Какие металлы входят в состав термометрирующей жидкости

Хромель и его физические свойства, состав и характеристики

Для измерения температуры в промышленности применяются так называемые термопары. Они состоят из 2-х разнородных металлических проводников. Суть работы заключается в эффекте Зеебека: при погружении одного конца элемента в среду, на другом конце образуется разница температур вследствие различных термических характеристик металлов проводников.

Термопары позволяют производить точные измерения температуры в пределах от -250 °С до 2500 °С, в том числе в агрессивных средах. Они отличаются друг от друга материалами, используемыми в проводниках и рабочим диапазоном, измеряемым каждой парой. Одними из таких проводников являются хромель и алюмель.

Состав хромеля

Сплав хромель, как и любая техническая продукция, имеет требования к производству и составу. Частично они регламентированы ГОСТ 1790-2016, где предъявляются требования к проволоке для производства термоэлектродов. Хромель имеет следующий химический состав (в %):

• никель (Ni) – основа;
• хром (Cr) – 9.0-10.

В состав сплава хромель также входят примеси: мышьяк, железо, углерод, свинец и некоторые другие. Сумма примесей может достигать 1,5%.

Алюмель, который часто используется в паре с хромелем, имеет состав:

• никель (Ni) – основа;
• алюминий (Al) – 1.8-2.5%.

Способ производства

Хромель и алюмель – одни из самых трудоёмких в производстве. Сложность технологического процесса заключается в необходимости строгого контроля пропорций компонентов во время плавления, так как ключевые характеристики конечного продукта обусловлены в основном соотношением материалов. Составы производят в индукционных печах различной частотности.

Порядок плавления следующий. Большую часть хрома загружают в жидкую ванну, оставляя несколько килограмм для коррекции. Затем вводят никель и одновременно флюс. Плавление ведется в интенсивном режиме. Раскисление металла производится добавлением марганца и магния. Затем проводится определение термоэлектродвижущей силы и корректировка содержания хрома.

Аналогичным способом производятся другие никелевые сплавы. Различия заключаются в очередности загрузки материалов и окислителях. Например, производство сплава алюмель производится следующим образом. Загружаются никель и флюс, уже после этого остальные компоненты. В качестве окислителя используется магний. Таким образом получают алюмелевые сплавы, хромель и копель.

Свойства хромеля

Широкое распространение в производстве сплав получил благодаря своим полезным свойствам: жаростойкости и способности к термоэлектродвижущей силе. Рабочая температура хромеля достигает 1100 °С, температура плавления — 1500 °С. Малая инерционность позволяет измерять даже незначительную разность показателей.

При нагревании практически не расширяется, коэффициент его линейного расширения равняется 12,8*10 -6 С, что является показателем ниже среднего. Удельное сопротивление состава равняется 0,66 мкОм*м, что не позволяет применять его в области электрических проводников. Теплоемкость хромеля зависит от состава.

Соединение отличают высокая пластичность, ковкость и стойкость к коррозии. Предел прочности изделий из хромеля достигает 550 Мпа. Стоит отметить небольшую массу материала.

Этот проводник отличается высокой устойчивостью к воздействию большинства химических соединений, в том числе кислотных сред. Практически единственная слабость хромеля – соединения на основе серы, в особенности серная кислота. Под воздействием химических соединений серы он утрачивает свои характеристики, деформируется и разрушается.Стоит отметить, что при физической деформации электродов искажаются показания измерений. Алюмель обладает очень схожими характеристиками.

Таким образом, ключевые свойства сплава хромеля:

1. жаростойкость;
2. стойкость к деформации;
3. пластичность;
4. устойчивость к средовым воздействиям.

Область применения

Самое широкое применение состав получил в виде проволоки. Её применяют в качестве нагревательных элементов, резисторов, компенсационных проводов, реостатов.

Термопара хромель алюмель

Алюмель в такой паре является отрицательным, а хромель положительным элементом. Такое сочетание имеет термоэлектрические характеристики близкие к линейной. Это позволяет показывать высокую чувствительность и высочайшую точность измерений.

Пара хромель алюмель относится к датчикам общего применения. Изделия обычно имеют вид щупов. Применяются для измерения показателей в инертных и окислительных средах. Выгодно отличаются от других пар при работе в среде высокой радиоактивности.

Изделия из сплавов хромель-алюмель могут применяться практически в любой сфере от промышленности до лабораторий. Алюмель также применяется как термоэлектродный провод в конструкции измерительных приборов.

Термопара хромель-копель

Этот элемент используется для бесконтактного метода измерения достаточно высоких температур, т. е. без непосредственного контакта термоэлектрода с источником тепла. Применяются для постоянного мониторинга теплового режима на промышленности и в лабораторных исследованиях. Рабочая температура такой пары колеблется в зоне от 200 °С до 600 °С.

Это относительно простая и надежная в использовании термопара, которая показывает достаточно высокую степень точности измерений. Отличается высокой жаропрочностью, прекрасными термоэлектрическими свойствами. Может быть использована в различных средах и сферах деятельности. Даже чувствительность к деформациям нельзя в полной мере назвать недостатком, ведь она никак не сказывается на точности и качестве измерений.

Таким образом, хромель широко применяется в различных областях науки и производства, благодаря своим характеристикам и приемлемой стоимости.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Термометрическая жидкость заполняет резервуар и часть капилляра. При изменении температуры объем жидкости изменяется, вследствие чего столбик жидкости в капилляре поднимается или опускается на величину, пропорциональную изменению, температуры. Положение верхней части ( мениска) столбика определяет измеряемую температуру.  [16]

Термометрическая жидкость нертутных термометров должна быть подкрашена красителем, не обеспечивающимся в процессе эксплуатации термометра.  [17]

Термометрической жидкостью чаще всего служит ртуть. Она не смачивает стекла, остается жидкой в широком диапазоне температур от — 38 87 С до 356 58 С при нормальном атмосферном давлении, имеет относительно малую теплоемкость, сравнительно легко получается химически чистой. Коэффициент объемного расширения ртути мало изменяется с изменением температуры, поэтому шкалы ртутных термометров в диапазоне от 0 до 200 С получаются практически равномерными.  [18]

Наиболее употребительной термометрической жидкостью является, как уже упоминалось, ртуть.  [19]

Давление термометрической жидкости и защитного газа ( если он имеется) на стенки резервуара термометра.  [20]

Столбик термометрической жидкости в таких термометрах хорошо виден, они обладают высокой вибро — и ударопрочностью.  [22]

Почти все применяемые термометрические жидкости огнеопасны, летучи, следовательно, взрывоопасны и ядовиты. Поэтому эксплуатация термометров с органическими жидкостями не регламентирована специальными требованиями техники безопасности.  [23]

В качестве термометрической жидкости наиболее часто используют ртуть, которая служит для измерения температур от — 30 до 500 С. Так как температура кипения ртути 357 С, то в высокоградусных термометрах ртуть в капилляре находится под давлением инертного газа.  [24]

В качестве термометрических жидкостей в термометрах применяются ртуть при измерении температур от — 30 до 500 С и органические жидкости ( этиловый спирт, толуол, петролейный эфир и др.) — при измерении температур от — 200 до — ( — 65 С.  [25]

В качестве термометрических жидкостей применяются в основном ртуть, толуол, петролейный эфир, этиловый спирт, пен-тан, полиэтиленсилоксан.  [27]

Плавность движения термометрической жидкости устанавливается в процессе поверки. Для проверки зазора между капилляром и шкальной пластиной поднимают термометр на уровень глаз и смотрят со стороны ребра шкальной пластины.  [28]

В качестве термометрической жидкости применяют петролейный эфир с нижним пределом измерения до — 130 С и пентан до — 190 С. Термометры с этими заполнителями имеют ограниченную область применения; наибольшее распространение среди них получили спиртовые термометры.  [30]

Какие металлы входят в состав термометрирующей жидкости

Металлы, предназначенные для изготовления чувствительных элементов термометров сопротивления, должны отвечать ряду требований. Они должны не окисляться и обладать высокой воспроизводимостью значений электрического сопротивления в интервале рабочих температур. Выбранный металл в диапазоне применяемых температур должен иметь монотонную зависимость сопротивления от температуры и достаточно высокое значение температурного коэффициента сопротивления а. Этот коэффициент в общем виде может быть выражен равенством:

Температурный коэффициент электрического сопротивления принято определять от 0 до Для этого случая выражение (5-2-1) принимает вид:

где сопротивления образца данного металла, измеренные соответственно при

Известно, что сплавы обладают меньшим значением температурного коэффициента сопротивления. Кроме того, воспроизводимость свойств сплавов далеко недостаточна по сравнению с чистыми металлами. Исследования показывают, что чем чище металл (при отсутствии в нем механических напряжений), тем лучше у него воспроизводимость термометрических свойств и больше значения отношения Поэтому чистые металлы, предназначенные для изготовления взаимозаменяемых ЧЭ термометров сопротивления, должны иметь нормированную и при этом высокую чистоту. Следует указать, что значение так же как и а, являются общепринятыми показателями степени чистоты данного металла и наличия в нем механических напряжений. Для снятия механических напряжений в данном металле применяют определенные режимы отжига. При этом значение отношения а следовательно, и температурного коэффициента сопротивления образца возрастают до их предельного значения для данного металла.

Приведенным выше основным требованиям к металлам для изготовления ЧЭ термометров сопротивления в широком интервале

температур удовлетворяет платина. Ьсли верхнии предел температуры применения термометра не высок, то указанным выше требованиям удовлетворяют также медь и никель. В отдельных случаях применяют для изготовления ЧЭ термометров сопротивления, но с ограниченной областью их использования, и другие металлы, например железо, вольфрам и молибден.

Платина и изготовляемые из нее термометры сопротивления. Чистая платина отвечает в наибольшей степени всем основным требованиям, предъявляемым к металлам для изготовления ЧЭ термометров сопротивления. Термометры с ЧЭ из платиновой проволоки диаметром от 0,05 до применяются в лабораторной и промышленной практике для измерения температуры от —260 до

При применении платиновых термометров сопротивления для измерения температуры от —260 до —180°С необходимо иметь в виду, что в этом случае приходится измерять весьма малые сопротивления, особенно в нижней части температурного интервала. Поэтому при измерении низких температур платиновыми термометрами сопротивления необходимо применять в комплекте с ними измерительные приборы, которые позволяют измерять с высокой точностью сотые доли ома.

Платиновые термометры сопротивления в отдельных случаях используются для измерения и более высоких температур, например, в метрологической практике до 1065 °С (ГОСТ 8.083-73). При этом необходимо учитывать, что платина при высокой температуре (близкой к 1000°С) начинает распыляться. Поэтому для уменьшения влияния распыления платины, а следовательно, и увеличения срока службы чувствительный элемент термометра сопротивления, предназначенный для измерения температуры до изготовляют из платиновой проволоки диаметром около

Чистая платина в окислительной (воздушной) среде устойчива и длительное время сохраняет свои градуировочные данные. Однако такие условия применения платины при измерении температуры в практических условиях не всегда могут быть обеспечены. Поэтому чувствительный элемент термометра должен быть надежно защищен от возможного механического повреждения, попадания влаги, загрязнения платины, губительного действия на нее восстановительных и агрессивных газов, содержащихся в среде, температуру которой измеряют термометром. Более подробно вопрос о возможностях загрязнения платины и губительного действия на нее некоторых газов освещен при рассмотрении платинородий—платиновых термоэлектрических термометров.

К недостаткам платины следует отнести отклонение от линейного закона зависимости ее сопротивления от температуры (рис. 5-2-1). Однако все другие достоинства платины в достаточной степени искупают указанный недостаток и позволяют считать платиновый термометр сопротивления наиболее точным из числа первичных преобразователей, предназначенных для измерения температур в той же области.

Платиновые термометры сопротивления в зависимости от их назначения разделяются на следующие три основные группы: эталонные, образцовые (1-го и 2-го разрядов) и рабочие. Термометры рабочие в свою очередь подразделяются на термометры повышенной точности (лабораторные) и технические.

Рис. 5-2-1. Зависимость отношения для некоторых металлов от температуры.

Эталонные платиновые термометры сопротивления, как отмечалось выше служат для воспроизведения международной практической температурной шкалы МПТШ-68 в области температур от до Относительное сопротивление термометра определяется по формуле

где сопротивление термометра при температуре сопротивление термометра при температуре 0°С (273,15 К), Ом.

Относительное сопротивление термометра должно быть не менее 1,39250 при

Для области от 0 до 630,74°С температуру в градусах Цельсия рассчитывают по уравнению

здесь и сопротивления термометра при температуре и 0°С соответственно, Ом; — константы, определяемые измерением сопротивления термометра в тройной точке воды, точке кипения воды или затвердевания олова и точке затвердевания цинка.

Уравнение (5-2-5) эквивалентно уравнению

Для области от до температуру определяют по формуле

где относительное сопротивление платинового термометра; относительное сопротивление, соответствующее стандартной функции

Поправки при температурах основных реперных точек получают из измеренных значений и соответствующих значений приведенных в Поправка при промежуточных температурах определяют интерполяционными формулами

До введения МПТШ-68 применялась шкала МПТШ-48. Чистота платины, из которой изготовляют эталонный термометр для воспроизведения шкалы МПТШ-48 в области от до должна быть такой, чтобы для него соблюдалось отношение сопротивлений

Для интервала от 0 до 630,5° С МПТШ-48 используется интерполяционная

где сопротивление термометра при температуре сопротивление того же термометра при 0° С, Ом.

Для интервала от —182,97 до 0° С применяется уравнение

Постоянные определяются в точках кипения воды, серы (или в точке затвердевания цинка) и кислорода.

Образцовые платиновые термометры сопротивления разрядов, применяемые до изготовляют из чистой платины, позволяющей получить для них отношения сопротивлений соответственно. Образцовые термометры 1-го разряда, поверяемые по рабочим эталонам, применяют для поверки образцовых термометров 2-го разряда, образцовых ртутных термометров, образцовых медь-константановых термоэлектрических термометров и для контроля температуры кипения или затвердевания веществ, применяемых при поверке термометров. Образцовые термометры сопротивления 2-го разряда служат для поверки рабочих термометров.

Значения сопротивлений образцовых термометров разрядов в свидетельствах указываются с количеством значащих цифр, соответствующим точности градуировки.

Платиновые термометры сопротивления повышенной точности, применяемые для точных измерений температуры, изготовляют из той же платины, что и образцовые термометры. В зависимости от требований, предъявляемых к точности измерения температуры, термометры сопротивления повышенной точности поверяются по методике поверки образцовых термометров 1-го или 2-го разрядов.

Для области температур от 13,8 до 273,15 К применяют образцовые платиновые термометры ТСПН-1 (погрешность ±0,01 К), изготовляемые во ВНИИФТРИ. Во ВНИИФТРИ изготовляют также для указанной области температур платиновые термометры повышенной точности и различающиеся между собой защитными гильзами, в которых находятся ЧЭ [13].

Для измерения низких температур в области от —260 до +250°С НПО «Термоприбор» изготовляет платиновые термометры повышенной точности типа пределы допускаемой погрешности которых а также типа погрешность которых лежит в пределах от —0,05 до

Технические платиновые термометры сопротивления типа выпускаемые в соответствии с предназначаются для длительного измерения температуры от —200 до 650°С. Термометры сопротивления этого типа изготовляются двух классов с номинальными значениями сопротивлений при 0°С равными 10; 46; 100 Ом, которым присвоено обозначение градуировки соответственно

Термометры ТСП с начальным сопротивлением Ом целесообразно применять для измерения температуры выше При этом имеется в виду, что термометр сопротивления присоединяется к измерительному прибору по трехпроводной схеме. В тех случаях, когда термометр используется для измерения низких температур (ниже рекомендуется применять высокоомные термометры с Ом, а в некоторых случаях с Ом. При применении высокоомных термометров при прочих равных условиях изменение показаний измерительного прибора вследствие изменения сопротивления соединительных проводов (при двух- или

трехпроводной схеме включения термометра под влиянием температуры окружающего воздуха, будет значительно меньше, чем при использовании низкоомных термометров сопротивления.

В целях обеспечения взаимозаменяемости технических термометров типа ТСП установлены допуски на отклонения сопротивления чувствительного элемента термометра при 0°С от номинального значения и отношения сопротивлений Для термометров ТСП класса 1 допустимое отклонение сопротивления чувствительного элемента от номинального значения не должно превышать ±0,05%, а для термометров класса Отношения сопротивлений установлены равными для термометров класса 1 и 1,391 ±0,001 для термометров класса 2. Принятые допуски на основные параметры технических платиновых термометров сопротивления позволили стандартизировать их градуировочные таблицы (см. и установить максимально допускаемые отклонения значения электрического сопротивления термометров ТСП от данных этих таблиц. Максимально допускаемые отклонения от градуировочных таблиц могут быть вычислены по формулам, приведенным в табл. 5-2-1. В этой таблице абсолютное значение температуры чувствительного элемента термометра, °С.

Следует отметить, что значение электрического сопротивления платинового термометра при 0°С приведенные в градуировочных таблицах (ГОСТ 6651-59), вычислены соответственно по формулам (5-2-7) и (5-2-8). При вычислении значений по этим формулам постоянные коэффициенты принимались равными: В ближайшее время эти градуировочные таблицы будут уточнены в соответствии с ГОСТ 8.157-75,

Таблица 5-2-1 (см. скан) Максимальные допускаемые отклонения от градуировочных таблиц термометров сопротивления ТСП и ТСМ

Кроме указанных в табл. 5-2-1 термометров ТСП Луцкий приборостроительный завод изготовляет технические платиновые

термометры для температур от —2 до 7 0°С и от —260 до 750° типа ТСП-5071 класса точности 2.

Медь и изготовляемые из нее термометры сопротивления. К достоинствам меди, как материала, применяемого для изготовления чувствительных элементов технических термометров сопротивления типа следует отнести дешевизну, простоту получения тонкой проволоки в различной изоляции, возможность получения проводниковой меди высокой чистоты. Температурный коэффициент электрического сопротивления проводниковой меди лежит в пределах от до

Зависимость электрического сопротивления меди от температуры в широком интервале температур подчиняется уравнению

где сопротивления данного образца меди (чувствительного элемента медного термометра) соответственно при температуре а — температурный коэффициент электрического сопротивления, характерный для данного образца медной проволоки, из которого изготовлен ЧЭ термометра.

Температурный коэффициент сопротивления а определяют из значений сопротивлений чувствительного элемента медного термометра, измеренных соответственно при точке таяния льда и температуре кипения воды. Медная проволока, применяемая для изготовления чувствительных элементов медных термометров имеет температурный коэффициент сопротивления

Линейный характер зависимости сопротивления меди от температуры является ее достоинством (рис. 5-2-1). К числу недостатков меди следует отнести малое удельное сопротивление и интенсивную окисляемость при невысоких температурах. В атмосфере инертных газов медь ведет себя устойчиво при более высоких температурах. При установлении верхнего температурного предела применения медного термометра сопротивления необходимо учитывать, какой электрической изоляцией покрыта медная проволока, из которой изготовлен его чувствительный элемент. Термометры сопротивления с ЧЭ, изготовленными из медной проволоки диаметром изолированной эмалью, могут быть использованы для длительного измерения температуры не выше 100°С, а из медной проволоки с кремнийорганической или винифлексовой изоляцией — до 180°С.

Медные термометры сопротивления типа ТСМ согласно ГОСТ 6651-59 могут применяться для длительного измерения температуры от —50 до 180°С. По точности они подразделяются на два класса (2 и 3). Номинальные значения сопротивления при 0°С для термометров типа ТСМ установлены равными 53 и 100 Ом, которым присвоено обозначение градуировки соответственно Допускаемое отклонение сопротивления ЧЭ термометра от номинального значения для обоих классов точности составляет Отношение сопротивлений установлено равным 1,426 ±0,001

для термометров класса точности для термометров класса точности 3.

Стандартные градуировочные таблицы для медных термометров сопротивления типа ТСМ приведены в табл. П5-2-2. Максимально допускаемые отклонения электрического сопротивления чувствительного элемента термометра ТСМ от данных градуировочных таблиц подсчитываются по формуле, приведенной в табл. 5-2-1.

Из медной проволоки приборостроительная промышленность изготовляет термометры сопротивления типа ТСМ только 3-го класса точности.

Никель и изготовляемые из него термометры сопротивления. Основным достоинством никеля является то, что он обладает высоким температурным коэффициентом электрического сопротивления и большим удельным сопротивлением . К числу недостатков никеля следует отнести значительную окисляемость при высоких температурах и большую зависимость температурного коэффициента сопротивления от степени чистоты металла. Зависимость сопротивления никеля от температуры имеет резко нелинейную характеристику (рис. 5-2-1).

Вследствие указанных выше причин термометры сопротивления с ЧЭ из никелевой проволоки могут быть использованы для измерения температур не выше 180—200° С.

Никелевые термометры сопротивления применяют за рубежом вместо медных; в СССР они не выпускаются. По данным ВНИИМ для изготовления ЧЭ никелевых термометров сопротивления для температур от —10 до может быть использована проволока из никеля марки . Электрическое сопротивление термометра с ЧЭ из этой марки никеля в интервале температур — С может быть вычислено по формуле

где сопротивление ЧЭ термометра соответственно при температуре

Отношение сопротивлений термометра должно находиться в пределах Максимальное отклонение значения сопротивления ЧЭ термометра при температуре от данных, вычисленных по формуле (5-2-10), не должно превышать, Ом:

При этом отклонение сопротивления ЧЭ термометра при 0°С от его номинального значения (например, Ом) должно быть Ом.

Нагрев термометра сопротивления измерительным током. При измерении температуры термометром сопротивления необходимо иметь в виду возможность его нагрева измерительным током, протекающим по чувствительному элементу. Этот дополнительный нагрев термометра зависит от его конструкции, а также от размера теплового сопротивления, отделяющего ЧЭ термометра от окружающей среды. При этом следует иметь в виду, что размер теплового сопротивления, а вместе с тем и степень дополнительного нагрева термометра зависит от значения коэффициента теплоотдачи на поверхности защитного чехла термометра. Определить расчетным путем оптимальное значение силы измерительного тока, а следовательно, и температуру дополнительного нагрева термометра в

большинстве случаев не представляется возможным. Поэтому размер дополнительного нагрева термометра сопротивления определяют обычно экспериментальным путем в условиях, близких к его применению.

Согласно ГОСТ 6651-59 установившаяся температура нагрева термометра измерительным током, протекающим по ЧЭ, при погружении термометра в тающий лед не должна превышать 0,2°С для термометров типа ТСП и 0,4°С для термометров типа ТСМ при рассеиваемой в термометре мощности, равной 10 мВт. Для термометров с номинальным сопротивлением при 0°С в 10, 46, 53 и 100 Ом такое значение рассеиваемой в термометре мощности соответствует измерительному току 31,6; 14,7; 13,7 и 10 мА соответственно. Обычно ток в измерительных схемах приборов, применяемых в комплекте с термометрами сопротивления, значительно меньше указанных значений,

Термометрические жидкости

Измерение уровня жидкостей играет важную роль, при автома­тизации технологических процессов во многих отраслях промышлен­ности. Эти измерения особенно важны в тех случаях, когда под­держание некоторого постоянного уровня, например уровня воды в барабане парогенератора, уровня жидкости в резервуарах, аппаратах и других устройствах, связано с условиями безопасной работы оборудования. Технические средства, применяемые для измерения уровня жидкости, называются уровнемерами. Приборы, предназначенные для сигнализации предельных уровней жидкости, называются сигнализаторами уровня. Уровнемеры также имеют широкое применение в различных отраслях промышленности для измерения по уровню количества жидкости, находящейся в резер­вуарах, баках и других устройствах.

Уровнемеры, предназначенные для измерения уровня жидкости с целью поддержания его постоянным, имеют двустороннюю шкалу. Шкалы и диаграммная бумага этих уровнемеров градуируются в сантиметрах или метрах, а приборов, применяемых для из­мерения уровня воды в барабане парогенераторов, — в милли­метрах.

Уровнемеры, служащие для измерения по уровню количества жидкости в резервуарах, баках и других устройствах, имеют одностороннюю шкалу. Шкалы и диаграммная бумага этих уровнемеров градуируются в сантиметрах и метрах, а иногда в процентах

Уровнемеры, применяемые для измерения уровня жидкости с целью поддержания его постоянным в определенных пределах, снабжают устройством для сигнализации предельных отклонений уровня от заданного значения.

У сигнализаторов уровня жидкости контактное устройство срабатывает при некотором заданном значении уровня для данного объекта.

В зависимости от требований, предъявляемых к автоматизации технологических процессов, применяют различные методы измере­ния уровня жидкости. Если нет необходимости в дистанционной передаче показаний, уровень жидкости с достаточной точностью и надежностью можно измерять с помощью указательных стекол или показывающими диф. манометрами-уровнемерами.

Измерение уровня жидкости указательными стеклами основано на принципе сообщающихся сосудов. Конструкция арма­туры и материал указательных стекол зависят от давления и температуры жидкости, уровень которой необходимо контроли­ровать.

Для дистанционного измерения уровня жидкостей, находящихся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением, применяют метод измерения по разности давлений с помощью диф. манометров. Во многих отраслях промышленности используют также метод контроля уровня жидкостей с помощью поплавка (или буйка).

В химической, нефтехимической и в ряде других отраслей промышленности кроме указанных выше методов измерения уровня жидкостей находят применение емкостные, ультразвуковые, аку­стические и радиоизотопные уровнемеры. Для измерения уровня агрессивных кристаллизирующихся жидкостей и пульп в открытых емкостях применяют пьезометрические уровнемеры.

17.Измерение уровня воды в барабане парогенераторов. Типы уровнемеров.

Нормальная эксплуатация барабанных парогенераторов может осуществляться только при условии строгого поддержания уровня воды в барабане в некоторых допускаемых пределах. Поэтому измерение уровня воды в барабане, особенно современных мощных парогенераторов, имеющих весьма ограниченный запас воды, явля­ется важной и ответственной задачей при их эксплуатации.

Контроль уровня воды в барабане парогенераторов с малой паропроизводительностью и низким давлением пара в барабане осу­ществляется путем непосредственного наблюдения за уровнем по водомерному устройству, поставляемому совместно с парогене­ратором. В ряде случаев для большей надежности дополнительно устанавливают непосредственно у парогенератора сниженный ука­затель уровня воды в барабане. В этом случае применяют показы­вающие диф. манометры-уровнемеры или сниженный указатель уров­ня «Игема» .

Парогенераторы производительностью 35 т/ч и выше наряду с водоуказательными устройствами на барабане, поставляемыми совместно с ними, оснащаются дополнительно диф. манометрамн-уровнемерами. Вторичные показывающие и самопишущие приборы уровнемеров устанавливаются на щите управления парогенератора, или блока. Эти приборы обычно снабжены контактным устройством для сигнализации не допускаемого изменения уровня воды в бара­бане парогенераторов.

На современных мощных парогенераторах ТЭС кроме уровне­меров для измерения уровня воды в барабане устанавливают допол­нительно диф. манометры-уровнемеры со вторичными показываю­щими приборами, снабженными контактным устройством. С помощью этих уровнемеров осуществляется технологическая защита при перепитке парогенератора водой и при упуске уровня в его бара­бане. При этом контакты вторичных приборов уровнемеров вклю­чаются в устройство защиты по схеме «два из двух» или «два из трех».

В качестве уровнемеров широко применяют диф. манометры мем­бранные типа ДМ в комплекте со вторичными приборами дифференциально-трансформаторной системы или дифманометры-уровнемеры типа ДМЭ с выходным сигналом постоянного тока, работающие совместно со вторичными приборами типа КСУ,

КПУ и др., а также с ав­томатическими регуляторами, информационно — вычислительны­ми и управляющими машинами.

Для присоединения диф. манометров-уровнемеров к бараба­ну парогенераторов применяют специальные уравнительные со­суды различных конструкций. Расчет шкалы диф. манометров-уровнемеров или их вторичных приборов обычно производят на рабочее (номинальное) давление пара в барабане с учетом типа уравнительного сосуда.

На рис. 19-2-1 показана схема измерения уровня воды в бара­бане парогенератора диф. манометром с использованием стандарт­ного двухкамерного уравнительного сосуда (тепловая изоляция на внешней поверхности сосуда не показана). В широкой части сосуда , присоединенного к паровому пространству барабана, уровень воды (конденсата) поддерживается постоянным. В трубе 2, присоединенной к водяному пространству барабана, уровень воды меняется при изменении уровня воды в барабане. При установке запорного вентиля на трубе, соединяющей паровое пространство барабана с уравнительным сосудом, необходимо, чтобы шпиндель его находился в горизонтальном положении. В противном случае возможно образование водяной пробки, которая может вызвать неустойчивую работу диф. манометра.

Все типы уравнительных сосудов, применяемых для измерения уровня воды в барабане парогенераторов с помощью диф. манометра, позволяют обеспечить надежный контроль его в широком диапазоне (от +315 до —315 мм) только при номинальном значении дав­ления пара при соблюдении оп­ределенных условий. Уровнеме­ры, работающие с этими уравни­тельными сосудами при меняю­щемся давлении пара в барабане парогенераторов в широком ин­тервале (от номинального значе­ния до 0,2 МПа), имеют ограни­ченную погрешность только в области одного фиксированного значения уровня .

18. Измерение уровня воды в конденсаторах паровых турбин

Измерение уровня конденсата (воды) в конденсаторе турбин имеет важное значение при их эксплуатации. Повышение уровня воды в конденсаторе приводит к затоплению нижних рядов охлаждающих труб, что вызывает переохлаждение конденсата. Значительное по­нижение уровня конденсата ухудшает работу конденсатного насоса вследствие уменьшения подпора со стороны всасывающей трубы насоса.

Для большей надежности контроль уровня воды в конденсаторе турбин осуществляется по месту и дистанционно. Контроль уровня по месту производят с помощью водоуказательного стекла или показывающего уровнемера, устанавливаемого в первом случае непосредственно на конденсаторе, а во втором — вблизи него. Для дистанционного измерения уровня воды в конденсаторе применяют уровнемеры-диф. манометры, снабженные преобразователем с выход­ным электрическим сигналом. Вторичные показывающие приборы уровнемеров устанавливаются на щите управления турбины или блока. Показывающие приборы должны быть снабжены контактным устройством для сигнализации повышения и понижения уровня в конденсаторе.

Отклонение параметров от номинальных значений, для которых рассчитыва­лась шкала диф. манометра, приводит к изменению показаний уров­немеров, так же как и при измерении уровня воды в барабане паро­генераторов.

19. Измерение уровня жидкостей в баках, аппаратах и резервуарах.

Для измерения уровня жидкостей в баках, аппаратах и резервуа­рах широко применяют метод измерения по разности давлений с помощью диф. манометра. В зависимости от требований, предъяв­ляемых к автоматизации технологических процессов, применяют различные типы диф. манометров. Если нет необходимости в дистан­ционной передаче показаний уровня, то целесообразно применять диф. манометры с отсчетным устройством. Эти диф. манометры могут быть снабжены контактным устройством для сигнализации предельных значений уровня. Для дистанционного измерения уровня могут быть использованы диф. манометры с электрическим или пневматическим выходным сигналом в комплекте с соответст­вующим вторичным прибором .

Поскольку жидкость, уровень которой необходимо измерять, может находиться под атмосферным, вакуумметрическим или избы­точным давлением, то это необходимо учитывать при выборе типа и модели диф. манометра, так как они выпускаются на различное пре­дельно допускаемое рабочее избыточное давление. Предельный но­минальный перепад давления диф. манометра выбирают в зависи­мости от диапазона измерения уровня.

Для присоединения диф. манометра к баку или другому устрой­ству применяют различные типы уравнительных сосудов. Этот сосуд должен иметь такой размер, при котором можно было бы пренебречь дополнитель­ной погрешностью диф. манометра.

Метод измерения уровня нейтральной, невязкой жидкости, на­ходящейся в баке, резервуаре или аппарате под избыточным давлением, в принципе аналогичен методу измерения уровня воды в бара­бане парогенераторов. Для присоединения дифманометра к баку или к другому устройству применяют обычно однокамерный урав­нительный сосуд и реже—сосуды других типов. Если в этом случае необходимо применить разделительные сосуды, то их устанавливают дополнительно в линиях диф. манометра на отметке нижнего уровня.

Если при измерении уровня жидкости плотность ее может из­меняться в небольших пределах, то расчет шкалы диф. манометра или его вторичного прибора целесообразно производить для сред­него значения плотности этой жидкости.

Если свойства жидкости, уровень которой необходимо измерять, не позволяют подключать диф. манометр, необходимо вместо уравнительного сосуда применять разделительные сосуды или разделительные устройства других типов, которые должны располагаться в соединительных линиях максимально близко к баку или резервуару.

Размеры уравнительных и разделительных сосудов обычно вы­бирают в зависимости от объема плюсовой и минусовой камер диф. ­манометра. При применении разделительных устройств другого типа необходимо учитывать возможное изменение показаний уров­немера.

20.Измерение уровня жидкостей с помощью поплавковых и буйковых уровнемеров

Простейшим техническим средством для измерения уровня жид­кости в резервуарах является поплавковый указатель уровня. Об уровне в этом случае судят по положению прикрепленного к противовесу указателя, соединенного с поплавком с помощью троса, перекинутого через бло­ки. Этот метод измерения по­зволяет контролировать уровень жидкости, находящейся в резер­вуаре под атмосферным давле­нием, в случае, когда объект расположен сравнительно неда­леко от поста наблюдения.

Для дистанционного измере­ния уровня жидкости, находя­щейся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением, в различных отрас­лях промышленности находят широкое применение буйковые уровнемеры с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 0—5; 0—20 мА типа УБ-Э или пневматическим с давлением 0,2—1 кгс/см 2 (0,02—0,1 МПа) типа УБ-П. Действие уровнемеров УБ-Э и УБ-П соответственно основано на принципе электросиловой или пневмосиловой компенсации усилия, развиваемого чувствительным элементом (буйком) измерительного блока уровнемера, погруженным в жидкость, уровень которой из­меряется. В уровнемерах типа УБ-Э используется линейный преоб­разователь с электросиловой компенсацией ПЛЭ ,а в уровнемерах УБ-П — преобразователь с пневмосиловой ком­пенсацией .

Кроме рассмотренных уровнемеров УБ-Э и УБ-П применяют и другие типы буйковых измерителей уровня с пневматическим выходным сигналом и индикато­ры уровня с дифференциально-трансформаторным преобразователем класса точ­ности .

Поплавковые уровнемеры с дополнительным устройством находят применение для дистанционного измерения уровня воды в открытых водоемах, напора, созда­ваемого разностью уровней верхнего и нижнего бьефов, и положения различного рода затворов. В уровнемерах этого типа и во вторичных приборах к ним в качестве измерительных преобразователей используются сельсины .

Для сигнализации предельных значений уровня жидкости в резервуарах или баках применяют поплавковые сигнализаторы уровня различных типов .

21. Емкостные уровнемеры

Емкостные уровнемеры широко применяют для сигнализации и дистанционного измерения уровня однородных жидкостей в различных объектах в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Емкостные уровнемеры могут быть использованы для измерения уровня жидкостей, находящихся под давлением до 25—60 кгс/см 2 (2,5—6,0 МПа) и имеющих тем­пературу от —40 до 200 С С. Эти ограничения обусловлены надеж­ностью применяемой изоляции для изготовления общепромышлен­ных первичных преобразователей емкостных уровнемеров.

Емкостные уровнемеры не могут быть использованы для изме­рения уровня вязких (более 0,980 Па-с), пленкообразующих, кри­сталлизующихся и выпадающих в осадок жидкостей, а также взры­воопасных сред.

Действие рассматриваемых уровнемеров основано на измерении электрической емкости первичного преобразователя, изменяющейся пропорционально изменению контролируемого уровня жидкости в резервуаре. Первичный преобразователь, преобразующий измене­ние уровня жидкости в пропорциональное изменение емкости, пред­ставляет собой, например, цилиндрический конденсатор, электроды которого расположены коаксиально. Для каждого значения уровня жидкости в резервуаре емкость первичного преобразователя опре­деляется как емкость двух параллельно соединенных конденсато­ров, один из которых образован частью электродов преобразователя и жидкостью, уровень которой измеряется, а второй — остальной частью электродов преобразователя и воздухом или парами жид­кости.

При применении емкостных уровнемеров необходимо иметь в виду, что измеряемый уровень жидкости функционально связан с диэлектрической проницаемостью веществ. Поэтому при измере­нии уровня жидкости емкостным уровнемером следует учитывать, что значение диэлектрической проницаемости жидкости изменяется с изменением температуры ее.

В зависимости от электрических характеристик жидкости, уро­вень которых измеряют емкостным методом, разделяют на неэлектропроводные и электропроводные. Такое деление жидких диэлектри­ков имеет некоторую условность, но является практически целесообразным.

Некоторые типы емкостных уровне­меров находят применение для сигнализации и дистанционного измерения уровня сыпучих тел с постоянной влажностью.

Преобразователи емкостных уровнемеров выполняют цилиндрического и пластинчатого типа, а также в виде жесткого стержня или троса. В последнем случае вторым электродом служит металлическая стенка резервуара. Для обеспечения постоянства характеристик преобразователя и повышения точности измерения уровня целесо­образно применять преобразователи со стержнем или тросом, рас­полагаемым в стальной трубе, являющейся вторым электродом преобразователя.

22. Акустические иультразвуковые уровнемеры

В акустических и ультразвуковых уровнемерах реализуется метод, основанный на использовании эффекта отраже­ния ультразвуковых колебаний от границы раздела двух сред с раз­личными акустическими сопротивлениями.

В уровнемерах, называемых акустическими, используется метод локаций уровня жидкости через газовую среду. Достоинством этого метода является то, что акустическая энергия, посланная в объект для измерения уровня жидкости, распространяется по газовой среде. Это обеспечивает универсальность по отношению к различ­ным жидкостям, уровень которых необходимо измерить, а также высокую надежность первичных преобразователей, не контактирую­щих с жидкостью.

В уровнемерах, называемых ультразвуковыми, используется метод, основанный на отражении ультразвуковых колебаний от границы раздела сред со стороны жидкости.

В зависимости от используемого параметра звуковой волны для измерения уровня жидкости различают частотный, фазовый и им­пульсный способы измерения уровня, а также некоторые их комби­нации, такие, как импульсно-частотный, и др. Каждый из указан­ных способов, обладая общим для акустического (ультразвукового) метода измерения достоинствами, имеет свои преимущества и недо­статки.

Акустические уровнемеры широко применяют для дистанцион­ного измерения уровня жидкостей в различных объектах в химиче­ской, бумажной, пищевой и других отраслях промышленности. Уровнемеры этого типа могут быть использованы для измерения уровня различных жидкостей (однородных и неоднородных, вяз­ких, агрессивных, кристаллизующихся, выпадающих в осадок), находящихся под давлением до 40 кгс/см 2 (4 МПа) и имеющих тем­пературу от 5 до 80° С. Акустические уровнемеры не могут быть использованы для измерения уровня жидкостей, находящихся под высоким избыточным и вакуумметрическим давлением. Если жид­кость, уровень которой необходимо измерять, будет находиться под вакуумметрическим давлением до 0,5 кгс/см 2 (0,05 МПа), то акустические уровнемеры могут быть использованы.

Ультразвуковые уровнемеры могут быть использованы для из­мерения уровня только однородных жидкостей и широкого рас­пространения в промышленности не получили. Однако ультразву­ковые уровнемеры позволяют измерять уровень однородных жид­костей, находящихся под высоким избыточным давлением.

В акустическом уровнемере ЭХО-1 генератор 9 вырабатывает электрические импульсы с определенной частотой повторения, преобразуемые в ультразвуковые при помощи акустического преобра­зователя 1, установленного на крышке резервуара. Распростра­няясь вдоль акустического тракта, ультразвуковые импульсы отра­жаются от плоскости границы раздела сред и попадают на тот же преобразователь 1.

Рис. 19-6-1. Схема акустического уровнемера ЭХО-1.

Ультразвуковой уровнемер. В ультразвуковом уровнемере используется импульсный способ измерения уровня по отражению ультразвуковых колебаний от границы раздела сред со стороны жидкости. Мерой уровня жидкости в этом случае является также время прохождения ультразвуковых колебаний от пьезо­метрического преобразователя (излучателя) до плоскости границы раздела сред (жидкость — газ) и обратно до приемника.

Предел допускаемой основной погрешности ультразвукового уровнемера не превышает 2,5% диапазона измерения уровня жид­кости,

23.Измерение уровня сыпучих тел

Измерение уровня сыпучих тел в бункерах и других устройствах значительно отличается от измерения уровня жидкостей, так как характер расположения материала в объекте не позволяет говорить о его уровне как о горизонтальной поверхности. Большое разнооб­разие материалов, уровень которых необходимо измерять в энерге­тике и промышленности, требует применения различных методов и конструкций уровнемеров.

На ТЭС уровнемеры необходимы для измерения уровня кускового (сырого) угля й угольной пыли в бункерах. В промышленности уровнемеры применяют для измерения уровня шихты, угля, по­роды, различных порошкообразных материалов. При измерении уровня сыпучих тел, в частности твердого топлива, необходимо знать характер движения материала в объекте (бункере) и форму объекта. Выбирая технические средства для автоматического кон­троля уровня, необходимо учитывать возможную взрывоопасность материала, уровень которого подлежит измерению.

Бункера для кускового и пылевидного топлива на ТЭС в боль­шинстве случаев имеют форму усеченной пирамиды с направленной вниз вершиной. Они выполняются из армированного бетона или стали. Такая форма бункера оказывает определенное влияние на характер движения топлива. При высоте бункера 8—10 м слой топлива в нем подвергается достаточно большому горизонтальному сжатию, что вызывает заметное ухудшение его сыпучих свойств. В связи с этим в бункере любой емкости в зоне максимальных давлений возможно появление зависаний и сводообразования. Из-за возможности этих явлений на внутренней поверхности бункера (особенно в зоне максимальных давлений) не должно быть никаких выступов, которые могут искажать характер движения топлива.

Обычно в бункере топливо частично располагается на внутрен­них стенках в виде слоев различной толщины. По мере срабатывания центральных слоев топлива уменьшается и толщина слоя на стен­ках бункера. Вследствие этого реальная емкость бункера сокра­щается на 20—25% по сравнению с номинальной. Размер слоя топ­лива на стенках зависит от угла наклона стенок бункера, влажности топлива и коэффициента внутреннего трения. Для устранения за­висаний топлива в бункере применяют различные обрушивающие устройства.

В бункерах с кусковым топливом за уровень условно принима­ется низшая точка воронки со стороны крышки бункера. Угольная пыль вследствие высокой текучести располагается в виде более или менее ровного горизонтального слоя, однако при потере уголь­ной пылью текучих свойств и ее слеживании понижение уровня происходит с перекосами, сопровождается образованием воронок, «колодцев» и налипанием слоя пыли на стенках бункера.

Для автоматизации загрузки бункеров или других объектов необходимо как минимум обеспечить с помощью сигнализирующих уровнемеров автоматический контроль наличия материала в двух сечениях по высоте в нижней части каждого бункера — для полу­чения сигнала на включение загрузочных устройств и в верхней части — для получения сигнала на отключение загрузочных уст­ройств.

Для обеспечения большей надежности ведения технологиче­ского процесса нередко возникает необходимость в непрерывном контроле уровня в бункерах или в других объектах. В этом случае для дистанционного измерения уровня сыпучих тел в технологиче­ских объектах применяют уровнемеры, снабженные вторичными приборами, которые должны иметь контактное устройство для сиг­нализации предельных значений уровня. Контактное устройство вторичных приборов можно использовать также и для автоматиза­ции загрузки бункеров или других объектов. ,

Технические средства, предназначенные для измерения и сигна­лизации уровня сыпучих тел, подразделяют на электромеханиче­ские, электрические, электронные, пневматические, радиоактивные и весовые . В настоящее время номенклатура серийно изготовляемых для применения на ТЭС сигнализаторов и измерителей уровня ограничена, некоторые типы из них внедрены в опыт­ном порядке, но серийно их не выпускают. Уровнемеры радиоак­тивные, пневматические и весовые на ТЭС распространения не получили.

24. Сигнализаторы уровня сыпучих тел

Для сигнализации предельных уровней сыпучих тел и автомати­зации загрузки бункеров и других емкостей применяют различные типы сигнализирующих устройств.

В химической промышленности находят применение сигнализа­торы уровня с чувствительными преобразовательными элементами, воспринимающими давление сы­пучих тел, уровень которых кон­тролируется. К этой группе электромеханических устройств относятся сигнализаторы уровня мембранные и маятниковые. В пи­щевой промышленности приме­няются мембранные сигнализаторы уровня, выпускаемые серийно и используемые в системах управления подачей муки, зерна и других сыпучих материалов с целью предупреждения аварийного на­копления материала в подводящих и отводящих самотеках зерноперерабатывающих машин.

Опыт эксплуатации на ТЭС мембранных сигнализаторов уров­ня угольной пыли в бункерах по­казал, что они не обеспечивают надежный контроль уровня вслед­ствие образования на стенках слоев пыли. По этой же причине нельзя рекомендовать для контроля угольной пыли сигнализаторы маятникового типа.

Следует отметить, что для обеспечения надежного контроля и автоматизации загрузки бункеров углем и пылью на ТЭС должны быть созданы более совершенные сигнализаторы уровня.

25. Приборы для измерения уровня сыпучих тел

Для непрерывного дистанционного измерения уровня сыпучих тел применяют уровнемеры, снабженные вторичными приборами. Из числа рассмотренных выше приборов для дистанционного измерения уровня сыпучих тел с постоянной влажностью приме­няют электронные емкостные индикаторы уровня ЭИУ-2. Для изме­рения уровня сыпучих тел выпускают и другие типы емкостных уров­немеров. Отметим, что емкостные приборы на ТЭС не обеспе­чивают необходимой надежности измерения уровня угля и пыли в бункерах и распространения не получили.

В некоторых отраслях промышленности, в частности химиче­ской, находят применение весовые измерители уровня или массы сыпучего материала в бункере. В качестве преобразователя в этих уровнемерах используется мессдоза, которая является опо­рой одной из лап бункера. Мессдоза имеет стальной корпус с пор­шнем, герметизированным металлической мембраной. Мессдоза, соединительная линия и внутренняя полость трубчатой пружины

манометра заполнены жидкостью. Измеряемое давление в мессдозе манометром равно силе тяжести бункера с находящимся в нем мате­риалом, деленной на площадь поршня.

В весовых уровнемерах кроме мессдозы применяют и более совершенные магнитоупругие преобразователи, которые обеспечи­вают более высокую точность измерения. Для преобразования силы тяжести бункера с заполняющим его материалом в электрический сигнал магнитоупругие преобразователи устанавливают под опо­рами его. Действие этих преобразователей основано на изменении магнитной проницаемости стальной пластины преобразователя при упругой механической деформации.

Принципиальная электрическая схема весового уровнемера для измерения массы материала в бункере с использованием магнитоупругих преобразователей приведена на рис. 20-3-1.

26.Средства измерений состава газа

Средства измерений, предназначенные для количественного определения состава газа, называются газоанализаторами и газо­выми хроматографами. Эти технические средства в зависимости от их назначения подразделяются на переносные и автоматические. Переносные газоанализаторы и хроматографы применяются в лабораторных условиях для количественного определения состава газа при выполнении исследовательских работ, а также при спе­циальных обследованиях, испытаниях и наладке различных про­мышленных теплотехнических установок (парогенераторов, печей и др.). Приборы этого типа широко используются для проверки авто­матических газоанализаторов.

Автоматические газоанализаторы, предназначенные для непре­рывного автоматического измерения объемного процентного содер­жания одного определяемого компонента в газовой смеси, широко применяют в различных отраслях промышленности, в частности энергетической. Современные автоматические газоанализаторы поз­воляют определять содержание в газовой смеси двуокиси углерода (СО,), кислорода (0₂), окиси углерода и водорода (СО + Н₂), СО, Н₂, метана (СН₄) и других газов.

Автоматические газоанализаторы широко применяют для кон­троля процесса горения в топочных устройствах парогенераторов, печей и других агрегатов, для анализа технологических газовых смесей, для определения содержания водорода в системах водород­ного охлаждения обмоток турбогенераторов и т. д.

Для правильного ведения топочного режима необходимо поддер­живать определенное соотношение между количествами подаваемых в топку парогенератора (или печи) топлива и воздуха. Недостаточ­ное количество воздуха приводит к неполному сгоранию топлива и уносу несгоревших продуктов в трубу. Избыточное количество воз­духа обеспечивает полное сгорание, но требует больших затрат топлива на нагрев дополнительного объема воздуха. В том и дру­гом случае полезная тепловая отдача топки парогенератора умень­шается. Необходимое соотношение топливо — воздух зависит от различных факторов и в первую очередь от вида топлива. Для раз­личных видов топлива устанавливают оптимальное значение коэф­фициента избытка воздуха, при котором обеспечивается экономич­ная работа установки.

Непрерывный контроль топочного режима в эксплуатационных условиях на современных ТЭС осуществляется с помощью автомати­ческих газоанализаторов по содержанию в продуктах горения (ды­мовых газах) 0₂. В промышленности и на парогенераторах малой мощности контроль процесса горения осуществляют иногда с помощью анализа продуктов горения на содержание СО₂. Содержание С0₂ в продуктах полного горения является однозначной функ­цией избытка воздуха лишь для опре­деленного вида топлива с постоянным составом.

При неполном горении содержа­ние С0₂ в продуктах горения не яв­ляется однозначной функцией даже при постоянном составе топлива. При сжигании смеси двух видов топлива контроль продуктов горения по С0₂ не может быть осуществлен, так как небольшое изменение в соотношении смеси этих топлив приводит к изме­нению оптимального значения С0₂

При контроле процесса горения по 0₂ изменения в составе топлива или в количественном соотношении смеси различных видов топлива практически не влияет на содержание 0₂ в продуктах горения. Для контроля топочного режима при сжигании мазута и газа при малых избытках воздуха необходимо приме­нять автоматические газоанализаторы с диапазоном измерения от 0 до 2% 0₂.

Для большей надежности наряду с содержанием 0₂ в продуктах горения целесообразно контролировать также содержание СО, Н₂ и СН₄; желательно дополнительно производить контроль по густоте дыма с помощью дымномера. Контроль густоты дыма необходим также из санитарных соображений для обеспечения чистоты атмо­сферного воздуха. Однако в настоящее время дымномеры серийно не выпускаются.

Газоанализаторы обычно градуируют в процентах по объему. Такой способ градуировки шкалы газоанализаторов удобен, так как процентная доля отдельных компонентов в общем объеме остается неизменной при изменении давления и температуры газовой смеси.

27. Газоанализаторы химические

Газоанализаторы химические, относящиеся к группе механи­ческих приборов, основаны на измерении сокращения объема за­бранной пробы газа после удаления анализируемого компонента. Удаление компонента осуществляется методами избирательного поглощения или раздельного дожигания.

Так, например, из забранной пробы газа двуокись углерода поглощается водным раствором едкого кали, обладающим способ­ностью избирательного поглощения С0₂:

Непоглощенный остаток анализируемого газа поступает в газо­измерительное устройство, где измеряется уменьшение объема, соответствующее поглощенному С0₂.

Этот метод применяется как в газоанализаторах переносных ручного действия типа ГХП2 и ГХПЗ (ГОСТ 6329-52), называемых часто приборами Орса, так и в автоматических газоанализаторах.

Метод избирательного поглощения в сочетании с методом раз­дельного дожигания горючих составляющих анализируемой пробы газа дает возможность определить процентное содержание следую­щих компонентов газовой смеси С0₂ ( S0₂ ), 0₂, СО, Н₂, С_mН_n (суммы непредельных углеводородов), суммы метана СН₄ и других предельных углеводородов. Данный метод применяется в переносном газоанализаторе типа ВТИ-2 (ГОСТ 7018-54).

Автоматические химические газоанализаторы в настоящее время на ТЭС не применяются. Основным недостатком этих газоанализа­торов является то, что они относятся к приборам периодического действия, дающим 20—30 анализов в час.

28. Оптические газоанализаторы

Оптические газоанализаторы основаны на ис­пользовании зависимости изменения того или иного оптического свойства анализируемой газовой смеси от изменения концентрации измеряемого компонента.

Газоанализаторы, основанные на поглощении инфракрасных лучей, получили широкое применение в различных отраслях про­мышленности и применяются для определения концентрации окиси углерода (СО), двуокиси углерода (С0₂), метана (СН₄), аммиака (СН₃) в сложных газовых смесях, а также и других газов. Это объясняется тем, что в инфракрасной области спектра газы имеют весьма интенсивные и отличительные друг от друга по положению в спектре полосы поглощения.

Газоанализаторы, основанные на поглощении ультрафиолетовых лучей, применяются в химической, нефтяной и пищевой промыш­ленности. Благодаря высокой чувствительности они широко исполь­зуются для определения токсических и взрывоопасных концентра­ций различных газов в воздухе промышленных предприятий. Газо­анализаторы этого типа позволяют определять содержание паров ртути, хлора и других газов и паров как в воздушной среде, так и в технологических газовых смесях.

Газоанализаторы фотоколориметрические, основанные на погло­щении лучей в видимой области спектра, подразделяются на жид­костные и ленточные. Жидкостные газоанализаторы являются при­борами с непосредственным (прямым) поглощением излучения определяемым компонентом при взаимодействии анализируемого компонента с жидким реактивом. В газоанализаторах второго типа измеряется светопоглощение поверхностью бумажной или текстиль­ной ленты, предварительно пропитанной или смоченной соответ­ствующим реактивом. Фотоколориметрические газоанализаторы широко применяют для измерения микроконцентрации различных газов в воздушной среде и в сложных газовых смесях. Эти газоана­лизаторы широко используются также для определения в воздухе токсической концентрации различных газов и паров, вредных для человека. Фотоколориметрические газо­анализаторы для определения больших концентраций не применя­ются. Следует отметить, что фотоколориметрический метод находит широкое применение для анализа жидкостей, в частности для ана­лиза воды на ТЭС.

Спектрофотометрические газоанализаторы, основанные на ме­тоде эмиссионного спектрального анализа газовой смеси, исполь­зуются для анализа аргона, гелия, азота, водорода и кислорода .

Газоанализаторы, основанные на поглощении ультрафиолетовых лучей, применяются в химической, нефтяной и пищевой промыш­ленности. Благодаря высокой чувствительности они широко исполь­зуются для определения токсических и взрывоопасных концентра­ций различных газов в воздухе промышленных предприятий. Газо­анализаторы этого типа позволяют определять содержание паров ртути, хлора и других газов и паров как в воздушной среде, так и в технологических газовых смесях.

29. Газовые хроматографы

Газовые хроматографы, предназначенные для количественного анализа газовых смесей, широко используются в качестве лабораторных приборов в различных отраслях промыш­ленности (химической, газовой, нефтехимической, энергетической и др.). В последние годы у нас и за рубежом уделяют большое вни­мание созданию промышленных газовых хроматографов. Примене­ние этих приборов в химической и нефтехимической промышлен­ности для контроля и автоматизации технологических процессов позволило улучшить сортность продукции и достигнуть большей экономической эффективности.

В энергетике хроматографы лабораторного типа применяют для периодического анализа продуктов горения различных видов топ­лива, при проведении исследований процесса горения в топочных устройствах и испытаний парогенераторов; хроматографы с допол­нительным устройством используются для определения количества водорода, растворенного в воде и паре, а также влажности водо­рода в системах охлаждения обмоток турбогенераторов.

Хроматографы используются для периодического анализа про­дуктов горения различных видов топлива в промышленных паро­генераторах, печах и других установках. Кроме того, хроматографы могут быть использованы для определения концентрации вредных примесей (СО, СН₄ и др.) в воздухе производственных помещений. Здесь хроматография используется для разделения газовых смесей физическими методами, основанными на распределении одного или нескольких компонентов смеси между двумя фазами. Одна из этих фаз, фиксированная на адсорбенте (поверхности твердого тела или тонкого слоя жидкости), омывается подвижной фазой (газом-носи­телем вместе с анализируемым газом), движущейся в свободном пространстве, не занятом неподвижной фазой. При этом происходит многократное повторение элементарных актов адсорбции и десорб­ции. Так как отдельные компоненты газовой смеси поглощаются и удерживаются данным адсорбентом неодинаково, то распределе­ние компонентов между двумя фазами, а вместе с тем и перемещение их относительно друг друга осуществляется в определенной после­довательности со скоростью, характерной для каждого компонента. Это позволяет производить поочередное определение концентрации каждого компонента газовой смеси.

Метод хроматографического разделения веществ при помощи адсорбентов впервые был открыт в 1903 г. русским ученым М. С. Цве­том и применен им при исследовании пигментов, участвующих в фотосинтезе растении. При проведений исследовании М. С. Цвет имел дело с окрашенными веществами и поэтому используемый им метод разделения он назвал хроматографией. В на­стоящее же время хроматографические методы применяются для разделения и бесцветных веществ, но наименование методов оста­лось прежним.

Газовая хроматография как метод качественного и количествен­ного анализа различных веществ получила широкую известность в последние годы. Развитию газовой хроматографии в большой степени способствовал предложенный в 1952 г А. Мартином и А. Джеймсом метод газожидкостной хроматографии.

Хроматография газов подразделяется на газоадсорбционную и газожидкостную.

Газоадсорбционный метод разделения компонентов газовой смеси основан на различной адсорбируемости компонентов твердыми ад­сорбентами, представляющими собой пористые вещества с большой поверхностью. Адсорбентами, широко применяемыми в газоадсорб­ционной хроматографии являются активированные угли, силика-гели, алюмогели, молекулярные сита (цеолиты). Используются также и другие адсорбенты, например тонкопористые стекла.

В газожидкостной хроматографии разделение сложных смесей веществ основано на различии растворимости компонентов анали­зируемой смеси в тонком слое жидкости, нанесенной на поверхности твердого химически инертного носителя. Твердый носитель не участ­вует непосредственно в адсорбционном процессе, а служит только для создания необходимой поверхности растворителя. Выбор жид­кости (неподвижной фазы) определяется природой подлежащих разделению смеси веществ. Для разделения веществ применяют различные жидкости, например вазелиновое масло (смесь жидких парафинов высокой чистоты), силиконовое масло (ДС-200, ДС-703) высококипящее авиационное масло, полиэтиленгликоль различных марок и др. Разновидностью газожидкостной хроматографии является ка­пиллярная газовая хроматография, предложенная в 1957 г. М. Го-леем. В капиллярной хроматографии в качестве твердого носителя неподвижной фазы применяют длинные капиллярные трубки, внут­реннюю поверхность которых покрывают тонким равномерным слоем нелетучей жидкости. Капиллярная хроматография обеспечивает более четкое разделение компонентов газовой смеси.

Следует отметить, что в газовой хроматографии в последнее время начинают применять модифицированные адсорбенты. В этом случае подвижной фазой является газ, а неподвижной — твердый адсорбент, модифицированный небольшим количеством жидкости. При применении такого адсорбента разделение компо­нентов газовой смеси происходит как за счет адсорбции на твердом носителе, так и за счет растворимости в жидкости. Здесь одновре­менно используются газоадсорбционный и газожидкостный методы.

Хроматографический процесс может быть осуществлен одним из следующих методов: проявительным, фронтальным или вытеснительным. В проявительном методе газоадсорбционной и газожид­костной хроматографии вдоль слоя адсорбента непрерывно проте­кает несорбирующийся газ-носитель, в поток периодически вводят дозу анализируемой газовой смеси. Этот метод получил широкое применение для аналитических целей. Методы фронтальный и вытеснительный не нашли широкого применения для аналитических целей и рассматриваться не будут.

Кроме указанных методов осуществления хроматографического процесса применяют метод проявительного анализа с программи­рованным повышением температуры по всей длине разделительной колонки. Для анализа микропримесей в инертных по отношению к адсорбенту газах может быть использован термодинамический метод.

В газовой хроматографии в качестве газа-носителя обычно ис­пользуются гелий, аргон, водород, азот, воздух и другие газы.

Проявительную газоадсорбционную хроматографию широко при­меняют в энергетике и других отраслях промышленности для раз­деления смесей низкокипящих веществ, входящих в состав продук­тов горения (Н₂, 0₂, СО, СН₄, N₂ и др.); метод газожидкостной хроматографии не обеспечивает хорошего разделения этих веществ из-за их слабой растворимости в жидкой фазе. В последнее время газоадсорбционный метод используется также и для анализа высоко-кипящих веществ и легких углеводородных газов.

Газожидкостная хроматография находит применение для разделения высококипящих веществ, к которым относятся большинство углеводородов. Хроматографические методы позволяют произво­дить анализ газовых смесей, жидких веществ, а также твердых, не растворенных в жидкости веществ. В последнем случае разде­лительная колонка хроматографа снабжается устройством для испарения анализируемой жидкости.

29.Методы и технические средства контроля качества воды, пара, конденсата и концентрации растворов

Широкое внедрение в энергетику мощных энергоблоков на высо­кие и закритические параметры привело к необходимости органи­зации надежного автоматического непрерывного и периодиче­ского химического контроля за водным режимом электростанций и работой установок водо- и конденсатоочистки. Возросла также важность вопросов автоматизации процессов водоприготовления.

Применяемые на многих электростанциях ручные методы хими­ческого контроля некоторых показателей качества не удовлетво­ряют современным повышенным требованиям. Эти методы требуют много времени, обладают недостаточной точностью результатов анализа и непригодны для оперативного контроля за водным режи­мом и автоматизации процессов водоприготовления.

Применение на электростанциях автоматических средств изме­рений (анализаторов жидкости) повышает надежность химического контроля за показателями качества питательной воды парогенера­торов, пара и конденсата и процессами химического обессоливания добавочной воды и очистки конденсата турбин.

Для осуществления контроля за водным режимом электростан­ций и работой установок очистки воды и конденсата необходимо измерять разнообразные показатели качества отличающихся по химическому составу сред. Эти среды находятся под различным избы­точным давлением, имеют различную температуру, отличаются по количеству механических и других примесей. Вследствие этого во многих случаях для снижения давления и температуры, а также для удаления механических примесей или растворенных газов из пробы контролируемой среды необходимо перед первичным преобразователем устанавливать специальные дополнительные уст­ройства. Для отбора представительной пробы среды используют различные пробоотборные устройства. Применение указанных до­полнительных устройств позволяет создать для первичных измерительных преобразователей одинаковые нормальные эксплуатацион­ные условия, а вместе с тем повысить точность измерений.

31. Измерение удельной электропроводности водных растворов

Измерение удельной электропроводности водных растворов получило широкое распространение в лаборатор­ной практике, при автоматическом химическом контроле водного режима паросиловых установок, эффективности работы установок очистки воды и промышленных теплообменных и других установок, а также различных показателей качества, характеризующих химико-технологические процессы.

Технические средства, предназначенные для измерения удельной электропроводимости водных растворов, принято называть кондуктометрическими анализаторами жидкости. Шкалу вторичных при­боров кондуктометров жидкости (лабораторных и промышленных) для измерения удельной электропроводности градуируют в едини­цах сименс на сантиметр (См-см -1 ) или микросименс на сантиметр (мкСм-см -1 ). Кондуктометры жидкости, которые применяют в про­изводственных условиях для измерения показателей качества, характеризующих содержание солей в паре, конденсате и питатель­ной воде парогенераторов, обычно называют солемерами. Шкалу вторичных приборов солемеров градуируют (на условное содержание в растворе этих солей) в следующих единицах: милли­грамм на килограмм (мг/кг), микрограмм на килограмм (мкг/кг) или миллиграмм на литр (мг/л) и микрограмм на литр (мкг/л). Кондуктомеры жидкости, используемые для измерения концентра­ции растворов солей, кислот, щелочей и т. д., называют часто концентратомерами. Шкала вторичных приборов концентратомеров градуируется в процентах значения массовой концентрации. Кондуктометрические анализаторы жидкости используются также и в качестве сигнализаторов.

При повышенных требованиях к показателям качества пита­тельной воды, пара и конденсата необходимо производить измере­ние малых значений электропроводности, не превышающих 5—6 мкСм-см -1

Измерение электропроводности водных растворов обычно про­изводят с помощью электродного кондуктометрического измери­тельного преобразователя, состоящего из двух электродов.

В конденсате пара и питательной воде парогенераторов кроме небольшого количества солей обычно присутствуют растворенные газы — аммиак (СН₃) и углекислый газ (С0₂) — и гидразин. Нали­чие растворенных газов и гидразина изменяет электропроводность конденсата и питательной воды, и показания кондуктометра жидко­сти (солемера) не соответствуют однозначно условному содержанию солей, т. е. значению сухого остатка, полученного путем выпарки конденсата или питательной воды. Это приводит к необходимости внесения поправок в показания прибора или применения дополни­тельного устройства для удаления из пробы растворенных газов и гидразина.

Дополнительное устройство в виде дегазатора для удаления из пробы растворенных газов не исключает влияния на показания кондуктометрического анализатора гидразина. Применяемый в на­стоящее время фильтр, заполненный катионитом марки КУ-2, поз­воляет исключить влияние на показания прибора аммиака и гидра­зина.

Электродные кондуктометрические преобразователи. Электрод­ные преобразователи, применяемые для измерения электропровод­ности растворов, изготовляют для лабораторных исследований различных растворов и для технических измерений. Измерения в лабораторных условиях производят на переменном токе. При этом необходимо отметить, что кондуктометрический метод измерения на переменном токе остается общепринятым в повседневной лабо­раторной практике. Технические измерения электропроводности растворов с использованием электродных преобразователей произ­водят, как правило, на переменном токе с частотой 50 Гц.

Устройство, размеры, а следовательно, и постоянная электрод­ных преобразователей в существенной степени зависят от измеряе­мого значения электропроводности раствора. В технических изме­рениях наиболее распространены преобразователи с цилиндриче­скими коаксиальными и в меньшей степени — с плоскими электро­дами. Устройство преобразователей с цилиндрическими коаксиаль­ными электродами схематично показано на рис. 22-2-2. У преобра­зователя, представленного на рис. 22-2-2, а,наружный цилиндриче­ский электрод является одновременно и корпусом его. Второй преобразователь (рис. 22-2-2, б)имеет также цилиндр1 и металлические коак­сиальные электроды, но они расположены в стальном его корпусе, к которому приварен один электрод.