Измерение растворенного в воде кислорода

Дата: 2025-05-21; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»(ННГАСУ)

Доклад по дисциплине

Теплотехнические приборы и измерения

Тема: Кислородомеры

Выполнил

Студент гр. ТЭ-04 Краснов А.С.

Проверил

Преподаватель Болдин В.П.

Нижний Новгород – 2016

Содержание

· Введение

· Измерение растворенного в воде кислорода

· Вольтамперметрические кислородомеры:
а) амперметрический кислородомер ИКАР;
б) автоматический кислородомер АК-300;
в) амперметрический кислородомер КМА-08М.З.

Введение

С задачей измерения концентрации растворенных в воде газов встречают­ся как в промышленности, например, при контроле теплоносителя на тепло­вых и атомных электростанциях, так и при анализе состояния вод в водое­мах и отстойниках.

Измерение растворенного в воде кислорода

В зависимости от концент­рации растворенного в воде кислорода для его измерения используется несколько методов. Для анализа микро­концентраций растворенного кислоро­да используются вольтамперметрические (амперометрические), кондуктометрические и колориметрические ме­тоды. При концентрациях, составляю­щих мг/л, используется термокондук­тометрический метод.

Вольтамперметрические кислородомеры относятся к электрохимическим анализаторам, принцип действия ко­торых основан на измерении тока, протекающего через поляризованную электродную систему при наличии де­поляризатора — кислорода.

Как отмечалось выше, действующее напряжение в цепи, содержащей погруженные в раствор электроды, мо­жет создаваться за счет внешнего или внутреннего источника, последним служит гальваническая пара электро­дов. В кислородомерах этот источник сигнала используется чаще. Поляри­зованным электродом в приборах слу­жит твердый катод, на котором про­исходит восстановление кислорода. В качестве материала катода использу­ются золото, серебро, палладий, пла­тина. Для сохранения постоянства характеристик прибора электроды не должны загрязняться продуктами электролиза. Для защиты электродов от анализируемой среды и обеспече­ния малого сопротивления электроли­та между электродами последние по­мещаются в фоновый электролит, ин­дифферентный по отношению к элект­родам.

В промышленных кислородомерах используются открытые электродные системы или закрытые полимерной мембраной. В первом случае кислород из анализируемой воды передается фоновому электролиту с помощью газопередающей системы. Во втором случае анализируемая вода омывает защищенную мембраной электродную систему. В качестве фонового элект­ролита используется щелочной буфер­ный раствор с рН=8-т-10. В таких средах скорость восстановления кис­лорода на катоде на три порядка вы­ше, чем в кислом электролите.

Схема автоматического кислородомера с газопередающей системой типа ИКАР приведена на рис. 1. Анализируемая вода через гидрозатвор 1 и электрический клапан 2 подается в десорбер 3, откуда через гидрозатвор 4 сбра­сывается в дренаж. В десорбере 3 через анали­зируемую воду пробулькивает чистый водород, в который переходит кислород, растворенный в воде. Следует отметить, что коэффициент Ген­ри для кислорода, представляющий собой от­ношение равновесных концентраций О2 в газе и воде, равен35

Водород, обогащенный кислородом, пробулькивает через фоновый раствор электрод­ного первичного преобразователя S, вызывая его циркуляцию и обогащение кислородом. В качестве анода в электродном преобразова­теле 5 используется электрод из платиниро­ванной платины, который в фоновом буферном растворе с рН = 9,2 представляет собой иде­альный водородный электрод, развивающий потенциал 0,54 В. Золотой катод обладает се­лективностью по отношению к кислороду, и его потенциал зависит только от концентрации кислорода в растворе.

рис1. Схема амперметрического кислородомера ИКАР.

Водород, циркулирующий в приборе, обра­зуется в электролизере 6, заполненном КОН, выделяющийся при этом на аноде кислород сбрасывается в атмосферу. Водород после очистки в палладиевом катализаторе 7 посту­пает на всас мембранного вибрационного на­соса 8, создающего циркуляцию водорода в системе. Для градуировки прибора использует­ся кислород, полученный в электролизере, не показанном на схеме. В комплект ИКАР вхо­дят усилитель поляризационного тока, имею­щий на выходе унифицированный токовый сиг­нал, и автоматический миллиамперметр. Пре­делы измерения кислородомера составляют 0—50; 0—100; 0—200 мкг/кг О2, для первого диапазона измерения предельная погрешность равна ±10%, Для последующих ±5%. Ана­логичные по принципу действия кислородомеры Марк III выпускаются фирмой «Кемб­ридж».

При использовании для защиты электрод­ной системы кислородопроницаемой мембраны упрощается конструкция прибора и снижается его инерционность.

В кислородомерах АК-300 для из­мерения концентрации растворенного в воде кислорода используется контомётрический метод, основанный Ш образовании свободным кислоро­дом с металлическим таллием гидроокиси, изменяющей при диссоциации реальную электропроводность воды:

2Н2О + 4ТI + О2 = 4ТIОН.

рис. 2. Схема автоматического кислородомера АК-300.

Принципиальная гидравлическая и Электрическая схемы кислородомера представлены на рис. 2. Анализи­руемый раствор, прошедший предва­рительную подготовку, поступает на фильтр смешанного действия 1, где производится снижение исходной элек­тропроводности пробы до 0,05 мкСм/ [/см. Обессоленная проба пропускается [через кондуктометрический преобра­зователь 2, а затем поступает в патрон 3, заполненный металлическим талли­ем. Изменение электропроводности пробы после таллиевого патрона фик­сируется кондуктометрическим преоб­разователем 4. Для очистки воды от продуктов таллия на выходе прибора установлены фильтр 5 и контрольный кондуктометрический преобразова­тель 6.

Измерительная схема кислородоме­ра представляет собой мост, в кото­рый по дифференциальной схеме вклю­чены кондуктометрические преобразо­ватели 2 и 4. Поскольку изменение сопротивления преобразователя 4 обу­словлено концентрацией кислорода, небаланс моста Uab является функци­ей той же величины. Сигнал небаланса Uab поступает на преобразователь П, имеющий на выходе унифицированный токовый сигнал. Изменение электро­проводности исходной воды, влияя на сопротивление обоих преобразовате­лей 2, 4, не вызывает изменения неба­ланса моста., Наличие фильтра 1, снижающего электропроводность ана­лизируемого раствора, повышает чув­ствительность измерительной. схемы. Диапазон измерения кислородомера АК-300 составляет 0—30 мкг/кг при предельной погрешности +-6%, время установления показаний не превышает 10 мин, расход пробы равен 35+-5мл/мин.

Схема мембранного амперметрического кислородомера КМА-08М.З, выпускаемого НПП «Техноприбор», представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема мембранного амперметрического кислородомера:

1,2 — цинковый и угольный электроды; 3 — буферный раствор; 4 — анализируемая вода; 5 мембрана; 6 — медное сопротивление; 7 — напорная трубка

Гальванический элемент образуется цинковым 1 (анод) и угольным 2 (катод) электродами. Угольный электрод поляризован. Пространство между электродами заполнено буферным раствором 3. Кислород из анализируемой воды 4 диффундирует через мембрану5 в буферный раствор 3. При этом кислород восстанавливается на катоде, образуя ионы ОН- и Н+. Величина тока, протекающего во внешней цепи преобразователя, пропорциональна концентрации кислорода. Для коррекции влияния температуры на сигнал преобразователя используется медный термопреобразователь сопротивления 6. Анализируемая вода поступает в измерительную ячейку под постоянным давлением, создаваемым напорной трубкой 7. Кислородомер имеет четыре диапазона измерения. При нижнем пределе 0 верхние пределы составляют 19,99; 199,9; 1999; 19990 мкг/л. Прибор имеет автоматическое переключение диапазонов измерения, предел основной приведенной погрешности составляет ±4 %.

Растворенный в воде кислород измеряют анализаторы серии SIPAN (ф. Siemens); 871 DO, 873DO (ф. Foxboro); 7021, 7022 (ф. Honeywell) и др.