Kỹ thuật và thiết bị đo lường

-0ðẠI HỌC ðÀ NẴNG TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA KỸ THUẬT VÀ THIẾT BỊ ðO LƯỜNG Giáo trình ñại học Th.S GVC Trần Thế Truyền ðà Nẵng, 2007 -1MỤC LỤC CHƯƠNG .4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT ðO LƯỜNG 1.1 MỞ ðẦU .4 1.2 ðịnh nghĩa phân loại phép ño 1.2.1 ðịnh nghĩa 1.2.2 Phân loại cách thực phép ño 1.3 Các ñại lượng cần ño công nghệ hóa học 1.4 Các ñặc trưng kỹ thuật ño lường 1.4.1 ðại lượng ño (tín hiệu ño) 1.4.2 ðiều kiện ño 1.4.3 ðơn vị ño 1.4.4 Thiết bị ño phương pháp ño .8 1.4.5 Người quan sát .10 1.4.6 Kết ño 10 1.5 Cấu trúc dụng cụ ño 11 1.5.1 Phân loại dụng cụ ño: 11 1.5.2 Các ñặc tính dụng cụ ño .12 1.5.3 Sơ ñồ khối dụng cụ ño 14 1.6 Các phần tử chức thiết bị ño 15 1.6.1 Mạch ño lường dụng cụ thứ cấp 15 1.6.2 Các chuyển ñổi ño lường thứ cấp .16 CHƯƠNG 2: ðO LƯU LƯỢNG .18 2.1 Tổng quan 18 2.1.1 Lưu chất 18 2.1.2 Lưu lượng 18 2.1.3 ðơn vị 18 2.2 Cơ sở lý thuyết 18 2.3.Các loại thiết bị 21 2.3.1 Màng ngăn có lỗ 21 2.3.2 Ống Venturi 24 2.3.3 Ống Pitot 28 2.3.4 Lưu lượng kế dạng bia 33 2.3.5 Lưu lượng kế có tiết diện thay ñổi .34 2.3.6 Lưu lượng kế ñiện từ 36 -22.3.7 Lưu lượng kế siêu âm 39 2.3.8 Lưu lượng kế turbine 41 CHƯƠNG 3: ðO MỨC 45 3.1 Khái niệm chung 45 3.1.1 ðịnh nghĩa 45 3.1.2 ðơn vị ño 45 3.1.3 Phân loại .45 3.2 ðo mức phương pháp ño áp suất thủy tĩnh .45 3.2.1 Nguyên tắc 45 3.2.2 Các phương pháp 46 3.3 ðo mức chuyển ñổi ñiện 47 3.3.1 ðo mức chuyển ñổi biến trở: .47 3.3.2 ðo mức chuyển ñổi ñiện dung 48 CHƯƠNG IV: ðO ÁP SUẤT 50 4.1 Khái niệm chung 50 4.1.1 ðịnh nghĩa 50 4.1.2 ðơn vị ño 50 4.1.3 Phân loại .50 4.1.4 Các phương pháp ño áp suất 50 4.2 Thiết bị ño áp suất .51 4.2.1 ðo áp suất khí gần Pkq 51 4.2.2 ðo áp suất lớn áp suất khí quyển: 52 4.2.3 ðo áp suất nhỏ áp suất khí 54 4.2.4 Áp kế ñiện trở lực căng 57 4.2.5 Áp kế áp ñiện 58 4.2.6 ðo áp suất thiết bị số 59 CHƯƠNG V: ðO NHIỆT ðỘ .62 5.1 Khái niệm chung 62 5.1.1 ðịnh nghĩa 62 5.1.2 ðơn vị ño nhiệt ñộ 62 5.1.3 Nguyên lý .62 5.1.4 Các phương pháp ño nhiệt ñộ .62 5.1.5 Phân loại nhiệt kế: 63 5.2 ðo nhiệt ñộ phương pháp trực tiếp 64 5.2.1 Nhiệt kế co giãn 64 -35.2.2 Nhiệt kế áp suất 65 5.2.3 Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu: .67 5.2.4 Nhiệt kế nhiệt ñiện trở 69 5.3 ðo nhiệt ñộ phương pháp gián tiếp 72 5.3.1 Hoả quang kế quang học 72 5.3.2 Hoả quang kế phát xạ 75 5.3.3 Hoả quang kế màu sắc 76 CHƯƠNG VI: ðO THÀNH PHẦN VÀ NỒNG ðỘ 79 6.1 Khái niệm chung 79 6.2 Phương pháp ñiện hóa .79 6.2.1 Nguyên lý chung 79 6.2.2 Phân loại .79 6.2.3 Phương pháp ñiện dẫn 79 6.2.4 Phương pháp ñiện 81 6.2.5 Phương pháp Culông 83 6.2.6 Phương pháp phân cực 84 6.3 Phương pháp ion hoá 85 6.3.1 Nguyên lý chung 85 6.3.2 Phân loại .86 6.3.3 Chân không kế 86 6.3.4 Phương pháp phân tích ion hoá nhiệt 87 6.3.5 Phương pháp phân tích khối phổ 87 6.4 Các phương pháp phổ 88 6.4.1 Nguyên lý .88 6.4.2 Phân loại .89 6.4.3 Thiết bị phân tích khí so màu .90 6.5 Phương pháp nhiệt từ ñiện dung 91 6.5.1 Nguyên lý .91 6.5.2 Ứng dụng 91 6.5.3 Thiết bị phân tích khí nhiệt ñiện trở .91 6.6 Phương pháp sắc ký 92 6.6.1 Nguyên lý .92 6.6.2 Phân loại .92 6.6.3 Thiết bị sắc kí khí 92 -4- CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT ðO LƯỜNG 1.1 MỞ ðẦU 1.2 ðỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI PHÉP ðO 1.2.1 ðịnh nghĩa 1.2.1.1 ðo lường Sự ñánh giá ñịnh lượng hay nhiều thông số ñối tượng nghiên cứu ñược thực cách ño ñại lượng vật lý ñặc trưng cho thông số ñó Vậy ño lường trình ñánh giá ñịnh lượng ñại lượng cần ño ñể có kết số so với ñơn vị ño Kết ño lường giá trị số ñại lượng cần ño (Ax), tỉ số ñại lượng cần ño (X) ñơn vị ño (X0) Vậy trình ño viết dạng: Ax = Từ ñó ta có: X X0 X = Ax X0 (1-1) Phương trình (1-1) gọi phương trình phép ño, rõ so sánh ñại lượng cần ño với mẫu cho kết số 1.2.1.2 ðo lường học Ngành khoa học chuyên nghiên cứu phương pháp ñể ño ñại lượng khác nhau, nghiên cứu mẫu ñơn vị ño ñược gọi ño lường học 1.2.1.3 Kỹ thuật ño lường Ngành kỹ thuật chuyên nghiên cứu áp dụng thành ño lường học vào phục vụ sản xuất ñời sống gọi kỹ thuật ño lường 1.2.2 Phân loại cách thực phép ño ðể thực phép ño người ta sử dụng nhiều cách khác nhau: a) ðo trực tiếp: Là cách ño mà kết nhận ñược trực tiếp từ phép ño Cách ño cho kết Thực tế ña số phép ño ñều sử dụng cách ño trực tiếp Ví dụ: ðo ñiện áp dùng vôn kế, mặt vôn kế ñã khắc ñộ sẵn vôn b) ðo gián tiếp: Là cách ño mà kết ñược suy từ phối hợp kết nhiều phép ño dùng cách ño trực tiếp -5c) ðo hợp bộ: Là cách ño gần giống ño gián tiếp số lượng phép ño theo cách ño trực tiếp nhiều kết ño nhận ñược thường phải thông qua giải phương trình (hay hệ phương trình) mà thông số ñã biết số liệu ño ñược Ví dụ: ðiện trở dây dẫn tính từ phương trình sau: r1 = r20 [1 + α (t - 20) + β (t - 20)2 ] Trong ñó hệ số α,β chưa biết ðể xác ñịnh chúng cần phải ño ñiện trở ba ñiểm nhiệt ñộ khác r20, rt1, rt2 Sau ñó thay vào ta có hệ phương trình: rt1 = r20 [1 + α (t1 - 20) + β(t1 - 20)2 ] rt2 = r20 [1 + α (t2 - 20) + β(t2 - 20)2 ] Giải ta ñược α,β d) ðo thống kê: ðể ñảm bảo ñộ xác phép ño nhiều phải sử dụng cách ño thống kê Tức ño nhiều lần sau ñó lấy giá trị trung bình Cách ño ñặc biệt hữu hiệu tín hiệu ño ngẫu nhiên cần kiểm tra ñộ xác dụng cụ ño 1.3 CÁC ðẠI LƯỢNG CẦN ðO TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC - Lưu lượng - ðo mức chất lỏng - Áp suất - Nhiệt ñộ - Tỷ trọng - ðộ nhớt … 1.4 CÁC ðẶC TRƯNG CỦA KỸ THUẬT ðO LƯỜNG Trong kỹ thuật ño lường có ñặc trưng sau ñây: - ðại lượng cần ño - ðiều kiện ño - ðơn vị ño - Phương pháp ño, thiết bị ño - Người quan sát thiết bị thu nhận kết ño - Kết ño -61.4.1 ðại lượng ño (tín hiệu ño) Theo tính chất thay ñổi ñại lượng ño Có thể chia thành: a) ðại lượng ño tiền ñịnh: Là ñại lượng ño ñã biết trước quy luật thay ñổi theo thời gian chúng, (hoặc nhiều) thông số chúng chưa biết cần phải ño Ví dụ: Cần phải ño ñộ lớn (biên ñộ) tín hiệu hình sin ðại lượng ño tiền ñịnh thường tín hiệu chiều hay xoay chiều hình sin hay xung vuông Các thông số cần ño thường biên ñộ, tần số, góc pha … b) ðại lượng ño ngẫu nhiên: Là ñại lượng ño mà thay ñổi theo thời gian không theo quy luật Nếu ta lấy giá trị tín hiệu ta ñều nhận ñược ñại lượng ngẫu nhiên Ta thấy thực tế ña số ñại lượng ño ñều ngẫu nhiên Vì ñại lượng ño ngẫu nhiên có tần số thay ñổi nhanh ño ñược phép ño thông thường Trong trường hợp ta phải sử dụng phương pháp ño ñặc biệt ñó ño lường thống kê Theo cách biến ñổi tín hiệu ño Có thể chia thành: a) Tín hiệu ño tương tự (analog): (Tín hiệu ño liên tục) biến ñổi thành tín hiệu ño khác tương tự Ứng với tín hiệu ño người ta chế tạo dụng cụ ño tương tự Ví dụ: Một ampe mét có kim tương ứng với cường ñộ dòng ñiện b) Tín hiệu ño số (digital): (Tín hiệu ño rời rạc) tức biến ñổi từ tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Ứng với tín hiệu ño người ta chế tạo dụng cụ ño số Theo chất ñại lượng ño: Có thể chia thành a) ðại lượng ño lượng: Tức ñại lượng ño mà thân mang lượng Ví dụ: Sức ñiện ñộng, ñiện áp, dòng ñiện, công suất, lượng, từ thông, cường ñộ từ trường … -7b) Các ñại lượng ño thông số: ðó thông số mạch ñiện ñiện trở, ñiện cảm, ñiện dung, hệ số từ trường c) Các ñại lượng ño phụ thuộc thời gian: Như chu kỳ, tần số góc, góc pha … d) Các ñại lượng ño không ñiện: ðể ño ñược phương pháp ñiện, thiết phải biến ñổi chúng thành ñiện nhờ chuyển ñổi ño lường sơ cấp Nhờ chuyển ñổi mà ta nhận ñược tín hiệu ñiện Y tỉ lệ với ñại lượng cần ño X tức Y = f(X) 1.4.2 ðiều kiện ño Các thông tin ño lường gắn chặt với môi trường sinh ñại lượng ño Khi tiến hành phép ño ta phải tính ñến ảnh hưởng môi trường ñến kết ño ngược khi sử dụng dụng cụ ño phải không ñược ảnh hưởng ñến ñối tượng ño Ví dụ: ðể ño cường ñộ dòng ñiện ta dùng ampe mét Dòng ñiện cần ño I= U Nhưng mắc ampe mét vào ñể ño ñiện trở ampe mét RA cho R nên dòng ñiện thực tế ño ñược là: U U − R + RA R R ∆ = (Iño - I)/Iño = = − A U R U R + RA A R Như muốn cho phép ño dòng ñiện ñược xác RA phải có giá trị nhỏ Ngoài ta phải ý ñến môi trường bên ảnh hưởng ñến kết phép ño Những yếu tố môi trường bên là: Nhiệt ñộ, ñộ ẩm không khí, từ trường bên ngoài, ñộ rung, ñộ lệch áp suất cao thấp so với áp suất trung bình, bụi bẩn … Những yếu tố phải ñiều kiện chuẩn ðiều kiện chuẩn ñiều kiện ñược quy ñịnh theo tiêu chuẩn quốc gia, khoảng biến ñộ yếu tố bên mà suốt khoảng ñó dụng cụ ño ñảm bảo ñộ xác quy ñịnh -8ðối với loại dụng cụ ño ñều có khoảng tiêu chuẩn ñược ghi ñặc tính kỹ thuật Trong thực tế ta thường phải tiến hành ño nhiều ñại lượng lúc lại phải truyền tín hiệu ño ñi xa, tự ñộng ghi lại gia công thông tin ñó Cho nên cần phải tính ñến ñiều kiện ño khác ñể chọn thiết bị ño tổ chức phép ño cho tốt 1.4.3 ðơn vị ño ðể sử dụng hệ thống ñơn vị người ta ñã thành lập hệ thống ñơn vị quốc tế (SI) (năm 1960) ñã ñược thông qua hội nghị quốc tế vê mẫu cân Trong hệ thống ñó ñơn vị ñược xác ñịnh sau: - ðơn vị chiều dài mét (m) - ðơn vị khối lượng kilogam (kg) - ðơn vị thời gian giây (s) - ðơn vị cường ñộ dòng ñiện ampe (A) - ðơn vị nhiệt ñộ ñộ Kelvin (0K) - ðơn vị cường ñộ sáng Candela (Cd) - ðơn vị số lượng vật chất mol (mol) Trên ñây bảy ñơn vị Ngoài có ñơn vị kéo theo 1.4.4 Thiết bị ño phương pháp ño 1.4.4.1 Thiết bị ño Là thiết bị kỹ thuật dùng ñể gia công tín hiệu mang thông tin ño thành dạng tiện lợi cho người quan sát Chúng có tính chất ño lường học, tức tính chất có ảnh hưởng ñến kết sai số phép ño Thiết bị ño lường gồm nhiều loại ñó là: Thiết bị mẫu, chuyển ñổi ño lường, dụng cụ ño lường, tổ hợp thiết bị ño lường hệ thống thông tin ño lường Mỗi loại thiết bị ñều có chức riêng 1.4.4.2 Phương pháp ño Các phép ño ñược thực phương pháp ño khác phụ thuộc vào phương pháp nhận thông tin ño nhiều yếu tố khác ñại lượng ño lớn hay nhỏ, ñiều kiện ño, sai số, yêu cầu Phương pháp ño có nhiều người ta ñã phân loại thành hai loại ñó phương pháp ño biến ñổi thẳng phương pháp ño so sánh -91 Phương pháp ño biến ñổi thẳng Là phương pháp ño có cấu trúc theo kiểu biến ñổi thẳng, khâu phản hồi X X Bð Nx A/D Xo Xo Nx/No SS No Trong ñó: ðại lượng cần ño X ñược ñưa qua biến ñổi (Bð) biến ñổi tương tự số (A/D) biến thành số Nx ðơn vị ñại lượng ño X0 ñược biến ñổi thành N0, sau ñó ñược so sánh ñại lượng cần ño với ñơn vị ño qua so sánh (SS) Quá trình ñược thực phép chia NX/N0 Kết qủa ño ñược thể biểu thức: X = (NX / N0.) Xo Phương pháp ño so sánh Là phương pháp ño có cấu trúc mạch vòng, nghĩa có khâu phản hồi ∆X X SS Nk Bð A/D CT Xk D/A Trong ñó: SS - Bộ so sánh Bð - Bộ biến ñổi A/D , D/A - Bộ biến ñổi số - tương tự CT - Chỉ thị kết Tín hiệu ño X ñược so sánh với tín hiệu Xk tỉ lệ với ñại lượng mẫu XO Qua so sánh ta có: X - Xk = ∆X -79- CHƯƠNG VI: ðO THÀNH PHẦN VÀ NỒNG ðỘ 6.1 KHÁI NIỆM CHUNG ðo thành phần nồng ñộ vật chất có ý nghĩa quan trọng, nhờ tiến hành xác trình nghiên cứu lĩnh vực: - Hoá học - Môi trường - Sinh học - Y tế ðối tượng nghiên cứu chất khí, chất lỏng vật rắn Nhiệm vụ ño nồng ñộ riêng chất nhóm môi trường nhiều thành phần với ñiều kiện khác như: nhiệt ñộ, áp suất, vận tốc … Dãi thay ñổi thành phần nồng ñộ rộng với ñiều kiện khác nên phương pháp dụng cụ ño khác Ở ñây xét phương pháp ñiện dùng ñể ño nồng ñộ thành phần 6.2 PHƯƠNG PHÁP ðIỆN HÓA 6.2.1 Nguyên lý chung Các dụng cụ ño nồng ñộ theo phương pháp ñiện hoá ñều dựa ứng dụng chuyển ñổi ñiện hoá 6.2.2 Phân loại: Phân thành : − Phương pháp ñiện dẫn − Phương pháp ñiện − Phương pháp Culông − Phương pháp phân cực 6.2.3 Phương pháp ñiện dẫn: Nguyên lý: ðây phương pháp ño ñiện dẫn dung dịch nhờ chuyển ñổi ñiện dẫn tiếp xúc không tiếp xúc Ứng dụng: -80Dùng ñể ño nồng ñộ muối dung dịch, nước ngưng ðo ñộ mặn nước biển Xác ñịnh nồng ñộ chất khí thay ñổi ñiện dẫn dung dịch ñưa vào chất khí cần phân tích Ví dụ: Xác ñịnh nồng ñộ CO2 khí, cách ñưa chất khí ñó vào dung dịch KOH, xảy phản ứng: 2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O Muối ñược tạo thành làm thay ñổi ñiện dẫn dung dịch ðo ñiện dẫn dung dịch xác ñịnh ñược nồng ñộ CO2 chất khí ñó Cấu tạo: (Hình 6.1) rx - chuyển ñổi ñiện dẫn rk - ñiện trở hiệu chỉnh sai số nhiệt ñộ rs - ñiện trở giảm sai số nhiệt ñộ Nguyên tắc: Chuyển ñổi ñiện dẫn rx ñược mắc vào mạch cầu tự ñộng dòng xoay chiều ðiện trở hiệu chỉnh sai số nhiệt ñộ rk ñược ñặt dung dịch ño rk ñược mắc song song với ñiện trở rs nhằm giảm sai số nhiệt ñộ Khi nồng ñộ thay ñổi làm ñiện trở rx thay ñổi ñiện áp mạch cầu tỷ lệ với rx, qua ñó suy nồng ñộ cần ño Ngoài mạch sử dụng dụng cị có mạch ño tần số ñó máy phát ñược nối với chuyển ñổi ñiện dẫn tiếp xúc không tiếp xúc ñể tạo thành mạch cộng hưởng (Hình 6.2) -81- Sự thay ñổi nồng ñộ dung dịch gây nên thay ñổi thông số mạch ñiện làm tần số thay ñổi, ño tần số mV xác ñịnh ñược nồng ñộ dung dịch 6.2.4 Phương pháp ñiện thế: Nguyên lý: ðây phưong pháp ño ñiện cực, dựa nguyên lý sử dụng chuyển ñổi Ganvanic Ứng dụng: - Sử dụng dụng cụ pH mét - Sử dụng thiết bị phân tích khí Thiết bị phân tích khí a Cấu tạo: (Hình 6.3) Anod Phụ tải Catod Bộ khuếch ñại Mạch cầu Dụng cụ tự ghi -82- b Nguyên tắc: Thiết bị dùng ño nồng ñộ thấp Oxi hỗn hợp khí Chuyển ñổi phần tử Ganvanic kiềm, có anod (1) làm chì nhúng dung dịch ñiện phân, catod (2) lưới bạc ghép giấy lọc Khi có chất khí cần phân tích ñi qua, Oxi khuếch tán theo bề mặt catod (2), chất ñiện phân xảy phản ứng ñiện hoá xuất sức ñiện ñộng có tỷ lệ với nồng ñộ Oxi hợp chất khí cần phân tích Sức ñiện ñộng ban ñầu ñược bù ñiện áp mạch cầu (3) mắc ngược với ñiện áp rơi phụ tải (4) chuyển ñổi c ðặc tính: - Hiệu ñiện áp ñược ñưa vào khuếch ñại (5) ñến dụng cụ tự ghi (6) - Giới hạn ño thiết bị từ 0,001% ñến 0,1% O2 theo khối lượng - Sai số bản: ± ( -10)% - Hằng số thời gian: 0,25 - phút, phụ thuộc tốc ñộ diễn trình ñiện cựa tùy thuộc cấu trúc chuyển ñổi Dụng cụ pH mét: a Ứng dụng: - ðo hoạt ñộ ion Hydro - Kiểm tra trình hoá học b Cấu tạo: (Hình 6.4) -83- S chuyển ñổi Ganvanic Kð Bộ khuếch ñại mA Miliampemet Ex Sức ñiện ñộng chuyển ñổi Uk ðiện áp bù R.ðiện trở bù sai số nhiệt ñộ c Nguyên tắc: Dụng cụ ñược xây dựng theo nguyên lý bù Ở ñầu vào mạch KD ñặt sức ñiện ñộng Ex, mạch phản hồi Kð có ñiện áp bù Uk, ñó: ∆U = Ex - Uk Khi hệ số khuếch ñại ñủ lớn thì: Ex ≅ Uk Nên : Ex ≅ Uk = I.R Mà Ex = f (pH) : Do vậy: I = 1/R.f(pH) Lúc thị mA giá trị ñộ pH cần ño d ðặc tính - Giới hạn ño ñộ pH từ -1 ñến +14 - Sai số dụng cụ: ± 0,05 ñơn vị pH 6.2.5 Phương pháp Culông: Nguyên lý: ðây phương pháp ño số lượng ñiện tích dòng ñiện khí ñiện phân chất cần nghiên cứu -842 Ứng dụng: - ðo nồng ñộ thành phần chất lỏng chất khí - ðo ñộ ẩm khí Cấu tạo: (Hình 6.5) Chuyển ñổi ống cách ñiện 2,3 ðiện cực xoắn Nguyên tắc Hai ñiện cực xoắn (2,3) ñược ñặt mặt chuyển ñổi (1) Các ñiện cực rãnh xoắn chúng ñược phủ màng mỏng P2O5 Màng có ñiện trở lớn dạng khô ñiện trở giảm hút ẩm Khí cần ño ñược ñưa qua ống (1) với tốc ñộ không ñổi, lúc ñó liên tục diễn hai trình: - Sự hút ẩm màng ñể tạo thành axit phốtphoric: P2O5 + H2O = 2HPO3 - Quá trình ñiện phân ñể tái sinh anhidritphốtphoric 2HPO3 H2 + 0,5O2 + P2O5 Dòng ñiện phân I tỷ lệ với ñộ ẩm tuyệt ñối khí ðặc tính: - Dải ño ñộ ẩm từ 10-4 ñến 1% khối lượng - Sai số ± ( -10)% 6.2.6 Phương pháp phân cực Nguyên lý -85Là phương pháp dựa tượng phân cực phương pháp ñiện hoá nhạy Ứng dụng Cho phép phân tích dung dịch gồm nhiều thành phần Nguyên tắc (Hình 6.6) Phân tích cách lấy ñặc tính vôn ampe I = f (U) Nếu dung dịch chứa ion khác ñồ thị phân cự ñường cong nhảy cấp Mỗi cấp ñặc trưng cho loại ion xác ñịnh ðiện áp tương ứng với ñoạn dòng tăng ñột ngột dùng ñể phân tích ñịnh tính, giá trị chúng tương ứng với ñiện ion tách ra, giá trị cho bảng chuyên dùng Dòng I1, I2, I3 phụ thuộc nồng ñộ ion tương ứng dung dịch giá trị chúng dùng ñể phân tích ñịnh lượng ðặc tính Ngưỡng nhạy cảm phân cực ký ñạt 10-7 - 10-9 mol/l Thường dùng ñiện cực giọt thuỷ ngân ñể phân tích cation, có ñiện phân cực vào khoảng từ - 3V Các ñiện cực rắn vàng, platin, niken dùng ñể phân tích anion muối nóng chảy Khắc ñộ phân cực ký theo dung dịch chuẩn 6.3 PHƯƠNG PHÁP ION HOÁ: 6.3.1 Nguyên lý chung: Là phương pháp dựa ion hoá chất cần phân tích dòng ñiện ion hoá ñể xác ñịnh nồng ñộ -866.3.2 Phân loại: Phổ biến ñược sử dụng: Chân không kế Khối phổ kế Thiết bị phân tích ion hoá nhiệt 6.3.3 Chân không kế Phân loại Trong chân không kế có ba loại chuyển ñổi chính: Chuyển ñổi tự phát xạ ñiện tử: ñó ion hoá chất khí xảy tác dụng ñiện áp cao Chuyển ñổi phát xạ nhiệt ñiện tử: ñó trình ion hoá catốt bị ñốt nóng làm ñiện tử bắn với gia tốc có lượng ñến 15eV, ñủ ñể ion hoá chất khí Chuyển ñổi phóng xạ ion: sử dụng nguồn xạ α β ñể ion hoá chất khí với chu kỳ bán phân huỷ lớn Cấu tạo: (Hình 6.7) ðây cấu tạo chân không kế catốt ñốt nóng Khi trị số ñiện áp anốt dòng ñiện không thay ñổi dòng ion hoá dụng cụ (1) tỷ lệ với nồng ñộ chất khí ñèn ðặc tính: Dải ño thiết bị khoảng 3.10 ñến 0,15 N/m2 ðộ nhạy chuyển ñổi 75 µA/N/m2 -87Nhược ñiểm dòng ion hoá phụ thuộc vào loại khí khác chịu ảnh hưởng từ trường 6.3.4 Phương pháp phân tích ion hoá nhiệt: Nguyên lý: Dựa ion hoá phân tử chất khí Hydro cháy Cấu tạo: (Hình 6.8) 1,2 ðiện cực Bộ khuếch ñại Dụng cụ tự ghi Nguyên tắc: Khí Hydro cháy không khí không tạo thành ion lửa Hydro có ñiện trở lớn (1012 - 1014 Ω) Khi ñưa vào với Hydro chất khí cần nghiên cứu, cháy phân nhiệt xảy tượng ion hoá phân tử hợp chất ñó ñiện trở ñiện cực ( 2) chuyển ñổi bị giảm dòng ñiện tăng lên ðiện áp rơi ñiện trở R qua khuếch ñại (3) ñến dụng cụ ghi (4) ðặc tính: Cho phép xác ñịnh nồng ñộ thấp hợp chất hữu Tốc ñộ ñưa vào chuyển ñổi: 10-12 - 10-14 g/s 6.3.5 Phương pháp phân tích khối phổ: Ứng dụng: Dùng ñể phân tích hợp chất có nhiều thành phần Cấu tạo: (Hình 6.9) -88- Nguồn ion hoá Bộ thu dòng ion ðiện cực catốt Hệ thống tập trung Bình chân không Bộ khuếch ñại Nam châm ñiện tử Thiết bị ghi Nguyên tắc: Khí phân tích ñược ñưa vào nguồn ion hoá (1) gắn bình chân không (3) Dưới tác dụng ñiện cực catốt (2) phân tử khí ñược ion hoá nhờ hệ thống tập trung (6) phân tử ion hoá hướng vào từ trường ñồng nam châm ñiện từ (4) Bằng cách thay ñổi từ cảm B ñiện áp tăng tốc U, chùm ion tương ứng với thành phần ño hợp chất ñược ñưa vào thu dòng ion 95), ñược khuếch ñại (7) ñưa vào thiết bị ghi (8) ðặc tính: Ngưỡng nhạy cảm thiết bị ñạt 0,1 - 0,0001% thể tích Hàm lượng nhỏ thành phần phân tích chất rắn 10-13 Hg 6.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ 6.4.1 Nguyên lý: Phương pháp phổ phương pháp dựa khả hấp thụ, xạ, tán xạ, phản xạ khúc xạ có chọn lọc chất khác với loại xạ khác -89Phương pháp sử dụng phổ rộng có chiều dài sóng từ dải âm 103 Hz ñến ñộ dài sóng tia xạ, Rơnghen, Gama (1018+) 6.4.2 Phân loại: Tuỳ thuộc vào dải sóng, phân thành: Phương pháp ñiện thanh: Dựa phụ thuộc tốc ñộ âm vào thành phần nồng ñộ chất môi trường nghiên cứu dùng ñể phân tích hợp chất khí nhị phân Ví dụ: - Xác ñịnh nồng ñộ Oxi hợp chất Nitơ - ðo ñộ ẩm … Phương pháp siêu âm: Dựa khác tốc ñộ lan tuyền dao ñộng siêu âm môi trường lỏng khí khác Ví dụ: dùng phân tích hợp chất hữu khí có chứa Hydro, tốc ñộ lan truyền sóng siêu âm Hydro lớn gấp lớn không khí Phương pháp phổ kế vô tuyến: Là phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân, cộng hưởng thuận từ ñiện tử quang phổ sóng cực ngắn Ứng dụng: ðo nồng ñộ nước mềm (H2O) nước cứng (D2O) Phân tích hợp chất nhiều thành phần với sai số ± 1% Phân tích chất khí Phương pháp ñiện quang: Dựa hấp thụ có chọn lọc tia xạ tán xạ ánh sáng thành phần chất cần phân tích dải sóng siêu âm hồng ngoại Phổ biến có hai phương pháp sau: a Phương pháp phổ hồng ngoại: (Phương pháp quang âm) Là phương pháp dựa hấp thụ chọn lọc xạ hồng ngoại tần số thấp chất khí khác b Phương pháp so màu Là phương pháp ñó nồng ñộ ñược xác ñịnh theo mức ñộ nhuộm chất cần phân tích -905 Phương pháp phóng xạ: Là phương pháp dựa khác mức ñộ hấp thụ phản xạ tia xạ Rơnghen tai phóng xạ thành phần cần phân tích Ứng dụng: Xác ñịnh nồng ñộ nguyên tố nặng dung dicj ðo ñộ ẩm ñất, than bùn vật liệu xây dựng 6.4.3 Thiết bị phân tích khí so màu: Cấu tạo: (Hình 6.10) Băng thị ðèn chiếu φ1 - φ2 - Phần tử ñiện quang Nguyên tắc Bằng cách ño mức ñộ nhuộm băng thị (1) phụ thuộc nồng ñộ chất khí cần ño Trong dụng cụ người ta sử dụng phương pháp so sánh dòng ánh sáng ñèn (2) phản chiếu từ băng thị với dòng ánh sáng trực tiếp từ ñèn (2) qua hai phần tử quang ñiện φ1, φ2 tự ñộng cân Ứng dụng Dùng ñể ño nồng ñộ thấp khí: Cl2, SO2, NH3, H2S, NO ðặc tính Ngưỡng nhạy cảm thiết bị 10-5 % khối lượng -91Sai số ± 10% Khoảng thời gian phân tích 2,5 ; 5; 10 phút 6.5 PHƯƠNG PHÁP NHIỆT TỪ VÀ ðIỆN DUNG 6.5.1 Nguyên lý - Là phương pháp ño tính chất nhiệt ñược xác ñịnh thay ñổi nhiệt ñộ với thay ñổi tính chất lý hoá khác chất - Sự thay ñổi nồng ñộ thành phần hợp chất khí làm thay ñổi ñộ truyền nhiệt nhiệt ñộ nhiệt ñiện trở, ñó ñiện trở thay ñổi 6.5.2 Ứng dụng - ðể ño nồng ñộ H2, He, CO2, SO2, Cl2 - Dùng ño ñộ chân không 6.5.3 Thiết bị phân tích khí nhiệt ñiện trở Cấu tạo (Hình 6.11) Nguyên tắc Hai nhiệt ñiện trở R1, R3 ñặt hộp có hợp chất khí phân tích ñi qua Hai nhánh lại cầu hai nhiệt ñiện trở R2, R ñặt hộp kính chứa hợp chất khí có nồng ñộ ñã biết trước, tương ứng với giá trị ñầu thang ño ðặc tính Sai số thiết bị ± ( - 5)% Quán tính ño - phút -926.6 PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ 6.6.1 Nguyên lý - Phương pháp thực cách chia hợp chất thành thành phần riêng rẽ nhờ tượng hút - Dùng ñể phân tích hợp chất phức tạp 6.6.2 Phân loại: Các phương pháp sắc ký phân tích khí thường gặp: Phương pháp hấp thụ khí - Dùng ñể phân tích hợp chất chứa khí có nhiệt ñộ sôi thấp (như: H2, CO, CH4 ) - Chất hút ñá xốp cứng Phương pháp khí lỏng - Dùng ñể phân tích hợp chất phức tạp gồm thành phần gần với nhiệt ñộ sôi - Chất hút chất lỏng không bay ñược bôi chất xốp cứng Phương pháp sắc nhiệt ký: - Là phương pháp thực với nhiệt ñộ khác cột sắc ký - ðộ nhạy ñộ chọn lọc cao Phương pháp mao dẫn: - Là phương pháp tách hợp chất cột mao dẫn, bên thành cột ñược thấm ướt chất lỏng không bay - Dùng ñể phân tích nhanh thành phần nhỏ khí 6.6.3 Thiết bị sắc kí khí Cấu tạo: (Hình 6.12) 1- Cột sắc khí 3- Dụng cụ tự ghi 2- Chuyển ñổi 4- Sắc phổ -932 Nguyên tắc: Hợp chất khí phân tích ñược chuyển dịch nhờ " Khí mang" dạng khí qua cột sắc kí (1) chứa ñầy chất hút tập trung không di chuyển Do làm chậm có lựa chọn ñược thực chất hút, thành phần bị hút (B, D) ñi qua trước, chất hòa tan tốt (C, A) bị giữ lại sau, ñó có phân chia hợp chất thành nhiều thành phần khác Những thành phần theo trình tự ñược dẫn ñi khí mang ñến chuyển ñổi (2) Các chuyển ñổi chuyển ñổi nhiệt ñiện, ion hoá, phóng xạ Tín hiệu ñầu chuyển ñổi ñược ghi dụng cụ tự ghi (3) ðường cong sắc phổ (4) gồm ñỉnh (Pic) riêng rẽ, pic tương ứng với thành phần ñịnh Nồng ñộ chất ñược xác ñịnh theo tỉ số diện tích khoảng nhọn với diện tích tất sắc phổ Hiện dùng biến ñổi tương tự số ñể nhận xét kết ño dạng số ******************* [...]... PHẦN TỬ CHỨC NĂNG CỦA THIẾT BỊ ðO 1.6.1 Mạch ño lường và dụng cụ thứ cấp 1 Mạch ño lường: Là thiết bị kỹ thuật làm nhiệm vụ biến ñổi, gia công thông tin tính toán, phối hợp các tin tức với nhau trong một hệ vật lý thống nhất Ta có thể coi mạch ño lường như là một khâu tính toán, thực hiện các phép tính ñại số trên sơ ñồ mạch nhờ vào kỹ thuật ñiện tử theo yêu cầu kỹ thuật của thiết bị ño Phân loại mạch... biến thông minh, khắc ñộ bằng máy tính, nhớ và gia công sơ bộ số liệu ño 2 Dụng cụ thứ cấp hay các thiết bị ngoại vi và các thiết bị ghép nối: là các bộ phận ghép nối với thiết bị ño như bàn phím, màn hình, máy in, hệ thu thập số liệu, kênh liên lạc nhằm mục ñích tăng ñộ nhạy, ñộ chính xác, thuận tiện cho việc nhập số liệu, kiểm tra số liệu, ñọc kết quả Thiết bị ño càng hiện ñại, càng chính xác thì... trong các thiết bị ño dùng phương pháp so sánh - Mạch tạo hàm: Là mạch tạo ra những hàm số theo yêu cầu của phép ño nhằm mục ñích tuyến tính hóa các ñặc tính của tín hiệu ño ở ñầu ra các bộ phận cảm biến - Mạch biến ñổi A/D ; D/A: Là loại mạch biến ñổi từ tín hiệu ño tương tự thành số và ngược lịa, sử dụng cho kỹ thuật ño số và chế toạ các mạch ghép nối với máy tính -16- Mạch ño sử dụng kỹ thuật vi... chuyển ñổi ño lường thứ cấp 1.6.2.1 Các ñịnh nghĩa * Chuyển ñổi ño lường: Là thiết bị thực hiện một quan hệ hàm ñơn vị giữa hai ñại lượng vật lý với một ñộ chính xác nhất ñịnh Như thế chuyển ñổi ño lường làm nhiệm vụ biến ñổi từ ñại lượng vật lý này sang ñại lượng vật lý khác Mối quan hệ hàm có thể là tuyến tính hay phi tuyến * Chuyển ñổi ño lường sơ cấp: Là các chuyển ñổi ño lường mà ñại lượng vào là ñại... dụ: Trong thiết bị bơm chlore, bơm nước, ñầu ñốt hút nhiên liệu D Tuyères - Venturi: (Hình 2.8) -27- Tương tự như cấu tạo của ống Venturi nhưng phần ống phân kỳ ñược thay thế bởi một ống tuyère, ñiều này giúp thiết bị bớt cồng kềnh hơn, tổn thất áp suất nhỏ hơn so với ống Venturi cổ ñiển Thiết bị thích hợp với các lưu chất có hàm lượng huyền phù cao E Ống Gentile (Hình 2.9) -28Loại thiết bị này ñược... thuộc vào ñường kính ống dẫn (D) và nhỏ hơn 0,05D Hình vẽ 2.3 phát hoạ sơ bộ thiết bị (thường ñược dùng nhất) Chiều dày e của phần hoạt ñộng của lỗ màng bằng khoảng Ep/3 Ở phía dưới lỗ màng ñược vát mép 1 góc 300 ñến 450 Bề mặt màng phải nhẵn, ñộ nhám phải tuân theo tiêu chuẩn Nếu màng dùng ñể ño lưu lượng theo 2 chiều thì 2 bên lỗ phải nhẵn và không ñược vát mép Lớp màng ñược lồng vào giữa 2 mặt bích và. .. thân hình nón ñược tách rời nhau bởi 1 kênh hay một vết cắt hình vành khuyên (gap) Thiết bị này không dùng trong trường hợp lưu chất chứa hàm lượng lứon huyền phù Ống Dall ñược chế tạo bằng thép ñặc biệt hoặc bằng nhựa ñược gia cố sợi thủy tinh Kích thước của nó nhỏ hơn 4 lần so với ñường kính ống dẫn và ñược lồng vào bên trong ống dẫn Thiết bị có thể ñược dùng cho các ñường ống có ñường kính 100 - 1200... thực hiện các phép tính trên sơ ñồ mạch Tuỳ thuộc vào dụng cụ ño biến ñổi thẳng hay dụng cụ ño so sánh mà mạch ño có các cấu trúc khác nhau Mạch ño thường sử dụng kỹ thuật vi ñiện tử và vi xử lý ñể nâng cao các ñặc tính kỹ thuật của dụng cụ ño 1.5.3.3 Cơ cấu chỉ thị Cơ cấu chỉ thị là khâu cuối cùng của dụng cụ ño, nó làm nhiệm vụ thể hiện kết quả ño lường dưới dạng con số so với ñơn vị sau khi qua mạch... Venturi ñược xác ñịnh bằng cách giải ñồng thời phương trình Bernoulli và phương trình lưu lượng Lập phương trình Bernoulli cho 2 mặt cắt f1 và f2 tại 2 vị trí A1 và A2 cạnh nhau ω2 p1 ω12 p + = 2 + 2 ρg 2 g ρg 2 g Hay: Ở ñây h= ω 2 − ω12 p1 − p2 , [m] = 2 ρg 2g (2) (3) p1 p và 2 : Thế năng riêng tĩnh học mặt cắt f1 và f2 ρg ρg ω12 2g và ω22 2g : Thế năng riêng vận tốc tại 2 mặt cắt trên, [m] ρ: Khối...-101.4.5 Người quan sát ðó là người ño và gia công kết quả ño Nhiệm vụ của người quan sát khi ño là phải nắm ñược phương pháp ño, am hiểu về thiết bị ño mà mình sử dụng, kiểm tra ñiều kiện ño, phán ñoán về khoảng ño ñể chọn thiết bị cho phù hợp, chọn dụng cụ ño phù hợp với sai số yêu cầu và phù hợp với ñiều kiện môi trường xung quanh Biết ñiều khiển quá trình ño ... sai số phép ño Thiết bị ño lường gồm nhiều loại ñó là: Thiết bị mẫu, chuyển ñổi ño lường, dụng cụ ño lường, tổ hợp thiết bị ño lường hệ thống thông tin ño lường Mỗi loại thiết bị ñều có chức... ðẶC TRƯNG CỦA KỸ THUẬT ðO LƯỜNG Trong kỹ thuật ño lường có ñặc trưng sau ñây: - ðại lượng cần ño - ðiều kiện ño - ðơn vị ño - Phương pháp ño, thiết bị ño - Người quan sát thiết bị thu nhận kết... theo 1.4.4 Thiết bị ño phương pháp ño 1.4.4.1 Thiết bị ño Là thiết bị kỹ thuật dùng ñể gia công tín hiệu mang thông tin ño thành dạng tiện lợi cho người quan sát Chúng có tính chất ño lường học,