Avtomatlashtirish va boshqarish

Amaliy mashg’ulot №14. Gazanalizatorlarni hisoblash.

Ishdan maqsad. Gazoanalizatorlarning ishlash printsipi, o’lchash usullari va hususiyatlarini o’rganish.
Termokonduktometrik gazoanalizatorlar ish prinsipi gaz aralashmasi issiqlik o’tkazuvchanligi va undagi analiz qilinayotgan component konsentratsiyasi o’rtasidagi bog’likka asoslangan.

8-rasm. Termokunduktometrik gzoanalizator sxemasi.

Aralashmaning issiqlik o’tkazuvchanligi kamera 2 ga joylashtirilgan termorezistor 1 yordamida o’lchanadi.Termorezistor orqali uni qizdiruvchi tok i o’tkaziladi.Termorezistor temperaturasi kamera orqali o’tkaziluvchi gaz aralashmasi issiqlik o’tkazuvchanligi yordamida aniqlanadi. Uning issiqlik o’tkazuvchanligi qancha yuqori bo’lsa, termorezistordan issiqlik ajralishi jadallashib , uning temperaturasi pasayib qarshiligi xam pasayadi.Shunday qilib, termokonduktometrik gazoanalizator ishi quyidagi qonuniyatlarga asoslangan: analiz qilinayotgan component kontsentratsiyasi o’zgarishi gaz aralashmasining issiqlik o’tkazuvchanligi o’zgarishiga olib keladi. Shundan so’ng tarmorezistor 1 ning temperaturasi va qarshiligi o’zgaradi. Termorezistor qarshiligi ko’prik sxema 3 orqali o’lchanadi. Termokonduktometrik gazoanalizatorlar turli tarkibli texnologik aralashmalardagi vodorod, argon,geliy, azot,vodorodxlorid va boshqa gazlarni aniqlash uchun qo’llaniladi.

Termokimyoviy gazoanalizatorlarda gaz aralashmasidagi aniqlanayotgan component konsentratsiyasi katalitik oksidlanish- kimyoviy reaksiyasi ajralib chiqqan issiqlik miqdori bo’yicha o’lchanadi. Odatda kotalizator sifatida gaz aralashmasi o’tkaziladigan kameraga joylashtirilgan qizdirilgan platinali ip qo’llaniladi. Ipning temperaturasi shu bilan birga qarshiligi ham aniqlanayotgan component konsentratsiyasiga bog’liq bo’lgan issiqlik miqdori o’zgarishida o’zgaradi. U qancha ko’p bo’lsa reaksiya borishida shuncha ko’p issiqlik ajralib chiqadi va ipning temperaturasi yuqori bo’ladi. Termokimyoviy gazoanalizator datchigidagi qurilish jihatdan termokonduktometrik gazoanalizatorga o’xshash. Ip temperaturasi ham ko’prik sxema yordamida uning qarshiligi bo’yicha o’lchanadi. Termokimyoviy gazoanalizatorlar ishlab chiqarishda yopiq xonalarda havo tarkibida yonuvchi gazlar, bug’lar va ularning aralashmalarini portlashga xavfli konsentratsiyalarini aniqlash va signal berish uchun ishlatiladi. Odatda signalizator nazorat qilinayotgan havodagi gaz konsetratsiyasi past konsentratsion yonish chegarasi 20% ga yetganda avariya signalini avtomatik yoqadi.

Barcha gazlar ichidan faqatgina kislorod magnit xossalariga ega, ya’ni tashqi magnit maydon ta’sirida magnitlanish xususiyatiga ega. Kislorodning bu ikkita o’ziga xosligi termomagnit gazoanalizatorlarda qo’llanilgan.

9-rasm. Termomagnit gazoanalizator sxemasi.

Bunday gazoanalizatorlarda gaz aralashmasini kamerada turli jinsli magnit maydon hosil qiluvchi magnit sistema 2 qutblari uchlari orasida joylashgan kamera 1 ga jo’natiladi. Uning maksimal qiymatida tok bilan qizdiriluvchi termorezistpor 3 joylashtirilgan. Agar gaz aralashmasida kislorod bo’lsa uning molekulalari magnit maydon ta’siri ostida qutbiy uchlar o’rtasiga qarab harakatlanadi. U yerda ular terorezistor yordamida qizdiriladi va o’zining magnit hossalarini yo’qotadi. Kamera 1 ga gaz aralshmasi bilan to’xtovsiz keluvchi kislorodning sovuq molekulalari qizdirilgan molekulalarni magnit maydonidan itarib chiqaradi. Shunday qilib kamera 1 da ikkita gaz oqimi hosil bo’ladi: termorezistorni puflab turuvchi kislorod va magnit maydonini mavjudligiga ta’sirlashmaydigan boshqa gazlar. Kislorod konsentratsiyasi oshirilganda termorezistorni puflash intensivligi ham ortadi. Bu ko’prik sxema bilan o’lchanuvchi uning temperaturasi va qarshiligi kamayishiga olib keladi. Termomagnit gazoanalizatorlar binar va ko’p komponentli aralashmaklarda kislorod miqdorini o’lchash uchun ishlatiladi.

Absorbsion gazoanalizatorlar ishi gazlarning ilardan o’tayotgan elektromagnit nurlanishning bir qismini tanlanma yutish qobiliyatiga asoslangan. Uglerod oksidi va dioksidi, amiak, metan kabi gazlar infraqizil nurlarni eshitadi, xlor, ozon, simob parlari esa ultrabinafsha nurlarni yutadi. Shuning uchun analiz qilinayotgan component turiga bog’liq ravishda bunday gazoanalizatorlarda infraqizil va ultrabinafsha nurlanishlar ishlatiladi.

Spektorning infraqizil sihasida ishlovchi gazoanalizatorlarda nurlantirgich sifatida 700-800°S gacha qizdirilgan simli spirallar ishlatiladi. Bunday gazoanalizatorlarda qabul qilgich sifatida germetik kamera qo’llaniladi. Bu kamerada gaz bosimi oqim energiyasiga bog’liq va monometr yordamida o’lchanadi. Spektorning ultrabinafsha sohasida ishlovchi gazoanalizatorlarda nur manbaasi gaz zaryadlovchi lampa qo’llaniladi, qabul qilgich esa fotorezitor. Absorbsion gazoanalizatorlar yuqorida aytib o’tilgan gazlarning metan, ammiak, butadien va boshqalar ishlab chiqarishdagi konsentratsiyani o’lchashda qo’llaniladi.
Ko’rib chiqilgan barcha gazoanalizatorlar turlari gaz aralashmasidagi faqat bitta component konsentratsiyasini aniqlash imkoniga ega. Ulardan farqli ravishda xromotografik gazoanalizatorlar gaz aralashmasining to’liq analiz qilinishini ta’minlashi mumkin, ya’ni shu aralshmani tashkil qiluvchi barcha gazlar konsentratsiyasini aniqlashi mumkin.

10-rasm. Xromatograf sxemasi.

Xromotogrofda o’lchash jarayoni ikkita bosqichda boradi. Birinchi aralashma alohida komponentlarga ajratiladi, shundan so’ng aralashmadagi har bir component tarkibi o’lchanadi. Gaz aralashmasining ajratilishi bo’luvchi kolonka 2 da sodir bo’ladi. Kolonka o’z yuzasini gazlarni ushlash qobiliyatiga ega sorbent modda to’ldirilgan ingichka trubka shakliga ega. Dozator 1 yordamida o’lchangan analiz qilinayotgan gaz aralashmasi portsiyasi tashuvchi gaz deb ataluvchi yordamchi gaz to’xtovsiz oqimiga davriy ravishda uzatilib turiladi. Kolonka orqali haydalishda aralashma portsiyasi uni tashkil etuvchi komponentlarga ajraladi. Ajralish gazlarning turli sorblanishi natijasida hosil bo’ladi. U qancha yuqori bo’lsa tashuvchi gaz uchun gaz molekulalarini sorbent yuzasidan uzish qiyinlashadi. Shuning uchun tashuvchi gaz kolonkaga kira turib undan komponentlarni navbatma navbat itarib chiqaradi: 1 aralshmaning sust sorblanuvchi komponentlarini keyin qolganlarini. Shunday qilib kolonkadan komponentlardan biri tashuvchi gaz, ikkinchisi analiz qilinayotgan gaz bo’lgaz binar aralashma chiqadi. Binar aralashmalar detector 3 yordamida anliz qilinadi. Detektorlarning eng ko’p tarqalgan turlaridan biri termokonduktometrik gazoanalizatordir. Detektorning chiqish signali registratsiya qiluvchi asbob 4 ga jo’natiladi. Ishlab chiqarish xromatograflari aralashmaning bitta yoki bir nechta komponentlari yig’indisini aniqlash maqsadida detektorning chiqish signalini avtomatik qayta ishlovchi qurilmalar bilan ta’minlangan.

Qattiq keramik sensorli asbobolar yetarlicha keng qo’llaniladi. Ular analiz qilinayotgan gaz temperaturasi 1000 oS bo’lganda SO va O2 borligini aniqlaydi. Dinamik namuna olish sxemasiga ega. Bu holatda qo’shquvur orqali bostirib keluvchi ketuvchi gazlar sensorlarga yo’naladi keyin yana ketuvchi gazlar oqimiga qaytadi. Namuna olishning dinamik usuli sistemani soddalashtirish va uning narxini kamaytirish imkonini beradi. Bu esa hattoki yuqori bo’lmagan quvvatga ega enrgetik qurilmalarda qo’llash imkoniyatini beradi. Dinamik namuna olish va yuqori temperaturali sensorlar birgalikda qo’llanilishi sistemani butunligicha tez ishlashini oshiradi va yonuvchi moddalar kondensatsiyasi bilan bog’liq namuna olish sistemasidagi muammolardan qutilish imkonini beradi.

11-rasm. «ANGOR-S»gazoanalizatori va dinamik namuna olish sistemasi.
Birlamchi o’zgartirgichdan induksiya blogiga ma’lumotlar uzatilishi interfeys RS-485 orqali amalga oshiriladi. Bu boshqarish qurilmasini qulay joyda o’rnatish imkonini yaratadi. Induksiya blogi SO va O2 konsentratsiyasini joyida o’qish imkonini yaratadi, bundan tashqari 4…20 mA tokli boshqarish signallari yaratish uchun xizmat qiladi. Namuna olish qurilmasini montaj qilish joyidan indukatsiya blogini va birlamchi o’zgartirgichni eltish masofasi 500 metr va kerak bo’lganda undan ham yuqori bo’lishi mumkin.

12-rasm. Ishchi zona havosi shaxsiy gazoanalizator.

Zamonaviy ko’chirma analizatorlar kompakt va ommabopdir, u bir vaqtning o’zida ish joylarining chegaralangan hududlarda, kollektorlarning quduqlarida yonuvchi gazlar (SN4), kislorod (O2), bo’g’uvchi gaz (SO) va vodorodsulfidl (H2S) konsentratsiyasini nazorat qilish imkonini beradi. Ularda termokotolitik elektrokimyoviy galvanic ta’sirlar qo’llanilishiga asoslangan gaz sensorlari ishlatiladi. Asbobolar avtomatik kalibrovka, ma’lumotlarni registratsiya qilish vibrosignalizatsiya va tovushlarni berish yuqori va past miqdorlarini ushlash. Signalizatsiya ishlaganda va vaqt indikatsiyasida suyuq krisstalli yoritilib turilishini avtomatik yoqish funktsiyalariga ega.

Muhit tarkibini analiz qilish deganda eritmalar kontsentratsiyasini o’lchash, vodorodli ionlar kontsentratsiyasini vodorod ko’rsatishi rN bo’yicha o’lchash, gaz aralashmalaridagi alohida komponentlar tarkibini o’lchash, gazning namligini va boshqa ko’rsatmalarini o’lchash tushuniladi. Bu masalalar ko’rib chiqilgan asosiy qo’llanmalar (2,8,9,20-23,26). Masalalarni yechish uchun zarur bo’lgan ba’zi bir tushunchalar va formulalarni ko’rib chiqamiz.

Elektrolitik yacheykaning doimiysi K-bu eritmaning solishtirma elektr o’tkazuvchanligi χ₀ va yacheyka elektr o’tkazuvchanligi X yoki uning qarshiligi R_p o’rtasidagi nisbatni aniqlaydigan koeffitsientdir:
χ₀=K_χ=K
O’lchovchi elektrolitik yacheykaning qarshiligi nafaqat eritma kontsentratsiyasi, balki uning temperaturasiga ham bog’liq. Temperatura intervali qisqa bo’lganda, masalan 5-10⁰S, yacheyka qarshiligi R_yat ning temperaturaga bog’liqligi quyidagi ko’rinishga ega bo’ladi:
R_yat=
bu yerda R_yat – t₁ temperaturadagi yacheyka qarshiligi; β – eritmaning elektr o’tkazuvchanligini temperatura koeffitsienti.
SHuni aytib o’tish lozimki, bir qator masalalar va yechimlarda ikki tushuncha ko’rib chiqiladi: elektrodli yacheykaning qarshiligi va o’lchov yacheykasining qarshiligi.
Elektrodli yacheykaning qarshiligi deganda faqatgina elektrodlar o’rtasidagi bo’shliqni to’ldirib turuvchi suyuqlikning qarshiligi nazarda tutiladi. O’lchov yacheykasining qarshiligi bu elektrodli yacheyka va shunt qarshiliklari xosil qilgan qarshilikdir.
Eritmalarning rN ni o’lchash bo’yicha masalalarda, avvalambor, o’lchov elektrodining Ye potentsiali va eritmadagi S ionlari kontsentratsiyasi o’rtasidagi umumiy bog’liqlikni doimo esda tutish kerak – Nernst tenglamasi.
E=E_o+
bu yerda R=8,317 Dj/ (k^,g-molь)- gazli doimiy, T-temperatura, k; p-ion va lentligi; F-96522 kl/g-ekv- faradiy soni (ionlar gramm-ekvivalenti zaryadi); F_n+ - vodorod ionlari faolligi koeffitsienti; [H+]- vodorodli ionlar kontsentratsiyasi; g-ion/l; Ye_o – normal elektrod potentsiali (elektrod normal kontsentratsiyali eritmaga tushirilgandagi potentsial [N+]=1 g-ion/l) mv.
SHuni aytib o’tish joizki, amalda vodorod ionlarining rN= — lg [H+] o’lchanadi [20]. Ko’p xollarda lg[H+]« — lgfH+[H+], shu sababli masalalarda ko’pincha vodorod ionlarining RN bo’yicha o’lchanishi haqida so’z boradi. Vodorodli elektrod uchun E₀ =1 va p=1, shu sababli E=f (rN) tenglamasi quyidagi ko’rinishni oladi: