物質の組成や特性を測定するためのセンサーおよび測定装置

制御装置と自動化装置の分類の主な特徴は、情報フローの観点から見た自動調整および制御システムにおけるそれらの役割です。

一般的な自動化の技術的手段のタスクは次のとおりです。

• 一次情報の取得。

• 彼女の変化。

• その伝達。

• 受信した情報を処理し、プログラムと比較する。

• コマンド（制御）情報の形成。

• コマンド（制御）情報の送信。

• コマンド情報を使用してプロセスを制御します。

物質の性質や組成を検出するセンサー 自動制御システムにおいて主導的な役割を果たしており、一次情報を取得し、自動制御システム全体の品質を大きく決定する役割を果たします。

いくつかの基本的な概念を確立しましょう。媒体の測定、性質、組成とは何ですか?環境の特性は、測定可能な 1 つ以上の物理量または物理化学量の数値によって決まります。

測定は、試験媒体の特性を特徴付ける特定の物理的または物理化学的量と、それに対応する参照媒体の量との量的比率を実験を通じて明らかにするプロセスです。実験は、一定の条件下で物質的手段の助けを借りて生み出される、テストされた環境に対する積極的な影響の客観的なプロセスとして理解されます。

環境の構成、つまりその構成成分の定性的および定量的含有量、 は、環境の物理的または物理化学的特性と、測定の対象となるそれらを特徴付ける量に対する既知の依存性から決定できます。

原則として、媒体の特性と組成は間接的に決定されます。環境の特性を特徴づけるさまざまな物理的または物理化学的量を測定し、一方でこれらの量と環境の組成との間の数学的関係を知ることによって、私たちは環境の組成をより正確に、またはより正確に推定することができます。精度が低くなります。

言い換えれば、測定装置を選択または構築するには、たとえば多成分媒体の完全な組成を決定するには、まず、どのような物理的または物理化学的量がこの媒体の特性を特徴付けるかを確立する必要があります。次に、形状の依存関係を見つけることです。

ki = f (C1, C2, … Cm),

ここで、ki - 環境の各成分の濃度、C1、C2、... Cm - 環境の特性を特徴付ける物理的または物理化学的量。

したがって、培地の組成を制御するために使用される装置は、ある制限内でそれらの間に明確な関係がある場合、培地の特定の成分または特性の濃度の単位で校正することができます。

物質の物理的および物理化学的特性および組成を自動制御するための NSDevices は、環境の特性またはその定性的または定量的組成を明確に決定する個別の物理量または物理化学量を測定するデバイスです。

しかし、経験によれば、十分に研究された技術プロセスの自動調整または制御を実行するためには、中間製品と最終製品の組成、およびその成分の一部の濃度に関する完全な情報を常に持っている必要はないことがわかっています。このような情報は通常、プロセスを作成、学習、習得するときに必要になります。

最適な技術規制が開発され、プロセスの進行と製品の特性および組成を特徴付ける測定可能な物理的および物理化学的量との間の明確な関係が確立されている場合、プロセスを実行できます。 デバイススケールの校正 たとえば、温度、電流、静電容量などの単位で、または媒体の指定された特性の単位で、たとえば、色、濁度、導電率、粘度、誘電率、などn。

環境の特性と組成を決定する物理量および物理化学量を測定する主な方法については、以下で説明します。

歴史的に確立されている既存の製品命名法には、次の主要なデバイス グループが含まれます。

• ガス分析計,

• 液体濃縮装置、

• 密度計,

• 粘度計、

• 湿度計、

• 質量分析計、

• クロマトグラフ、

• pHメーター、

• ソリノメーター、

• 糖度計など

これらのグループは、測定方法または分析される物質に従ってさらに細分化されます。このような分類は非常に慣習的であり、構造的に同一のデバイスを異なるグループに割り当てる可能性があるため、デバイスの研究、選択、比較が困難になります。

直接測定装置には、直接試験される物質の物理的または物理化学的特性および組成を測定するものが含まれます。対照的に、組み合わせたデバイスでは、試験物質のサンプルは、その化学組成や凝集状態を大きく変化させる影響にさらされます。

どちらの場合も、温度、圧力、その他のパラメータに関してサンプルを事前に準備することが可能です。これら 2 つの主要なクラスのデバイスに加えて、直接測定と複合測定の両方を実行できるデバイスもあります。

直接測定器

直接測定装置では、媒体の物理的および物理化学的特性は、機械的、熱力学的、電気化学的、電気的および磁気的量、そして最後に波動の量を測定することによって決定されます。

機械的な値に対して まず、媒体の密度と比重が、浮力、重力、静水圧、および動的測定方法に基づいた機器を使用して測定されます。これには、キャピラリー式、ロータリー式、落球法などのさまざまな粘度計で測定される媒体の粘度の測定も含まれます。

熱力学量から 熱化学装置で測定される反応の熱効果、熱伝導装置で測定される熱伝導率、石油製品の発火温度、蒸気圧など。応用を見つけました。

液体混合物の組成と特性、および生成するガスを測定するための広範な開発 電気化学デバイス…それらには何よりも含まれるのは、 導電率計とポテンショメータ変化させることによって塩、酸、塩基の濃度を測定するように設計された装置 電気伝導性 決断。これらはいわゆる 導電率測定用濃縮器または接触および非接触導電率計。

非常に広範囲に分布していることがわかります pHメーター — 電極の電位によって媒体の酸性度を決定するための装置。

分極による電極電位シフトを測定 ガルバニックおよび脱分極ガス分析装置で、酸素および他のガスの含有量を制御するのに役立ち、その存在により電極の脱分極が引き起こされます。

最も期待できるものの一つです ポーラログラフ測定法これは、電極上のさまざまなイオンの放出電位と限界電流密度を同時に決定することから成ります。

ガス中の水分濃度の測定は、次の方法で行われます。 電量法、ここで は定義されています 水の電気分解速度感湿膜を介してガスから吸着されます。

に基づくデバイス 電気量および磁気量の測定用.

ガスイオン化 電気伝導度の同時測定と、低濃度の測定に使用されます。イオン化は、熱によるもの、またはさまざまな放射線、特に放射性同位体の影響によるものです。

熱イオン化は広く使用されています クロマトグラフの水素炎イオン化検出器内… アルファ線とベータ線によるガスの電離は広く使用されています クロマトグラフィー検出器内 (いわゆる「アルゴン」検出器)、および アルファおよびベータイオン化ガス分析装置で異なるガスのイオン化断面積の違いに基づいています。

これらの機器内のテストガスは、アルファまたはベータ電離箱を通過します。この場合、チャンバー内のイオン化電流が測定され、成分の内容を特徴づけます。媒体の誘電率の測定は、さまざまな方法で水分やその他の物質の含有量を測定するために使用されます。 容量性水分計と誘電率計.

誘電率 ガス流で洗浄された吸着膜が使用され、膜中の水蒸気の濃度が特徴付けられます。 比熱湿度計.

特定の磁気感度により、常磁性ガス、主に酸素の濃度を測定できます。 熱磁気式、磁気流出式、磁気機械式ガス分析装置.

最後に、粒子の比電荷は、その質量とともに物質の主な特性であり、次の式で決定されます。 飛行時間型質量分析計、高周波および磁気質量分析計.

波量の測定 — 機器構築における最も有望な方向性の 1 つであり、テスト環境とさまざまな種類の放射線の相互作用の影響の利用に基づいています。つまり、環境からの吸収の強さは、 超音波振動 媒体の粘度や密度を推定することができます。

媒体中の超音波の伝播速度を測定すると、個々の成分の濃度やラテックスやその他のポリマー物質の重合度がわかります。高周波から X 線、ガンマ線に至るまで、電磁振動のほぼすべてのスケールが、物質の特性や組成を測定するセンサーに使用されています。

これらには、電磁および核磁気共鳴に基づいて、短波長、センチメートルおよびミリメートル範囲の電磁振動からのエネルギーの吸収の強度を測定する最も高感度の分析機器が含まれます。

最も広く使用されているのは、環境と光エネルギーの相互作用を利用するデバイスです。 スペクトルの赤外、可視、紫外部分で… 光の積分発光と吸収、および物質の発光と吸収スペクトルの特性線と帯域の強度の両方が測定されます。

光音響効果に基づくデバイスが使用され、スペクトルの赤外領域で動作し、多原子ガスおよび蒸気の濃度の測定に適しています。

媒質内の光の屈折率 液体および気体媒体の組成を決定するために使用されます。 屈折計と干渉計.

光学活性物質の溶液による光の偏光面の回転強度の測定は、次の方法でその濃度を決定するために使用されます。 旋光計.

X 線や放射線と媒体との相互作用のさまざまな応用に基づいて、さまざまな媒体の密度と組成を測定する方法が広く開発されています。

組み合わせたデバイス

多くの場合、環境の物理的および物理化学的特性の直接測定と測定前のさまざまな補助操作を組み合わせることで、測定の可能性が大幅に拡大し、単純な方法の選択性、感度、精度が向上します。このようなデバイスを複合デバイスと呼びます。

補助的な業務には主に次のようなものがあります。 液体からの気体の吸収, 蒸気の凝縮と液体の蒸発ガスの分析において液体の濃度を測定するための方法の使用を可能にします。 電気伝導度測定、電位差測定、光比色測定など逆も同様で、使用した液体の濃度を測定します。 ガス分析の方法: 熱伝導測定、質量分析など。

最も一般的な収着方法の 1 つは次のとおりです。 クロマトグラフィーこれは、試験媒体の物理的特性の決定に先立って、その構成成分へのクロマトグラフィー分離プロセスを行う複合測定方法です。これにより、測定プロセスが簡素化され、直接測定法の可能性の限界が劇的に広がります。

複雑な有機混合物の全組成を測定できる能力と装置の高感度により、近年の分析機器はこの方向に急速に発展しています。

産業界での実用化が見つかった ガスクロマトグラフ試験混合物を分離するために設計されたクロマトグラフィー カラムと、混合物の分離された成分の濃度を測定するために使用される検出器の 2 つの主要な部分で構成されます。ガスクロマトグラフには、分離カラムの熱方式と検出器の動作原理の両方の観点から、多種多様な設計があります。

等温モードのクロマトグラフでは、分析サイクル中、カラムのサーモスタットの温度が一定に保たれます。温度プログラミングを備えたクロマトグラフでは、後者は所定のプログラムに従って時間の経過とともに変化します。熱力学モードのクロマトグラフでは、分析サイクル中にカラムのさまざまな部分の温度がその長さに沿って変化します。

原理的には、クロマトグラフィー検出器を使用できます。 特定の物質の物理的および物理化学的特性を測定するためのあらゆる装置。 混合物中のすでに分離された成分の濃度を測定する必要があるため、その設計は他の分析機器よりもさらにシンプルです。

現在広く使用されている ガス密度、熱伝導率の測定に基づく検出器 （いわゆる「カタロメータ」）、生成物の燃焼による熱効果（「熱化学」）、試験混合物が入る火炎の電気伝導率（「火炎イオン化」）、火炎の電気伝導率放射性放射線によって電離されたガス（「電離アルゴン」）など。

クロマトグラフィー法は非常に汎用的であるため、沸点が 400 ～ 500 ℃ までの複雑な炭化水素混合物中の不純物の濃度を測定する場合に最大の効果が得られます。

媒体を簡単な方法で測定できるパラメータにする化学プロセスは、ほとんどすべての直接測定方法で使用できます。液体によるガス混合物の個々の成分の選択的吸収により、吸収前後の混合物の体積を測定することによって試験物質の濃度を測定することが可能になります。体積圧力計ガス分析計の動作は、この原理に基づいています。

違う 色の反応、発光物質との相互作用の影響の測定に先立ちます。

これには、いわゆる ストリップ測色計ガス成分の濃度の測定は、被験物質と呈色反応を示す物質を予め塗布した試験片の黒ずみの度合いを測定することにより行われる。この方法は、微量濃度、特に工場敷地内の空気中の有毒ガスの危険な濃度を測定するために広く使用されています。

色の反応も利用されている 液体測色計で 感度を高めるため、液体中の無色の成分の濃度を測定するためなど。

有望です 液体の発光強度の測定化学反応によって引き起こされます。最も一般的な化学分析法の 1 つは次のとおりです。 滴定... 滴定法は、外部の化学的または物理的要因にさらされた液体媒体に固有の物理的および物理化学的量を測定することから構成されます。

定量的変化から定性的変化に移行する瞬間（滴定の終点）に、測定成分の濃度に応じた物質または電力の消費量が記録されます。基本的には循環的な方法ですが、連続的なものまでさまざまなバージョンがあります。滴定の終点の指標として最も広く使用されているものは次のとおりです。 電位差センサー (pH センサー) および光比色センサー.

物質の組成と特性を検出する Artyunov OS センサー