染整加工中保持溶液濃度恒定,是確保工藝重現(xiàn)性的關(guān)鍵。前處理的主要藥劑是燒堿,因此,為染整設(shè)備研制適合的堿濃度傳感器是必要的。在線測量燒堿溶液電導(dǎo)率是檢測堿濃度常用的方法,檢測方法分為接觸式和非接觸式。前者通過將電極與待測燒堿溶液直接接觸而測量,傳感器電極很容易被堿液腐蝕,從而影響測量精度,縮短傳感器使用壽命,因此不宜長期使用。根據(jù)電磁感應(yīng)定律研制的非接觸式傳感器能很好地解決上述問題,與其它測量方法相比,測量時(shí)間短、精度高、重現(xiàn)性好。
1 原理
1.1 濃度與電導(dǎo)率
與金屬導(dǎo)體一樣,電解質(zhì)溶液是電的良導(dǎo)體,遵守歐姆定律。一般用電導(dǎo)G或電導(dǎo)率S來衡量溶液的導(dǎo)電能力。
G=1/R=S×A/L
式中:R———電阻率;
S———電導(dǎo)率(S/cm);
A———導(dǎo)體截面積(cm2);
L———導(dǎo)體長度(cm)。
電解質(zhì)溶液中,單位體積內(nèi)所含離子濃度和離子化合價(jià)越高,離子遷移速度越快,則電導(dǎo)率越大[1]。檢測印染前處理過程中所用的燒堿濃度時(shí),只需要考慮其濃度和溫度因素。試驗(yàn)表明,溶液的電導(dǎo)率S與所含離子濃度C近似成正比關(guān)系。
如圖1所示,與電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)的燒堿溶液濃度具有二值性。在濃度較低的區(qū)域,溶液的電導(dǎo)率隨燒堿濃度的增加而增大;但溶液電導(dǎo)率增加到一定數(shù)值后,隨著濃度的升高,反而減小。由于曲線在拐點(diǎn)處較平緩,所以在拐點(diǎn)處的分辨率最差,因此測量時(shí)必須避開拐點(diǎn)及其附近范圍。若從拐點(diǎn)處分段測量,則溶液濃度在各段范圍內(nèi)與電導(dǎo)率有近似比例關(guān)系,因此,通過檢測溶液的電導(dǎo)率就可計(jì)算出堿液的濃度。
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退漿、煮練等前處理溶液中,NaOH濃度一般為10~80g/L。由圖l和表1可以看出,在此濃度范圍內(nèi),電導(dǎo)率與濃度近似呈線性關(guān)系。
溶液的電導(dǎo)率、濃度和溫度之間的關(guān)系比較復(fù)雜,很難精確計(jì)算,通常是通過試驗(yàn)來測定各種不同濃度電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率,然后繪制成圖表以供查閱[2]。
1.2 工作原理
非接觸式濃度計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和變壓器原理而設(shè)計(jì)的。如圖2所示,傳感器的測量部分由兩個(gè)變壓器式的繞線磁環(huán)組成,兩磁環(huán)的孔是連通的。當(dāng)把傳感器插入堿液中,堿液在磁環(huán)內(nèi)外必然形成回路,類似在磁環(huán)中穿過一根閉合導(dǎo)線,這樣,兩個(gè)結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立的磁環(huán)就通過堿液聯(lián)系在一起。
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