물질의 구성 및 특성을 결정하기 위한 센서 및 측정 장치

제어 장치 및 자동화 장비 분류의 주요 특징은 정보 흐름 측면에서 자동 규제 및 제어 시스템에서의 역할입니다.

일반적으로 자동화의 기술적 수단의 작업은 다음과 같습니다.

• 기본 정보 획득

• 그녀의 변신;

• 그것의 전송;

• 수신된 정보를 프로그램과 처리 및 비교;

• 명령(제어) 정보의 형성;

• 명령(제어) 정보 전송;

• 명령 정보를 사용하여 프로세스를 제어합니다.

물질의 특성 및 구성에 대한 센서 자동 제어 시스템에서 주도적인 역할을 하며, 주요 정보를 얻고 전체 자동 제어 시스템의 품질을 크게 결정합니다.

몇 가지 기본 개념을 설정해 보겠습니다.매체의 측정, 속성, 구성이란 무엇입니까? 환경의 특성은 측정할 수 있는 하나 이상의 물리적 또는 물리화학적 양의 수치에 의해 결정됩니다.

측정은 시험 매체의 특성을 특징 짓는 특정 물리 또는 물리 화학적 양과 그에 상응하는 기준 매체의 양의 정량적 비율을 실험을 통해 밝히는 과정입니다. 실험은 고정된 조건에서 물질적 수단의 도움으로 생성된 테스트 환경에 대한 능동적 영향의 객관적인 프로세스로 이해됩니다.

환경의 구성, 즉 구성 요소의 질적 및 양적 함량, 측정 대상인 환경의 물리적 또는 물리화학적 특성과 특성을 나타내는 양에 대한 알려진 의존성으로부터 결정될 수 있습니다.

일반적으로 매체의 속성과 구성은 간접적으로 결정됩니다. 환경의 특성을 특징짓는 다양한 물리적 또는 물리화학적 양을 측정하고 한편으로는 이러한 양과 다른 한편으로는 환경의 조성 사이의 수학적 관계를 알면 우리는 그 조성을 더 크거나 더 크게 추정할 수 있습니다. 정확도가 낮습니다.

다시 말해, 측정 장치를 선택하거나 구축하기 위해, 예를 들어 다성분 매질의 완전한 구성을 결정하기 위해서는 먼저 이 매질의 특성을 특징짓는 물리적 또는 물리화학적 양이 무엇인지를 확립해야 합니다. 둘째, 모양 종속성을 찾기 위해

ki = f(C1, C2, … cm),

여기서 ki - 각 환경 구성 요소의 농도, C1, C2, ... Cm - 환경 특성을 특징짓는 물리적 또는 물리화학적 양.

따라서 매체의 구성을 제어하는 ​​데 사용되는 장치는 특정 구성 요소 또는 매체의 특성의 농도 단위로 일부 제한 내에서 명확한 관계가 있는 경우 보정될 수 있습니다.

물리적 및 물리화학적 특성과 물질의 구성을 자동으로 제어하기 위한 NSDevice는 환경의 특성이나 정성적 또는 정량적 구성을 명확하게 결정하는 별도의 물리적 또는 물리화학적 양을 측정하는 장치입니다.

그러나 경험에 따르면 충분히 연구된 기술 프로세스의 자동 조절 또는 제어를 구현하기 위해 중간 및 최종 제품의 구성과 일부 구성 요소의 농도에 대한 완전한 정보가 필요하지 않습니다. 이러한 정보는 일반적으로 프로세스를 생성, 학습 및 마스터할 때 필요합니다.

최적의 기술 규정이 개발되면 프로세스 과정과 제품의 특성 및 구성을 특징 짓는 측정 가능한 물리 및 물리 화학적 양 사이의 명확한 관계가 확립되면 프로세스를 수행할 수 있습니다. 장치 스케일 교정 예를 들어 온도, 전류, 정전 용량 등의 단위로 측정하는 양으로 직접 측정하거나 색상, 탁도, 전기 전도도, 점도, 유전 상수와 같은 매체의 특정 속성 단위로 직접 측정합니다. 등 n.

환경의 특성과 구성을 결정하는 물리적 및 물리화학적 양을 측정하는 주요 방법은 아래에서 설명합니다.

역사적으로 확립된 기존 제품 명명법에는 다음과 같은 주요 장치 그룹이 포함됩니다.

• 가스 분석기,

• 액체 농축기,

• 밀도계,

• 점도계,

• 습도계,

• 질량분석기,

• 크로마토그래프,

• pH 측정기,

• 솔리노미터,

• 설탕 미터 등

이러한 그룹은 차례로 측정 방법 또는 분석된 물질에 따라 세분됩니다. 이러한 분류의 극단적인 관행과 구조적으로 동일한 장치를 다른 그룹에 할당할 수 있는 가능성으로 인해 장치를 연구, 선택 및 비교하기가 어렵습니다.

직접 측정 장치에는 직접 테스트한 물질의 물리적 또는 물리화학적 특성 및 구성을 결정하는 장치가 포함됩니다. 대조적으로, 결합된 장치에서 테스트 물질의 샘플은 화학적 구성 또는 응집 상태를 크게 변경하는 영향에 노출됩니다.

두 경우 모두 온도, 압력 및 일부 기타 매개변수 측면에서 샘플의 예비 준비가 가능합니다. 이 두 가지 주요 장치 클래스 외에도 직접 측정과 결합 측정을 모두 수행할 수 있는 장치도 있습니다.

직접 측정 기기

직접 측정 장치에서 매질의 물리 및 물리화학적 특성은 기계적, 열역학적, 전기화학적, 전기적 및 자기적, 마지막으로 파동의 양을 측정하여 결정됩니다.

기계적 가치에 우선 유체의 밀도와 비중은 플로트, 중력, 정수압 및 동적 측정 방법을 기반으로 한 장비를 사용하여 결정됩니다.여기에는 다양한 점도계(모세관식, 회전식, 낙하 공 방법 등을 기반으로 함)로 측정되는 매체의 점도 결정도 포함됩니다.

열역학적 양에서 열화학 장치로 측정한 반응의 열 효과, 열전도 장치로 측정한 열전도 계수, 석유 제품의 발화 온도, 증기압 등 응용 프로그램을 찾았습니다.

액체 혼합물과 일부 결과 가스의 구성 및 특성을 측정하기 위한 광범위한 개발 전기 화학 장치… 그들은 무엇보다도 포함합니다 전도도계 및 전위차계변화를 통해 염, 산 및 염기의 농도를 결정하도록 설계된 장치 전기 전도성 결정. 이들은 소위 전도도 농축기 또는 접촉 및 비접촉 전도도계.

매우 광범위하게 분포되어 있음 pH 측정기 - 전극의 전위에 의해 매질의 산도를 결정하는 장치.

분극으로 인한 전극 전위 이동이 결정됩니다. 갈바닉 및 탈분극 가스 분석기, 전극의 탈분극을 유발하는 산소 및 기타 가스의 함량을 제어하는 ​​역할을합니다.

유망주 중 하나입니다 폴라로그래픽 측정법, 전극에서 다양한 이온의 방출 전위와 제한 전류 밀도를 동시에 결정하는 것으로 구성됩니다.

가스의 수분 농도 측정은 다음을 통해 이루어집니다. 전량법, 정의된 위치 물의 전기분해 속도습기에 민감한 필름을 통해 가스에서 흡착됩니다.

기반 장치 전기량 및 자기량 측정용.

가스 이온화 전기 전도도를 동시에 측정하여 저농도를 측정하는 데 사용됩니다. 이온화는 열적이거나 다양한 방사선, 특히 방사성 동위원소의 영향을 받을 수 있습니다.

열 이온화는 널리 사용됩니다 크로마토그래프의 불꽃 이온화 검출기… 알파선과 베타선에 의한 가스의 이온화는 널리 사용됩니다. 크로마토그래피 검출기에서 (소위 "아르곤" 검출기) 뿐만 아니라 알파 및 베타 이온화 가스 분석기다른 가스의 이온화 단면적의 차이를 기반으로 합니다.

이러한 기기의 테스트 가스는 알파 또는 베타 이온화 챔버를 통과합니다. 이 경우 구성 요소의 함량을 나타내는 챔버의 이온화 전류가 측정됩니다. 매체의 유전 상수 결정은 다양한 유형을 통해 수분 및 기타 물질의 함량을 측정하는 데 사용됩니다. 용량성 수분계 및 유전체계.

유전 상수 가스 흐름에 의해 세척된 흡착제 필름이 사용되어 그 안의 수증기 농도를 나타냅니다. 딜로메트릭 습도계.

특정 자기 민감도는 다음을 통해 주로 산소와 같은 상자성 가스의 농도를 측정할 수 있게 합니다. 열자기, 자기 유출 및 자기 역학 가스 분석기.

마지막으로, 물질의 주요 특성인 질량과 함께 입자의 비전하는 다음과 같이 결정됩니다. 비행 시간형 질량 분석기, 고주파 및 자기 질량 분석기.

파동량 측정 - 다양한 유형의 방사선과 테스트 환경의 상호 작용 효과를 기반으로 하는 계측기 제작에서 가장 유망한 방향 중 하나. 따라서 환경으로부터의 흡수 강도 초음파 진동 매체의 점도와 밀도를 추정할 수 있습니다.

매체에서 초음파의 전파 속도를 측정하면 개별 구성 요소의 농도 또는 라텍스 및 기타 고분자 물질의 중합 정도에 대한 아이디어를 얻을 수 있습니다. 무선 주파수에서 X선 ​​및 감마선에 이르기까지 거의 모든 범위의 전자기 진동이 물질의 특성 및 구성에 대한 센서에 사용됩니다.

여기에는 전자기 및 핵 자기 공명을 기반으로 단파장, 센티미터 및 밀리미터 범위의 전자기 진동에서 에너지 흡수 강도를 측정하는 가장 민감한 분석 장비가 포함됩니다.

가장 널리 사용되는 장치는 환경과 빛 에너지의 상호 작용을 이용하는 장치입니다. 스펙트럼의 적외선, 가시광선 및 자외선 부분에서… 빛의 적분 방출 및 흡수와 물질의 방출 및 흡수 스펙트럼의 특성선 및 밴드의 강도를 모두 측정합니다.

다 원자 가스 및 증기의 농도 측정에 적합한 스펙트럼의 적외선 영역에서 작동하는 광학 음향 효과에 기반한 장치가 사용됩니다.

매질에서 빛의 굴절률 액체 및 기체 매체의 구성을 결정하는 데 사용됩니다. 굴절계 및 간섭계.

광학 활성 물질의 용액에 의한 빛의 편광면의 회전 강도 측정은 다음을 통해 농도를 결정하는 데 사용됩니다. 편광계.

X선과 방사성 방사선과 매질의 상호 작용에 대한 다양한 응용을 기반으로 다양한 매질의 밀도와 조성을 측정하는 방법이 널리 개발되었습니다.

결합된 장치

많은 경우 환경의 물리 및 물리화학적 특성을 직접 결정하고 측정에 앞서 다양한 보조 작업을 조합하면 측정 가능성을 크게 확장하고 간단한 방법의 선택성, 감도 및 정확도를 높일 수 있습니다. 이러한 장치를 결합이라고 합니다.

보조 작업에는 주로 다음이 포함됩니다. 액체에서 기체의 흡수, 증기 응축 및 액체 증발다음과 같은 가스 분석에서 액체 농도를 측정하는 방법을 사용할 수 있습니다. 전도도 측정법, 전위차 측정법, 광색채 측정법 등그리고 그 반대의 경우, 사용된 액체의 농도를 측정하기 위해 가스 분석 방법: 열 전도도 측정, 질량 분석 등

가장 일반적인 흡수 방법 중 하나는 색층 분석기, 이는 테스트 매질의 물리적 특성을 결정하기 전에 크로마토그래피를 통해 구성 성분으로 분리하는 과정이 선행되는 복합 측정 방법입니다. 이는 측정 프로세스를 단순화하고 직접 측정 방법의 한계를 극적으로 확장합니다.

복잡한 유기 혼합물의 전체 구성을 측정하는 능력과 장치의 높은 감도로 인해 최근 몇 년 동안 분석 기기에서 이 방향이 빠르게 발전했습니다.

업계에서 실용적인 응용 프로그램이 발견되었습니다. 가스 크로마토그래프테스트 혼합물을 분리하도록 설계된 크로마토그래피 컬럼과 혼합물에서 분리된 성분의 농도를 측정하는 데 사용되는 검출기의 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 분리 컬럼의 열 체계와 검출기 작동 원리 측면에서 가스 크로마토그래프용 설계는 매우 다양합니다.

등온 모드 크로마토그래프에서 컬럼 온도 조절기의 온도는 분석 주기 동안 일정하게 유지됩니다. 온도 프로그래밍이 있는 크로마토그래프에서 후자는 사전 결정된 프로그램에 따라 시간이 지남에 따라 변경됩니다. 열역학 모드 크로마토그래프에서 분석 주기 동안 컬럼의 다른 부분의 온도는 길이에 따라 변경됩니다.

원칙적으로 크로마토그래피 검출기를 사용할 수 있습니다. 주어진 물질의 물리 및 물리화학적 특성을 결정하기 위한 모든 장치. 이미 분리된 혼합물 성분의 농도를 측정해야 하기 때문에 다른 분석 기기보다 디자인이 훨씬 간단합니다.

현재 널리 사용됨 가스 밀도, 열전도율 측정에 기반한 감지기 (소위 "카타로미터"), 제품 연소의 열 효과("열화학"), 테스트 혼합물이 들어가는 화염의 전기 전도도("화염 이온화"), 방사성 방사선에 의해 이온화된 가스("이온화-아르곤") 및 기타.

매우 보편적인 크로마토그래피 방법은 끓는점이 최대 400 - 500 ° C인 복잡한 탄화수소 혼합물의 불순물 농도를 측정할 때 가장 큰 효과를 제공합니다.

매체를 간단한 방법으로 측정할 수 있는 매개변수로 가져오는 화학 공정은 거의 모든 직접 측정 방법과 함께 사용할 수 있습니다. 액체에 의한 가스 혼합물의 개별 성분의 선택적인 흡수는 흡수 전후의 혼합물의 부피를 측정함으로써 테스트 물질의 농도를 측정할 수 있게 합니다. 체적-마노메트릭 가스 분석기의 작동은 이 원리를 기반으로 합니다.

다른 색상 반응, 발광 물질과의 상호 작용 효과 측정에 선행합니다.

여기에는 소위 대규모 그룹이 포함됩니다. 스트립 광색계, 가스 성분의 농도 측정은 테스트 물질과 발색 반응을 일으키는 물질이 미리 적용된 스트립의 어두워지는 정도를 측정함으로써 수행됩니다. 이 방법은 미량 농도, 특히 산업 시설 공기 중의 유독 가스의 위험한 농도를 측정하는 데 널리 사용됩니다.

색상 반응도 사용됩니다. 액체 광색도계 감도를 높이고 액체의 무색 성분 농도를 측정하는 등

유망하다 액체의 발광 강도 측정화학 반응에 의해 발생합니다. 가장 일반적인 분석 화학 방법 중 하나는 다음과 같습니다. 적정... 적정 방법은 외부 화학적 또는 물리적 요인에 노출되는 액체 매질에 내재된 물리 및 물리 화학적 양을 측정하는 것입니다.

양적 변화가 질적 변화로 전환되는 순간(적정의 끝점) 측정된 구성 요소의 농도에 해당하는 물질 또는 전기의 소비량이 기록됩니다. 기본적으로는 순환 방식이지만 연속 방식까지 다양한 버전이 있습니다. 적정 종료점의 지표로 가장 널리 사용되는 것은 다음과 같습니다. 전위차(pH-metric) 및 광색채 센서.

물질의 구성 및 특성에 대한 Arutyunov OS 센서