Навігація
Головна
Датчики диму і тривожної сигналізаціїНапівпровідникові датчикиДатчики прискоренняДатчики (структурна схема, принцип роботи, технічні характеристики)ПОЖЕЖНО-ТЕХНІЧНІ КЛАСИФІКАЦІЇ
Датчики диму і тривожної сигналізаціїНапівпровідникові датчикиДатчики прискоренняКласи точності засобів вимірюваньЗасоби вимірювання і методики вимірювань
 
Головна arrow БЖД arrow Нагляд та контроль у сфері безпеки
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Класифікація датчиків

Останнім часом у зв'язку із здешевленням електронних систем все частіше застосовуються датчики зі складною обробкою сигналів, можливостями настроювання і регулювання параметрів і стандартним інтерфейсом системи управління. Є певна тенденція розширювального трактування та перенесення цього терміна на вимірювальні прилади, що з'явилися значно раніше масованого використання датчиків, а також за аналогією - на об'єкти іншої природи, наприклад біологічні. Поняття датчика по практичної спрямованості та деталям технічної реалізації близько до понять вимірювальний інструмент і вимірювальний прилад, але показання цих приладів в основному читаються людиною, а датчики, як правило, використовуються в автоматичному режимі.

Всі датчики класифікують за семи факторам.

1. По виду вихідних величин:

• активні (генераторні);

• пасивні (параметричні).

2. За вимірюваному параметру:

• датчики тиску (абсолютного тиску, надлишкового тиску, розрідження, тиску-розрідження, різниці тиску, гідростатичного тиску);

• датчики витрати (механічні лічильники витрати, перепадомери, ультразвукові витратоміри, електромагнітні витратоміри, коріолісову витратоміри, вихрові витратоміри);

• рівня (поплавкові, ємнісні, радарні, ультразвукові);

• температури (термопара, термометр опору, пірометр);

• датчики концентрації (кондуктометри);

• датчики радіоактивності, також іменуються детекторами радіоактивності або випромінювань (іонізаційна камера, датчик прямого заряду);

• датчики переміщення (абсолютний шифратор, відносний шифратор, LVDT-датчик);

• датчики положення (контактні, безконтактні);

• фотодатчики (фотодіод, фотосенсор);

• датчики кутового положення (сельсин, перетворювач кут-код, RVDT-датчик);

• датчики вібрації (п'єзоелектричний, вихрострумовий);

• датчики механічних величин (відносного розширення ротора, абсолютного розширення);

• датчики дугового захисту.

3. За принципом дії:

• оптичні датчики (фотодатчики);

• магнітоелектричний датчик (на основі ефекту Холла);

• п'єзоелектричний датчик;

• тензопреобразователь;

• ємнісний датчик;

• потенциометрический датчик;

• індуктивний датчик.

4. За характером вихідного сигналу:

• дискретні датчики;

• аналогові датчики;

• цифрові датчики;

• імпульсні датчики.

5. По середовищі передачі сигналів:

• провідні датчики;

• бездротові датчики.

6. За кількістю вхідних величин:

• одномірні датчики;

• багатовимірні датчики.

7. За технологією виготовлення:

• елементні датчики;

• інтегральні датчики.

Вимірювання теплопровідності. Термокондуктометричні датчики

Фізичні методи аналізу засновані на використанні якого-небудь специфічного фізичного ефекту або певного фізичного властивості речовини. Для газового аналізу використовують щільність, в'язкість, теплопровідність, показник заломлення, магнітну сприйнятливість, дифузію, абсорбцію, емісію, поглинання електромагнітного випромінювання, а також селективну абсорбцію, швидкість звуку, тепловий ефект реакції, електричну провідність і ін. Деякі з цих фізичних властивостей і явищ уможливлюють безперервний газовий аналіз і дозволяють досягти високої чутливості і точності вимірювань. Вибір фізичної величини або явища дуже важливий для виключення впливу невимірюваних компонентів, що містяться в аналізованої суміші. Використання специфічних властивостей або ефектів дозволяє визначати концентрацію потрібного компонента в багатокомпонентної газової суміші. Неспецифічні фізичні властивості можна використовувати, строго кажучи, тільки для аналізу бінарних газових сумішей. В'язкість, показник заломлення і дифузія при аналізі газів практичного значення не мають.

Передача тепла між двома точками з різною температурою відбувається трьома шляхами: конвекцією, випромінюванням і теплопровідністю. При конвекції передача тепла пов'язана з перенесенням матерії (массопередачи); передача тепла випромінюванням відбувається без участі матерії. Передача тепла теплопровідністю відбувається за участю матерії, але без массопередачи. Передача енергії відбувається внаслідок зіткнення молекул. Коефіцієнт теплопровідності (X) залежить тільки від виду речовини, що передає тепло. Він є специфічною характеристикою речовини.

Розмірність теплопровідності в системі СГС - кал / (с см-К), в технічних одиницях - ккал / (м • год • К), у міжнародній системі СІ - ВтДмК). Співвідношення цих одиниць наступне: 1 кал / (см • с • К) = 360 ккал / (м • год • К) = 418,68 ВтДм К).

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Абсолютна теплопровідність при переході від твердих до рідких і газоподібних речовин змінюється від [X = 418,68 ВтДм • К)] (теплопровідності кращого провідника тепла - срібла) до X порядку 10-6 (теплопровідність найменш проводять газів).

Теплопровідність газів сильно збільшується з ростом температури. Для деяких газів (GH4: NH3) відносна теплопровідність з ростом температури різко зростає, а для деяких (Ne) вона знижується. За кінетичної теорії теплопровідність газів не повинна залежати від тиску. Однак різні причини призводять до того, що при збільшенні тиску теплопровідність трохи збільшується. У діапазоні тисків від атмосферного до декількох миллибар теплопровідність не залежить від тиску, так як середня величина вільного пробігу молекул збільшується зі зменшенням числа молекул в одиниці об'єму. При тиску ~ 20 мбар довжина вільного пробігу молекул відповідає розміру вимірювальної камери.

Вимірювання теплопровідності є найстарішим фізичним методом газового аналізу. Він був описаний в 1840 р, зокрема, в роботах А. Шлейермахера (1888-1889) і з 1928 р застосовується в промисловості. У 1913 р фірмою Сіменс був розроблений вимірювач концентрації водню для дирижаблів. Після цього протягом багатьох десятиліть прилади, засновані на вимірі теплопровідності, з великим успіхом розроблялися і широко застосовувалися у швидко зростаючої хімічної промисловості. Природно, що спочатку аналізували лише бінарні газові суміші. Кращі результати отримують при великій різниці теплопровідності газів. Серед газів найбільшу теплопровідність має водень. На практиці виправдалося також вимірювання концентрації COs в димових газах, оскільки теплопровідності кисню, азоту та оксиду вуглецю дуже близькі між собою, що дозволяє суміш цих чотирьох компонентів розглядати як квазібінарних [2].

Температурні коефіцієнти теплопровідності різних газів неоднакові, тому можна знайти температуру, при якій теплопровідності різних газів збігаються (наприклад, 490 ° С - для діоксиду вуглецю і кисню, 70 ° С - для аміаку і повітря, 75 ° С - для діоксиду вуглецю і аргону) . При вирішенні певної аналітичної проблеми ці збіги можна використовувати, прийнявши потрійну газову суміш за квазібінарних.

У газовому аналізі можна вважати, що теплопровідність є адитивним властивістю. Вимірявши теплопровідність суміші і знаючи теплопровідність чистих компонентів бінарної суміші, можна обчислити їх концентрації. Однак цю просту залежність не можна застосовувати до будь-якої бінарної суміші. Так, наприклад, суміші повітря - водяна пара, повітря - аміак, оксид вуглецю - аміак і повітря - ацетилен при певному співвідношенні складових мають максимальну теплопровідність. Тому застосовність методу теплопровідності обмежена певною областю концентрацій. Для багатьох сумішей мається нелінійна залежність теплопровідності і складу. Тому необхідно знімати градуювальну криву, по якій повинна бути виготовлена шкала реєструючого приладу.

Датчики теплопровідності (термокондуктометрические датчики) складаються з чотирьох маленьких наповнених газом камер невеликого обсягу з поміщеними в них ізольовано від корпусу тонкими платиновими провідниками однакових розмірів і з однаковим електричним опором. Через провідники протікає однаковий постійний струм стабільної величини і нагріває їх. Провідники - нагрівальні елементи - оточені газом. Дві камери містять вимірюваний газ, інші дві - порівняльний газ. Всі нагрівальні елементи включені в місток Уітетона, за допомогою якого вимір різниці температур порядку 0,01 ° С не представляє труднощів. Така висока чутливість вимагає точного рівності температур вимірювальних камер, тому всю вимірювальну систему поміщають у термостат або у вимірювальну діагональ моста, включають опір для температурної компенсації. До тих пір поки відвід тепла від нагрівальних елементів у вимірювальних і порівняльних камерах однаковий, міст знаходиться в рівновазі. При подачі в вимірювальні камери газу з іншого теплопровідністю ця рівновага порушується, змінюється температура чутливих елементів і разом з цим їх опір. Результуючий струм у вимірювальній діагоналі пропорційний концентрації вимірюваного газу. Для підвищення чутливості робочу температуру чутливих елементів слід підвищувати, проте потрібно стежити, щоб збереглася досить велика різниця теплопровідності газу. Так, для різних газових сумішей є оптимальна по теплопровідності і чутливості температура. Часто перепад між температурою чутливих елементів і температурою стінок камер вибирається від 100 до 150 ° С.

Вимірювальні осередку промислових Термокондуктометрічеськие аналізаторів складаються, як правило, з масивного металевого корпусу, в якому висвердлені вимірювальні камери. Цим забезпечуються рівномірний розподіл температур і хороша стабільність градуювання. Так як на свідчення вимірника теплопровідності впливає швидкість газового потоку, введення газу в вимірювальні камери здійснюють через байпасний канал. Вирішення різних конструкторів для забезпечення необхідного обміну газами наведені нижче. В принципі, виходять з того, що основний газовий потік пов'язаний сполучними каналами з вимірювальними камерами, через які газ протікає під невеликим перепадом. При цьому дифузія і теплова конвекція мають вирішальний вплив на оновлення газу в вимірювальних камерах. Обсяг вимірювальних камер може бути дуже малим (кілька кубічних міліметрів), що забезпечує невеликий вплив конвективної тепловіддачі на результат вимірювання. Для зменшення каталітичного ефекту платинових провідників їх різними способами заплавлять в тонкостінні скляні капіляри. Для забезпечення стійкості вимірювальної камери до корозії покривають склом все газопровідні частини. Це дозволяє вимірювати теплопровідність сумішей, що містять хлор, хлористий водень та інші агресивні гази. Термокондуктометрічеськие аналізатори із замкнутими порівняльними камерами поширені переважно в хімічній промисловості. Підбір відповідного порівняльного газу спрощує калібрування приладу. Крім того, можна отримати шкалу з пригніченим нулем. Для зменшення дрейфу нульової точки повинна бути забезпечена хороша герметичність порівняльних камер. В особливих випадках, наприклад при сильних коливаннях складу газової суміші, можна працювати з проточними порівняльними камерами. При цьому за допомогою спеціального реагенту з вимірюваної газової суміші видаляють один з компонентів (наприклад, СОа розчином їдкого калію), а потім направляють газову суміш в порівняльні камери. Вимірювальна та порівняльна гілки розрізняються в цьому випадку тільки відсутністю одного з компонентів. Такий спосіб часто робить можливим аналіз складних газових сумішей.

Останнім часом замість металевих провідників в якості чутливих елементів іноді використовують напівпровідникові терморезистори. Перевагою терморезисторів є в 10 разів більш високий у порівнянні з металевими термосопротивлений температурний коефіцієнт опору. Цим досягається різке збільшення чутливості. Проте одночасно пред'являються набагато більш високі вимоги до стабілізації струму моста і температури стінок камер.

Раніше інших і найбільш широко термокондуктометрические прилади почали застосовувати для аналізу газів, що відходять топкових печей. Завдяки високій чутливості, високій швидкодії, простоті обслуговування і надійності конструкції, а також своїй невисокій вартості аналізатори цього типу надалі швидко впроваджувалися у промисловість.

Термокондуктометрічеськие аналізатори пристосовані найкраще для вимірювання концентрації водню в сумішах. При виборі порівняльних газів потрібно розглядати також суміші різних газів. Як приклад мінімальних діапазонів вимірювання для різних газів можна використовувати наведені нижче дані (табл. 6.1).

Таблиця 6.1

Мінімальні діапазони вимірювання для різних газів,% обсягу

Вимірюваний

компонент

Н

СО

SO

Cl

НСl

NH8

CH4

Фреон

Мінімальний діапазон

0-0,5

0-5

0-1,5

0-5

0-2

0-1

0-2

0-1

Максимальним діапазоном вимірювання найчастіше є діапазон 0-100%, при цьому 90 або навіть 99% можуть бути придушені. В особливих випадках термокондуктометрический аналізатор дає можливість мати на одному приладі кілька різних діапазонів вимірювання. Це використовується, наприклад, при контролі процесів заповнення та спорожнення охолоджуваних воднем турбогенераторів на теплових електростанціях. Через небезпеку вибухів заповнення корпусу генератора виробляють не повітрям, а спочатку в якості продувочного газу вводять діоксид вуглецю і потім вже водень. Аналогічно виробляють випуск газу з генератора. З досить високою відтворюваністю на одному аналізаторі можуть бути отримані наступні діапазони вимірювання: 0-100% (об'ємно.) СО (в повітрі для продувки вуглекислим газом), 100-0% Н2 в СО (для заповнення воднем) і 100-80% Н2 (у повітрі для контролю чистоти водню під час роботи генератора). Це дешевий спосіб вимірювання.

Для визначення вмісту водню в виділяється при електролізі хлористого калію хлорі за допомогою Термокондуктометрічеськие аналізатора можна працювати як із запаяним порівняльним газом (SО2, Аг), так і з проточним порівняльним газом. В останньому випадку суміш водню і хлору спочатку направляють у вимірювальну камеру, а потім в піч допалювання з температурою> 200 ° С. Водень згорає з надмірною хлором і утворює хлористий водень. Новоутворена суміш НС і Сl2 подається в порівняльну камеру. При цьому по різниці теплопровідності визначають концентрацію водню. Даний метод помітно знижує вплив домішки невеликих кількостей повітря.

Для зменшення похибки, що виникає при аналізі вологого газу, газ необхідно осушувати, що здійснюють або за допомогою поглинача вологи, або пониженням температури газу нижче точки роси. Є ще одна можливість компенсувати вплив вологості, яка застосовна лише при проведенні вимірювання але схемі з проточним порівняльним газом.

Для роботи з вибухонебезпечними газами ряд фірм виготовляє прилади у вибухобезпечному виконанні. У цьому випадку камери вимірників теплопровідності розраховують на високий тиск, на вході і на виході з камер встановлюють огненреградітелі, а вихідний сигнал обмежується іскробезпечним рівнем. Однак і такі прилади не можна використовувати для аналізу сумішей вибухонебезпечних газів з киснем або водню з хлором.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Cхожі теми

Датчики диму і тривожної сигналізації
Напівпровідникові датчики
Датчики прискорення
Датчики (структурна схема, принцип роботи, технічні характеристики)
ПОЖЕЖНО-ТЕХНІЧНІ КЛАСИФІКАЦІЇ
Датчики диму і тривожної сигналізації
Напівпровідникові датчики
Датчики прискорення
Класи точності засобів вимірювань
Засоби вимірювання і методики вимірювань
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук