 93 -
nã biÕn d¹ng. BiÕn d¹ng cña mµng tØ lÖ víi chiÒu cao h cña chÊt l−u trong b×nh chøa, ®−îc chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn nhê c¸c bé biÕn ®æi ®iÖn thÝch hîp. 6.4.2. §o møc b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn §o møc b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn dùa trªn nguyªn t¾c chuyÓn ®æi trùc tiÕp biÕn thiªn møc chÊt láng thµnh tÝn hiÖu ®iÖn dùa vµo tÝnh chÊt ®iÖn cña dÞch thÓ nhê c¸c c¶m biÕn. §èi víi chÊt l−u dÉn ®iÖn (®é dÉn ®iÖn ~ 50µΩ-1.cm-1) sö dông c¸c c¶m biÕn ®é dÉn. Trªn h×nh 6.8 giíi thiÖu mét sè c¶m biÕn ®é dÉn ®o møc th«ng dông. Hmax h h hmin c) a) b) H×nh 6.8 C¶m biÕn ®é dÉn a) C¶m biÕn hai ®iÖn cùc b) C¶m biÕn mét ®iÖn cùc c) C¶m biÕn ph¸t hiÖn møc S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 6.8a gåm hai ®iÖn cùc h×nh trô nhóng trong chÊt láng dÉn ®iÖn. Trong chÕ ®é ®o liªn tôc, c¸c ®iÖn cùc ®−îc nèi víi nguån nu«i xoay chiÒu ~10V (®Ó tr¸nh hiÖn t−îng ph©n cùc cña c¸c ®iÖn cùc). Dßng ®iÖn ch¹y qua c¸c ®iÖn cùc cã biªn ®é tØ lÖ víi chiÒu dµi cña phÇn ®iÖn cùc nhóng ch×m trong chÊt láng. S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 6.8b chØ sö dông mét ®iÖn cùc, ®iÖn cùc thø hai lµ b×nh chøa b»ng kim lo¹i. S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 6.8c dïng ®Ó ph¸t hiÖn ng−ìng, gåm hai ®iÖn cùc ng¾n ®Æt theo ph−¬ng ngang, ®iÖn cùc cßn l¹i nèi víi thµnh b×nh kim lo¹i,vÞ trÝ mçi ®iÖn cùc ng¾n øng víi mét møc ng−ìng. Khi møc chÊt láng ®¹t tíi ®iÖn cùc, dßng ®iÖn trong m¹ch thay ®æi m¹nh vÒ biªn ®é. Khi chÊt láng lµ chÊt c¸ch ®iÖn, th−êng sö dông c¶m biÕn ®iÖn dung. §Ó ®o, cã thÓ t¹o tô ®iÖn b»ng hai b¶n cùc h×nh trô nhóng trong chÊt láng (h×nh 6.9a) hoÆc mét b¶n cùc kÕt hîp víi b¶n cùc thø hai lµ thµnh b×nh chøa nÕu thµnh b×nh lµm b»ng kim lo¹i (h×nh 6.9b). ChÊt ®iÖn m«i gi÷a hai ®iÖn cùc chÝnh lµ chÊt láng ë phÇn ®iÖn cùc - 94 -
bÞ ngËp vµ kh«ng khÝ ë phÇn kh«ng cã chÊt láng. C¶m biÕn ®o møc ®iÖn dung còng cã thÓ sö dông trong tr−êng hîp dÞch thÓ lµ chÊt dÉn ®iÖn, ®Ó t¹o tô ®iÖn ng−êi ta dïng mét b¶n cùc kim lo¹i bªn ngoµi cã phñ c¸ch ®iÖn, líp phñ ®ãng vai trß chÊt ®iÖn m«i cßn chÊt l−u ®ãng vai trß ®iÖn cùc thø hai. a) b) H×nh 6.9 §o møc b»ng c¶m biÕn ®iÖn dung a) S¬ ®å hai b¶n cùc b) S¬ ®å mét b¶n cùc 6.4.3. §o møc b»ng ph−¬ng ph¸p bøc x¹ C¶m biÕn bøc x¹ cho phÐp ®o møc chÊt l−u mµ kh«ng cÇn tiÕp xóc víi m«i tr−êng ®o, −u ®iÓm nµy rÊt thÝch hîp khi ®o møc ë ®iÒu kiÖn m«i tr−êng ®o cã nhiÖt ®é, ¸p suÊt cao hoÆc m«i tr−êng cã tÝnh ¨n mßn m¹nh. Trong ph−¬ng ph¸p nµy c¶m biÕn gåm mét nguån ph¸t tia (1) vµ bé thu (2) ®Æt ë hai phÝa cña b×nh chøa. Nguån ph¸t th−êng lµ mét nguån bøc x¹ tia γ (nguån 60 Co hoÆc 137Cs), bé thu lµ mét buång ion ho¸. 1 2 1 2 3 3 h a) b) H×nh 6.10 ThiÕt bÞ ®o møc b»ng tia bøc x¹ a) C¶m biÕn ph¸t hiÖn ng−ìng b) C¶m biÕn ®o møc liªn tôc 1) Nguån ph¸t tia bøc x¹ 2) Bé ®Õm) DÞch thÓ hoÆc vËt liÖu - 95 -
ë chÕ ®é ph¸t hiÖn møc ng−ìng (h×nh 6.10a), nguån ph¸t vµ bé thu ®Æt ®èi diÖn nhau ë vÞ trÝ ngang møc ng−ìng cÇn ph¸t hiÖn, chïm tia cña nguån ph¸t m¶nh vµ gÇn nh− song song. Tuú thuéc vµo møc dÞch thÓ hoÆc vËt liÖu (3) cao h¬n hay thÊp h¬n møc ng−ìng mµ chïm tia ®Õn bé thu sÏ bÞ suy gi¶m hoÆc kh«ng, bé thu sÏ ph¸t ra tÝn hiÖu t−¬ng øng víi c¸c tr¹ng th¸i so víi møc ng−ìng. ë chÕ ®é ®o møc liªn tôc (h×nh 6.10b), nguån ph¸t (1) ph¸t ra chïm tia víi mét gãc më réng quÐt lªn toµn bé chiÒu cao cña møc chÊt l−u cÇn kiÓm tra vµ bé thu. Khi møc chÊt l−u (3) t¨ng do sù hÊp thô cña dÞch thÓ hoÆc vËt liÖu t¨ng, chïm tia ®Õn bé thu (2) sÏ bÞ suy gi¶m, do ®ã tÝn hiÖu ra tõ bé thu gi¶m theo. Møc ®é suy gi¶m cña chïm tia bøc x¹ tØ lÖ víi møc dÞch thÓ hoÆc vËt liÖu trong b×nh chøa. 6.5. §o ®é Èm Trong c«ng nghiÖp luyÖn kim, hÇu hÕt c¸c lo¹i nguyªn, nhiªn, vËt liÖu, khÝ lß… ®Òu cã chøa mét l−îng Èm nhÊt ®Þnh. §èi víi nguyªn, nhiªn, vËt liÖu r¾n, ®é Èm x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Ga − G k W= (%) .100 Gk Trong ®ã: Ga - khèi l−îng vËt liÖu Èm. Gk - khèi l−îng vËt liÖu kh« sau khi sÊy. §èi víi thÓ khÝ (kh«ng khÝ, nhiªn liÖu khÝ vµ khÝ lß…), ®é Èm ®−îc ®¸nh gi¸ theo ®é Èm tuyÖt ®èi hoÆc ®é Èm t−¬ng ®èi. §é Èm tuyÖt ®èi (γ) lµ sè gam h¬i n−íc cã trong mét mÐt khèi khÝ kh« [g/m3]. L−îng h¬i n−íc cùc ®¹i cã thÓ chøa trong mét mÐt khèi khÝ kh« ë mét nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt nhÊt ®Þnh ®−îc gäi lµ l−îng h¬i n−íc b¶o hßa (γbh) ë nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt ®ã. §é Èm t−¬ng ®èi (u) lµ tØ sè gi÷a ®é Èm tuyÖt ®èi (γ) vµ l−îng n−íc b¶o hßa (γbh) ë cïng mét nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt: γ u= (%) .100 γ bh §Ó ®o ®é Èm cña khÝ ng−êi ta dïng c¸c Èm kÕ. - 96 -
6.5.1. §o ®é Èm vËt liÖu rêi Th«ng th−êng ®Ó x¸c ®Þnh ®é Èm cña vËt liÖu, ng−êi ta lÊy mÉu vËt liÖu Èm ®em c©n, sau ®ã ®em sÊy kh« c©n l¹i khèi l−îng vµ tÝnh ®é Èm cña nã. Ph−¬ng ph¸p nµy cho ®é chÝnh x¸c cao nh−ng tèn thêi gian. Trong c«ng nghiÖp ng−êi ta ®o ®é Èm vËt liÖu r¾n (th−êng lµ d¹ng rêi) b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÖn dùa trªn c¬ së ®o sù thay ®æi tÝnh chÊt ®iÖn (nh− ®iÖn trë hoÆc ®iÖn dung) cña vËt liÖu phô thuéc vµo ®é Èm cña nã. H×nh 6.11 tr×nh bµy s¬ ®å ®o ®é Èm theo biÕn thiªn ®iÖn trë, hÖ thèng ®o gåm hai ®iÖn cùc (2) ®−îc cÊp ®iÖn tõ nguån xoay chiÒu ®iÖn ¸p U, ®ång hå hiÓn thÞ ®é Èm (3). §iÖn trë Rm cña vËt liÖu phô thuéc ®é Èm cña vËt liÖu vµ nhiÖt ®é, ®Ó bï ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é, m¾c nèi tiÕp víi Rm mét ®iÖn trë R cã cïng hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë. 2 R U ∼ 2 2 Rm 1 H×nh 6.11 S¬ ®å ®o ®é Èm vËt liªu rêi theo biÕn thiªn ®iÖn trë 1) Khèi vËt liÖu 2) C¸c ®iÖn cùc 3) §ång hå ®o 6.5.2. §o ®é Èm cña khÝ a) Èm kÕ ng−ng tô Èm kÕ ng−ng tô ®o ®é Èm khÝ dùa trªn nguyªn t¾c ®o ®iÓm s−¬ng: khi lµm l¹nh tõ tõ chÊt khÝ cho ®Õn lóc xuÊt hiÖn c¸c h¹t s−¬ng, ®o nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng x¸c ®Þnh ®−îc ®é Èm cña khÝ. Trªn h×nh 6.12 tr×nh s¬ ®å nguyªn lý vµ s¬ ®å cÊu t¹o cña mét Èm kÕ ng−ng tô tù ®éng. - 97 -
4 2 5 3 7 1 6 8 a) 2 4 9 3 6 10 8 7 b) H×nh 6.12 S¬ ®å ®o ®é Èm theo ®iÓm s−¬ng a) S¬ ®å nguyªn lý b) S¬ ®å cÊu t¹o Nguyªn lý ho¹t ®éng cña Èm kÕ (h×nh 6.12a): khÝ liªn tôc ®−îc thæi qua mÆt g−¬ng (3), nguån s¸ng (2) ®−îc bè trÝ sao cho khi ch−a cã h¬i n−íc ng−ng tô trªn mÆt g−¬ng, tia s¸ng chiÕu tõ nguån s¸ng ®Ëp tíi g−¬ng ph¶n x¹ kh«ng chiÕu tíi ®Çu thu (4). Lóc nµy hÖ thèng ®iÒu khiÓn (5) ph¸t tÝn hiÖu ®Ó bé phËn lµm l¹nh g−¬ng (7) ho¹t ®éng. Khi xuÊt hiÖn líp s−¬ng trªn bÒ mÆt g−¬ng, ¸nh s¸nh bÞ t¸n x¹ ®Ëp tíi ®Çu thu quang (4) kÝch thÝch bé ®iÒu khiÓn ph¸t tÝn hiÖu ®Ó bé phËn nung nãng g−¬ng (6) ho¹t ®éng, g−¬ng bÞ nung nãng, líp s−¬ng biÕn mÊt vµ mét chu kú lµm l¹nh míi l¹i b¾t ®Çu. §Ó ®o nhiÖt ®é sö dông c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é (8) (kiÓu ®iÖn trë hoÆc cÆp nhiÖt). S¬ ®å cÊu t¹o cña Èm kÕ tr×nh bµy trªn h×nh 6.12b, gåm nguån s¸ng (2), g−¬ng (3), tÕ bµo quang dÉn (4), ®iÖn trë ®èt (6), buång lµm l¹nh (7), cÆp nhiÖt (8), cöa sæ (9), ®−êng dÉn khÝ (10). - 98 -
Èm kÕ ng−ng tô ®o ®iÓm s−¬ng cã ph¹m vi ®o réng, tõ -70oC ®Õn 100oC, ®é chÝnh x¸c cã thÓ ®¹t tíi ±0,2oC, thêi gian håi ®¸p kho¶ng vµi phót, cã thÓ ®o ®é Èm cña nhiªn liÖu khÝ. Tuy nhiªn do cÊu t¹o phøc t¹p, gi¸ thµnh cao, ®ßi hái hiÖu chØnh th−êng xuyªn nªn Ýt ®−îc sö dông trong c«ng nghiÖp. b) Èm kÕ hÊp thô Èm kÕ hÊp thô ®o ®é Èm khÝ dùa trªn hai hiÖn t−îng: + ¸p suÊt h¬i ë phÝa trªn mét dung dÞch b·o hßa chøa c¸c muèi hßa tan nhá h¬n ¸p suÊt h¬i bªn trªn mÆt n−íc víi cïng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é nh− nhau. + §é dÉn ®iÖn cña muèi kÕt tinh nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi ®é dÉn ®iÖn cña dung dÞch cña chÝnh muèi ®ã víi tØ lÖ cì 10-3 - 10-4. Khi ®o ®é Èm b»ng Èm kÕ hÊp thô ng−êi ta nung nãng dung dÞch muèi chøa trong Èm kÕ cho ®Õn khi ¸p suÊt h¬i b·o hßa ë phÝa trªn dung dÞch b»ng ¸p suÊt h¬i ë trong m«i tr−êng khÝ, ®o nhiÖt ®é biÕt ®−îc ¸p suÊt h¬i vµ nhiÖt ®é hãa s−¬ng. 1 7 ¸p suÊt h¬i (mm Hg) 12% 100% 2 3 4 LiCl H2O 5 6 NhiÖt ®é oC a) b) H×nh 6.13 a) Sù phô thuéc ¸p suÊt h¬i b¶o hßa vµo nhiÖt ®é b) CÊu t¹o cña Èm kÕ hÊp thô LiCl 1) BiÕn ¸p 2&3) C¸c ®iÖn cùc 4) Líp sîi thñy tinh 5) èng kim lo¹i bäc c¸ch nhiÖt 6) NhiÖt kÕ ®iÖn trë 7) §ång hå nhiÖt ®é Trªn h×nh (6.13b) tr×nh bµy cÊu t¹o cña Èm kÕ LiCl ®o ®é Èm theo nguyªn t¾c hÊp thô. Èm kÕ gåm mét èng kim lo¹i bäc c¸ch ®iÖn (5), bªn ngoµi ®−îc bao bäc - 99 -
bëi mét líp v¶i sîi thñy tinh tÈm dung dÞch LiCl (4), trªn ®ã cã cuèn hai ®iÖn cùc kim lo¹i (2) vµ (3). NhiÖt kÕ ®iÖn trë (6) dïng ®Ó ®o nhiÖt ®é ®iÓm hãa s−¬ng, (7) lµ ®ång hå nhiÖt ®é. Nguyªn lý ho¹t ®éng: khi nguån cÊp (1) cÊp mét ®iÖn ¸p xoay chiÒu cho hai ®iÖn cùc kim lo¹i (2) vµ (3), dßng ®iÖn ch¹y qua dung dÞch lµm nã bÞ nung nãng, n−íc trong dung dÞch bèc h¬i dÇn. Khi n−íc bay h¬i hÕt dßng ®iÖn gi÷a c¸c ®iÖn cùc gi¶m xuèng ®¸ng kÓ, nhiÖt ®é ®Çu ®o gi¶m xuèng, c¸c tinh thÓ LiCl l¹i hÊp thô n−íc, ®é Èm t¨ng lµm cho dßng ®iÖn l¹i t¨ng. Qu¸ tr×nh trªn lÆp ®i lÆp l¹i cho ®Õn khi ®¹t ®−îc c©n b»ng gi÷a muèi r¾n vµ dung dÞch. NhiÖt ®é c©n b»ng liªn quan ®Õn nhiÖt ®é hãa s−¬ng vµ ¸p suÊt h¬i b¶o hßa do ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc ®é Èm cña khÝ. Èm kÕ LiCl cho phÐp ®o nhiÖt ®é hãa s−¬ng víi ®é chÝnh x¸c cao, viÖc ®o tiÕn hµnh b»ng c¸ch nung nãng ®Çu ®o thuËn lîi h¬n dïng ph−¬ng ph¸p lµm l¹nh, ph¹m vi ®o nhiÖt ®é hãa s−¬ng tõ -10oC ®Õn 60oC. c) Èm kÕ bèc h¬i Èm Èm kÕ ®o ®é Èm theo ph−¬ng ph¸p lµm bèc h¬i Èm gåm hai nhiÖt kÕ ®iÖn trë: mét nhiÖt kÕ kh« vµ mét nhiÖt kÕ Èm. Trªn ®Çu ®o cña nhiÖt kÕ Èm bäc mét líp b«ng thÊm n−íc. NÕu khÝ cã ®é Èm cµng thÊp th× n−íc bèc h¬i cµng m¹nh, nhiÖt ®é ®Çu ®o cña nhiÖt kÕ Èm cµng gi¶m. Khi ®ã gi÷a hai ®Çu ®o cã chªnh lÖch nhiÖt ®é: ∆t = t k − t a Dùa vµo ®é chªnh nhiÖt ®é gi÷a hai nhiÖt kÕ, x¸c ®Þnh ®−îc ®é Èm t−¬ng ®èi cña khÝ: p a − A (t k − t a ) u= (%) .100 pk Trong ®ã: Pk - ¸p suÊt h¬i b¶o hßa ë nhiÖt ®é kh«. Pa - ¸p suÊt h¬i b¶o hßa ë nhiÖt ®é Èm. A - hÖ sè phô thuéc vµo tèc ®é thæi cña dßng khÝ. Trªn h×nh 6.14 tr×nh bµy s¬ ®å mét hÖ thèng ®o ®é Èm theo ph−¬ng ph¸p lµm bèc h¬i. - 100 -
1 8 p1 2 CÇu 7 ®o 4 6 3 5 p2 H0 H×nh 6.14 S¬ ®å hÖ thèng ®o ®é Èm theo ph−¬ng ph¸p lµm bèc h¬i 1) Van 2&3) Thïng chøa 4&5) èng th«ng 6) MiÕng b«ng 7) NhiÖt kÕ Èm 8) NhiÖt khÕ kh« 9) CÇu ®o Møc n−íc trong b×nh (3) ®−îc gi÷ ë møc Ho, do sù bèc h¬i n−íc trong b×nh (3) sôt xuèng thÊp h¬n møc H0, miÖng d−íi cña èng (4) hë ra, kho¶ng kh«ng trªn b×nh (2) vµ (3) th«ng nhau ¸p suÊt trong b×nh (2) vµ (3) b»ng nhau ( p 1 = p 2 ), qua èng (5) n−íc tõ b×nh (2) ®−îc cÊp vµo b×nh (3). Khi n−íc trong b×nh (3) ®Õn møc H0, miÖng d−íi èng (4) bÞt l¹i, p2 t¨ng, p1 gi¶m cho ®Õn khi p 2 = p 1 + γH th× mùc n−íc trong b×nh (2) vµ (3) æn ®Þnh. Do sù bay h¬i liªn tôc nªn qu¸ tr×nh trªn lÆp ®i lÆp l¹i vµ ®¹t ®−îc c©n b»ng. ∼ R5 R1 R3 R7 K §C R4 Rp b a R8 R2 R6 Ra Rk H×nh 6.15 S¬ ®å cÇu ®o hiÖu nhiÖt ®é gi÷a hai nhiÖt kÕ - 101 -
§Ó ®o chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a hai nhiÖt kÕ dïng cÇu ®o (h×nh 6.15) gåm hai cÇu c©n b»ng. CÇu thø nhÊt gåm ®iÖn trë R1, R2, R3 vµ ®iÖn trë cña nhiÖt kÕ kh« Rk, cÇu thø hai gåm R7, R8 vµ ®iÖn trë cña nhiÖt kÕ Èm Ra. Theo c¸ch m¾c, ®iÖn ¸p mÊt c©n b»ng cña cÇu thø nhÊt Uab ®−îc ®em so s¸nh víi cÇu thø hai, sai lÖch ®iÖn ¸p ∆U qua khuÕch bé ®¹i ®−îc ®−a vµo ®éng c¬ (§C) lµm ®éng c¬ quay, kim chØ (K) quay theo vµ con tr−ît cña biÕn trë Rp liªn ®éng víi ®éng c¬ xª dÞch cho ®Õn khi ∆U triÖt tiªu ®éng c¬ ngõng quay. - 102 -