Xem mẫu
- Ch−¬ng 6
§o mét sè chØ tiªu c«ng nghÖ
Trong c«ng nghiÖp luyÖn kim nhiÒu tr−êng hîp ph¶i ®o mét sè chØ tiªu c«ng
nghÖ nh− ®é pH, nång ®é chÊt ®iÖn ly, tû träng, ®é Èm, møc chÊt l−u …Trong
ch−¬ng nµy tr×nh bµy nguyªn t¾c ®o vµ thiÕt bÞ ®o c¬ b¶n dïng ®Ó ®o mét sè chØ tiªu
c«ng nghÖ th−êng gÆp.
6.1. §o nång ®é ion H+
6.1.1. Nguyªn lý ®o
ë ®iÒu kiÖn b×nh th−êng, n−íc ph©n ly kh«ng ®¸ng kÓ, ph−¬ng tr×nh ph©n ly:
[HOH] ↔ [H + ]+ [OH − ]
H»ng sè ph©n ly:
[H ].[OH ]
+ −
K=
[HOH]
§èi víi n−íc nguyªn chÊt K = 10-14.
[ ][ ] []
Do [HOH ] ≈ 1 vµ H + = OH − nªn H + = 10 −7 .
§é pH cña n−íc nguyªn chÊt:
pH = − lg[H + ] = 7
Dung dÞch cã ®é pH = 7 lµ dung dÞch trung tÝnh, pH > 7 lµ dung dÞch cã tÝnh kiÒm,
pH < 7 lµ dung dÞch cã tÝnh axÝt.
Nguyªn lý ®o nång ®é H+ dùa trªn c¬ së: nÕu nhóng mét thanh kim lo¹i vµo
dung dÞch muèi sÏ sinh ra mét hiÖu thÕ gäi lµ thÕ ®iÖn cùc:
RT RT
E= ln C − (6.1)
ln c
nF nF
Trong ®ã:
F- h»ng sè fara®©y ( F = 16.500 [C]).
C - nång ®é ion trong kim lo¹i.
c - nång ®é ion trong dung dÞch muèi.
n - hãa trÞ cña kim lo¹i.
Th«ng th−êng nång ®é ion trong kim lo¹i hÇu nh− kh«ng ®æi, c«ng thøc (6.1)
cã thÓ viÕt:
- 85 -
- RT
E = E0 − (6.2)
ln c
nF
Tõ c«ng c«ng thøc (6.2) nhËn thÊy: thÕ ®iÖn cùc phô thuéc b¶n chÊt kim lo¹i,
nhiÖt ®é vµ nång ®é ion trong dung dÞch. NÕu biÕt thÕ ®iÖn cùc ta cã thÓ x¸c ®Þnh
®−îc nång ®é ion trong dung dÞch. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ kh«ng thÓ ®o trùc tiÕp
thÕ ®iÖn cùc, do vËy ®Ó ®o nång ®é [H+] ng−êi ta ®o hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a cùc ®o nhóng
trong dung dÞch cÇn ®o vµ cùc so s¸nh nhóng trong dung dÞch ®· biÕt tr−íc nång ®é.
6.1.2. ThiÕt bÞ ®o
a) §iÖn cùc
Bé phËn c¬ b¶n cña thiÕt bÞ ®o nång ®é [H+] lµ c¸c ®iÖn cùc gåm ®iÖn cùc so
s¸nh vµ ®iÖn cùc ®o.
§Ó lµm ®iÖn cùc so s¸nh th−êng dïng ®iÖn cùc calomen (h×nh 6.1a), gåm d©y
platin (1), nót (2), b×nh thñy tinh (3), líp thñy ng©n kim lo¹i Hg (4), líp calomen
Hg2Cl2 (5), líp b«ng (6), dung dÞch KCl (7) vµ nót (8), (9). Líp bÒ mÆt ph¶n øng cña
®iÖn cùc lµ bÒ mÆt tiÕp xóc Hg - Hg2Cl2.
3 1
1
2
2
3
3 2
4
4
5
6
5
7
1
8
9
c)
b)
a)
H×nh 6.1 S¬ ®å cÊu t¹o ®iÖn cùc ®o [H+]
a) §iÖn cùc so s¸nh b) §iÖn cùc ®o c) §iÖn cùc mµng thñy tinh
H»ng sè ph©n ly:
[Hg ] .[Cl ]
+2 +2
K=
[Hg 2 Cl 2 ]
- 86 -
- []
Do [Hg 2 Cl 2 ] æn ®Þnh vµ Cl − ®−îc gi÷ kh«ng ®æi nhê sù bæ sung tõ dung
dÞch KCl nªn ®iÖn thÕ ®iÖn cùc lu«n cè ®Þnh.
§iÖn cùc ®o th−êng sö dông ®iÖn cùc kim lo¹i (platin, vµng, b¹c, thñy ng©n).
Chóng cã cÊu t¹o (h×nh 6.1b) gåm mét que kim lo¹i (1) ®Æt trong mét èng thñy tinh
hoÆc polime b¶o vÖ (2), phÇn d−íi cña que (gäi lµ phÇn nh¹y c¶m) kh«ng bÞ che
ch¾n ®Ó cã thÓ tiÕp xóc víi dung dÞch. §iÖn cùc ®−îc nèi ®iÖn ra ngoµi b»ng c¸p
®iÖn (3).
Khi ®o pH ng−êi ta th−êng dïng ®iÖn cùc ®o mµng thñy tinh (h×nh 6.1c). CÊu
t¹o cña ®iÖn cùc gåm: d©y b¹ch kim (1), nót (2), b×nh thñy tinh cã ®¸y máng h×nh
cÇu (3), dung dÞch KCl (4), líp bäc AgCl (5). PhÇn tö nh¹y c¶m cña ®iÖn cùc lµ
mµng thñy tinh máng h×nh cÇu chÕ t¹o tõ thñy tinh ®Æc biÖt cã tÝnh dÉn ®iÖn yÕu, khi
®Æt trong dung dÞch chøa [H+], ®iÖn thÕ trªn mÆt ph©n c¸ch phô thuéc vµo ho¹t ®é
cña c¸c ion [H+]:
RT
E = E '0 + ln a H +
F
b) S¬ ®å hÖ thèng ®o
Tïy theo yªu cÇu sö dông ng−êi ta dïng s¬ ®å ®o kh¸c nhau.
Trong s¬ ®å h×nh 6.2, sö dông dông cô ®o thø cÊp lµ miliv«n kÕ, gåm b×nh
chøa dung dÞch cÇn ®o (1), ®iÖn cùc so s¸nh (2) ®iÖn cùc ®o (3), bé khuÕch ®¹i (4),
miliv«n kÕ (5), ®iÖn trë bï nhiÖt ®é Rt. HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a cùc ®o vµ ®iÖn cùc so
s¸nh qua bé khuÕch ®¹i ®−îc ®−a trùc tiÕp vµo ®ång hå ®o.
4
5
R1
R
13 2
Rt
H×nh 6.2 S¬ ®å hÖ thèng ®o [H+] dïng miliv«n kÕ
1) Dung dÞch cÇn ®o 2) §iÖn cùc so s¸nh 3) §iÖn cùc ®o
4) Bé khuÕch ®¹i 5) Miliv«n kÕ 6) §iÖn trë bï
- 87 -
- §Ó bï ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ng−êi ta l¾p vµo m¹ch ®o ®iÖn trë bï Rt. Do thÕ
®iÖn cùc cña ®iÖn cùc ®o cã ®iÖn trë lín (cì hµng chôc MΩ) nªn dông cô ®o thø cÊp
ph¶i cã ®iÖn trë vµo lín.
Trong s¬ ®å h×nh 6.3, sö dông hÖ thèng ®o tù ®éng. HÖ thèng ®o gåm bÓ chøa
dung dÞch cÇn ®o [H+] (1), ®iÖn cùc ®o (2), ®iÖn cùc so s¸nh (3), khuÕch ®¹i (4),
®éng c¬ xoay chiÒu (5) vµ hai cÇu c©n b»ng (6), (7). Khi ®o, hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a ®iÖn
cùc ®o vµ ®iÖn cùc so s¸nh t¹o ra tÝn hiÖu sai lÖch ∆V, qua bé khuÕch ®¹i (4) lµm
quay ®éng c¬ (5), con ch¹y biÕn trë R liªn ®émg víi ®éng c¬ quay theo cho ®Õn khi
sai lÖch ®iÖn ¸p b»ng 0 th× ®éng c¬ ngõng quay. §iÖn trë Rt dïng ®Ó bï ¶nh h−ëng
cña nhiÖt ®é.
R5
R3
R4 R5 5
7
R
6
∆V 4
R2 R1
3 2 Rt
1
H×nh 6.3 HÖ thèng ®o [H+] tù ®éng
1) Dung dÞch cÇn ®o 2) §iÖn cùc ®o 3) §iÖn cùc so s¸nh 4) KhuÕch ®¹i
5) §éng c¬ xoay chiÒu 6&7) CÇu c©n b»ng
6.2. §o nång ®é chÊt ®iÖn ly
6.2.1. Nguyªn lý ®o
§o nång ®é chÊt ®iÖn ly dùa trªn nguyªn lý ®o ®é dÉn ®iÖn cña dung dÞch
chøa chÊt ®iÖn ly. §é dÉn ®iÖn cña mét chÊt ®iÖn ly phô thuéc:
- 88 -
- + B¶n chÊt, ®é ph©n ly vµ nång ®é chÊt ®iÖn ly.
+ NhiÖt ®é cña dung dÞch.
§é dÉn ®iÖn ®iÖn riªng cña mét chÊt trong dung dÞch x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
(Ω.cm)-1
χ = µ.α.λ (6.3)
Trong ®ã:
µ - nång ®é ®−¬ng l−îng cña dung dÞch.
α - møc ®é ®iÖn ly.
λ - ®é dÉn ®iÖn ®−¬ng l−îng cña dung dÞch.
Quan hÖ gi÷a nång ®é ®−¬ng l−îng (µ) vµ ¸p suÊt thÊm thÊu (p) cã d¹ng:
p
µ = .10 −6 (6.4)
δ
Trong ®ã δ lµ träng l−îng ®−¬ng l−îng cña chÊt hßa tan.
Tõ (6.3) vµ (6.4) ta cã:
α.p
.λ.10 −6
χ= (6.5)
δ
§é dÉn ®iÖn còng phô thuéc vµo nhiÖt ®é, quan hÖ phô thuéc cã d¹ng:
χ t = χ 0 .[1 + β(t − t 0 )]
Trong ®ã:
χt, χ0 - lµ ®é dÉn ®iÖn cña chÊt ®iÖn ly ë nhiÖt ®é t vµ t0.
β - hÖ sè phô thuéc b¶n chÊt dung dÞch vµ nhiÖt ®é, trong kho¶ng 0 - 30oC, gi¸
trÞ cña β nh− sau:
Dung dÞch axit: β = 0,017.
Dung dÞch kiÒm: β = 0,019.
Dung dÞch muèi: β = 0,023.
Nh− vËy ë mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh, ®é dÉn ®iÖn cña dung dÞch chØ phô thuéc
nång ®é dung dÞch χ = f (c ) . §o ®é dÉn ®iÖn cña dung dÞch ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc
nång ®é chÊt ®iÖn ly trong dung dÞch.
6.2.2. ThiÕt bÞ ®o
S¬ ®å hÖ thèng ®o nång ®é chÊt ®iÖn ly tr×nh bµy trªn h×nh (6.4).
- 89 -
- Trong s¬ ®å, ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng ®iÖn ph©n dïng nguån cÊp lµ nguån xoay
chiÒu, ®iÖn trë R4 dïng ®Ó h¹n chÕ dßng qua dung dÞch, Rt lµ ®iÖn trë bï ¶nh h−ëng
cña nhiÖt ®é. TÝn hiÖu ®o lµ dßng xoay chiÒu lÊy tõ cÇu c©n b»ng (3) qua bé chØnh
l−u (4) tíi ®iÖn thÕ kÕ (5).
R2 R3 4
3
R1
5
∼
R4
1
Rt
2
H×nh 6.4 S¬ ®å hÖ thèng ®o nång ®é chÊt ®iÖn ly
1) Dung dÞch cÇn ®o 2) B¶n cùc 3) CÇu ®iÖn trë
4) Bé chØnh l−u 5) §iÖn thÕ kÕ
6.3. §o tØ träng
6.3.1. Ph−¬ng ph¸p ®o theo ¸p suÊt
Ph−¬ng ph¸p ®o tØ träng th«ng qua ®o ¸p suÊt dùa trªn c¬ së:
p = γ .H
Trong ®ã:
p - ¸p suÊt t¹i ®iÓm ®o.
H - chiÒu cao cét chÊt láng.
Khi cè ®Þnh H th× p phô thuéc tØ träng γ.
S¬ ®å hÖ thèng ®o tr×nh bµy trªn h×nh 6.5.
Nguyªn lý ho¹t ®éng: khÝ nÐn ®i qua c¸c buång läc (4) vµo hai èng dÉn ®Æt
trong dung dÞch cÇn ®o tØ träng (4) vµ tho¸t ra ngoµi. Do miÖng èng bªn tr¸i vµ bªn
ph¶i ®Æt lÖch nhau mét kho¶ng H0 nªn ¸p suÊt khÝ ë hai nh¸nh chªnh lÖch mét
l−îng:
∆ p = γ.H 0
Do Ho cè ®Þnh nªn hiÖu ¸p ∆p chØ phô thuéc tØ träng (γ) cña dung dÞch.
- 90 -
- §Ó ®o hiÖu ¸p dïng ¸p kÕ ch÷ U (3) vµ ¸p kÕ vµnh khuyªn (1). Bé biÕn ®æi
®iÖn (2) dïng ®Ó truyÒn kÕt qu¶ ®i xa.
1
2
∆p=γH
3
KhÝ nÐn
4
4
5
γH0
H×nh 6.5 S¬ ®å hÖ thèng ®o tØ träng theo ¸p suÊt
1) ¸p kÕ vµnh khuyªn 2) Bé biÕn ®æi ®iÖn 3) ¸p kÕ ch÷ U
4) Bé läc 5) Dung dÞch cÇn ®o tØ träng
6.3.2. Ph−¬ng ph¸p dïng ®ång vÞ phãng x¹
Ph−¬ng ph¸p ®o tØ träng b»ng ®ång vÞ phãng x¹ dùa trªn c¬ së: Tia γ cña chÊt
®ång vÞ phãng x¹ Co60 ®i qua mét m«i tr−êng th× bÞ m«i tr−êng ®ã hÊp thô, l−îng
bøc x¹ γ bÞ hÊp thô phô thuéc b¶n chÊt m«i tr−êng vµ chiÒu dµy mµ tia ®i qua. Trong
m«i tr−êng lµ dung dÞch nÕu cã chøa nh÷ng ion kim lo¹i nÆng hoÆc vonfram th× kÕt
qu¶ ®o sÏ bÞ ¶nh h−ëng. Ph−¬ng ph¸p nµy th−êng dïng ®o mËt ®é vËt liÖu d¹ng bïn.
S¬ ®å hÖ thèng ®o tr×nh bµy trªn h×nh 6.6.
Nguyªn lý ho¹t ®éng: Luång bøc x¹ ®i tõ nguån ph¸t (1) qua m«i tr−êng ®o (2)
bÞ m«i tr−êng hÊp thô mét phÇn, phÇn cßn l¹i ®Õn bé thu (3). T−¬ng tù luång x¹ ®i
- 91 -
- tõ nguån (4) qua nªm (5) bÞ nªm hÊp thô mét phÇn, phÇn cßn l¹i ®Õn bé thu (6), møc
hÊp thô cña nªm (5) phô thuéc vÞ trÝ cña nªm.
2
1
3
8
7
6
5
4
H×nh 6.6 S¬ ®å hÖ thèng ®o tØ träng b»ng phãng x¹
1&4) Nguån ph¸t tia bøc x¹ 2) M«i tr−êng ®o
3&6) Bé thu 5) Nªm 7) Bé khuÕch ®¹i 8) §éng c¬
NÕu tÝn hiÖu tõ c¸c bé thu ®Õn bé khuÕch ®¹i (7) b»ng nhau th× ®éng c¬ kh«ng
cã tÝn hiÖu nªn ®øng yªn. Gi¶ sö m«i tr−êng thay ®æi mËt ®é, tÝn hiÖu tõ bé thu (3)
thay ®æi, xuÊt hiÖn sai lÖch ë ®Çu vµo bé khuÕch ®¹i (7), ®éng c¬ (8) quay, lµm nªm
(5) liªn ®éng víi ®éng c¬ xª dÞch cho ®Õn khi tÝn hiÖu ®Õn tõ bé thu (6) b»ng tÝn
hiÖu ®Õn tõ bé thu (3), ®éng c¬ ngõng quay. Kim chØ thÞ liªn ®éng víi ®éng c¬ cho
phÐp hiÓn thÞ kÕt qu¶. §Ó truyÒn kÕt qu¶ ®i xa dïng c¶m biÕn vÞ trÝ.
6.4. §o vµ ph¸t hiÖn møc
Môc ®Ých cña viÖc ®o lµ kiÓm tra liªn tôc møc dÞch thÓ hoÆc vËt liÖu trong
thiÕt bÞ chøa, cßn ph¸t hiÖn møc lµ x¸c ®Þnh møc dÞch thÓ hoÆc vËt liÖu cã ®¹t møc
ng−ìng ®· ®Þnh hay kh«ng.
Tïy theo tÝnh chÊt cña m«i tr−êng ®o (dÞch thÓ hoÆc vËt liÖu rêi), yªu cÇu sö
dông, ng−êi ta chän ph−¬ng ph¸p ®o vµ ph¸t hiÖn møc phï hîp. Theo nguyªn lý ®o,
ng−êi ta chia c¸c c¸c ph−¬ng ph¸p ®o vµ ph¸t hiÖn møc thµnh ba lo¹i:
- Ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh.
- Ph−¬ng ph¸p ®iÖn.
- Ph−¬ng ph¸p bøc x¹.
6.4.1. §o møc b»ng ph−¬ng ph¸p thñy tÜnh
Ph−¬ng ph¸p thñy tÜnh dïng ®Ó ®o hoÆc ph¸t hiÖn møc dÞch thÓ.
- 92 -
- Trªn h×nh 6.7 giíi thiÖu mét sè s¬ ®å ®o møc b»ng ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh.
2
2
34
p0
6
1 h
5
1 h
1
H×nh 6.7 S¬ ®å ®o møc theo ph−¬ng ph¸p thñy tÜnh
a) Dïng phao cÇu b) Dïng phao trô c) Dïng c¶m biÕn ¸p suÊt vi sai
Trong s¬ ®å h×nh 6.7a, phao (1) næi trªn mÆt chÊt l−u ®−îc nèi víi ®èi träng
(5) b»ng d©y mÒm (2) qua c¸c rßng räc (3), (4). Khi møc chÊt l−u thay ®æi, phao (1)
n©ng lªn hoÆc h¹ xuèng lµm quay rßng räc (4), kim chØ liªn ®éng víi trôc rßng räc
quay theo, ®Ó truyÒn kÕt qu¶ ®i xa dïng c¶m biÕn ®o vÞ trÝ (6).
Trong s¬ ®å h×nh 6.7b, phao h×nh trô (1) nhóng ch×m trong chÊt l−u, phÝa trªn
®−îc g¾n víi mét c¶m biÕn ®o lùc (2). Trong qu¸ tr×nh ®o, c¶m biÕn chÞu t¸c ®éng
cña mét lùc F tØ lÖ víi chiÒu cao chÊt l−u:
F = P − ρgSh
Trong ®ã:
P - träng l−îng phao.
h - chiÒu cao phÇn ngËp trong chÊt l−u cña phao.
S - tiÕt diÖn mÆt c¾t ngang cña phao.
ρ - khèi l−îng riªng cña chÊt l−u.
g - gia tèc träng tr−êng.
Trªn s¬ ®å h×nh 6.7c, sö dông mét c¶m biÕn ¸p suÊt vi sai d¹ng mµng (1) ®Æt
s¸t ®¸y b×nh chøa. Mét mÆt cña mµng c¶m biÕn chÞu ¸p suÊt chÊt l−u g©y ra:
p = p 0 + ρgh
MÆt kh¸c cña mµng c¶m biÕn chÞu t¸c ®éng cña ¸p suÊt p0 b»ng ¸p suÊt ë ®Ønh
b×nh chøa. Chªnh lÖch ¸p suÊt p - p0 sinh ra lùc t¸c dông lªn mµng cña c¶m biÕn lµm
- 93 -
- nã biÕn d¹ng. BiÕn d¹ng cña mµng tØ lÖ víi chiÒu cao h cña chÊt l−u trong b×nh chøa,
®−îc chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn nhê c¸c bé biÕn ®æi ®iÖn thÝch hîp.
6.4.2. §o møc b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn
§o møc b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn dùa trªn nguyªn t¾c chuyÓn ®æi trùc tiÕp biÕn
thiªn møc chÊt láng thµnh tÝn hiÖu ®iÖn dùa vµo tÝnh chÊt ®iÖn cña dÞch thÓ nhê c¸c
c¶m biÕn.
§èi víi chÊt l−u dÉn ®iÖn (®é dÉn ®iÖn ~ 50µΩ-1.cm-1) sö dông c¸c c¶m biÕn ®é
dÉn. Trªn h×nh 6.8 giíi thiÖu mét sè c¶m biÕn ®é dÉn ®o møc th«ng dông.
Hmax
h h
hmin
c)
a) b)
H×nh 6.8 C¶m biÕn ®é dÉn
a) C¶m biÕn hai ®iÖn cùc b) C¶m biÕn mét ®iÖn cùc c) C¶m biÕn ph¸t hiÖn møc
S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 6.8a gåm hai ®iÖn cùc h×nh trô nhóng trong chÊt láng dÉn
®iÖn. Trong chÕ ®é ®o liªn tôc, c¸c ®iÖn cùc ®−îc nèi víi nguån nu«i xoay chiÒu
~10V (®Ó tr¸nh hiÖn t−îng ph©n cùc cña c¸c ®iÖn cùc). Dßng ®iÖn ch¹y qua c¸c ®iÖn
cùc cã biªn ®é tØ lÖ víi chiÒu dµi cña phÇn ®iÖn cùc nhóng ch×m trong chÊt láng.
S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 6.8b chØ sö dông mét ®iÖn cùc, ®iÖn cùc thø hai lµ b×nh
chøa b»ng kim lo¹i.
S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 6.8c dïng ®Ó ph¸t hiÖn ng−ìng, gåm hai ®iÖn cùc ng¾n
®Æt theo ph−¬ng ngang, ®iÖn cùc cßn l¹i nèi víi thµnh b×nh kim lo¹i,vÞ trÝ mçi ®iÖn
cùc ng¾n øng víi mét møc ng−ìng. Khi møc chÊt láng ®¹t tíi ®iÖn cùc, dßng ®iÖn
trong m¹ch thay ®æi m¹nh vÒ biªn ®é.
Khi chÊt láng lµ chÊt c¸ch ®iÖn, th−êng sö dông c¶m biÕn ®iÖn dung. §Ó ®o, cã
thÓ t¹o tô ®iÖn b»ng hai b¶n cùc h×nh trô nhóng trong chÊt láng (h×nh 6.9a) hoÆc mét
b¶n cùc kÕt hîp víi b¶n cùc thø hai lµ thµnh b×nh chøa nÕu thµnh b×nh lµm b»ng kim
lo¹i (h×nh 6.9b). ChÊt ®iÖn m«i gi÷a hai ®iÖn cùc chÝnh lµ chÊt láng ë phÇn ®iÖn cùc
- 94 -
- bÞ ngËp vµ kh«ng khÝ ë phÇn kh«ng cã chÊt láng.
C¶m biÕn ®o møc ®iÖn dung còng cã thÓ sö dông trong tr−êng hîp dÞch thÓ
lµ chÊt dÉn ®iÖn, ®Ó t¹o tô ®iÖn ng−êi ta dïng mét b¶n cùc kim lo¹i bªn ngoµi cã phñ
c¸ch ®iÖn, líp phñ ®ãng vai trß chÊt ®iÖn m«i cßn chÊt l−u ®ãng vai trß ®iÖn cùc thø
hai.
a) b)
H×nh 6.9 §o møc b»ng c¶m biÕn ®iÖn dung
a) S¬ ®å hai b¶n cùc b) S¬ ®å mét b¶n cùc
6.4.3. §o møc b»ng ph−¬ng ph¸p bøc x¹
C¶m biÕn bøc x¹ cho phÐp ®o møc chÊt l−u mµ kh«ng cÇn tiÕp xóc víi m«i
tr−êng ®o, −u ®iÓm nµy rÊt thÝch hîp khi ®o møc ë ®iÒu kiÖn m«i tr−êng ®o cã nhiÖt
®é, ¸p suÊt cao hoÆc m«i tr−êng cã tÝnh ¨n mßn m¹nh.
Trong ph−¬ng ph¸p nµy c¶m biÕn gåm mét nguån ph¸t tia (1) vµ bé thu (2)
®Æt ë hai phÝa cña b×nh chøa. Nguån ph¸t th−êng lµ mét nguån bøc x¹ tia γ (nguån
60
Co hoÆc 137Cs), bé thu lµ mét buång ion ho¸.
1 2
1 2
3
3
h
a) b)
H×nh 6.10 ThiÕt bÞ ®o møc b»ng tia bøc x¹
a) C¶m biÕn ph¸t hiÖn ng−ìng b) C¶m biÕn ®o møc liªn tôc
1) Nguån ph¸t tia bøc x¹ 2) Bé ®Õm) DÞch thÓ hoÆc vËt liÖu
- 95 -
- ë chÕ ®é ph¸t hiÖn møc ng−ìng (h×nh 6.10a), nguån ph¸t vµ bé thu ®Æt ®èi
diÖn nhau ë vÞ trÝ ngang møc ng−ìng cÇn ph¸t hiÖn, chïm tia cña nguån ph¸t m¶nh
vµ gÇn nh− song song. Tuú thuéc vµo møc dÞch thÓ hoÆc vËt liÖu (3) cao h¬n hay
thÊp h¬n møc ng−ìng mµ chïm tia ®Õn bé thu sÏ bÞ suy gi¶m hoÆc kh«ng, bé thu sÏ
ph¸t ra tÝn hiÖu t−¬ng øng víi c¸c tr¹ng th¸i so víi møc ng−ìng.
ë chÕ ®é ®o møc liªn tôc (h×nh 6.10b), nguån ph¸t (1) ph¸t ra chïm tia víi
mét gãc më réng quÐt lªn toµn bé chiÒu cao cña møc chÊt l−u cÇn kiÓm tra vµ bé
thu.
Khi møc chÊt l−u (3) t¨ng do sù hÊp thô cña dÞch thÓ hoÆc vËt liÖu t¨ng, chïm
tia ®Õn bé thu (2) sÏ bÞ suy gi¶m, do ®ã tÝn hiÖu ra tõ bé thu gi¶m theo. Møc ®é suy
gi¶m cña chïm tia bøc x¹ tØ lÖ víi møc dÞch thÓ hoÆc vËt liÖu trong b×nh chøa.
6.5. §o ®é Èm
Trong c«ng nghiÖp luyÖn kim, hÇu hÕt c¸c lo¹i nguyªn, nhiªn, vËt liÖu, khÝ
lß… ®Òu cã chøa mét l−îng Èm nhÊt ®Þnh.
§èi víi nguyªn, nhiªn, vËt liÖu r¾n, ®é Èm x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
Ga − G k
W= (%)
.100
Gk
Trong ®ã:
Ga - khèi l−îng vËt liÖu Èm.
Gk - khèi l−îng vËt liÖu kh« sau khi sÊy.
§èi víi thÓ khÝ (kh«ng khÝ, nhiªn liÖu khÝ vµ khÝ lß…), ®é Èm ®−îc ®¸nh gi¸
theo ®é Èm tuyÖt ®èi hoÆc ®é Èm t−¬ng ®èi.
§é Èm tuyÖt ®èi (γ) lµ sè gam h¬i n−íc cã trong mét mÐt khèi khÝ kh« [g/m3].
L−îng h¬i n−íc cùc ®¹i cã thÓ chøa trong mét mÐt khèi khÝ kh« ë mét nhiÖt ®é vµ
¸p suÊt nhÊt ®Þnh ®−îc gäi lµ l−îng h¬i n−íc b¶o hßa (γbh) ë nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt ®ã.
§é Èm t−¬ng ®èi (u) lµ tØ sè gi÷a ®é Èm tuyÖt ®èi (γ) vµ l−îng n−íc b¶o hßa
(γbh) ë cïng mét nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt:
γ
u= (%)
.100
γ bh
§Ó ®o ®é Èm cña khÝ ng−êi ta dïng c¸c Èm kÕ.
- 96 -
- 6.5.1. §o ®é Èm vËt liÖu rêi
Th«ng th−êng ®Ó x¸c ®Þnh ®é Èm cña vËt liÖu, ng−êi ta lÊy mÉu vËt liÖu Èm
®em c©n, sau ®ã ®em sÊy kh« c©n l¹i khèi l−îng vµ tÝnh ®é Èm cña nã. Ph−¬ng ph¸p
nµy cho ®é chÝnh x¸c cao nh−ng tèn thêi gian. Trong c«ng nghiÖp ng−êi ta ®o ®é Èm
vËt liÖu r¾n (th−êng lµ d¹ng rêi) b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÖn dùa trªn c¬ së ®o sù
thay ®æi tÝnh chÊt ®iÖn (nh− ®iÖn trë hoÆc ®iÖn dung) cña vËt liÖu phô thuéc vµo ®é
Èm cña nã.
H×nh 6.11 tr×nh bµy s¬ ®å ®o ®é Èm theo biÕn thiªn ®iÖn trë, hÖ thèng ®o gåm
hai ®iÖn cùc (2) ®−îc cÊp ®iÖn tõ nguån xoay chiÒu ®iÖn ¸p U, ®ång hå hiÓn thÞ ®é
Èm (3).
§iÖn trë Rm cña vËt liÖu phô thuéc ®é Èm cña vËt liÖu vµ nhiÖt ®é, ®Ó bï ¶nh
h−ëng cña nhiÖt ®é, m¾c nèi tiÕp víi Rm mét ®iÖn trë R cã cïng hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë.
2
R
U
∼
2
2
Rm
1
H×nh 6.11 S¬ ®å ®o ®é Èm vËt liªu rêi theo biÕn thiªn ®iÖn trë
1) Khèi vËt liÖu 2) C¸c ®iÖn cùc 3) §ång hå ®o
6.5.2. §o ®é Èm cña khÝ
a) Èm kÕ ng−ng tô
Èm kÕ ng−ng tô ®o ®é Èm khÝ dùa trªn nguyªn t¾c ®o ®iÓm s−¬ng: khi lµm
l¹nh tõ tõ chÊt khÝ cho ®Õn lóc xuÊt hiÖn c¸c h¹t s−¬ng, ®o nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng x¸c
®Þnh ®−îc ®é Èm cña khÝ.
Trªn h×nh 6.12 tr×nh s¬ ®å nguyªn lý vµ s¬ ®å cÊu t¹o cña mét Èm kÕ ng−ng tô
tù ®éng.
- 97 -
- 4
2
5
3
7
1
6
8
a)
2
4
9
3
6 10
8
7
b)
H×nh 6.12 S¬ ®å ®o ®é Èm theo ®iÓm s−¬ng
a) S¬ ®å nguyªn lý b) S¬ ®å cÊu t¹o
Nguyªn lý ho¹t ®éng cña Èm kÕ (h×nh 6.12a): khÝ liªn tôc ®−îc thæi qua mÆt
g−¬ng (3), nguån s¸ng (2) ®−îc bè trÝ sao cho khi ch−a cã h¬i n−íc ng−ng tô trªn
mÆt g−¬ng, tia s¸ng chiÕu tõ nguån s¸ng ®Ëp tíi g−¬ng ph¶n x¹ kh«ng chiÕu tíi ®Çu
thu (4). Lóc nµy hÖ thèng ®iÒu khiÓn (5) ph¸t tÝn hiÖu ®Ó bé phËn lµm l¹nh g−¬ng (7)
ho¹t ®éng. Khi xuÊt hiÖn líp s−¬ng trªn bÒ mÆt g−¬ng, ¸nh s¸nh bÞ t¸n x¹ ®Ëp tíi
®Çu thu quang (4) kÝch thÝch bé ®iÒu khiÓn ph¸t tÝn hiÖu ®Ó bé phËn nung nãng
g−¬ng (6) ho¹t ®éng, g−¬ng bÞ nung nãng, líp s−¬ng biÕn mÊt vµ mét chu kú lµm
l¹nh míi l¹i b¾t ®Çu. §Ó ®o nhiÖt ®é sö dông c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é (8) (kiÓu ®iÖn trë
hoÆc cÆp nhiÖt).
S¬ ®å cÊu t¹o cña Èm kÕ tr×nh bµy trªn h×nh 6.12b, gåm nguån s¸ng (2), g−¬ng
(3), tÕ bµo quang dÉn (4), ®iÖn trë ®èt (6), buång lµm l¹nh (7), cÆp nhiÖt (8), cöa sæ
(9), ®−êng dÉn khÝ (10).
- 98 -
- Èm kÕ ng−ng tô ®o ®iÓm s−¬ng cã ph¹m vi ®o réng, tõ -70oC ®Õn 100oC, ®é
chÝnh x¸c cã thÓ ®¹t tíi ±0,2oC, thêi gian håi ®¸p kho¶ng vµi phót, cã thÓ ®o ®é Èm
cña nhiªn liÖu khÝ. Tuy nhiªn do cÊu t¹o phøc t¹p, gi¸ thµnh cao, ®ßi hái hiÖu chØnh
th−êng xuyªn nªn Ýt ®−îc sö dông trong c«ng nghiÖp.
b) Èm kÕ hÊp thô
Èm kÕ hÊp thô ®o ®é Èm khÝ dùa trªn hai hiÖn t−îng:
+ ¸p suÊt h¬i ë phÝa trªn mét dung dÞch b·o hßa chøa c¸c muèi hßa tan nhá
h¬n ¸p suÊt h¬i bªn trªn mÆt n−íc víi cïng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é nh− nhau.
+ §é dÉn ®iÖn cña muèi kÕt tinh nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi ®é dÉn ®iÖn cña
dung dÞch cña chÝnh muèi ®ã víi tØ lÖ cì 10-3 - 10-4.
Khi ®o ®é Èm b»ng Èm kÕ hÊp thô ng−êi ta nung nãng dung dÞch muèi chøa
trong Èm kÕ cho ®Õn khi ¸p suÊt h¬i b·o hßa ë phÝa trªn dung dÞch b»ng ¸p suÊt h¬i
ë trong m«i tr−êng khÝ, ®o nhiÖt ®é biÕt ®−îc ¸p suÊt h¬i vµ nhiÖt ®é hãa s−¬ng.
1
7
¸p suÊt h¬i (mm Hg)
12%
100%
2
3
4
LiCl
H2O
5
6
NhiÖt ®é oC
a)
b)
H×nh 6.13 a) Sù phô thuéc ¸p suÊt h¬i b¶o hßa vµo nhiÖt ®é
b) CÊu t¹o cña Èm kÕ hÊp thô LiCl
1) BiÕn ¸p 2&3) C¸c ®iÖn cùc 4) Líp sîi thñy tinh 5) èng kim lo¹i
bäc c¸ch nhiÖt 6) NhiÖt kÕ ®iÖn trë 7) §ång hå nhiÖt ®é
Trªn h×nh (6.13b) tr×nh bµy cÊu t¹o cña Èm kÕ LiCl ®o ®é Èm theo nguyªn t¾c
hÊp thô. Èm kÕ gåm mét èng kim lo¹i bäc c¸ch ®iÖn (5), bªn ngoµi ®−îc bao bäc
- 99 -
- bëi mét líp v¶i sîi thñy tinh tÈm dung dÞch LiCl (4), trªn ®ã cã cuèn hai ®iÖn cùc
kim lo¹i (2) vµ (3). NhiÖt kÕ ®iÖn trë (6) dïng ®Ó ®o nhiÖt ®é ®iÓm hãa s−¬ng, (7) lµ
®ång hå nhiÖt ®é.
Nguyªn lý ho¹t ®éng: khi nguån cÊp (1) cÊp mét ®iÖn ¸p xoay chiÒu cho hai
®iÖn cùc kim lo¹i (2) vµ (3), dßng ®iÖn ch¹y qua dung dÞch lµm nã bÞ nung nãng,
n−íc trong dung dÞch bèc h¬i dÇn. Khi n−íc bay h¬i hÕt dßng ®iÖn gi÷a c¸c ®iÖn cùc
gi¶m xuèng ®¸ng kÓ, nhiÖt ®é ®Çu ®o gi¶m xuèng, c¸c tinh thÓ LiCl l¹i hÊp thô
n−íc, ®é Èm t¨ng lµm cho dßng ®iÖn l¹i t¨ng. Qu¸ tr×nh trªn lÆp ®i lÆp l¹i cho ®Õn
khi ®¹t ®−îc c©n b»ng gi÷a muèi r¾n vµ dung dÞch. NhiÖt ®é c©n b»ng liªn quan ®Õn
nhiÖt ®é hãa s−¬ng vµ ¸p suÊt h¬i b¶o hßa do ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc ®é Èm cña
khÝ.
Èm kÕ LiCl cho phÐp ®o nhiÖt ®é hãa s−¬ng víi ®é chÝnh x¸c cao, viÖc ®o tiÕn
hµnh b»ng c¸ch nung nãng ®Çu ®o thuËn lîi h¬n dïng ph−¬ng ph¸p lµm l¹nh, ph¹m
vi ®o nhiÖt ®é hãa s−¬ng tõ -10oC ®Õn 60oC.
c) Èm kÕ bèc h¬i Èm
Èm kÕ ®o ®é Èm theo ph−¬ng ph¸p lµm bèc h¬i Èm gåm hai nhiÖt kÕ ®iÖn trë:
mét nhiÖt kÕ kh« vµ mét nhiÖt kÕ Èm. Trªn ®Çu ®o cña nhiÖt kÕ Èm bäc mét líp b«ng
thÊm n−íc. NÕu khÝ cã ®é Èm cµng thÊp th× n−íc bèc h¬i cµng m¹nh, nhiÖt ®é ®Çu
®o cña nhiÖt kÕ Èm cµng gi¶m. Khi ®ã gi÷a hai ®Çu ®o cã chªnh lÖch nhiÖt ®é:
∆t = t k − t a
Dùa vµo ®é chªnh nhiÖt ®é gi÷a hai nhiÖt kÕ, x¸c ®Þnh ®−îc ®é Èm t−¬ng ®èi cña
khÝ:
p a − A (t k − t a )
u= (%)
.100
pk
Trong ®ã:
Pk - ¸p suÊt h¬i b¶o hßa ë nhiÖt ®é kh«.
Pa - ¸p suÊt h¬i b¶o hßa ë nhiÖt ®é Èm.
A - hÖ sè phô thuéc vµo tèc ®é thæi cña dßng khÝ.
Trªn h×nh 6.14 tr×nh bµy s¬ ®å mét hÖ thèng ®o ®é Èm theo ph−¬ng ph¸p lµm
bèc h¬i.
- 100 -
- 1
8
p1
2
CÇu
7 ®o
4
6
3
5 p2
H0
H×nh 6.14 S¬ ®å hÖ thèng ®o ®é Èm theo ph−¬ng ph¸p lµm bèc h¬i
1) Van 2&3) Thïng chøa 4&5) èng th«ng 6) MiÕng b«ng
7) NhiÖt kÕ Èm 8) NhiÖt khÕ kh« 9) CÇu ®o
Møc n−íc trong b×nh (3) ®−îc gi÷ ë møc Ho, do sù bèc h¬i n−íc trong b×nh (3)
sôt xuèng thÊp h¬n møc H0, miÖng d−íi cña èng (4) hë ra, kho¶ng kh«ng trªn b×nh
(2) vµ (3) th«ng nhau ¸p suÊt trong b×nh (2) vµ (3) b»ng nhau ( p 1 = p 2 ), qua èng (5)
n−íc tõ b×nh (2) ®−îc cÊp vµo b×nh (3). Khi n−íc trong b×nh (3) ®Õn møc H0, miÖng
d−íi èng (4) bÞt l¹i, p2 t¨ng, p1 gi¶m cho ®Õn khi p 2 = p 1 + γH th× mùc n−íc trong
b×nh (2) vµ (3) æn ®Þnh. Do sù bay h¬i liªn tôc nªn qu¸ tr×nh trªn lÆp ®i lÆp l¹i vµ ®¹t
®−îc c©n b»ng.
∼ R5
R1 R3 R7 K §C
R4 Rp
b
a
R8
R2
R6
Ra
Rk
H×nh 6.15 S¬ ®å cÇu ®o hiÖu nhiÖt ®é gi÷a hai nhiÖt kÕ
- 101 -
- §Ó ®o chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a hai nhiÖt kÕ dïng cÇu ®o (h×nh 6.15) gåm hai
cÇu c©n b»ng. CÇu thø nhÊt gåm ®iÖn trë R1, R2, R3 vµ ®iÖn trë cña nhiÖt kÕ kh« Rk,
cÇu thø hai gåm R7, R8 vµ ®iÖn trë cña nhiÖt kÕ Èm Ra. Theo c¸ch m¾c, ®iÖn ¸p mÊt
c©n b»ng cña cÇu thø nhÊt Uab ®−îc ®em so s¸nh víi cÇu thø hai, sai lÖch ®iÖn ¸p ∆U
qua khuÕch bé ®¹i ®−îc ®−a vµo ®éng c¬ (§C) lµm ®éng c¬ quay, kim chØ (K) quay
theo vµ con tr−ît cña biÕn trë Rp liªn ®éng víi ®éng c¬ xª dÞch cho ®Õn khi ∆U triÖt
tiªu ®éng c¬ ngõng quay.
- 102 -
nguon tai.lieu . vn
