Giáo trình kiểm nhiệt tự động hóa ( Hoàng Minh Công ) - Chương 6

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

Thêm vào BST

Báo xấu

109
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đo 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.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình kiểm nhiệt tự động hóa ( Hoàng Minh Công ) - Chương 6

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 -