Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения, специальности 1-53 01 01 05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т.


страница1/2
lit.na5bal.ru > Документы > Методические указания
  1   2
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ВИТЕБСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ИЗДЕЛИЙ


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы

обучения, специальности 1-53 01 01 05 «Автоматизация технологических

процессов и производств (легкая промышленность) (Т.11.03.00

«Автоматизация технологических процессов и производств»)

Витебск

2004

УДК 54-128 (07)
Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения по курсу «Электрохимические методы контроля технологических процессов и изделий» для специальности 1 53 01 01-05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т. 11.03.00 «Автоматизация технологических процессов и производств»).
Витебск. Министерство образования РБ УО «ВГТУ» 2004 г.
Составитель: доцент Шушкевич В. Л.
Методические указания составлены в соответствии с учебной программой курса «Электрохимические методы контроля технологических процессов и изделий», для специальности 53 01 01-05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т. 11.03.00 «Автоматизация технологических процессов и производств»).
Одобрено кафедрой «Автоматизация технологических процессов и производств» УО «ВГТУ» «27» апреля 2004 г., протокол № 10
Рецензент: доц. Ильющенко А.В.

Редактор: доц. Попов Ю.В.
Рекомендовано к опубликованию редакционно-издательским советом УО «ВГТУ» « 21 » мая 2004г., протокол № 2
Ответственный за выпуск Букин Ю. А
Учреждение образования «Витебский государственный технологический университет»
Подписано к печати 15.06.04. Формат 1/16 Уч. изд. лист 1,2

Печать ризографическая. Тираж 63 экз. Заказ № 246. Цена 385 р.

_____________________________________________________________________________
Отпечатано на ризографе УО «Витебского государственного технологического

университета».

Лицензия № 02330/0133005

210035, Витебск, Московский пр., 72.


3
1.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ГЛАВА 1. ТВЕРДЫЕ, ЖИДКИЕ, ГАЗООБРАЗНЫЕ ВЕЩЕСТВА
Общие и отличительные особенности строения твердых, жидких и газообразных веществ, их электрические параметры. Электропроводность тел: электронная, ионная. Поляризация диэлектрических тел. Зависимость диэлектрической проницаемости от различных внешних факторов.
ГЛАВА 2. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТВЕРДЫХ, ЖИДКИХ, ГАЗООБРАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ
Оценка физико-химических параметров по электрическим. Методы и измерительные приборы измерения электропроводности в производственных условиях.
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ АНАЛИЗА СОСТАВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Электрохимические методы анализа: гальванические методы анализа: кулонометрические методы и преобразователи: полярографические методы, устройства и область применения. Электрокинетические преобразователи. Структурные и принципиальные схемы первичных преобразователей и устройств на их основе, основные характеристики приборов, области применения.
ГЛАВА 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ НА СОСТАВЛЯЮЩИЕ
Структурная схема и основные элементы метода хромотографии для измерения состава многокомпонентных смесей. Области применения.
ГЛАВА 5. ВЛАЖНОСТЬ ГАЗОВ
Методы измерения влажности газов и приборы на их основе: психрометры, электрические гигрометры, конденсационные гигрометры, конденсационные емкостные гигрометры. Достоинства и недостатки приборов и применение в отрасли.
ГЛАВА 6. ВЛАЖНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ (ВОЛОКНА, НИТИ, ТКАНИ)
Электрические методы измерения влажности: кондуктометрические, емкостные, оптические, высокочастотные. Структурные схемы, конструкции построения, принципиальные схемы.

4
ГЛАВА 7. ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ
Промышленные отходы. Методы, приборы и системы контроля загрязнения окружающей среды: электрохимические методы, ионизационные, спектральные и др.

ГЛАВА 8. ПРИМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.
Классификация аналитических методов для анализа жидкостей. Характеристика методов и приборов анализа: чувствительность, избирательность, быстродействие.
ГЛАВА 9. ПОТЕНЦИАЛОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА
Физико-химические основы. Электродная система и измерительная схема рН-метра. Влияние температуры на результат измерения. Компенсация влияния температуры, тенденции развития ионометрии.
ГЛАВА 10. МЕТОДЫ АНАЛИЗА, ОСНОВАННЫЕ НА ИЗМЕРЕНИИ ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ
Схемы титрометров, автоматическое титрование. Применение микропроцессоров и вычислительных устройств в анализаторах состава жидкостей.

5
Контрольная работа.
ЗАДАЧА №1.Электролитические резисторные преобразователи. Электропроводность электролитов.

В электролитах заряд положительных ионов равен заряду отрицательных и поэтому объемный заряд равен нулю (как в металлах). Плотность тока, создаваемая дрейфом положительных ионов, равна:
J(+)=n(+)*e*v(+),
где n(+) - концентрация положительных ионов;

е - заряд иона;

V(+) - дрейфовая скорость ионов.

Аналогично для плотности тока отрицательных ионов можно записать:
J(-)=n(-)*e*v(-).
Полная плотность тока:
J=J(+)+J(-)=n(+)*e*v(+)+n(-)*e*v(-), т.е. n(+)=n(-)=f*n,

Где f - коэффициент диссоциации, a n- число молекул в единице объема электролита. Скорость ионов можно выразить через их подвижность и напряженность электрического поля:
V(+)=M(+)*E, V(-)=M(-)*E, где М- подвижность,

тогда

J=n*e*f*[M(+)+M(-)]*E.
Плотность тока J пропорциональна напряженности поля Е, т.е. закон Ома справедлив и для электролитов. Удельная электропроводность равна
J=n*e*f*[M(+)+M(-)]=,
- удельное сопротивление.

Принцип действия ПП основан на зависимости сопротивления объема электролита от состава и концентрации электролита и от геометрических размеров (длина, ширина межэлектродного пространства, рис. 1), где а, b, с - межэлектродный объем.


Рис.1.
6
КОНСТРУКЦИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (рис. 2).

snag-0006

Рис.2а.

Три электрода равных размеров (1*1 см) расположены на расстоянии 1 см. Центральный из них может перемещаться по направлениям X. Сопротивление столбов электролита между электродами образуют два резистора (), которые вместе ссоставляют измерительный мост.

snag-0007snag-0008

Рис.2в. Рис.2с.

Конструкции ПП могут быть заполнены электролитами с концентрациями по рис. 3.

snag-0009

Рис.3.

Подвижность ионов сильно зависит от температуры раствора и поэтому с увеличением температуры электропроводность растет. Температурную зависимость при малых концентрациях можно рассчитать по выражению:

,
7
где- температурный коэффициент электропроводности. При комнатных температурах значения равны: 0.016 1/К - для кислот; 0.019 1/К - для оснований; 0.024 1/К - для солей. При перемещении центрального электрода по направлению X (рис. 2) значения R и S будут изменяться и, следовательно, изменятся значения резисторов . Если мост был сбалансирован, то мост разбалансируется и в диагонали прибора возникнет ток, который

функционально будет зависеть от перемещения X. Ток разбаланса моста равен:
,

где - внутреннее сопротивление прибора, которое в задаче равно 600 Ом.
ЗАДАНИЕ
По данным значениям табл.1 определить удельное сопротивление заданного электролита по рис.3, заполнить им заданную конструкцию ПП и построить градировочную кривую, т.е. зависимость тока от перемещения. С=5г*моль/л. Значения всех сопротивлений моста принять равными между собой и равными или при балансе моста. Значение U (напряжение питания моста) выбрать самостоятельно такой величины, чтобы ток в плечах не превышал нескольких миллиампер. Примечание: если разбаланс моста измерять не по току, а по напряжению, то

Градуировочная кривая составит зависимость напряжения выхода от перемещения.

Номер варианта определяется по порядковому номеру списка группы (журнал, ведомость). Изобразить по варианту схему. Рассчитать все R схемы и градуировочную кривую.
ТАБЛИЦА 1.


Вари ант

Электро лит,

Рис.3

Конструк ция ПП

Вари

ант

Конструк ция ПП

Вари ант

Конструк ция ПП

Примечания

1



Рис.2а

11

Рис.2б

21

Рис.2с




2



12

22




3

КОН

13

23




4

NaOH

14

24




5



15

25




6



16

26




7



17

27




8



18

28




9



19

29




10



20

30





8
ЗАДАНИЕ №2. Электролитические концентратомеры.
По конструктивному исполнению они подразделяются на контактные, электроды которых непосредственно помещаются в контролируемый раствор (рис. 1); и бесконтактные (рис. 2,3). Сопротивление столба жидкости между электродами, определяемое размерами а, b, с, равно:




где - удельное сопротивление;

- удельная проводимость;

k -постоянная преобразователя;

L=a (по рис.1); S=b*c.

Все расчеты вести в системе СИ.

snag-0005 snag-0011

Рис.1. Рис.2.


Рис.3.

Для уменьшения погрешностей от поляризации и загрязнения электродов применяются бесконтактные преобразователи. На рис.2 показана схема устройства низкочастотного трансформаторного преобразователя с короткозамкнутым жидкостным витком, а на

рис.3 - схема с жидкостным витком, который связывает питающий и дифференциальный трансформаторы. При начальной проводимости раствора индикатор регулировкой реостата устанавливается на нуль. При повышении проводимости показания прибора соответствуют измеряемой концентрации раствора. В преобразователе с короткозамкнутой

9
вторичной обмоткой (рис.2), контроль осуществляется по току первичной обмотки, который функционально зависит от тока вторичной обмотки. В короткозамкнутых витках наводится ЭДС, где Rm—магнитное сопротивление сердечника. Тогда ток короткого замыкания , где — сопротивление короткозамкнутой вторичной обмотки, которое определяется удельной проводимостью и размерами обмотки. А зависимость первичного тока от вторичного определяется через приведенный вторичный ток , где k - коэффициент трансформации.
.
Если мал, то .

,

где— удельное сопротивление электролита;— полная длина вторичной обмотки; — сечение трубки вторичной обмотки.

Rm — магнитное сопротивление сердечника трансформатора.
,
где— длина средней силовой линии магнитопровода (рис.2);

— магнитная проницаемость стали (=1500);

— магнитная постоянная ;

S — сечение сердечника.

В конструкции рис.3 содержатся два трансформатора. Вторичный ток первого трансформатора является первичным током второго. Выходная ЭДС, замеряемая индикатором, равна:
.
При начальной проводимости раствора индикатор устанавливается на нуль реостатом R. Дальнейшее изменение проводимости (концентрации) изменяет ток в короткозамкнутом витке и, следовательно, ЭДС , которая и является мерой концентрации.
Задание для вариантов 1-10
По данным таблицы 2 и параметрам а,b,с рассчитать значение k, а по варианту задачи 1 (для различных электролитов) построить зависимость R от концентрации.

=12см, (рис 2).

, (рис. 3).
Задание для вариантов 11-20

10
По данным таблицы 2 и вариантов 11-20 задачи рассчитать ток как функцию проводимости (рис.2).
Задание для вариантов 21-30
По данным таблицы 2 и вариантов 21-30 задачи 1 построить зависимость от концентрации. =12см, S=1, , (Рис.З).
Примечание. Напряжение питания переменного тока рассчитать так, чтобы ток в электролитических витках не превышал 100mA, частота равнялась в пределах

50-500Гц.
Таблица 2




а, cм

b,



c, cм















Концентрация, г*моль/л

1

1

1

1

11

50

3

21

100

3

50

2-10

2

0.5

1

1.5

12

100

5

22

100

4

75

2-10

3

0.5

1.5

1

13

100

6

23

120

5

70

2-10

4

1

1

2

14

175

7

24

150

4

60

2-7

5

1

1

3

15

200

4

25

200

2

100

2-7

6

2

2

2

16

260

6

26

250

4

100

2-10

7

1.5

1.5

2

17

60

4

27

300

5

100

2-7

8

3

1

2

18

80

3

28

400

6

200

2-7

9

2

3

1

19

60

2

29

500

8

150

2-7

10

1.5

2

1.5

20

100

6

30

350

6

100

2-7



11

Задача №3. Индукционные расходомеры электропроводящей жидкости (рис.4).
snag-0013
В потоке жидкости, движущейся в трубопроводе 1 из немагнитного материала между полосами магнита 2, возникает ЭДС, значение которой пропорционально скорости движения потока: e=B*D*V, где В- магнитная индукция; D- диаметр трубы; V- скорость движения жидкости. Эта ЭДС снимается с помощью электродов 3. Жидкость должна быть электропроводящей (водопроводная вода соответствует по проводимости). В расходомерах для воды и электролитов используются электромагниты, питаемые переменным током, или постоянные магниты. При переменном магнитном потоке выходной сигнал e=Bm*D*V*sinwt также является переменной ЭДС, а гальванические и термо- ЭДС могут быть исключены. Для исключения трансформаторной ЭДС есть . .Эта ЭДС может быть компенсирована противовключением дополнительной обмотки последовательно с выходным сигналом (рис.4).

В рассматриваемом расходомере управляемыми могут быть и В и D и их конфигурация, которые скажутся на чувствительности.

12
Магнетизм.

В магнитопроводе и в зазоре линии магнитной индукции считаем одинаковыми. Если В известно, то ф = BS, (1),

(2),

(3),

(4)

Уравнение (2)— для постоянного магнита, для электромагнита



Задание:

Переменные а, b, с, D. Трубопровод должен быть размером не меньше размеров полюсных наконечников (размер а). Построить градуировочную кривую ЭДС = f(V) для заданных параметров по варианту. Исходные данные для постоянного магнита: = 80cm, ф=0.04
Расход от 0.5 до 1500 , = 5000




Ф пост.

Конфигурация трубопровода

Размер b, cм



ф пер.





£,Гц



1

Цилиндрическая D=10cм

10

11

500

1

50

21

2

Цилиндрическая D=8cм

8

12

400

1,2

100

22

3

Эллипс D=12cм

10

13

600

0,8

150

23

4

Эллипс D=8cм

8

14

700

0,8

200 .

24

5

Квадрат сторона 10 cм

6

15

350

1,2

250

25

6

Прямоугольник 7x8 cм

5

16

400

1,5

300

26


13


7

Прямоугольник 5x9 cм

4

17

600

0,9

400

27

8

Прямоугольник 4x12 cм

4

18

700

0,8

500

28

9

Прямоугольник 6x10 cм

6

19

750

0,9

600

29

10

Самостоятельно

6

20

550

1

700

30


Примечание:
1. Эллипсы и прямоугольники располагать между полюсами с какой-то целесообразностью. Это отметить в решении.
2. Варианты 21-30 решить при наложении переменного магнитного поля от тока на постоянный магнит.
11. Измерение состава сред, основные определения и формулы
Под анализом состава сред понимается измерение концентрации растворов, измерение концентрации водородных ионов по водородному показателю рН, измерение содержания отдельных компонентов в газовых смесях, измерение влажности газов и ряд других показателей.

Кондуктометрический метод основан на зависимости электропроводности электролитов от их состава и концентрации отдельных компонентов. Для измерений используется электролитическая ячейка, содержащая два электрода, между которыми размещается испытуемое вещество. Для жидкостей это раствор. Для него постоянная ячейки

К - коэффициент, определяющий соотношение между удельной электропроводностью ае0 раствора и электропроводностью ячейки ае или ее сопротивлением :
æ= k*æ = ,
Сопротивление ячейки зависит и от температуры. В интервале 5-10 °С можно считать, что зависимость имеет вид:
,

14
где -сопротивление при , -температурный коэффициент электропроводности ячейки.

Для твердых материалов применяют два электрода на заданном расстоянии. Зависимость сопротивления между двумя электродами Ræ от влажности W может быть выражена функцией:
,
где А и n - постоянные, зависящие от исследуемого материала.

Кулонометрический метод.

Метод основан на измерении тока или количества электричества при электролизе исследуемого вещества. Датчик содержит два электрода, источник напряжения и амперметр. Установившийся ток электролиза равен:

где F - постоянная Фарадея; z - валентность; m - молекулярная масса воды; p - расход газа, проходящего между электродами, ; q - абсолютная влажность, г/.

Потенциалометрический метод.

Метод основан на измерении электродных потенциалов. В задачах на измерение рН растворов надо воспользоваться уравнением Нернста:
(c*£),
где R = 8.317 Дж/Кг* моль - газовая постоянная; Т - температура; n- валентность ионов;

F = 96522 - число Фарадея; £-коэффициент активности ионов водорода; С - концентрация водородных ионов; - нормальный электродный потенциал.

Если в качестве образцового использовать раствор с нормальной концентрацией ионов (1г/л) и при 18° С, то разность потенциалов
=-0.058рН
предел измерения рН от 0 до 14.

Радиоизотопные плотномеру и фотоэлектрические нефелометры основаны на эффекте ослабления излучения, проходящего через анализируемую среду. Закон Бугера -Ламберта.
,
Где - начальная интенсивность;

- массовый коэффициент поглощения; - плотность вещества поглотителя, кг/;

d - толщина слоя, м.

15
Эти методы относятся к бесконтактным методам.

Пример решения задачи.

Задача. Определить зависимость абсолютной погрешности электродной системы рН - метра(в единицах рН) от температуры раствора.

Уравнение электродной системы имеет вид:
,mB.

= -203 mВ;

= 4.13.
Определить погрешность, если градуировка производилась при = 20 ° С , а действительное t = 35 ° С. Действительное рН = 9 при температуре t и определенном значении рН ЭДС системы равна.
; pH = ()/(54.16 + 0.198)+.
при изменении температуры от до ЭДС равна.
-(54.16+0.198)(pH-).
Если прибор градуирован при = 20° С и не имеет температурной компенсации, то при

t = 35° С его показания равны.

.

Следовательно, температурная погрешность равна

.

Относительная погрешность равна

или 2,77% .
  1   2

Поделиться в соцсетях



Похожие:

Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения, специальности 1-53 01 01 05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т. iconА. Н. Румянцев технические средства автоматизации
Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов высших учебных заведений по специальности 220301. 65 – Автоматизация...

Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения, специальности 1-53 01 01 05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т. iconИнформатика и основы программирования методические указания и контрольные задания
Методические указания предназначены для использования студентами специальности 1-53 01 01 «Автоматизация технологических процессов...

Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения, специальности 1-53 01 01 05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т. iconМетодические указания по выполнению контрольных работ для студентов...
Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения по дисциплине «Безопасность дорожного...

Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения, специальности 1-53 01 01 05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т. iconМетодические рекомендации по выполнению контрольных работ для студентов...
Контрольные работы и методические указания по их выполнению для заочной формы обучения

Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения, специальности 1-53 01 01 05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т. iconМетодические указания к выполнению курсовой работы для студентов...
Методические указания предназначены для выполнения курсовых работ по дисциплине «Экономика организация» для студентов заочной формы...

Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения, специальности 1-53 01 01 05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т. iconМетодические указания и контрольные задания для студентов специальности...
Методическая разработка содержит контрольные задания к выполнению контрольных работ по курсу «Бухгалтерский учет» и методические...

Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения, специальности 1-53 01 01 05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т. iconМетодические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «редактирование»
Задания и методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Редактирование» для студентов заочной формы обучения...

Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения, специальности 1-53 01 01 05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т. iconМетодические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «иностранный язык»
Задания и методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Иностранный язык» (английский) для студентов заочной...

Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения, специальности 1-53 01 01 05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т. iconМетодические указания к выполнению контрольных заданий Факультет...
Методические указания предназначены для студентов направления «Электроэнергетика и электротехника», профиля «Электроснабжение» заочной...

Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения, специальности 1-53 01 01 05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность) (Т. iconМетодические указания по выполнению контрольных работ по дисциплине «государственное управление»
Методические указания содержат требования, предъявляемые к контрольной работе, порядок выполнения работы и перечень тем для выполнения...


Литература




При копировании материала укажите ссылку © 2000-2017
контакты
lit.na5bal.ru
..На главную