Перегляд одного допису
Старий 03.01.2010, 18:43   #5
Doc-tor
Живу на форумі
 
Аватар для Doc-tor
Varpalota-Ungvar, Hungary
 

Реєстрація: 19.04.2009
Дописи: 2.977
Подякував(ла): 2.996
Подякували 11.277 разів в 2.411 дописах
Репутація: 6407

Акваріуміст року Активність Меценат Акваріуміст року 

Типово Re: Мартин Сандер "Техническое оснащение аквариума"

Измерение параметров воды

Измерение значений pH

Со значениями pH мы сталкивались в различных частях этой книги. Измерительная техника, которая в химической технике была обычной, сравнительно быстро находила применение в аквариумистике. Известны различные методы. Определение можно производить более или менее точно посредством лакмусовой бумаги, раствором метилоранжа, полосками специально обработанной бумаги или химическими реагентами. Эти измерения достаточно точны и еще сегодня ими пользуются, но все они имеют один недостаток: под значением pH понимается измеренная на данный момент величина. А, как мы уже видели, значение pH – очень динамичный показатель, который может подвергаться различным воздействиям. Из-за жизненной активности обитателей в аквариуме создаются внутренние условия влияющие на значение pH, такие как: фильтровальная техника, аэрация, удобрения для растений, а так же кормление. Другие факторы – внешние. Они вызываются заполняемой водой. Все эти величины, если рассматривать их отдельно, очень трудно постоянно контролировать, поэтому необходимо по возможности чаще измерять значения температуры и pH. Тот, кто должен в большем количестве проводить точечные измерения, вскоре заметит, что с одной стороны, это весьма утомительное занятие, с другой – точные данные не всегда можно получить. Поэтому желательно значение pH измерять непрерывно. Из аналогичной потребности в химической измерительной технике возникла технология непрерывного измерения pH посредством pH-электрода и измерительного прибора. Задача pH-электрода состоит в том, чтобы устанавливать изменения pH в воде, превращать их в электрический сигнал, подаваемый в измерительный прибор. Электронные pH-методы получают сигнал электрода, усиливают и оценивают его. В конце концов получаются значения, которые измерительный прибор через аналоговое или цифровое устройство представляет пользователю.
Конструкция pH-электродов

pH-измерительная система состоит из ряда различных элементов, которые включены друг за другом. Поэтому pH-электроды называются также измерительными цепями. Фактически pH измерительная система состоит из измерительного электрода и электрода сравнения. Между электродами возникает электрическое напряжение, которое оценивается измерительным прибором. Измерительный электрод наполнен буферным раствором. Окончание электрода выполнено в форме шара, нижняя часть которого изготовлена из специального стекла, обладающего свойствами мембраны. Если это мембранное стекло погружается в воду, то как на внешней, так и на внутренней стороне образуется слой из ионов водорода, которые могут диффундировать как внутрь, так и наружу. Если значение pH измеряется в морской воде, которая представляет собой слабощелочной раствор, ионы водорода диффундируют из мембраны в раствор. Так как ионы водорода являются носителями положительного заряда, то они со своими положительными зарядами перемещаются от стеклянной мембраны.
Поэтому на поверхности мембраны образуется избыток отрицательных зарядов. Так как буферный раствор, содержащийся в электроде имеет постоянное значение pH между наружной и внутренней оболочкой мембраны возникает разность потенциалов, которая может также, как электрическое напряжение измеряться в милливольтах. Появляющееся на внутренней оболочке стеклянной мембраны напряжение передается на электронно-измерительный прибор и оценивается. Это измеряемая величина, однако, еще не является значением pH. Она измеряется относительно величины потенциала, которую представляет электрод сравнения. В этом электроде сравнения находится система серебро – хлорид серебра – элемент, который погружен в насыщенный раствор хлорида калия. Раствор хлорида калия связан через диафрагму с водой, pH которой нужно измерять; таким образом замыкается электрическая цепь. Говорить о токе будет явным преувеличением, так как прибор очень высокоточный, следовательно, имеет очень высокое внутреннее сопротивление. Практически протекающий ток равен нулю. В электродах, применяемых в технике, измерительный и сравнительный электроды соединены в одной конструкции в виде одного комбинированного электрода.
Функции остаются, конечно, такими же. С помощью специальных формул, которые здесь не приводятся, можно обнаружить, что разность потенциалов увеличится на 58,16 милливольт, если концентрация ионов водорода или, соответственно ионов гидроксония (H3O) поднимется в 10 раз. Как мы уже читали в «основах» о величине pH, это приводит к смещению pH. По этой причине изменения в значениях pH можно очень точно оценить с помощью электроники. Электрод подает на измерительный прибор измеряемые сигналы в милливольтах, т.е. электрическое напряжение (измеряемая величина) соответствующим измерительным прибором эти сигналы пересчитываются в значения pH и выводятся на табло для пользователя.
Калибровка и контроль

Прежде чем электроды будут применяться первый раз, они должны быть откалиброваны. Для этого имеются специальные калибровочные растворы, которые буферированы на определенные значения pH. Буферизация действует таким образом, что попадание незначительного количества воды при погружении электрода не мешает калибровке. Смысл калибровки состоит в том, чтобы погрешность электрода, связанную с изготовлением и использованием отъюстировать на определенные значения. При этом следует рассмотреть две ошибки: отклонение нулевой точки и «крутизна» погрешности.
Обе погрешности приводят к общей измерительной ошибке. Следовательно, должна проводиться калибровка двух точек с тем, чтобы обе ошибки измерения могли быть исправлены.
Погрешность нулевой точки. Расположенный вверху рисунок показывает кривую измерения и эталонную кривую. В этом примере кривая измерения очевидно отклоняется от эталонной кривой при pH 7, т.е. в нейтральной точке мы фиксируем очевидную погрешность нулевой точки, которая должна устраняться. Электроды сначала вводятся в калибровочный раствор с pH 7. При этом важно, чтобы, как минимум, были погружены в раствор стеклянная мембрана и диафрагма. В нашем примере измеряемая величина лежит выше необходимой, следовательно, отклоняется от номинальной. На потенциометре с меняющимся сопротивлением измеряемая величина юстируется на правильное значение. При этом вся кривая измерений параллельно смещается на погрешность нулевой точки так, чтобы она точно проходила через нейтральную точку. Таким образом, измерительный прибор выставляется на нулевую точку и готов к применению.
Погрешность крутизны. После калибровки нулевой точки мы получаем ситуацию, изображенную на рядом расположенном рисунке. Ноль определяется точно, но измеряемая величина все еще имеет значительную ошибку, так как еще не определена точка крутизны. Теперь выбирается калибровочный раствор, значение pH которого отличается от 7. Большей частью используются буферные растворы в области pH от 4 до 9. Электрод погружается во второй буферный раствор и с использованием потенциометра находится отклонение крутизны от номинального (стандартного) значения. И лишь теперь кривая измерений совпадает с необходимой кривой; прибор откалиброван.
Влияние температуры. На изменения значений pH оказывает влияние температура воды. При этом не ясно, необходима ли компенсация температуры в наших измерительных приборах. Расположенная рядом таблица показывает зависимость значений pH от температуры, причем прибор откалиброван при температуре 20 °C. Следует отметить, что для интересующих нас температур и значений pH ошибка измерений из-за отклонений в температуре ограничена вторым знаком после запятой. Поэтому такая ошибка измерений для аквариумистов не имеет практического значения и температурная компенсация не требуется. Наряду с отклонениями чисто измерительного характера на основе различного напряжения на электродах, следует иметь в виду температурные отклонения калиброванных растворов, которые приводятся в расположенной рядом таблице.
Мы видим здесь, что эти отклонения относительно малы и составляют не более чем ±2%.
Контроль. Для контроля рекомендуется еще раз погрузить электроды в буферный раствор при pH 7 и проконтролировать, сходятся ли значения. Если значение pH электрода согласуется с измерительным прибором, он может применяться для измерений проб воды. Если есть персональные претензии к точности, калибровка должна повторяться в установленные сроки. В качестве рекомендации можно предложить от одной до двух недель. При калибровке pH электродов должно также обращаться внимание на то, насколько быстро значение pH на приборе приближается к значению pH в буферном растворе.
Если это время больше, чем две минуты, электроды следует очистить, а затем снова калибровать. Если сравнивание измеряемой системы с истинным значением (pH 7 или pH 4) длится больше, чем три минуты, нужно подумать, устраивает ли вас это время или электроды следует заменить.
Измерение pH на практике

Измерения значений pH с помощью электродов и измерительного прибора могут проводиться непрерывно или периодически.
Для периодического измерения проба помещается в стакан Бехера (в лаборатории по возможности его ставят на магнитную мешалку). Этот способ рекомендуется, если различные воды должны измеряться прибором, работающим от сети.
Измерительные приборы, использующие батарейки, дают возможность перемещаться с измерительной системой от аквариума к аквариуму, измерять различные воды. При этом особенно важно учитывать, что электроды требуют некоторого времени, чтобы настроить их на новые водные условия. Ни в коем случае не следует бегать поспешно от аквариума к аквариуму и в быстром темпе записывать измерительные величины. При измерении pH электроды должны находиться в измеряемой воде примерно 15 минут. При этом, прежде всего следует обратить внимание на интенсивное и беспузырьковое перемешивание воды. Самые лучшие результаты получаются, когда значение pH получают измерительным прибором, включаемым в сеть, при его непрерывной эксплуатации. Этот способ работы имеет большие преимущества. Сначала получают данные изменений значений pH в течение дня. С закатом солнца или при включении света начинается ассимиляция. Растения поглощают углекислый газ, так что значения pH могут слегка подниматься. С другой стороны, также повышается активность рыб и частота их дыхания.
С каждым вдохом не только поглощается кислород, но и выделяется двуокись углерода, так что значение pH может опять падать. Следовательно, значение pH очень тесно связано с жизнью животных и ростом растений в аквариуме. Поэтому интересно узнать появляющиеся изменения pH воды в 24-часовом цикле.
Длительность эксплуатации электрода

Самая чувствительная часть электрода – диафрагма, которая состоит из пористой керамики или стекловаты. Подобная пористая среда является очень хорошей основой для роста водорослей и бактерий. Но если диафрагма заросла, это мешает ионному обмену. Измерения замедляются или даже совсем прекращаются. Чтобы очистить диафрагму от непрерывных загрязнений, имеются специальные очищающие растворы, в которые на определенное время погружаются электроды. Эти растворы очень агрессивны и очищают поры. Из-за их едкости с ними следует работать очень осторожно. Так как в аквариуме наблюдается постоянный рост бактерий и водорослей, зарастание диафрагмы – также процесс постоянный. Продолжительность эксплуатации электрода поэтому ограничена. Долго ли продержится электрод – неизвестно, так как даже при осторожной обработке он становится дефектным. Опыт, однако, показывает, что при регулярной очистке пропускная способность диафрагмы падает, и электрод теряет чувствительность, становится инертным. А когда электроды должны быть заменены, это вопрос персональных требований к точности и также, к сожалению, неодинаковых возможностей. Так как измерительные электроды сложны в изготовлении и содержат благородные металлы, они достаточно дороги. Ориентировочно можно применить следующее правило частоты смены pH-электродов:
  • чистый любительский аквариум с не очень чувствительными обитателями – 2-3 года;
  • любительский аквариум с очень чувствительными обитателями (дискусы, беспозвоночные) – 1,5 – 2 года;
  • установки для торговли с высокой плотностью обитателей и очень чувствительными животными – 0,5 – 1,5 года;
  • постоянно работающие электроды – 0,5 – 1 год.
Прибор с выходом на принтер

Сетевые измерительные приборы часто выпускаются с записывающим устройством. Если для домашнего аквариума это не обязательно, то для открытого аквариума – важно для оптимального ухода или научных наблюдений (появляется возможность получить текущее значение pH в большом временном интервале). Такие устройства целесообразны в том случае, если нужно зафиксировать отклонения документально. Наблюдения за большой промежуток времени, устанавливают, например, является ли внезапно появляющаяся проблемная величина случайной или это происходит из-за некорректной эксплуатации.
Измерительный прибор с функцией регулирования

Измерять pH в течение дня можно также с помощью прибора с функцией регулирования. Многие современные аквариумисты были неудовлетворены только фиксирующей функцией измерения. Они хотели бы автоматически регулировать значение pH в определенных границах, т. к. большинству животных в аквариумах вредны сильные колебания pH. Измерительные и регулирующие приборы, применяемые в торговле, – исключительно сетевые, рассчитанные на длительный срок эксплуатации. Также предлагаются измерительные и управляющие системы в комплекте, которые могут устанавливаться без проблем аквариумистами-любителями. На расположенном выше рисунке показан прибор для измерения и регулирования pH в исполнении штепсель-розетка. С помощью такого прибора можно снабдить аквариум с пресной водой и большим количеством растений автоматическим регулированием дозирования угольной кислоты. Например, вода в аквариуме должна соответствовать pH 6,5. Это значение выставляется на потенциометре как необходимое значение.
Часто это значение для контроля указывается на цифровом табло. После выставления необходимой величины измерительный прибор включается в измерительный модуль. Если измеренная на данный момент величина составляет, например, pH 7, устанавливается контакт. Последний открывает магнитный вентиль, дозирует угольную кислоту в воду и таким образом снижает pH. Если измеряемая величина достигает установленного значения, то это регистрируется измерительным прибором, магнитный вентиль закрывается и прекращается дозирование угольной кислоты. Благодаря ассимиляции растений, а также аэрации угольная кислота в аквариуме используется и удаляется. Значение pH опять поднимается, измерительный прибор регистрирует, что измеряемая величина выше, чем необходимая и опять открывает магнитный вентиль. Таким образом значение pH поддерживается на желаемом уровне.
Процесс может также происходить со щелочными растворами и насосом дозирования. Подобное регулирование активно вмешивается в содержание веществ в аквариуме. Следует предварительно хорошо подумать, на какую заданную величину и где его установить. Если регулирующим прибором дозируют как кислые, так и основные растворы, то должна быть предусмотрена переключающая система. Если вводится углекислый газ, то, когда превышается определенное значение pH, включается прибор. Напротив, если дозируют основной раствор, переключающая система возвращается, так как реле должно включаться тогда, когда перекрывается заданная величина.

Расположение электродов

Большое значение имеет позиция измеряющего электрода переключающего измерительного прибора. На верхнем рисунке pH-электроды применены непосредственно за СО2-реактором, так что они тотчас после новой подачи углекислоты фиксируют значение pH и выводят на измерительный прибор.
На втором рисунке pH-электроды находятся в стоке аквариума. Такое положение опасно. Если в СО2-реактор дозируется угольная кислота, то она вначале не регистрируется электродом. Зафиксированное значение pH может быть еще очень и очень высоким, хотя из реактора было использовано много СО2. Проходит значительное время, пока к электроду поступит вода, насыщенная угольной кислотой. Все это время двуокись углерода продолжает дозировано подаваться, пока электрод не покажет, что уже подано слишком много углекислого газа и pH ниже заданной величины. Поэтому очень важно измеряющие электроды помещать по возможности за местом дозирования.
Можно между электродом и местом дозирования расположить большую массу воды, даже сам аквариум, тогда регистрация произойдет с опозданием на час. В каждом случае важно, чтобы электроды не выставлялись в «мертвый» угол. Место установки электрода должно хорошо омываться для того, чтобы возможные изменения могли регистрироваться быстрее. Если речь идет о погруженном электроде с защищенным от воды подключением, то предлагается позиция вблизи входа воды в насос. Еще лучше – в проточной арматуре, в специальной поливинилхлоридной арматуре, которая встраивается по возможности за насосом. Измерительные приборы с резьбой ввинчиваются в эту арматуру и работают всегда при определенных условиях потока. Конечно, нужно обратить внимание на то, что электроды в арматуре потока всегда направлены основанием электрода вниз, В противном случае может быть так, что воздушные пузырьки, находящиеся на электроде, поднимутся в изолированную зону, и из-за них ионный обмен будет затруднен. Если электроды расположены в спокойной зоне, на их поверхности образуется поверхностный слой, который не удаляется. Электроды измеряют теперь значения воды поверхностного слоя, которые, конечно, не имеют ничего общего с происходящим в аквариуме. Должно также исключаться попадание электродов в зону интенсивного облучения. Сам свет, конечно, не мешает электродам, но там, где есть световые лучи, хорошо растут водоросли. Разрастание водорослей опасней всего для диафрагмы. В глубинных структурах диафрагмы водоросли и микроорганизмы находят оптимальные условия для роста. Поэтому в аквариумистике следует обращать особое внимание на диафрагму и тщательно ее очищать. Электроды не должны попадать также в поток с воздушными пузырьками. Воздушные пузырьки могут приносить с собой слабые электростатические заряды, которые оказывают влияние на показания измеряемой величины. При определенных конструкциях электрода (особенно из пластмассы) воздушные пузырьки могут также собираться на диафрагме, и отделяться от воды, так что переход ионов становится невозможным.
Хранение pH-электродов

Если электрод вынимают из воды, то помешают в защитный чехол, используемый для хранения его в неблагоприятных условиях и исключающий подтекание. Лучше всего хранить электроды в растворе хлорида калия, в крайнем случае, в дистиллированной воде. По закону диффузии электроды стремятся выровнять разницу осмотического давления на диафрагме. Следовательно, электродом поглощается вода и выделяется KCl, поэтому в ближайшее время его нельзя использовать.
Измерение окислительно-восстановительного потенциала (ОВП)

Измерение ОВП еще важнее, чем pH. Чистые природные воды содержат немного органического вещества и много растворенного кислорода. Чтобы следить за соотношением их, необходимо измерять ОВП. Рекомендуемое для аквариумов значение ОВП – 250 – 350 мВ, в области фильтра – значительно ниже, а в озонаторе незначительно выше.
Устройство электрода для измерения ОВП
ОВП измеряется так же, как pH – с помощью электрода. Окислительно-восстановительный электрод состоит из измерительной и сравнительной систем, которые соединены в так называемую измерительную цепь в одном стержне. Разница с измерением pH состоит в том, что при окислительно-восстановительных реакциях носителями заряда являются электроны. Они поглощаются лучше всего металлическим проводником.
Измерительный сенсор. Измерительный электрод не может непосредственно вступать в реакцию, поэтому необходим измерительный сенсор. На практике в качестве сенсора применяют золото или серебро. Как и для pH-электродов, окислительно-восстановительные имеют проводящую систему, которая заполнена смесью серебро/хлорид серебра в растворе или геле хлорида калия. В то время как платина применяется в виде оболочки или плоской шайбы, золотой сенсор сделан в виде острого выступа. Оба сенсора одинаково хорошо используются в аквариумистике. Выступ из золота очень легко искривляется.
Электрод для измерения ОВП
Пока искривлен один золотой штифт – проблем нет. Но электроды становятся непригодными, если из-за изменения формы золотого выступа образуются царапины на стеклянном корпусе. С платиновой оболочкой следует обращаться очень бережно и обрабатывать ее с крайней осторожностью. Царапины и канавки на оболочке могут привести к присоединению ионов, что повышает ошибку измерения. Очень жесткий коралловый песок может вызвать небольшие царапины на поверхности платины. Хотя металлический сенсор сам воспринимает сигнал, очень важно обеспечить полный контакт электрода со средой.
Диафрагма. Проводящая система не может находиться в прямом открытом контакте со средой, она выполнена в виде геля или раствора KCl. Посредством перехода ионов через диафрагму в измеряемую среду закрывается цикл потока, причем, проводящая система не находится в прямом контакте со средой, а также исключается выход раствора KCl. Диафрагма состоит в основном из пористого керамического материала, который вмонтирован в стеклянную стенку. Если используются электроды с оболочкой из пластмассы, применяется диафрагма из стекловолокна, причем стекловолокном не улавливаются пузырьки воздуха, которые могли бы замедлить ионный обмен.
Корпус. Корпус электрода состоит из стекла или пластмассы. Если раньше применяли только стеклянный корпус, сегодня все чаще его изготавливают из пластмассы, особенно для массового применения с большим числом измеряемых точек.
Верхняя часть головки электрода. Рисунок верхней части электрода очень схематичен. Однако перед покупкой измерительной системы следует поразмыслить о соответствующей форме верхней части головки электрода.
Конструкция «А» более всего подходит для электродов, которые должны вставляться в аквариум или в емкость для воды. Кабель в верхней части хорошо закрыт и водонепроницаем. Электроды без опасений можно полностью погружать в воду. Эта конструкция также выбирается, когда используется переносной прибор и планируется производить измерения в различных аквариумах или даже в раз-личных водоемах. Конструкция «В» также как конструкция «А» пригодна для погруженных электродов. Кабель укреплен в верхней части так, что замена электрода возможна без замены кабеля. Эта конструкция выбирается, когда необходимо легко вставлять кабель в прибор, что, впрочем, происходит редко. Если электрод погружается полностью, имеется опасность, что через резьбу в него может протекать вода, что приведет к короткому замыканию в верхней части электрода. Конструкцию «С» всегда выбирают в том случае, если электроды используются в качестве погруженных, и прочно укрепляются в трубопроводе. Для этого в верхней части электрода имеется резьба. В этом случае также есть опасность короткого замыкания при проникновении воды. Если вода из системы удаляется, то электроды можно просушить, и в большинстве случаев использовать снова. При проникновении воды, особенно морской, в электрод, если это быстро не устранить, возможно разрушение электрода в результате коррозии.
Размещение ОВП-электродов в аквариуме

Здесь имеются аналогичные с pH-электродами варианты. В измерительных приборах с регулированием электроды должны, по возможности, находиться за местом дозирования. Если применяется прибор для озонирования, то электрод должен быть установлен на выходе озонового реактора или на выходе флотатора. Если расстояние между местом дозирования озона и местом крепления электрода слишком большое, то имеется опасность, что введется большое количество озона прежде, чем окислительно-восстановительный электрод сможет зафиксировать изменение измеряемой величины.
Плотность токообмена

Изменения плотности токообмена нужны очень редко при рассмотрении измерения окислительно-восстановительного потенциала, но эта величина важна, прежде всего, для понимания последующего описания калибровки ОВП-электрода. Окислительно-восстановительный потенциал измеряется как напряжение. Напряжение действует так, что между электродом и измерительным раствором происходит токообмен. Ток проходит как из измерительного раствора в электрод, так и в обратном направлении. Величина тока определяется с одной стороны материалом электрода, с другой стороны видом раствора. Большая плотность токообмена приводит к достоверным измерениям, которые, кроме того, могут хорошо воспроизводиться. Далее, окислительно-восстановительные электроды в измеряемых растворах с высокой плотностью токообмена имеют относительно короткое время задержки.
В нормальных аквариумных системах можно говорить об окислительно-восстановительных реакциях, которые характеризуются очень незначительной плотностью обменного тока, так что электроды используются весьма длительно. Воспроизводимость измеряемых величин в этих случаях хуже по сравнению с измерением pH. При сравнении с другим электродом наблюдается незначительная разница в измерениях, от 20 до 60 мВ. Поэтому не следует данные окислительно-восстановительного процесса рассматривать как абсолютные. Важно то, что это дает нам возможность сделать выводы о повышении или падении ОВП. Кроме того, можно выяснить, какого порядка величины, но нет никакого смысла обращать внимание на абсолютные цифры.
Калибровка окислительно-восстановительного электрода

Калибровка окислительно-восстановительного электрода в отличие от pH-электрода является трудной задачей. Очень важно подготовить окислительно-восстановительные растворы так, чтобы они длительное время оставались стабильными и обладали воспроизводимостью. Вообще, можно порекомендовать растворы, которые имеют значения ОВП от 200 до 300 мВ. Для значений ОВП, типичных для аквариума, и для более низких значений растворы остаются стабильными дольше, чем растворы с более высоким значением ОВП, которые разлагаются в течение от нескольких дней до недели, Растворы со значением от 200 до 300 мВ надежны только условно. Концентрации окислителей в воде аквариума всегда очень незначительны и не зависят от того, был ли достигнут ОВП 300 мВ в результате реакций с кислородом, озоном или перекисью водорода (H2O2). Как мы уже видели, ОВП измеряется как электрическое напряжение.
Токи при этом очень незначительны, и на основе окислительно-восстановительных реакций значения ОВП могут достигать в аквариумной воде примерно 300 мВ. Следовательно, электроды должны быть очень чувствительными. Окислительно-восстановительные растворы отличаются от воды в аквариуме температурой, что при равном ОВП выражается в гораздо более высокой плотности обмена тока. Поэтому электрод в растворах работает быстрее и точнее, чем в аквариуме. Если электрод вызывает сомнения, его проверяют по калибровочным растворам. Окислительно-восстановительные растворы, следовательно, дают возможность отбирать плохие или медленно реагирующие электроды. По этой причине окислительно-восстановительные электроды следует менять чаще, чем pH-электроды.
Испытание

Вышеописанная проблема не дает гарантии не испортить электрод после испытаний на надежность. Поэтому целесообразно следующее предложение, следуя которому большая часть аквариумистов сможет работать с небольшим прибором для озонирования. Берут два наполненных водой стакана; в одном при полной мощности в течение 30 минут проводится озонирование. Это приводит к повышению ОВП примерно до 400 мВ. Абсолютные значения ОВП при этом измерении сначала не важны. Во второй стакан помещают воду с предположительно низким ОВП, то есть воду из аквариума или воду из-под крана, можно считать со значением 200 мВ, Можно также воду во втором стакане оставить стоять на 24 часа. После этого электроды погружаются сначала на 15 минут в стакан с высоким, а затем в стакан с низким значением ОВП и измеряется время, которое необходимо, чтобы электрод полностью вышел на новое значение. Спустя приблизительно 5 минут электрод должен достичь около 90 % конечной величины. Самым необычным преимуществом этого метода будет (если есть такая возможность) сравнение более старых электродов с более новыми. Тогда получают для каждого электрода временную характеристику и можно судить о годности старых электродов. На расположенном рядом рисунке кривая А показывает время работы нового электрода, который был перенесен из измерительного раствора с высоким значением ОВП в измерительный раствор с низким значением ОВП. Электрод, соответствующий кривой В, показывает временем Тв более длительное действие, и с ним по усмотрению владельца еще можно работать. Электрод, время срабатывания которого изображено на кривой С, отклоняется значительно и по времени срабатывания и по абсолютным значениям измеренных величин, т. о. очевидна необходимость его очистки, а в случае, если не будет улучшения – замены. Прибор для измерения ОВП очень напоминает прибор для измерения pH и только по измеряемым величинам можно сделать вывод о принадлежности электрода к измерению pH или к измерению ОВП. Это, конечно, очень интересно, а особенно для ручных приборов. Включенные приборы могут быть рассчитаны только на одну измеряемую величину. В то время как при измерении pH получают только положительные значения от 0 до 14, ОВП может достигать также отрицательных значений. Это случается прежде всего при денитрификации. Чтобы сделать возможным дозирование как окислительных средств, таких как озон, так и восстановительных средств, нужно использовать переключатель.
Как мы уже видели в «Основах», вследствие диссоциации солей в водном растворе возникают заряженные частицы (ионы), которые переходят в раствор. Чем больше солей диссоциировано, тем выше проводимость воды. Если два электрода поместить в стакан с водой и подвести напряжение, то потечет ток, который обратно пропорционален электрическому сопротивлению R (измеренному в омах).
Электропроводность G определяется как обратное значение сопротивления и измеряется в сименсах (См). Следовательно имеется:
Электропроводность – 1/сопротивление
G[См] = 1/R[*********937;]
Удельная электропроводность определенного вещества – это электрическая проводимость на сантиметр. Удельная электропроводность получается из электропроводности по вышестоящей формуле. При этом 1/A называется начальной константой. Формула показывает, что значение электропроводности умножается на расстояние между электрода-ми и делится на площадь электродов, чтобы таким образом получить удельную электропроводность. В аквариумной технике измеряемые величины так малы, что они выражаются в мкСм/см (1 мкСм = 1 микросименс) или (мкСм/см микросименс равен одной миллионной части сименса). Обычные области измерений приведены в находящейся ниже таблице. Для аквариумной техники из этого ряда интересны все значения за исключением чистой воды. Таким образом, при многократном использовании приборов обратного осмоса, их функции и регулировки целесообразно проверять с помощью хорошего прибора для измерения электропроводности. Такие приборы пригодны для определения качества употребляемой водопроводной воды или измерения электропроводности морской воды для аквариума. Таким образом, имеются области измерений от 6 мкСм до 60 мкСм (=60000 мкСм). Эти области находятся в соотношении 1:10000, так что обычно это работа выполняется не одним прибором. Тем не менее существуют приборы, которые перекрывают весь диапазон измерений. Они снабжены переключателем области измерений, так что можно подбирать необходимый диапазон с очень высокой точностью. Измерение электропроводности зависит от многих факторов.
Чистейшая вода (бидистиллят)
0,03–0,1
См/см
Чистая вода (вода после обратного осмоса, дистиллят)
0,1–15
См/см
Мягкая и чистая вода, например, вода для дискусов
10–50
См/см
Нормальная пресная срееднеевропейская вода, водопроводная вода
300–600
См/см
Вода Балтийского моря
10–25
См/см
Теплые моря, вода океанов
50–55
См/см
Красное море
свыше 60
См/см

В первую очередь электропроводность изменяется, конечно, с изменением концентрации содержащихся в воде ионов, которая в свою очередь зависит от содержания солей в воде. Содержание солей в морской воде по-настоящему интересная величина, о которой мы можем узнавать посредством измерения электропроводности. В пресной воде это не имеет смысла. Тем не менее в этом случае проводимость даст нам ценное указание на общее содержание солей, так что мы можем выяснить соответствует ли проводимость воды данному виду рыб или лучше подключить прибор обратного осмоса. В пресной воде все соли оказывают влияние на проводимость, как, например, соль угольной кислоты гидрокарбонат кальция Ca(HCO3)2. Это соединение находится в воде в полностью диссоциированном виде, т.е. в форме катионов и анионов и является поэтому хорошим носителем зарядов. Нитрит-ион (NO2–) и нитрат-ион (NO3–) также вносят вклад в электропроводность. Таким образом, электрическая проводимость является типичным суммарным параметром. Мы не знаем, сколько и каких солей в виде ионов имеется в воде, но мы получаем очень хорошую сравнительную величину, с помощью которой мы можем определить в пресной воде чистоту, а в морской воде непосредственно содержание солей.
Влияние температуры

Эффективная электропроводность водного раствора значительно зависит от температуры, поэтому при сравнении двух значений следует убедиться в том, что они зафиксированы при одинаковой температуре. Зависимость проводимости от температуры следует определенной закономерности, так что измеренные при разных температурах величины могут пересчитываться на установленную стандартную температуру 25 °C. Расположенная ниже диаграмма показывает зависимость электропроводности от температуры в морской воде при концентрации 35‰.
При выборе прибора для измерения электропроводности следует обращать внимание на то, регулируется ли температура или прибор имеет автоматическое выравнивание температуры. Приборы с выравниванием температуры автоматически измеряют температуру, и, как правило, температурные зонды и электроды для электропроводности встроены в общий корпус.
Вид ионов

Различные соли диссоциируют по-разному и предоставляют поэтому разное количество зарядов. Как уже говорилось выше, по значению электропроводности невозможно выяснить, какие соли и в каком количестве находятся в аквариуме с морской водой.
Различные виды солей при одинаковой концентрации могут показывать различные отклонения в проводимости.
Загрязнения

Все, что важно для измерений параметров воды, влияет также и на показания электропроводности. Поверхность электродов должна быть чистой. Электроды, покрытые грязью, могут давать сильно завышенные или слишком низкие значения измеряемых величин. В некоторых измерительных приборах поверхности электродов находятся в узком зазоре или в измерительном канале. Если эти зазоры или канаты загрязнятся, то в них может замедлиться водный обмен, что приведет к ошибочным данным. Должно исключаться также попадание на рабочую поверхность электрода воздушных пузырьков, при этом большие воздушные пузырьки меньше мешают измерению по сравнению с микропузырьками.
Связь электропроводности с другими величинами

Это прежде всего касается измерения электропроводности в морской воде, – используются такие величины, как со держание солей в промилле и плотность воды. Известно, что чем выше содержание солей в воде, тем больше число продиссоциировавших ионов находится в растворе и тем больше проводимость. Эта связь представляется формулой.
При этом R15 является электропроводностью воды при температуре 15 °C. Для других температур содержание солей пересчитывают. Содержание солей связано с величиной плотности воды. Эти формулы, однако, очень сложны, и поэтому их не следует приводить. По измерению проводимости можно найти соответствующие значения плотности и содержания солей.
Определение плотности по значению электропроводности. Допустим, прибор показывает 52 мСм/см. Мы ищем эту величину на горизонтальной оси. От этой точки идем вверх до кривой плотности и отсюда горизонтально налево до вертикальной оси считываем значение плотности, которое составляет примерно 23,8, что не соответствует точному значению, а представляет собой некоторую производную величину, которую называют величиной сигма. Действительную плотность получают по следующей формуле:
Плотность *********961; = 1 + *********963;/1000
Определение содержания солей по величине электропроводности. Сначала находим электропроводность на горизонтальной оси, затем – вертикально вверх до пересечения с кривой содержания солей. Содержание солей в нашем примере составляет 34‰.

Измерение температуры

Спиртовые и ртутные термометры – приборы замечательной точности, которые широко используются в аквариуме. Но они имеют два недостатка. Прежде всего то, что показания термометра иногда очень трудно считывать, глаза нужно держать на равной со столбиком термометра высоте, чтобы гарантировать точное считывание. С появлением электронагрева термометр с переключателем стал наиболее популярным. По этой причине чуть раньше использовали биметаллические термометры, которые выполняли функцию терморегуляторов. Недостатком является то, что они не достигают точности обычных термометров. Рекомендуется комбинировать оба термометра. Обычный термометр используют для точного измерения температуры, а биметаллический – как переключающий элемент. Конечно, современная электроника предлагает очень хорошие приборы для измерения температуры, например «РТ 100», приборы, в которых электрическое сопротивление зависит от температуры. Его измерение записывают с помощью электроники, так что получают очень точные и хорошо считываемые данные по температуре. Фактически эти электронные приборы, измеряющие температуру, снабжены также функцией переключения и при точном измерении температуры они могут еще и регулировать ее.
Водяные насосы

Водяные насосы являются в прямом смысле сердцем аквариума. Они транспортируют обедненную кислородом воду в фильтровальную емкость, очищают, насыщают кислородом и перекачивают ее обратно, в то место где находятся рыбы и беспозвоночные. Без насоса мы были бы не в состоянии воспроизвести многообразие природы в нашем аквариуме. Современная техника представляет в наше распоряжение широкий ассортимент насосов. Прежде чем приобрести водяной насос следует выяснить для себя способ его применения, желаемую мощность и также материал. В аквариумной технике мы различаем в основном четыре вида насосов, различающихся по способу применения.
Нормально всасывающие насосы

Под нормально всасывающим способом использования понимается свободное поступление воды в насос, т.е. она не должна всасываться принудительно. Это условие очень часто недооценивается; Многие насосы работают в режиме дросселирования, для чего на входную сторону устанавливаются слишком длинные и слишком маленькие в диаметре трубы. Можно заметить, что все насосы работают как нагнетательные.
Поэтому не следует устанавливать вентиль или другое дросселирующее оборудование со стороны всасывания. Вентиль, который устанавливается на стороне всасывания, служит только для того, чтобы насосы легко можно было отключить от установки.
Самовсасывающие насосы

Самовсасывающие насосы могут легко всасывать воду из глубоко расположенного резервуара. Они оборудованы, как правило, предварительным резервуаром на всасывающей стороне или другим устройством, которое предотвращает работу насоса без воды, когда он отсасывает из трубопровода не воду, а воздух. Под работой насоса без воды понимают ситуацию, когда нет воды в корпусе ротора.
Такая ситуация опасна для каждого насоса, так как при этом могут повреждаться подшипники и уплотнения. При включении насос сразу должен заполняться водой для того, чтобы он вообще мог работать. Никакой насос не может поднять воду на высоту более 10 м. Эта разность высот соответствует атмосферному давлению. Для рациональной работы всасывающий насос должен работать до разницы высот около 2,5 м. в противном случае следует принимать другие технические решения. Для того, чтобы была возможность регулирования, самовсасывающие насосы должны иметь рабочее оборудование только на стороне нагнетания.
Погружные насосы

Аквариумисты охотно выбирают тип насоса, который можно размещать ниже уровня воды. Такая конструкция способствует компактному расположению в аквариуме или в фильтровальном отсеке. Само собой разумеется, двигатели этих насосов водонепроницаемы, способ защиты IP 67. Кроме того, моторы в этом случае обязательно должны быть заземлены.
Некоторые погружные насосы могут использоваться также вне воды, но, тем не менее, это ненормально.
Погружной центробежный насос
Название этого насоса вводит в заблуждение, так как он не может полностью погружаться, только собственно заборная часть его находится наполовину под водой, в то время как мотор расположен под краем аквариума. Такие насосы особенно хорошо подходят для того, чтобы создавать в аквариуме течения. Конструкцию мотора определяет также способ соединения мотора с насосом. Наиболее подходящим для аквариума является мотор с магнитным центробежным насосом.
Погружной центробежный насос, несмотря на свое название, находится только наполовину под водой
Электромагнитные центробежные насосы

Магнитный центробежный насос характеризуется тем, что не имеет никакого механического соединения между водной частью и электромотором. Сцепление их осуществляется исключительно силой магнита. При этом применяется две различных системы.
Электромагнитный приводной механизм

Эта конструкция представляет собой аквариумный насос с производительностью до 200 литров в час. Насос имеет отдельный двигатель с вращающимися частями. В нем создается электромагнитное вращающееся ноле, которое действует на постоянные магниты в области насоса и вращает их. (Эта связь иллюстрируется на рисунке.) Катушка, расположенная вокруг железного сердечника, возбуждает в нем электромагнитное поле. Очередность катушек и железных сердечников выбирается таким образом, чтобы электромагнитное поле вращалось.
Сечение центробежного насоса с электромагнитным приводом
Железные сердечники расположены преимущественно таким образом, что они включают в себя постоянные магниты. Вследствие этого достигается хорошая мощность. Вращающееся электромагнитное поле влияет на постоянный магнит, который устремляется за полем. Таким способом здесь достигается чисто магнитное соединение. Поэтому есть возможность отказаться от дорогостоящих уплотнений между водой и двигателем. В простых типах конструкций встречаются проблемы, а именно: в момент разгона нельзя точно установить направление вращения, то есть ротор может вращаться как налево, так и направо. Поэтому перегородки ротора в насосе изготавливаются не в форме спирали (как это у большинства насосов), а прямыми, что вызывает незначительное падение производительности. При разгоне направление вращения может меняться даже многократно в течение короткого времени. Вследствие этого ротор подвергается чрезмерным перегрузкам, что в дальнейшем может привести к быстрому износу. Ненаправленный разгон является также причиной того, что многие из центробежных насосов с магнитным соединением после включения в воде сильно шумят. Из всего приведенного здесь ясно, что особенно важна тщательная установка насоса, при которой не повреждаются керамические валы. Чтобы устранить колебания, прежде всего при разгоне, керамические валы устанавливают в гибких креплениях из пластмассы, которые, с одной стороны, позволяют некоторое движение, с другой стороны, должны быть закреплены твердо. Отчасти именно поэтому конструкции подшипников для маленьких аквариумных насосов очень дорогие. Рабочее напряжение для большей части аквариумов 230 В. Тем не менее многие насосы, например, такие как погружные, применяются только тогда, когда они надежно изолированы и заземлены. Принципиально важно перед покупкой насоса ясно представлять, какой насос вы хотели бы использовать, так как не каждый насос может использоваться под водой. Некоторые насосы можно использовать как в погружном, так и в надводном режимах. В этом случае насос должен иметь прочные трубы или шланговые соединения. Если насос используется как погружной, следует, по меньшей мере, предусмотреть фильтр грубой очистки, который предотвращает засасывание животных или грубых частиц. Грубые частицы могут повреждать насос. Песок также не должен засасываться, так как он из-за своей твердости со временем разрушает корпус насоса.
Многие изготовители аквариумной техники предлагают многофункциональные насосы. Они подходят в качестве погружных насосов, а также в качестве насосов, расположенных снаружи. Особенно выгодны в связи с этим резьбовые шланговые соединения, которые при внешней установке гарантируют надежное закрепление шланга. Также важно, чтобы насос отсоединялся относительно просто, для того, чтобы удалять загрязнения. Рабочий диапазон центробежных насосов с электромагнитным подсоединением ограничен. Возможное давление по большей части составляет 5 метров водного столба, в то время как количество воды для насосов большого размера едва превосходит безнапорный режим, 3 – 4 м3/час. Поэтому они могут использоваться в большинстве домашних аквариумов. На стр. 207 внизу представлены типичные кривые производительности для различных насосов с электромагнитным подсоединением.
Магнитные насосы с моторным приводом и соединением на постоянных магнитах

Магнитные насосы с большей производительностью устроены, как правило по другому принципу. Они используют обычный двигатель трехфазного тока, на валу которого укреплен вращающийся от него магнит. Этот приводной магнит может быть выполнен в виде шайбы, в виде трубки или в виде короба. Сам насос находится в герметичном закрытом кожухе и не состоит ни в каком механическом соединении. Следовательно, никаких уплотнений в моторной части нет, и можно быть уверенным, что протечки исключены.
В центре насоса находится магнит, расположенный концентрически к приводному магниту. Магнит жестко связан с насосным валом. Мотор вращает магнит приводного устройства, насосный магнит следует за ним в том же направлении и вращается с той же частотой вращения. Проблемы разгона электромагнитного сцепления у этих насосов нет, но у них не очень высокий коэффициент полезного действия, так как присоединяется следующая передача. Эти насосы имеют большой размер и не используются, как правило, в качестве погруженных насосов. Их целесообразно применять для больших количеств воды. К сожалению, они относительно дороги по сравнению с устройствами простого типа.
Внешне расположенные насосы с торцевым уплотнением

Магнитные лопастные насосы ограничены относительно небольшой производительностью. Аквариумисты, использующие центробежные насосы с переменными магнитными подсоединениями, выбирают большую производительность, хотя и затраты при этом также становятся значительными. В этом случае обычные насосы с техникой торцевого уплотнения представляют собой очень хорошую альтернативу. Для аквариума предлагаются различные конструкции, причем, прежде всего, оправдали себя насосы с конструкцией корпуса из пластмассы в виде улитки. Они подходят как для морской, так и для пресной воды.
Центробежный насос из пластмассы с кольцевым уплотнением
На рисунке выше показаны подобные насосы. Корпус ротора из стекловолокнистого материала устойчив как в пресной, так и в морской воде, а также выдерживает давление до 2 бар. Самовсасывающее исполнение дополняется относительно большим всасывающим фильтром, который должен заполняться водой при приведении в действие (см. рисунок наверху).
Насос может тогда откачивать воду из заборных трубопроводов при разности высот до 2,4 метра водного столба. С повышением температуры уменьшается всасывание. У самовсасывающих насосов диаметр всасывающей трубы должен выбираться так, чтобы не возникали никакие дополнительные потери производительности. На трубопроводе должен устанавливаться обратный клапан, так чтобы при каждом разгоне не засасывался новый воздух, так как это приводит к потере времени. Обратный клапан может устанавливаться в виде нижнего вентиля в начале трубопровода или бокового вентиля рядом с насосом. Важно, чтобы при расчете параметров учитывалась высота всасывания. Высота подъема является суммой высоты всасывания и напора! Насосы с меньшей производительностью поставляются с моторами переменного тока или в большинстве случаев – с моторами трехфазного тока. Двигатели переменного тока снабжены специальным переключателем, который защищает мотор от перегрузки. Двигатель в этом случае непосредственно соединен фланцами корпуса насоса, так что конструкция относительно компактна. Есть, конечно, возможность того, что при дефекте торцевого уплотнения вода может проникнуть непосредственно в двигатель и повредить его. Так называемые насосы с несущей опорой предотвращают эту опасность. Между головой мотора и головой такого насоса есть устройство, которое дает возможность протекающей воде выйти из насоса. Очевидно, эти насосы дороже и конструктивно больше, и в связи с этим они редко применяются в аквариуме. Они имеют, как правило, воздушное охлаждение, чтобы отводить тепло двигателя. В противном случае мотор может перегреться и сломаться или отключиться переключателем защиты мотора. Неприятным сопутствующим фактором является то, что все двигатели с лопастями сильно шумят создаваемыми потоками воздуха. Сильный шум всегда является проблемой, особенно если насосы установлены в жилой зоне. В этом случае либо должна предусматриваться звукоизоляция, либо насос помещают в нежилое помещение (подвал, склад). Если это невозможно, аквариумисты, которых раздражает шум, должны использовать другой тип насоса. Часто дилетант не имеет никакого представления о том, насколько сложна конструкция насоса.
Элементы конструкции насоса. Каждый элемент изготавливается из специального материала, который рассчитан на соответствующие нагрузки. С особенной тщательностью изготавливаются и используются торцевые уплотнения, которые выполнены из различных материалов. Принцип торцевого уплотнения состоит в том, что уплотнительная часть насажена на вал насоса, в то время как другая часть соединена с корпусом. Таким образом, имеются неподвижная и вращающаяся части.
Эти главные элементы управления состоят большей частью из графита или керамики, торцевые поверхности взаимозаменяются и работают одна за другой. Чтобы гарантировать в таких условиях абсолютное уплотнение, места уплотнения прижимаются пружиной. Можно легко себе представить, что уже незначительные неровности на поверхности разрушали бы уплотнения при длительном вращении. Поверхности уплотнения, следовательно, должны быть отшлифованы с большой точностью. Несмотря на это, торцевые уплотнения являются критическим узлом этих насосов. Прежде всего критерием является возможность их применения в морской воде. Если насос значительное время находится в бездействии, это может привести к образованию между уплотняющими поверхностями кристаллов соли, которые являются столь твердыми, что они, прежде всего при разгоне, царапают полированные поверхности и снижают уплотняющее действие. Таким образом, насосы с торцевым уплотнением используют в морской воде по возможности непрерывно. Большим преимуществом этой конструкции является то, что насосы весьма производительны. Можно достигать расходов воды от 6 до 80 м3 в час; при этом хорошо используются дорогостоящие трубопроводы со многими углами. Например, насосы хорошо подходят для подачи воды из подвала на первый или второй этаж. Наряду с описанными насосами имеется целый ряд промышленных насосов, которые, прежде всего, применяются в больших аквариумных установках. В этом случае могут выполняться почти все специальные пожелания по способу соединения, производительности, выбору материала или по технике уплотнения. Расход воды от 200 м3 в час или напор до 50 м водного столба могут реализовываться центробежными насосами из пластмассы. Имеются в распоряжении также насосы из керамики. Чем больше насос, тем тщательнее должен планироваться его выбор.
Выбор насосов

Критерии выбора мощности насоса

Перед покупкой водяного насоса хорошо было бы обдумать, какая конструкция насоса необходима. При этом нужно решить, какое количество воды будет циркулировать. Если имеются в виду дорогостоящие установки, следует выполнить от руки эскиз, чтобы выяснить какой путь, должен преодолеть насос. С помощью таблицы в главе о трубопроводах можно установить потери в трубопроводе. При простом решении задачи содержимое аквариума следует прокачать через быстрый фильтр, который находится в аквариуме в качестве внутреннего фильтра. В качестве эмпирической формулы можно принять, что содержимое аквариума должно перекачиваться один раз в час. Производительность насоса должна составлять, по крайней мере, 150 литров в час.
Так как внутренний фильтр имеет незначительное сопротивление и к нему не присоединены никакие трубопроводы, в нем происходит незначительная потеря давления, так что насос разветвляет почти полную производительность. В этом случае с помощью рисунка на стр. 207 можно было бы выбрать фильтр типа 1040 и он был бы более чем достаточен. Для 500 литрового аквариума, нам был бы необходим насос, который без напора выдавал бы производительность 500 литров в час. В этом случае мы могли бы выбрать фильтр типа 1048. И, конечно, для 500-литрового аквариума не подходит установка с внутренним фильтром. Для аквариума такого размера фильтрующее устройство должно стоять под аквариумом или даже в подсобном помещении. Если есть закрытый быстрый фильтр, который подключен на стороне всасывания или напора, то из-за трения в шлангах, углах и вентилях потери напора составят около 0,3 метра водного столба. Это давление должно перекрываться насосом. Если теперь посмотреть на график производительности насоса 1048, очевидно, что при 0,3 метра водного столба он дает более низкую производительность подачи, которая, тем не менее достигает 500 литров в час, следовательно, насос можно оставить. Теперь мы знаем, что биологические фильтры дают определенные преимущества, и необходимо решить, заменять ли быстрый фильтр на биологический. Вода движется из аквариума в биофильтр свободно, но насос должен снова транспортировать поду в аквариум. В нашем случае мы с удивлением констатируем, что при применении насоса 1048 в аквариум вместо потока возвращается тонкая струйка. В чем дело? Мы же заменили только фильтр. С точки зрения гидравлики все очень просто. Быстрый фильтр является закрытым фильтром. Он создает напор воды, который вначале оказывает на него давление сверху, а в дальнейшем не влияет, так как он не связан с атмосферой
Насосу, следовательно, нужно, как и при использовании внутреннего фильтра, только преодолеть сопротивление трубопровода и потерю напора в фильтре. Биологический фильтр, однако, открыт. Он непосредственно связан с атмосферой, так что гидравлическая система разрывается. Транспортирующему насосу не помогает давление воды в аквариуме, так что общая энергия подачи должна обеспечиваться только насосом. Насос должен преодолевать поэтому наряду с сопротивлением трубопровода и потерей напора в фильтре еще различие между уровнями воды. Так как расчетный оборот составлял 500 литров в час, то необходим насос, который подает 500 литров в час при противодавлении 1,3 метра родного столба. По диаграмме производительности при этом значении насос 1048 не дает при этом давлении необходимой производительности. Следует выбрать более мощный насос. Диаграмма для насоса 1250 выглядит уже значительно лучше. Этот насос при противодавлении 1,3 метра водного столба дает требуемую производительность 500 литров в час. Этот пример показывает, что выбор насоса тесно связан с выбором фильтровальной системы. Следовательно, два насоса с равной максимальной производительностью в области давления могут тем не менее сильно различаться в производительности. Поэтому при покупке насоса в каждом случае нужно осведомляться не о значении производительности, а спрашивать диаграмму производительности! В каждом случае для определения параметров насоса следует к значению только напора (высоты подъема) добавлять потери за счет трубопровода.
Критерии выбора коэффициента полезного действия

В аквариумных установках потребление энергии является важным фактором, так как каждый ватт мощности относится к эксплуатационным расходам. Поэтому коэффициент полезного действия насосов является важным критерием в принятии оптимальных решений. Под коэффициентом полезного действия понимается отношение энергии, которая совершает полезную работу, к той, которая потребляется из сети.
При этом всегда важно указать, в каких точках или для каких конструктивных групп производятся эти измерения. Таким образом, можно рассматривать часть насоса, мотора или систему силового соединения в отдельности или исследовать всю систему. Если находят общий коэффициент полезного действия насоса, то нужно перемножить их друг с другом. Если исходить из того, что три компонента: двигатель, сцепление и насосная часть работают с КПД примерно 60%, то суммарный коэффициент полезного действия получается около 20%
(60/100 х 60/100 х 60/100 = 216000/1000000 = 21,6/100)
Это пример типичного коэффициента полезного действия для аквариумного насоса. При этом можно исходить из того, что большие насосы имеют больший коэффициент полезного действия по сравнению с компактными. Это общая закономерность в технике: большие системы, рассматриваемые отдельно, более экономичны.
Поэтому коэффициент полезного действия у малых насосов с производительностью от 100 до 1000 литров в час составляет 15 – 18%, у насосов с производительностью от 1 до 15 м3 в час – 15 – 25%, и у больших промышленных насосов до 60%. Конечно, сами по себе эти показания мало что дают. Важно рассмотреть все параметры. Как показывает таблица слева, мощность, потребляемая насосом, не является постоянной во всей рабочей области. Важно знать, что абсолютная потребляемая мощность тем выше, чем ниже давление. Чем ниже напор, тем больше воды транспортируется и тем выше потребляемая мощность! И наоборот, потребляемая мощность при высоком давлении ниже. Эта закономерность часто меняется. На практике это означает: если насос дросселируется с помощью вентиля или шарового крана на стороне давления, то растет напор, падает количество транспортируемой воды, а, следовательно, потребляемая мощность. Следующий пример позволит это понять лучше. Если имеются два насоса одинаковой конструкции, причем один должен транспортировать воду на высоту два метра, другой применяется только для циркуляции воды, то последний из них имеет большую потребляемую мощность. Коэффициент полезного действия насоса также не постоянен: он изменяется в зависимости от режима. Соответственно, в конечных точках диаграммы производительности при максимальной подаче без противодавления и при максимальной высоте подъема без перемещения воды коэффициент полезного действия незначителен. В общем, можно констатировать, что коэффициент полезного действия достигает максимума между половиной и двумя третями максимальной производительности.

Критерий выбора по шумовым качествам

Здесь выбор особенно труден, так как громкость является очень субъективным критерием. Но можно отметить, что насосы с ротором значительно более шумны, чем насосы без ротора. В частности поверхностные погружные насосы очень тихие, так как они не передают в воздух возможные колебания. Звук к тому же заглушается водой. Все насосы будут работать более шумно, если они засасывают пузырьки воздуха. Газовые пузырьки приводят внутренние подшипниковые конструкции к постоянным колебаниям, а механические колебания производят акустические, которые и создают шум. Тщательная установка позволяет избегать шума от подшипников, т.е. перед покупкой насоса следует также проверить качество подшипников. Совсем бесшумный насос получить нельзя, так как разгон воды в корпусе ротора всегда приводит к определенному шуму, который невозможно устранить.
Критерии выбора материалов

Большинство аквариумных насосов контактируют с водой пластмассовыми частями, так что они могут применяться как в морской, так и пресной воде. Например, если насос с металлическими частями можно использовать в пруду, то его ни в коем случае нельзя применять в соленой воде. В морской воде все металлы подвержены коррозии и очень быстро и выделяют в воду токсичные соединения металлов. В насосах из пластмассы иногда нельзя избежать крепежных металлических соединений в виде винтов в области ротора. В этом случае винты должны быть выполнены из легированной стали.
__________________
Если тебе плюют в спину, то ТЫ идешь вперед...
Doc-tor зараз поза форумом   Відповісти з цитуванням
Користувач подякував Doc-tor за цей допис:
Петрович (04.01.2010)
Реклама