Измерение качественных характеристик вещества

Измерение таких характеристик, как плотность, вязкость, состав, уровень рН необходимо для управления по прямым показателям качества.

Для измерения состава смеси используются различные методы: химические, физические, химикофизические. Рассмотрим наиболее часто используемые методы измерения качественных характеристик.

Потенциометрический метод анализа (рН-метры).

Принцип действия основан на зависимости между э.д.с., развиваемой датчиком и концентрацией водородных ионов в анализируемой жидкости.

Концентрацию водородных ионов, характеризующую кислотность и щелочность раствора, принято измерять в единицах водородного показателя рН:

- при рН =7 Þ раствор нейтрален;

- при рН > 7 Þ щелочная среда;

- при рН < 7 Þ кислотная среда.

,

где а_Н+ - концентрация ионов водорода.

1 – измерительный электрод;

2 – сравнительный электрод.

Датчик рН-метра состоит из двух электродов. Измерительный электрод – это стеклянная трубка, к нижней части которой приварен шарик из специального стекла, содержащего металл (Li, Na).

Ионы водорода из раствора проникают в стекло шарика, а ионы металла переходят из стекла в раствор. На поверхности шарика возникает потенциал, величина которого зависит от концентрации водородных ионов в растворе: U = E_ИЗМ + Е_СР.

Сравнительный электрод в отличии от измерительного не меняет свой потенциал относительно раствора. Поэтому э.д.с. датчика зависит только от потенциала измерительного электрода.

Поскольку сопротивление электродной системы имеет очень высокое значение (десятки МОм), то для измерения выходного сигнала датчика используется специальный преобразователь с высокоомным выходом. Выходной сигнал такого преобразователя – это унифицированный токовый сигнал.

Плотномеры

По плотности можно судить о концентрации, составе, однородности среды. При измерении плотности необходимо обеспечить стабильность температуры.

Весовой плотномер

Принцип действия основан на непрерывном взвешивании постоянного объема жидкости. Жидкость протекает по петлеобразному участку трубы, который соединяется с основным трубопроводом гибкими соединителями (сильфонами).

1 – петлеобразный участок трубы;

2 – сильфоный;

3 – основной трубопровод;

4 – вторичный преобразователь.

Вес трубы F с жидкостью пропорционален плотности, протекающей в петле жидкости. Измерение веса петли производится преобразователем, к рычагу которого подвешена труба.

Буйковый плотномер

По принципу действия аналогичен действию буйкового уровнемера. Но в отличие от уровнемера буек должен быть полностью погружен в измеряемую среду и поэтому ее объем, выталкиваемый буйком постоянен.

Сила F в соответствие с законом Архимеда будет изменяться только в зависимости от плотности среды.

Измерение вязкости

Вязкость – свойство жидкости, характеризующее сопротивлению сдвигу или скольжению при перемещении смежных слоев потока относительно друг друга.

, где F – тангенсальная сила; dV/dt – градиент скорости; m - коэффициент динамической вязкости; S – площадь сдвига; V – скорость течения движущегося слоя; t – толщина движущегося слоя.

Жидкость, не имеющая предела текучести, т.е. вязкость которых не зависит от сдвигающих напряжений (dV/dt =0), называются ньютоновскими жидкостями. Это, например, вода, расплавленное стекло и другие высокотемпературные материалы.

Кинетическая вязкость: м²/с.

Одним из самых простых методов измерения вязкости является вибрационныевискозиметры.

Принцип действия основан на стремлении жидкости затормозить колебания опущенной в нее плоской пластины, причем сила торможения зависит от вязкости жидкости.

1 – пластина;

2 – эластичная мембрана;

3 – катушка;

4 – генератор импульсов;

5 – электронный блок.

Пластина 1 закреплена на мембране 2. Нижняя часть пластины погружена в жидкость, а верхняя находится в катушке 3, соединенной с генератором импульсов 4. при включении катушки в пластине возникают продольные колебания. Затем катушка отключается от генератора, и колебания затухают.

В процессе свободных колебаний пластины в катушке наводится э.д.с., имеющая частоту ее свободных колебаний. Она обеспечивает запирание генератора до момента полного прекращения колебаний и цикл повторяется. Чем больше вязкость жидкости, тем быстрее затухают колебания пластины и тем меньше интервалы между включениями генератора. Прибор 5 измеряет величину этих интервалов.

Вибрационный вискозиметр выпускается для работы в диапазоне 0-50сПз или 0-0,5 10⁶ сПз.