Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Посмотреть оригинал

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

В результате изучения главы 3 студент должен: знать

  • • основы теории измерений и метрологии;
  • • измерение и контроль;
  • • принцип действия анализаторов жидкостей и газов;
  • • структуру СИ и их метрологические характеристики; уметь
  • • выбирать СИ для осуществления ЭМ;
  • • пользоваться основными средствами контроля качества ОС; владеть
  • • методами определения метрологических характеристик СИ и вычисления погрешности измерений.

Анализаторы жидкостей и газов

Экологический мониторинг возможен только при измерении тех или иных параметров ОС.

Измерение — это процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Метрологическая суть измерения сводится к основному уравнению измерения

где X — измеряемая величина; [х] — единица величины; п — число.

В тех случаях, когда невозможно выполнить измерение (не выделена величина как физическая и не определена единица измерений этой величины), такие величины оценивают по условным шкалам.

Результат измерения физической величины — значение величины, полученное путем ее измерения.

В основе любых измерений лежат различные физические явления, определяющие принцип измерения.

Принцип измерений — физическое явление или эффект, положенное в основу измерений, например применение эффекта Доплера (С. Doppler — австрийский физик и астроном, 1803—1853) для измерения скорости.

Современные СИ основаны на самых разных принципах действия - как широко известных, так и сравнительно недавно освоенных. При этом новые эффекты используются не как альтернатива традиционным, а как дополнение к ним. Это объясняется тем, что СИ, основанные на традиционных принципах действия, благодаря внедрению достижений науки и техники получают дальнейшее развитие вплоть до радикального улучшения технико-эксплуатационных характеристик.

Вид измерений — часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.

Методика выполнения измерений — установленная совокупность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом. Обычно методика измерений регламентируется каким-либо НТД.

Нормативно-техническая документация — это документация, устанавливающая требования к объектам стандартизации, обязательная для исполнения в определенных областях деятельности, разработанная в установленном порядке и утвержденная компетентным органом. Основные виды НТД — это технические регламенты, стандарты и технические условия.

Конкретные методы измерений определяются видом измеряемых величин, их величиной, требуемой точностью, быстротой измерения, условиями, при которых проводят измерения, и рядом других причин. Каждую физическую величину можно измерить несколькими методами, которые могут различаться теми или иными техническими и метрологическими особенностями. В настоящее время существует множество методов измерений, и но мерс развития науки и техники их число будет только увеличиваться.

По способу получения численного значения измеряемой величины выделяют прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Приборы для определения состава вещества называют анализаторами. Анализаторы, предназначенные для определения содержания только одного компонента, называют концентратомерами.

При контроле ОС работают, как правило, с жидкостями, твердую фазу тоже переводят в жидкую, многие методы анализа газов основаны на их растворении в жидкости. Поэтому рассмотрим анализаторы жидкости более подробно.

Анализатор жидкости — измерительный прибор или измерительная установка для анализа состава и (или) свойств жидкости. Автоматический анализатор жидкости — анализатор жидкости, в котором все операции осуществляются автоматически, начиная с отбора пробы и кончая выдачей результатов измерений.

В зависимости от измеряемой характеристики анализируемой среды анализаторы подразделяют на анализаторы состава (копцентратомеры) и анализаторы свойств.

В зависимости от конструктивного исполнения анализаторы различают по следующим параметрам:

  • • способу представления информации — на аналоговые и цифровые;
  • • числу диапазонов измерений — на одно- и многодианазонные;
  • • числу чувствительных элементов — с одним и несколькими ПИП;
  • • числу измеряемых параметров — одно- и многопараметрические;
  • • числу измеряемых компонентов — одно- и многокомпонентные, в том числе комбинированные;
  • • наличию или отсутствию отсчетного устройства;
  • • режиму работы.

По степени автоматизации различают анализаторы ручные, полуавтоматические и автоматические.

По форме представления измерительной информации анализаторы подразделяют на следующие:

  • • измерительные приборы (имеющие только отсчетные устройства);
  • • измерительные преобразователи (ИП), имеющие только электрические или пневматические выходные сигналы;
  • • измерительные устройства (объединяющие в себе прибор и преобразователь).

По режиму работы различают анализаторы непрерывного и циклического действия. Кроме того, по числу точек отбора для анализа пробы анализаторы разделяют на одно- и многоточечные.

ГОСТ 16851—71 классифицирует анализаторы жидкости по принципу действия следующим образом.

  • 1. Механические анализаторы жидкости:
    • • механический — значение выходного сигнала зависит от молекулярно-механических свойств анализируемой жидкости или от молекулярно-механических явлений, протекающих в ней;
    • • гидростатический — основан на измерении давления столба однородной анализируемой жидкости определенной высоты, пропорционального плотности анализируемой жидкости;
    • • поплавковый — измеряет степень погружения поплавка, являющуюся функцией плотности анализируемой жидкости;
    • • весовой — основан на измерении массы определенного объема анализируемой жидкости, являющейся функцией плотности анализируемой среды;
    • • шариковый — основан на измерении скорости движения шарика определенной массы и объема в анализируемой жидкости, являющейся функцией ее вязкости;
    • • ротационный — измеряет крутящий момент, передаваемый анализируемой жидкостью чувствительному элементу, который зависит от ее вязкости;
    • • капиллярный — основан на измерении времени истечения определенного объема анализируемой жидкости или перепада давления на капилляре при постоянном расходе жидкости через капилляр, являющихся функциями ее вязкости;
    • • вибрационный — измеряет частоту или амплитуду вынужденных колебаний тела определенного объема или массы, связанного с анализируемой жидкостью, являющихся функцией вязкости или плотности анализируемой жидкости;
    • • объемный — основан на измерении изменения объема анализируемой жидкости;
    • • манометрический — измеряет гидростатическое давление анализируемой жидкости;
    • • гидродинамический — основан на измерении давления столба жидкости определенной высоты, пропорционального плотности анализируемой жидкости, находящейся в динамическом режиме;
    • • центробежный — измеряет центробежную силу, передаваемую анализируемой жидкостью.
  • 2. Оптические анализаторы жидкости:
    • • оптический — принцип его действия основан на взаимосвязи параметров оптического излучения с составом или свойством анализируемой жидкости;
    • • спектральный — основан на определении состава и (или) свойств анализируемой жидкости в зависимости от спектрального состава излучения;
    • • абсорбционный (абсорбциометр) — измеряет относительное уменьшение интенсивности оптического излучения, прошедшего через анализируемую жидкость, в результате его поглощения;
    • • спектрофотометрический — спектральный анализатор жидкости, основанный на методах измерения поглощения оптического излучения анализируемой жидкостью;
    • • турбидиметрический (турбидиметр) — измеряет ослабления оптического излучения, прошедшего через анализируемую жидкость, содержащую взвешенные частицы;
    • • нефелометрический (нефелометр) — измеряет интенсивность оптического излучения, рассеянного анализируемой жидкостью, содержащей взвешенные частицы;
    • • пламенно-фотометрический (пламенный фотометр) — основан на измерении интенсивности излучения элементов анализируемой жидкости, введенной в пламя;
    • • рефрактометрический (рефрактометр) — основан на измерении показателя преломления анализируемой жидкости;
    • • поляризационный (поляриметр) — измеряет угол вращения плоскости поляризации поляризованного света, проходящего через анализируемую жидкость;
    • • спектрополяриметрический (спектрополяриметр) — измеряет разность угла вращения плоскости поляризации поляризованного света разных длин волн;
    • • эмиссионный — основан на определении состава анализируемой жидкости по эмиссионным спектрам ее атомов и молекул;
    • • люминесцентный — основан на измерении интенсивности ее свечения, обусловленного воздействием различных возбуждающих факторов;
    • • флуоресцентный — основан на методах измерения интенсивности и времени жизни флуоресценции анализируемой жидкости или ее компонентов;
    • • атомно-абсорбционный — измеряет оптическую плотность атомного пара, полученного при атомизации анализируемой жидкости;
    • • атомно-флуоресцентный — измеряет интенсивность флуоресцентного излучения атомного пара, полученного при атомизации анализируемой жидкости.
  • 3. Магнитооптические анализаторы жидкости:
    • • магнитооптический — основан на зависимости значения выходного сигнала от оптических свойств анализируемой жидкости, помещенной в магнитное иоле;
    • • анализатор жидкости кругового дихроизма (от греч. 51ХЛР00(7 — «двухцветный») — измеряет разность коэффициентов поглощения лево- и правоциркулирующего поляризованного света анализируемой жидкостью, помещенной в продольное магнитное поле;
    • • анализатор жидкости магнитооптического двупреломления — основан на измерении разности показателей обыкновенного и необыкновенного лучей ортогонального поляризованного света анализируемой жидкостью, помещенной в поперечное магнитное поле;
    • • анализатор жидкости магнитооптического вращения — измеряет угол магнитного вращения плоскости поляризации линейно поляризованного света;
    • • термомагнитный — основан на измерении магнитооптического вращения при различных температурах;
    • • дисперсионный анализатор жидкости магнитооптического вращения — измеряет разность угла вращения плоскости поляризации для излучений с различными длинами волн.
  • 4. Электрохимические анализаторы жидкости:
    • • электрохимический — анализатор, в котором значение выходного сигнала определяется электрохимическими явлениями, происходящими в электродных системах, погруженных в анализируемую жидкость;
    • • потенциометрический — измеряет ЭДС электродной системы;
    • • ионометрический (иономер) — основан на селективной зависимости измеряемой ЭДС электродной системы от активности определяемого компонента;
    • • редоксметрический (редоксмер) (от англ, redox «окисление-восстановление») — использует зависимость измеряемой ЭДС от соотношения окисленной и восстановленной форм вещества;
    • • вольтамперометрический — основан на зависимости тока от потенциала при восстановлении вещества на измерительном электроде;
    • • полярографический (полярограф) — вольтамперометрический анализатор жидкости с ртутным измерительным электродом;
    • • амнерометрический — измеряет ток, протекающий в цепи электродов, погруженных в анализируемую жидкость;
    • • деполяризационный — основан на измерении количества деполяризатора, необходимого для устранения ЭДС поляризации;
    • • кулонометрический — измеряет количество электричества, израсходованного при электролизе;
    • • кондуктометрический (кондуктометр) — основан на зависимости УЭП от состава анализируемой жидкости;
    • • диэлькометрический (диэлькометр) — использует зависимость ДП от состава анализируемой жидкости.
  • 5. Радиоизотопные анализаторы жидкости:
    • • радиоизотопный — его выходной сигнал зависит от поглощения или испускания ионизирующего излучения радиоактивным изотопом компонента анализируемой жидкости. По принципу действия различают радиоизотопные анализаторы по проникновению и рассеянию излучения, с вторичным электромагнитным излучением;
    • • ионизационный — измеряет величину ионизационного тока, возникающего за счет ионизации анализируемой жидкости потоком а-частиц;
    • • активационный — основан на определении периода полураспада или энергии излучения радиоактивных изотопов, образовавшихся в результате облучения анализируемой жидкости ядерными частицами.
  • 6. Тепловые анализаторы жидкости:
    • • тепловой — его выходной сигнал зависит от молекулярно-тепловых свойств анализируемой жидкости или тепловых явлений, протекающих в ней;
    • • термохимический — измеряет тепловой эффект химической реакции, одним из реагентов которой является компонент анализируемой жидкости;
    • • термогравиметрический — основан на измерении изменения массы пробы анализируемой жидкости при нагревании ее с постоянной скоростью;
    • • термокондуктометрический — основан на определении температуропроводности анализируемой жидкости;
    • • дистилляционный — измеряет температуру или степень дистилляции анализируемой жидкости.
  • 7. Радиоспектрометрические анализаторы жидкости:
    • • радиоспектрометрический (радиоспектрометр) — его выходной сигнал зависит от резонансного поглощения или излучения радиоволн анализируемой жидкостью, помещенной в постоянное магнитное или высокочастотное электромагнитное поле;
    • • электронно-парамагнитный — основан на явлении электронного парамагнитного резонанса в определяемом компоненте анализируемой жидкости;
    • • ядерно-магнитный резонансный — основан на явлении ядерного магнитного резонанса в определяемом компоненте анализируемой жидкости;
    • • радиоволновой — измеряет состав и свойства анализируемой жидкости в зависимости от распространения в ней радиоволн. Различают радио- волновые анализаторы жидкости по измерению фазы, амплитуды, ДП, спектра излучения.
  • 8. Масс-спектрометрический (масс-спектрометр) — анализатор жидкости, предназначенный для определения ее качественного и количественного составов и основанный на разделении ионов по их массе в магнитных или электрических полях.
  • 9. Хроматографический — основан на различной способности входящих в жидкость или газ компонентов поглощаться сорбирующим веществом. Хроматографические детекторы могут быть тепловыми, ионизационными, по плотности и теплопроводности, оптическими, электрохимическими и др.
  • 10. Звуковой (ультразвуковой) — его выходной сигнал зависит от скорости распространения (поглощения) звука (ультразвука) в анализируемой жидкости.
  • 11. Магнитный — его выходной сигнал зависит от магнитных свойств анализируемой жидкости или магнитных явлений, протекающих в ней.
  • 12. Титрометрический — предназначен для определения состава анализируемой жидкости по количеству реагента, необходимого для проведения титрования. Метод определения конечной точки титрования может быть оптическим, электрохимическим и др.

В соответствии с ГОСТ 22729—84 по методам анализа анализаторы жидкости подразделяют на следующие.

  • 1. Оптические:
    • • фотометрические недисперсионные (абсорбционные (в УФ-, видимой и ИК-областях спектра), турбидиметрические, нефелометрические, атом но-абсорбционные);
    • • фотометрические дисперсионные (абсорбционные (в УФ-, видимой и ИК-областях спектра), эмиссионные, люминесцентные и пламенные);
    • • рефрактометрические (поляризационные).
  • 2. Электрохимические:
    • • вольтамперометрические, в том числе полярографические;
    • • кулонометрические;
    • • кондуктометрические (контактные и бесконтактные);
    • • диэлькометрические;
    • • амперометрические;
    • • ионометрические.
  • 3. Радиоизотопные:
    • • ионизационные;
    • • по проникновению излучения;
    • • по рассеянию излучения;
    • • с вторичным электромагнитным излучением;
    • • активационные.
  • 4. Тепловые:
    • • термохимические;
    • • термогравиметрические;
    • • термокондуктометрические;
    • • инсталляционные.
  • 5. Магнитные.
  • 6. Механические:
    • • статические (гидростатические, поплавковые, весовые, шариковые; объемные, манометрические, диффузионные);
    • • динамические (ротационные, вибрационные, центробежные).
  • 7. Звуковые и ультразвуковые (акустические):
    • • в зависимости от скорости распространения звука и ультразвука;
    • • в зависимости от поглощения звука и ультразвука.

Для автоматического анализа газов используют следующие методы (ГОСТ 13320-81):

  • • без предварительного преобразования пробы (абсорбционно-оптические (ИК- и УФ-поглощения), термокондуктометрический, термомагнитный, пневматический и др.);
  • • с предварительным преобразованием пробы электрохимический (кондуктометрический, диэлькометрический, кулонометрический, полярографический, потенциометрический), термохимический, фотоколориме- трический, пламенно-ионизационный, аэрозольно-ионизационный, хроматографический, масс-спектрометрический и т.п.).
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы