Контроль фізичних властивостей та складу речовини

Лекція 7. Контроль фізичних властивостей та складу речовини.

План.

1. Вимірювання густини рідин. Вимірювання в’язкості рідини.  Вимірювання вологості. Вимірювання концентрації розчинів.
2. Вимірювання величини рН. Автоматичні газоаналізатори.

1. Конспект лекції.    

Густиною називається відношення маси тіла до його  об’єму. Одиницею вимірювання густини в  системі  СІ  -  кг/м³, прилади  для вимірювання густини називаються густиномірами. Найпоширеніші з них поплавкові, гідростатичні, радіоізотопні, вагові.   Принцип  дії  поплавкових  густиномірів  оснований  на  законі Архімеда. Їх  застосовують  для  вимірювання  густини   однорідних рідин. Поплавкові густиноміри бувають з плаваючим й повністю зануреним поплавком. У перших мірою густини служить глибина  занурення поплавка, в других - виштовхуюча сила, пропорційна густина рідини.   Будова поплавкових густиномірів аналогічна  рівнемірам,  бо  втому й іншому випадках вимірюється одна й таж величина -  виштовхуючи сила. Тільки для рівнемірів за умови постійної густини, а для густиномірів - при постійному рівні.   У лабораторіях застосовуються поплавкові густиноміри  -  ареометри.   Гідростатичні густиноміри /як і рівнеміри/ основані на вимірюванні гідростатичного  тиску  стовпа  рідини, який  визначають  рівнянням: Рст=р*g*Н, з якого витікає, що при Н=const величина  тиску  Рст  пропорційна густині ρ рідини.   Це зумовлює можливість вживання описаного раніше /5.3/  способу вимірювання цього тиску за допомогою п’єзометричної трубки.   В п’єзометричних густиномірах гідростатичний тиск стовпа  визначається по тиску інертного газу, який  безперервно  продувається через контролюючу рідину. Цей тиск пропорційний тиску стовпа рідини, тобто її густині.   В основу дії вагових густиномірів покладено  вимірювання  маси постійного об’єму контролюємого середовища:                               m=V*ρ ,де: m - маса, кг;      V - об’єм, м³; ρ- густина,кг/м³ .   При V=const маса пропорційна густині.   Схема вагового густиноміра приведена на рис.6.1.   По петлеподібній трубці, приєднаній за допомогою гнучких  гумових патрубків до об’єкту вимірювання, безперервно протікає контролюєма рідина. Так, як об’єм U - подібної трубки постійний,  то  при зміні густини рідини пропорційно змінюється маса трубки  з  рідиною, що в ній знаходиться. Трубка відповідно опускається  або  піднімається, що приводить до переміщення заслінки  пневмоперетворювача. Наприклад, густина рідини збільшується, трубка  опустилася  і зазор  S  зменшився. Через  сопло   3  постійно    продувається повітря. Коли  заслінка  наблизилася  і   зазор    зменшився, опір повітрю, що  виходить  через  сопло, збільшується   й    відповідно збільшується його тиск. Збільшення тиску повітря діє  на  сільфонзборотного зв’язку, який намагається повернути  заслінку  в  попередній  стан. Система  приходить  у  новий  рівноважний  стан. Тиск повітря на виході системи пропорційний величині вимірюємої густини. Ваговий густиномір з пневмоперетворювачем складається з петлеподібної трубки; заслінки; сопла;            сильфону зворотного зв’язку; гумового патрубка.   Крім вимірювання густини  звичайних  рідин, вагові  густиноміри використовуються для суспензії та пульп, що в своєму складі мають тверді включення.   При застосуванні даного густиноміра  необхідна  компенсація  і поправка на температуру.   Принцип дії густиномірів цього типу  оснований  на  визначенні зміни інтенсивного потоку g - променів після проходження їх  через вимірюване середовище.   Радіоізотопні густиноміри мають ряд  переваг:  вони  не  мають безпосереднього контакту з  вимірюємим  середовищем, мають  високу чутливість й малу інерційність.

Вимірювання в’язкості рідини.   В’язкість - властивість рідин, що характеризує їх  опір  сковзанню або зсуву.   Розрізняють динамічну та кінематичну в’язкість.   Динамічна  в’язкість  m - це  величина,рівна  відношенню  сили внутрішнього тертя, що діє на поверхню шару рідини до площі  йогошару й градієнту швидкості руху:

                   F

          m =  ------- [Па * с]

             S* dv

                ---

                dl

де: F - сила внутрішнього тертя /сила зсуву/, н;

    S - площа шару, м3;

    dv                            1

   ----- - градієнт швидкості,---- ;

    dl                            с

                                       м

    v - швидкість плину /течії/ шару,----;

                                       с

    l - товщина шару,який рухається, м.

 У практиці використовують також одиницю динамічної  в'язкості

- пуаз /П/:

                           1П=0,1Па*с.

   Кінематичною  в'язкостю V - називається  відношення  динамічної

в'язкості рідини до її густини:

                             m

n =-----[м¤/с] .

                             r