Файл: Методические указания к выполнению комплекса виртуальных лабораторных работ СанктПетербург 2015.docx

γ = [ ∆ / (h_в – h_н)] * 100% (22)

h_в – верхний предел шкалы уровнемера в %

h_н – нижний предел шкалы уровнемера в %

Об устойчивости показаний поверяемого уровнемера судят по величине вариации – разности показаний прибора при прямом и обратном ходе, соответствующем одному и тому же действительному значению измеряемого уровня:

В = h_пр – h_обр (23)

Если приведённая погрешность прибора велика, прибор подвергается регулировке. Для этого необходимо элементами настройки индикатора выставить 0% при нулевом уровне жидкости в резервуаре и 100% при уровне жидкости, соответствующем этому значению.

Схема лабораторной установки для измерения уровня

В сосуд с жидкостью 1, уровень которой необходимо измерить, опущен электрод 2, покрытый изоляционным материалом. Электрод вместе со стенками сосуда образует цилиндрический конденсатор, ёмкость которого меняется при колебаниях уровня жидкости. Величина ёмкости измеряется электронным блоком 3, который затем даёт сигнал в блок 4, представляющий собой миллиамперметр, шкала которого проградуированна в процентах от 0 до 100.

В качестве электронного блока взят индикатор уровня электронный ЭИУ-2.

Принцип работы индикатора уровня ЭИУ-2, основан на измерении электрической ёмкости датчика при изменении уровня контролируемой среды вдоль оси датчика. Функциональная схема ЭИУ-2 приведена на рисунке 26.

Измерение электрической ёмкости датчика производится с помощью индуктивно-емкостного моста, образованного трансформатором Т и конденсаторами С1¸С5, в одно из плеч которого включен датчик.



Рис. 26 – Схема лабораторной установки для измерения уровня
Измерительный мост питается от генератора G синусоидальных колебаний частотой 100 КГц, собранного на транзисторе по емкостной трёхточечной схеме с LC контуром в коллекторной цепи. При изменении уровня контролируемой среды вдоль оси датчика электрическая ёмкость его изменяется, равновесие моста нарушается и на выходе моста появляется напряжение, пропорциональное изменившемуся уровню. С выхода моста напряжение поступает на линейный усилитель У, состоящий из согласующего, усилительного и выходного каскадов, собранных на транзисторах с резестивно-емкостными связями между каскадами. В эмиттерную цепь выходного каскада включен амперметр. Одновременно с сопротивления R снимается выходной сигнал 0¸100 мВ. Элементами для настройки индикатора уровня являются конденсатор «установка 0» и потенциометр «установка 100%» (на схеме не указан), расположенные на верхней плате. Индикатор уровня рассчитан на диапазон изменения электрической ёмкости датчика 100-400 пФ, 100-700 пФ, 100-1300 пФ.

---

Стартовое положение

Стартовое положение прибора в данной лабораторной работе представлено на рисунке 27.



Рис. 27 - Внешний вид электронного равновесного моста КСМ2 в лаборатории.

Порядок действий

1. Включите прибор.

2. Вынимая датчик уровня из резервуара, записать значения уровня жидкости по показаниям прибора и образцовой линейки, жёстко связанной с датчиком.

Значения уровня для выполнения лабораторной работы:

1 группа – 10мм; 30мм; 70мм; 55мм; 85мм.

2 группа – 5мм; 25мм; 40мм; 70мм; 90мм.

3 группа – 15мм; 45мм; 75мм; 85мм; 95мм.

4 группа – 20мм; 50мм; 60мм; 75мм; 90мм.

5 группа – 35мм; 10мм; 65мм; 45мм; 85мм.

3. Поверку обратного хода производить в тех же точках, что и при прямом ходе.

4. Данные прямого и обратного хода занести в протокол.

5. Определить погрешности измерений и сделать вывод о необходимости настройки прибора.

Отчет по лабораторной работе должен содержать следующее:

1. Описание конструкции и принципа действия емкостных датчиков уровнемеров.

2. Описание принципа действия емкостного уровнемера.

3. Протокол поверки уровнемера.

4. Выводы о пригодности поверяемого прибора к дальнейшей эксплуатации (необходимости настройки прибора).

Таблица 10 – Протокол поверки уровнемера

Поверяемое значение измеряемой величины hизм ,%

Действительное значение уровня

Погрешность поверяемого прибора в % нормирующего значения или в единицах измерения

Вариация В

при прямом ходе hизмпр

при обратном ходе hизмобр

прямой ход

обратный ход













---

 

 Контрольные вопросы

1. Цель измерения уровня

2. Виды уровнемеров

3. Принцип действия емкостных уровнемеров

4. Типы датчиков емкостных уровнемеров

5. Виды погрешностей и оценка дальнейшей пригодности прибора к эксплуатации

6. Настройка емкостного уровнемера типа ЭИУ-2.

---

Лабораторная работа № 8

«Изучение приборов для измерения концентрации водородных ионов»

Цель лабораторной работы

Изучение принципа действия и устройства лабораторного многопредельного рН-метра рН-673М. Изучение конструкции стеклянного, каломельного и хлорсеребряного электродов.
Измерение концентрации водородных ионов

Кислотность и щелочность любых водородных растворов кислот и щелочей можно выразить в функции концентрации водородных ионов, которая может быть определена по величине потенциала, возникающего на границе различных электродов, опущенных в раствор.

Скорость  диссоциации V₁ пропорциональна действующей массе недиссоциированных молекул воды, т.е.

V₁ = k₁*[H₂O] (24)

Скорость маляризации V₂ пропорциональна произведению концентрации ионов Н и ОН, т.е.

V₂ = k₂*[H⁺]*[OH^-], (25)

При равновесии V₁₌ V_2, тогда

k₁/k₂ = k = [H⁺]*[OH^-] / [H₂O], (26)

где k - константа диссоциации.

Опытами установлено, что для нейтральных растворов [H⁺]=[OH^-]=10^-7 г-моль/л. При растворении в воде кислоты концентрация ионов водорода [H⁺] увеличивается, а при растворении щелочи - уменьшается. Поэтому у кислых растворов [H⁺] > 10, а у щелочи [H⁺] < 10.

На практике концентрацию водородных ионов численно характеризуют отрицательным логарифмом концентрации ионов водорода, так называемым водородным показателем pH:

pH = -lg ([H⁺]). (27)

При этом нейтральная реакция раствора соответствует pH=7, кислая pH<7, щелочная pH>7.

Измерение активности водородных ионов производится с помощью электродов. При внесении электрода в водный раствор возникает пограничный (электродный) потенциал, величина которого определяется активной концентрацией ионов в растворе. Измерить абсолютно значение указанных потенциалов трудно. Поэтому в систему вводится дополнительный, сравнительный, электрод, обладающий определенными, постоянным по величине потенциалом. В качестве измерителей применяются водородные  и стеклянные электроды, в качестве сравнительных - каломельные и хлорсеребрянные.

---

Градуировка и проверка pH-метров производится по образцовым (буферным) растворам, значение pH которых устойчиво и не изменяется при небольшом разбавлении.

Измерение разности потенциалов преобразователя со стеклянным электродом должно осуществляться вторичным прибором с большим входным сопротивлением, т.к. величина сопротивления больше 10 МОм.
Оборудование для измерения концентрации водородных ионов

Лабораторный рН-метр-милливольтметр рН-673М представляет собой настольный прибор, состоящий из преобразователя и штатива.

Конструктивно преобразователь выполнен в виде отдельного блока, в котором раз­мещены элементы электрической семы.

Электрическая схема, монтаж которой выполнен на печатных платах, разбита на блоки: блок усилителя, блок измерения, блок преобразователя, блок генератора управляю­щих импульсов и блок стабилизации.

Измерительная часть схемы выполнена в виде отдельного блока, который крепится ко дну корпуса преобразователя. Связь между блоком измерения и остальной частью элек­трической схемы осуществляется внутри прибора с помощью разъема.

На лицевую панель (рис.28) вынесены следующие элементы:

Микроамперметр 6, ручка потенциометра температурной компенсации 4, ручка пе­реключателя диапазонов измерения 5, ручка переключателя рода работ 3, кнопка включения прибора 2 и индикатор напряжения питания 1.

Лицевая панель прикрывает доступ к потенциометрам заводской настройки.



Рис. 28 - Лицевая панель рН-метра.

1 - индикатор; 2 - кнопка; 3 - ручка переключателя рода работ; 4 - ручка потенциометра температурной компенсации; 5 - ручка переключателя диапазонов измерения; 6 - микроам­перметр.
Штатив предназначен для крепления электродов и установки сосуда с контролируе­мым раствором при измерении.

На штативе закрепляются два кронштейна, высота которых может регулироваться в зависимости от вида измерений (измерение в станке, измерение в термостатированной ячей­ке, измерение в ячейке для микроизмерений).

Для измерения величины рН используется электродная система со стеклянным элек­тродом, электродвижущая сила которого зависит от активности ионов водорода в растворе. Схема такой электродной системы приведена на рисунке 29.

---