पदार्थों की संरचना और गुणों को निर्धारित करने के लिए सेंसर और मापने वाले उपकरण

नियंत्रण उपकरणों और स्वचालन उपकरणों के वर्गीकरण की मुख्य विशेषता सूचना प्रवाह के संदर्भ में स्वचालित विनियमन और नियंत्रण प्रणालियों में उनकी भूमिका है।

स्वचालन के तकनीकी साधनों के कार्य सामान्य रूप से हैं:

• प्राथमिक जानकारी प्राप्त करना;

• उसका परिवर्तन;

• इसका संचरण;

• कार्यक्रम के साथ प्राप्त जानकारी का प्रसंस्करण और तुलना;

• कमांड (नियंत्रण) सूचना का गठन;

• कमांड (नियंत्रण) सूचना का प्रसारण;

• प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए कमांड जानकारी का उपयोग करना।

गुणों और पदार्थों की संरचना के लिए सेंसर स्वचालित नियंत्रण प्रणाली में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं, वे प्राथमिक जानकारी प्राप्त करने के लिए सेवा करते हैं और बड़े पैमाने पर संपूर्ण स्वचालित नियंत्रण प्रणाली की गुणवत्ता निर्धारित करते हैं।

आइए कुछ बुनियादी अवधारणाएँ स्थापित करें।माध्यम का मापन, गुण, संघटन क्या है? पर्यावरण के गुणों को एक या अधिक भौतिक या भौतिक-रासायनिक मात्राओं के संख्यात्मक मानों द्वारा निर्धारित किया जा सकता है जिन्हें मापा जा सकता है।

मापन एक परीक्षण माध्यम के गुणों और संदर्भ माध्यम की इसी मात्रा की विशेषता वाले एक निश्चित भौतिक या भौतिक-रासायनिक मात्रा के मात्रात्मक अनुपात को प्रयोग के माध्यम से प्रकट करने की एक प्रक्रिया है। एक प्रयोग को परीक्षण पर्यावरण पर सक्रिय प्रभाव की एक वस्तुनिष्ठ प्रक्रिया के रूप में समझा जाता है, जो निश्चित परिस्थितियों में भौतिक साधनों की सहायता से निर्मित होता है।

पर्यावरण की संरचना, यानी। इसके घटक घटकों की गुणात्मक और मात्रात्मक सामग्री, माप के अधीन, पर्यावरण के भौतिक या भौतिक-रासायनिक गुणों और उन्हें चिह्नित करने वाली मात्राओं पर इसकी ज्ञात निर्भरता से निर्धारित किया जा सकता है।

एक नियम के रूप में, माध्यम के गुण और संरचना परोक्ष रूप से निर्धारित होते हैं। पर्यावरण के गुणों की विशेषता वाली विभिन्न भौतिक या भौतिक-रासायनिक मात्राओं को मापकर, और इन मात्राओं के बीच गणितीय संबंध को जानकर, एक ओर और पर्यावरण की संरचना, दूसरी ओर, हम इसकी संरचना का अधिक से अधिक अनुमान लगा सकते हैं या सटीकता की कम डिग्री।

दूसरे शब्दों में, एक मापने के उपकरण को चुनने या बनाने के लिए, उदाहरण के लिए, एक बहुघटक माध्यम की पूरी संरचना का निर्धारण करने के लिए, यह आवश्यक है, सबसे पहले, भौतिक या भौतिक-रासायनिक मात्रा इस माध्यम के गुणों की विशेषता को स्थापित करने के लिए और, दूसरी बात, आकार निर्भरता खोजने के लिए

की = च (C1, C2, … सेमी),

जहाँ की - पर्यावरण के प्रत्येक घटक की सांद्रता, C1, C2, ... सेमी - पर्यावरण के गुणों को दर्शाने वाली भौतिक या भौतिक-रासायनिक मात्राएँ।

तदनुसार, माध्यम की संरचना को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण को एक निश्चित घटक या माध्यम के गुणों की एकाग्रता की इकाइयों में कैलिब्रेट किया जा सकता है, अगर कुछ सीमाओं के भीतर उनके बीच एक स्पष्ट संबंध है।

भौतिक और भौतिक-रासायनिक गुणों और पदार्थों की संरचना के स्वत: नियंत्रण के लिए NSDevices ऐसे उपकरण हैं जो अलग-अलग भौतिक या भौतिक-रासायनिक मात्राओं को मापते हैं जो स्पष्ट रूप से पर्यावरण के गुणों या इसकी गुणात्मक या मात्रात्मक संरचना को निर्धारित करते हैं।

हालांकि, अनुभव से पता चलता है कि पर्याप्त रूप से अध्ययन की गई तकनीकी प्रक्रिया के स्वत: विनियमन या नियंत्रण के कार्यान्वयन के लिए, किसी भी समय मध्यवर्ती और अंतिम उत्पादों की संरचना और उनके कुछ घटकों की एकाग्रता पर पूरी जानकारी होना आवश्यक नहीं है। इस तरह की जानकारी आमतौर पर बनाने, सीखने और प्रक्रियाओं में महारत हासिल करने के लिए आवश्यक होती है।

जब इष्टतम तकनीकी नियमों को विकसित किया गया है, प्रक्रिया के पाठ्यक्रम और मापने योग्य भौतिक और भौतिक-रासायनिक मात्रा के गुणों और उत्पादों की संरचना के बीच स्पष्ट संबंध स्थापित किए गए हैं, तो प्रक्रिया को पूरा किया जा सकता है, डिवाइस स्केल अंशांकन सीधे उन मात्राओं में जिन्हें वह मापता है, उदाहरण के लिए, तापमान, विद्युत प्रवाह, समाई आदि की इकाइयों में, या माध्यम की निर्दिष्ट संपत्ति की इकाइयों में, उदाहरण के लिए, रंग, मैलापन, विद्युत चालकता, चिपचिपाहट, ढांकता हुआ स्थिरांक, आदि एन।

पर्यावरण के गुणों और संरचना को निर्धारित करने वाली भौतिक और भौतिक-रासायनिक मात्राओं को मापने की मुख्य विधियों की चर्चा नीचे की गई है।

मौजूदा ऐतिहासिक रूप से स्थापित उत्पाद नामकरण में उपकरणों के निम्नलिखित मुख्य समूह शामिल हैं:

• गैस विश्लेषक,

• तरल सांद्रता,

• घनत्व मीटर,

• विस्कोमीटर,

• हाइग्रोमीटर,

• मास स्पेक्ट्रोमीटर,

• क्रोमैटोग्राफ,

• पीएच मीटर,

• सोलिनोमीटर,

• चीनी मीटर आदि

ये समूह, बदले में, माप विधियों के अनुसार या विश्लेषण किए गए पदार्थों के अनुसार उप-विभाजित होते हैं। इस तरह के वर्गीकरण की चरम पारंपरिकता और संरचनात्मक रूप से समान उपकरणों को विभिन्न समूहों को सौंपने की संभावना से उपकरणों का अध्ययन, चयन और तुलना करना मुश्किल हो जाता है।

प्रत्यक्ष माप उपकरणों में वे शामिल होते हैं जो सीधे परीक्षण किए गए पदार्थ के भौतिक या भौतिक-रासायनिक गुणों और संरचना को निर्धारित करते हैं। इसके विपरीत, संयुक्त उपकरणों में, परीक्षण पदार्थ का नमूना उन प्रभावों के संपर्क में आता है जो इसकी रासायनिक संरचना या इसके एकत्रीकरण की स्थिति को महत्वपूर्ण रूप से बदल देते हैं।

दोनों ही मामलों में, तापमान, दबाव और कुछ अन्य मापदंडों के संदर्भ में नमूने की प्रारंभिक तैयारी संभव है। उपकरणों के इन दो मुख्य वर्गों के अलावा, ऐसे भी हैं जिनमें प्रत्यक्ष और संयुक्त माप दोनों का प्रदर्शन किया जा सकता है।

प्रत्यक्ष माप उपकरण

प्रत्यक्ष माप उपकरणों में, माध्यम के भौतिक और भौतिक-रासायनिक गुणों को निम्नलिखित मात्राओं को मापकर निर्धारित किया जाता है: यांत्रिक, थर्मोडायनामिक, विद्युत रासायनिक, विद्युत और चुंबकीय और अंत में तरंग।

यांत्रिक मूल्यों के लिए सबसे पहले, माध्यम का घनत्व और विशिष्ट गुरुत्व फ्लोट, गुरुत्वाकर्षण, हाइड्रोस्टेटिक और गतिशील माप विधियों के आधार पर उपकरणों का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है।इसमें माध्यम की चिपचिपाहट का निर्धारण भी शामिल है, जिसे विभिन्न विस्कोमीटर से मापा जाता है: केशिका, रोटरी, गिरने वाली गेंद विधियों और अन्य के आधार पर।

थर्मोडायनामिक मात्रा से प्रतिक्रिया का ऊष्मा प्रभाव, थर्मोकेमिकल उपकरणों से मापा जाता है, तापीय चालकता का गुणांक, जिसे थर्मोकंडक्टिव उपकरणों से मापा जाता है, पेट्रोलियम उत्पादों का प्रज्वलन तापमान, वाष्प दबाव, आदि। आवेदन मिला है।

तरल मिश्रण के साथ-साथ कुछ परिणामी गैसों की संरचना और गुणों को मापने के लिए व्यापक विकास विद्युत रासायनिक उपकरण… उनमें सब से ऊपर शामिल हैं कंडक्टोमीटर और पोटेंशियोमीटरलवण, अम्ल और क्षार की सांद्रता को बदलकर निर्धारित करने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरण इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी निर्णय। ये तथाकथित हैं कंडक्टोमेट्रिक कंसंट्रेटर्स या कॉन्टैक्ट और नॉन-कॉन्टैक्ट कंडक्टोमीटर।

बहुत व्यापक रूप से वितरित पाया गया पीएच मीटर — इलेक्ट्रोड की क्षमता द्वारा माध्यम की अम्लता का निर्धारण करने के लिए उपकरण।

ध्रुवीकरण के कारण इलेक्ट्रोड संभावित बदलाव निर्धारित किया जाता है गैल्वेनिक और विध्रुवण गैस विश्लेषक में, ऑक्सीजन और अन्य गैसों की सामग्री को नियंत्रित करने के लिए सेवारत, जिसकी उपस्थिति इलेक्ट्रोड के विध्रुवण का कारण बनती है।

यह सबसे आशाजनक में से एक है ध्रुवीय माप पद्धति, जिसमें इलेक्ट्रोड पर विभिन्न आयनों की रिहाई की क्षमता और वर्तमान घनत्व को सीमित करने का एक साथ निर्धारण होता है।

गैसों में नमी की सघनता का माप किसके द्वारा प्राप्त किया जाता है? कूलोमेट्रिक विधि, कहाँ परिभाषित किया गया है पानी के इलेक्ट्रोलिसिस की दरनमी के प्रति संवेदनशील फिल्म के माध्यम से गैस से सोख लिया जाता है।

उपकरणों पर आधारित है विद्युत और चुंबकीय मात्रा को मापने के लिए.

गैस आयनीकरण उनकी विद्युत चालकता के एक साथ माप के साथ, कम सांद्रता को मापने के लिए उपयोग किया जाता है। आयनीकरण थर्मल या विभिन्न विकिरणों के प्रभाव में हो सकता है, विशेष रूप से रेडियोधर्मी समस्थानिकों में।

थर्मल आयनीकरण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्रोमैटोग्राफ के ज्वाला आयनीकरण डिटेक्टरों में… अल्फा और बीटा किरणों द्वारा गैसों के आयनीकरण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्रोमैटोग्राफिक डिटेक्टरों में (तथाकथित "आर्गन" डिटेक्टर), साथ ही साथ अल्फा और बीटा आयनीकरण गैस विश्लेषक मेंविभिन्न गैसों के आयनीकरण क्रॉस सेक्शन में अंतर के आधार पर।

इन उपकरणों में परीक्षण गैस एक अल्फा या बीटा आयनीकरण कक्ष से होकर गुजरती है। इस मामले में, कक्ष में आयनीकरण धारा को मापा जाता है, जो घटक की सामग्री की विशेषता है। एक माध्यम के ढांकता हुआ स्थिरांक का निर्धारण विभिन्न प्रकार के माध्यम से नमी और अन्य पदार्थों की सामग्री को मापने के लिए किया जाता है कैपेसिटिव नमी मीटर और ढांकता हुआ मीटर.

ढांकता हुआ स्थिरांक गैस धारा द्वारा धोई गई एक सॉर्बेंट फिल्म का उपयोग किया जाता है, जिसमें जल वाष्प की सांद्रता होती है डायलोमेट्रिक हाइग्रोमीटर.

विशिष्ट चुंबकीय संवेदनशीलता के माध्यम से पैरामैग्नेटिक गैसों, मुख्य रूप से ऑक्सीजन की सांद्रता को मापना संभव बनाता है थर्मोमैग्नेटिक, मैग्नेटोइफ्यूजन और मैग्नेटोमैकेनिकल गैस एनालाइजर.

अंत में, कणों का विशिष्ट आवेश, जो उनके द्रव्यमान के साथ मिलकर किसी पदार्थ की मुख्य विशेषता है, द्वारा निर्धारित किया जाता है उड़ान के समय मास स्पेक्ट्रोमीटर, उच्च आवृत्ति और चुंबकीय द्रव्यमान विश्लेषक.

तरंग मात्रा का मापन - विभिन्न प्रकार के विकिरण के साथ परीक्षण किए गए वातावरण की बातचीत के प्रभाव के उपयोग के आधार पर, उपकरण निर्माण में सबसे आशाजनक दिशाओं में से एक। तो, पर्यावरण से अवशोषण की तीव्रता अल्ट्रासोनिक कंपन माध्यम की चिपचिपाहट और घनत्व का अनुमान लगाना संभव बनाता है।

एक माध्यम में अल्ट्रासाउंड के प्रसार के वेग को मापने से व्यक्तिगत घटकों की एकाग्रता या लेटेक्स और अन्य बहुलक पदार्थों के पोलीमराइज़ेशन की डिग्री का अंदाजा होता है। रेडियो फ्रीक्वेंसी से लेकर एक्स-रे और गामा रेडिएशन तक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक दोलनों का लगभग पूरा पैमाना सेंसर में पदार्थों के गुणों और संरचना के लिए उपयोग किया जाता है।

उनमें सबसे संवेदनशील विश्लेषणात्मक उपकरण शामिल हैं जो विद्युत चुम्बकीय और परमाणु चुंबकीय अनुनाद के आधार पर शॉर्ट-वेवलेंथ, सेंटीमीटर और मिलीमीटर रेंज में विद्युत चुम्बकीय दोलनों से ऊर्जा के अवशोषण की तीव्रता को मापते हैं।

सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले उपकरण हैं जो प्रकाश ऊर्जा के साथ पर्यावरण की बातचीत का उपयोग करते हैं। स्पेक्ट्रम के अवरक्त, दृश्य और पराबैंगनी भागों में... प्रकाश के अभिन्न उत्सर्जन और अवशोषण और पदार्थों के उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा की विशेषता रेखाओं और बैंडों की तीव्रता दोनों को मापा जाता है।

ऑप्टिकल-ध्वनिक प्रभाव पर आधारित उपकरणों का उपयोग स्पेक्ट्रम के अवरक्त क्षेत्र में किया जाता है, जो बहुपरमाणुक गैसों और वाष्प की सांद्रता को मापने के लिए उपयुक्त होता है।

माध्यम में प्रकाश का अपवर्तनांक द्वारा तरल और गैसीय मीडिया की संरचना निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जाता है रेफ्रेक्टोमीटर और इंटरफेरोमीटर.

वैकल्पिक रूप से सक्रिय पदार्थों के समाधान द्वारा प्रकाश के ध्रुवीकरण के विमान के घूर्णन की तीव्रता का माप उनकी एकाग्रता निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जाता है पोलीमीटर.

माध्यम के साथ एक्स-रे और रेडियोधर्मी विकिरण के संपर्क के विभिन्न अनुप्रयोगों के आधार पर विभिन्न मीडिया के घनत्व और संरचना को मापने के तरीके व्यापक रूप से विकसित किए गए हैं।

संयुक्त उपकरण

कई मामलों में, माप से पहले विभिन्न सहायक कार्यों के साथ पर्यावरण के भौतिक और भौतिक-रासायनिक गुणों के प्रत्यक्ष निर्धारण के संयोजन से माप की संभावनाओं में काफी विस्तार हो सकता है, सरल तरीकों की चयनात्मकता, संवेदनशीलता और सटीकता में वृद्धि हो सकती है। ऐसे उपकरणों को हम संयुक्त कहते हैं।

सहायक संचालन में मुख्य रूप से शामिल हैं किसी द्रव से गैस का अवशोषण, वाष्प संघनन और तरल वाष्पीकरणगैसों के विश्लेषण में तरल पदार्थों की सांद्रता को मापने के तरीकों के उपयोग की अनुमति देना, जैसे कंडक्टोमेट्री, पोटेंशियोमेट्री, फोटोकोलेरीमेट्री, आदि।और इसके विपरीत, प्रयुक्त तरल पदार्थ की एकाग्रता को मापने के लिए गैस विश्लेषण के तरीके: थर्मल कंडक्टोमेट्री, मास स्पेक्ट्रोमेट्री, आदि।

सबसे आम सोखने के तरीकों में से एक है क्रोमैटोग्राफी, जो एक संयुक्त माप पद्धति है जिसमें परीक्षण माध्यम के भौतिक गुणों का निर्धारण इसके घटक घटकों में इसके क्रोमैटोग्राफिक पृथक्करण की प्रक्रिया से पहले होता है। यह माप प्रक्रिया को सरल करता है और नाटकीय रूप से प्रत्यक्ष माप विधियों की संभावनाओं की सीमा का विस्तार करता है।

जटिल कार्बनिक मिश्रण की कुल संरचना को मापने की क्षमता और उपकरणों की उच्च संवेदनशीलता ने हाल के वर्षों में विश्लेषणात्मक उपकरणों में इस दिशा का तेजी से विकास किया है।

उद्योग में एक व्यावहारिक अनुप्रयोग पाया गया है गैस क्रोमैटोग्राफदो मुख्य भागों से मिलकर: परीक्षण मिश्रण को अलग करने के लिए डिज़ाइन किया गया क्रोमैटोग्राफिक कॉलम और मिश्रण के अलग-अलग घटकों की एकाग्रता को मापने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक डिटेक्टर। जुदाई स्तंभ के थर्मल शासन और डिटेक्टर के संचालन के सिद्धांत दोनों के संदर्भ में, गैस क्रोमैटोग्राफ के लिए डिज़ाइन की एक विस्तृत विविधता है।

इज़ोटेर्माल मोड क्रोमैटोग्राफ में, विश्लेषण चक्र के दौरान स्तंभ थर्मोस्टेट का तापमान स्थिर रखा जाता है; तापमान प्रोग्रामिंग के साथ क्रोमैटोग्राफ में, पूर्व निर्धारित कार्यक्रम के अनुसार समय के साथ बाद में परिवर्तन होता है; थर्मोडायनामिक मोड क्रोमैटोग्राफ में, विश्लेषण चक्र के दौरान, स्तंभ के विभिन्न भागों का तापमान इसकी लंबाई के साथ बदलता है।

सिद्धांत रूप में, एक क्रोमैटोग्राफिक डिटेक्टर का उपयोग किया जा सकता है किसी दिए गए पदार्थ के भौतिक और भौतिक-रासायनिक गुणों को निर्धारित करने के लिए कोई उपकरण। इसका डिज़ाइन अन्य विश्लेषणात्मक उपकरणों की तुलना में और भी सरल है, क्योंकि मिश्रण के पहले से अलग किए गए घटकों की सांद्रता को मापा जाना चाहिए।

वर्तमान में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है गैस घनत्व, तापीय चालकता को मापने के आधार पर डिटेक्टर (तथाकथित "कैटरोमीटर"), उत्पादों के दहन का थर्मल प्रभाव ("थर्मोकेमिकल"), लौ की विद्युत चालकता जिसमें परीक्षण मिश्रण प्रवेश करता है ("लौ-आयनीकरण"), की विद्युत चालकता रेडियोधर्मी विकिरण ("आयनीकरण -आर्गन") और अन्य द्वारा आयनित गैस।

बहुत सार्वभौमिक होने के नाते, क्रोमैटोग्राफिक विधि 400 - 500 ° C तक के क्वथनांक वाले जटिल हाइड्रोकार्बन मिश्रण में अशुद्धियों की सांद्रता को मापते समय सबसे बड़ा प्रभाव देती है।

रासायनिक प्रक्रियाएँ जो माध्यम को उन मापदंडों पर लाती हैं जिन्हें सरल तरीकों से मापा जा सकता है, लगभग सभी प्रत्यक्ष माप विधियों के साथ उपयोग किया जा सकता है। एक तरल द्वारा गैस मिश्रण के व्यक्तिगत घटकों के चयनात्मक अवशोषण से अवशोषण से पहले और बाद में मिश्रण की मात्रा को मापकर परीक्षण पदार्थों की एकाग्रता को मापना संभव हो जाता है। वॉल्यूम-मैनोमेट्रिक गैस एनालाइजर का संचालन इसी सिद्धांत पर आधारित है।

अलग रंग प्रतिक्रियाएं, प्रकाश उत्सर्जन के पदार्थ के साथ बातचीत के प्रभाव की माप से पहले।

इसमें तथाकथित का एक बड़ा समूह शामिल है पट्टी फोटोकलरमीटर, जिसमें एक पट्टी के कालेपन की डिग्री को मापकर गैस घटकों की सांद्रता का मापन किया जाता है, जिस पर परीक्षण पदार्थ के साथ रंग प्रतिक्रिया देने वाला पदार्थ पहले लगाया गया है। औद्योगिक परिसर की हवा में जहरीली गैसों की विशेष रूप से खतरनाक सांद्रता में सूक्ष्म सांद्रता को मापने के लिए इस पद्धति का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

रंग प्रतिक्रियाओं का भी उपयोग किया जाता है तरल फोटोकलरीमीटर में उनकी संवेदनशीलता बढ़ाने के लिए, तरल पदार्थ आदि में रंगहीन घटकों की सांद्रता को मापने के लिए।

यह आशाजनक है तरल पदार्थ की चमक की तीव्रता को मापनारासायनिक प्रतिक्रियाओं के कारण। सबसे आम विश्लेषणात्मक रासायनिक विधियों में से एक है टाइट्रेट करना... अनुमापन विधि में एक तरल माध्यम में निहित भौतिक और भौतिक-रासायनिक मात्रा को मापने में शामिल होता है जो बाहरी रासायनिक या भौतिक कारकों के संपर्क में होता है।

गुणात्मक परिवर्तन (अनुमापन के अंतिम बिंदु) में मात्रात्मक परिवर्तनों के संक्रमण के समय, मापा घटक की एकाग्रता के अनुरूप पदार्थ या बिजली की खपत की मात्रा दर्ज की जाती है। मूल रूप से, यह एक चक्रीय विधि है, लेकिन इसके विभिन्न संस्करण हैं, निरंतर तक। अनुमापन के अंत बिंदु के संकेतक के रूप में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है पोटेंशियोमेट्रिक (पीएच-मीट्रिक) और फोटोकलरीमेट्रिक सेंसर.

पदार्थ की संरचना और गुणों के लिए Arutyunov OS सेंसर