Лекция 19

Ядерный магнитный ре­зонанс (ЯМР) является одним из эф­фективных методов анализа состава ор­ганических веществ животного и расти­тельного происхождения. Основу мето­дов ЯМР составляет резонансное погло­щение электромагнитной энергии ра­диочастотного диапазона ядрами водо­рода воды при внесении влажного объек-

та в постоянное магнитное поле. Конт­ролируемый объект помещают в ци­линдрическую катушку, ось которой перпендикулярна направлению поля, и по катушке пропускают переменный ток высокой частоты. Катушка находится между полюсами постоянного магнита. Резонанс достигается двумя способами: изменением частоты высокочастотного поля (первой компоненты) при постоян­ной напряженности постоянного поля (второй компоненты) и изменением нап­ряженности постоянного поля (второй компоненты) при постоянной частоте высокочастотного ноля (первой компо­ненты) . При резонансе имеет место максимальное поглощение радиочастот­ной энергии.

Метод оптических влаго­меров основан на способности неко­торых веществ изменять свою окраску и коэффициент отражения в зависимости от влажности и видимой области спектра.

Среди оптических приборов для измере­ния влажности наибольший интерес пред­ставляют инфракрасные (ИК) фотомет­рические влагомеры, в основу действия которых положено измерение избира­тельного поглощения влагой инфракрас­ного излучения определенной длины волны либо отраженного поверхностью ИО, либо проходящего через вещество излучения.

Основные методы, используемые для измерения влажности газов:

1. Физико-химические методы:
сорбционные:

электрофизические:

кулоно метрические;

электролитические реологические (деформацион­ные) ;

волосяной;

твердотельный сорбционно-гравитометрические (взвешивания); оптические;

массоспектраметрические; теплофизические;

сорбционно-термические;

точки росы;

психо метрические;

с подогревным датчиком

2. Физические методы:

акустические; оптические;

лазерные тепло- и массообменные;

диффузионные эл ектрофизические:

короноразрядные;

диэлькометрические спектроскопические:

инфракрасные;

видимого диапазона;

ультрафиолеотовые;

рентгеновские; радиометрические

Определение количества водяного па­ра и газа, в том числе в воздухе, носит название гигро метрии, а приборы или устройства, предназначенные для

подобных измерений, называются гигро­метрами.

Работа гигрометров с датчиками по­догревного типа основана на использо­вании зависимости максимальной упру­гости водяного пара над поверхностью насыщенного раствора гигроскопической соли от температуры. Состояние равно­весия с окружающей средой достигается изменением температуры (нагревом) чувствительного элемента, характеризую­щей влажность анализируемой газовой среды.

Метод точки росы является одним из основных конденсационных методов контроля влажности воздуха и газовой смеси. Он основан на эксперименталь­ном определении температуры, соответ­ствующей полному насыщению газа па­рами воды и появлению жидкой фазы. Момент насыщения определяют визуаль­но или фотоэлектрически по изменению интенсивности отраженного от поверх­ности конденсации влаги светового по­тока в момент выпадания капель росы.

Хроматографический метод позволяет с высокой точностью определять влаж­ность газов, содержащих множество других мешающих компонентов.

Для тяжелых условий эксплуатации весьма перспективным является метод измерения влажности атмосферы по теплоуносу с поверхности пленочного резистивного малогабаритного датчика, защищенного от скоростных потоков и атмосферных осадков.

Ультразвуковым методом измеряют влажность с использованием зависимос­ти параметров характеристик ультразву­ковых колебаний от свойств и состава среды, а именно зависимость скорости (поперечной или продольной) распрост­ранения ультразвуковых колебаний от содержания влаги в ИО. Основная об­ласть применения ультразвуковых вла­гомеров — определение содержания влаги в агрессивных средах и издели­ях из керамических масс.

Самыми распространенными мето­дами гигрометрии являются: адсорб-

ционные, конденсационные . и хромато-графические. Адсорбционные методы ос­нованы на переносе влаги из газа к по­верхностям различных пористых тел с последующим определением параметров физических характеристик этих тел в за­висимости от влагосодержания или же на измерении теплового эффекта сорб­ции влаги с поверхности твердого ад­сорбента.

Адсорционным кулонометрическим методом влагометрии измеряют коли­чество электричества, израсходованного в процессе электролиза воды, перенесен­ной из исследуемого газа в сильнодейст­вующий химический поглотитель влаги — фосфорный ангидрид.

Адсорбционно-частотный метод осно­ван на определении частоты резонанса кварцевого резонатора, покрытого тон­ким слоем гидросконического вещества, при измерении влажности контролируе­мой газовой смеси. Прибор сравнивает частоты двух кварцевых резонаторов, и результирующая разность этих частот информацию о влажности газа.

В основе электросорбционного метода лежит измерение поверхностной прово­димости пленки окиси алюминия при адсорбции на ней паров воды.

Выбирая или анализируя тот или иной метод влагометрии, всегда непременно следует увязывать его с формами связи влаги с ИО и с фазовым составом воды внутри материала ИО.

Вязкость. Количественно вязкость ха­рактеризуется коэффициентом вязкости.

Основой всех вискозиметрических и реологических аппаратурных средств яв­ляются граничные условия, при которых происходят деформирования, фазовые переходы и течения ИО. Они определя­ются либо формой образца, если он об­ладает хорошой спонтанной формосох-раняемостью, как, например, металли­ческие образцы для механических испы­таний при нормальной температуре, либо формой и адгезионными (теплофизичес-кими) свойствами рабочих поверхнос­тей, между которыми закладывается или

заливаются, а затем деформируются ИО в текучем состоянии.

Вариантов форм образцов ИО и ра­бочих поверхностей реометров, и в том числе вискозиметров, которые считаются рациональными, много (около 200). Для удобства выбора и анализа этого множества оно систематиматизировано и представлено в развернутой таблице реологических (в том числе вискози-метрических) методов и средств иссле­дований различных сред в целях ТД. Классификация реологических методов и средств осуществлена по признакам, обладающим достаточно широкой общ­ностью — по видам граничных условий.

Основные группы методов вискози­метрии и реометрии следующие:

1) капиллярные (Пуазейля— Видема-на—Гагенбаха) и вообще истечений;

2) ротационные (Куэтта—Марголиса, Муней и Юарта, Унг,ара, Гораздовского и др.);

3) падающего' или всплывающего
и скатывающегося шарика (Стокса)
в общем случае — обтекания твердых
тел;

4) затухания колебаний (Кулона);

5) реологических процессов внутри твердого тела.

Первые четыре метода могут быть использованы для ИО в газообразном и жидком состоянии, а также если ИО является легкодеформируемым, т. е. если его прочность меньше прочности рабочих актуально-деформирующих тел прибора на несколько порядков.

При к апиллярных методах измерения вязкости газов в широком интервале температур непосредственно измеряют расход при протекании газа через трубки (капилляр) с диаметром известной величины и вполне опреде­ленной длины.

Ротационные методы основа­ны на использовании процессов сдвига ИО в зазоре между соосно располо­женными рабочими поверхностями в форме тел вращения, которые могут быть конгруэнтными.

Методы ротационной реометрии пре­дусматривают измерение угловых пере­мещений и времени (для вычисления скоростей перемещения) при заданных нагрузках.

Широкое распространение получают переносные динамические вискозиметры, имеющие электродвигатель, вращаю­щий одно рабочее тело, погружаемое в ИО, находящийся в резервуаре. Изме­ритель крутящего момента, установлен­ный в окрестности вала-торсиона, к ко­торому прикреплено рабочее тело, про-градуирован в тех или иных единицах вязкости. Наилучший измеритель крутя­щего момента — индуктивный, токо-вихревой. Методы падающего или всплы­вающего шарика весьма разнообразны. Многие из них реализуются в портатив­ных приборах для ориентировочного определения вязкости горячесмазочных материалов (ГСМ) в полевых условиях.

Весьма распространен метод измере­ния ньютоновской вязкости в условных единицах по скорости скатывания шарика по наклонной трубке с диа­метром немного большим диаметра ша­рика, которая заполнена ИО. Эта идея метода реализована в вискозиметре Геп-лера.

Плотность. Плотность является физи­ческой величиной, характеризующей рас­пределение вещества по объему.

Методы плотнометрии предусматри­вают измерение массы т, объема V или стабильности одной величины, на­пример V = const, и измерение другой величины (в приведенном примере мас­сы или веса) ;P = g-m.