Instrument Engineers' Handbook, Fourth Edition, Volume One: Process Measurement and Analysis

001 51m2o8fytzlss5d00......Page 1
005......Page 2
INSTRUMENT ENGINEERS\' HANDBOOK Process Measurement and Analysis, Fourth Edition, VOLUME I......Page 3
CONTENTS......Page 6
CONTRIBUTORS......Page 11
READERS OF THE IEH......Page 18
BETTER VALVES......Page 19
COMMON SENSE RECOMMENDATIONS......Page 20
THE FOURTH EDITION......Page 21
WHY DON’T YOU PITCH IN?......Page 22
DEFINITIONS......Page 23
B......Page 34
C......Page 35
E......Page 36
F......Page 37
I......Page 38
L......Page 39
M......Page 40
P......Page 41
R......Page 42
S......Page 43
T......Page 44
Z......Page 45
SOCIETIES AND ORGANIZATIONS......Page 46
NOTES......Page 47
Appendix A.7 Tank Volumes......Page 0
Part 1: General Considerations......Page 48
Application to Industries......Page 51
Inclusion of the New S5.1 Standard (now ANSI/ISA-5.01.01) in User/Owner Documents......Page 52
Definitions Related to Flowsheet Symbology......Page 53
General......Page 56
Loop Identification Number......Page 57
General......Page 58
Measurement and Control Devices and/or Function Symbols......Page 66
Multipoint, Multifunction, and Multivariable Devices and Loops......Page 70
P&IDs: Practical Aspects and Practices in the EPC Industry......Page 75
Equivalent P&ID Loop, Functional Instrument and Electrical Diagrams......Page 78
Functional Diagramming Symbol Tables......Page 79
INTRODUCTORY NOTES......Page 93
DEFINITION OF TERMS......Page 94
TEST PROCEDURES......Page 121
Test Procedures......Page 122
References......Page 124
Language, Terminology, and Reality......Page 125
TERMINOLOGY OF INACCURACY AND REPEATABILITY......Page 126
FLOW MEASUREMENT EXAMPLE......Page 127
Analog, Nonlinear—Orifice Plates......Page 128
Digital Linear—Turbine Flowmeter......Page 129
Combined System Accuracy......Page 130
TEMPERATURE AND PRESSURE EFFECTS......Page 131
Bibliography......Page 132
UNCERTAINTY AND ERROR......Page 133
The ISO Classification of Errors and Uncertainties......Page 134
Engineering Classification of Errors and Uncertainties......Page 136
CALCULATION EXAMPLE......Page 137
References......Page 138
Bibliography......Page 139
INTRODUCTION......Page 140
CONFIGURATION TOOLS......Page 141
DEVICE CONFIGURATION......Page 142
IDENTIFICATION......Page 143
CALIBRATION......Page 144
DIAGNOSTICS......Page 145
Reference......Page 146
SAFETY IN DESIGN......Page 147
Pipe and Tube Material......Page 149
Physical Support......Page 150
Bibliography......Page 151
Calibration of Pressure Sensors......Page 155
As-Found and As-Left Data......Page 156
Linearity and Damping Adjustments......Page 157
Calibration of Temperature Sensors......Page 158
Calibration and Range Setting......Page 159
References......Page 160
FUNDAMENTALS OF RESPONSE TIME TESTING......Page 161
Testing of Pressure Sensors......Page 162
IN SITU RESPONSE TIME TESTING......Page 163
Testing of Temperature Sensors......Page 164
In Situ Testing of Pressure Sensors......Page 168
Drift Evaluation Using Multiple Sensors......Page 169
References......Page 171
Hardware Redundancy......Page 173
Software Redundancy......Page 174
Fault-Tolerant Computer System Design......Page 175
Single-Transmitter Configuration (Figure 1.10b)......Page 176
Diagnostic Coverage......Page 177
Final Control Elements......Page 179
Availability Considerations......Page 180
Bibliography......Page 181
EVALUATION RESULTS......Page 183
SYSTEM CONFIGURATION......Page 184
PROPERTIES......Page 186
EVALUATION TECHNIQUES......Page 187
Bibliography......Page 188
LOGIC DIAGRAMS......Page 189
PREPARATION OF LOGIC DIAGRAMS......Page 190
DIAGRAM INTERPRETATION......Page 193
FINAL CAUTION......Page 195
Bibliography......Page 196
Part 2: Flow Measurement......Page 197
GETTING ORIENTED......Page 202
DIFFERENTIAL PRESSURE......Page 203
Reynolds Number......Page 206
Energy Costs......Page 207
Venturi Tubes and Nozzles......Page 210
Elbow Taps......Page 212
VARIABLE-AREA METERS......Page 213
MASS FLOWMETERS......Page 214
Inaccuracy......Page 215
Safety......Page 216
References......Page 217
Bibliography......Page 218
Section 2.2: Anemometers......Page 219
MECHANICAL ANEMOMETERS......Page 220
DOPPLER ANEMOMETERS......Page 221
Bibliography......Page 222
Section 2.3: BTU Flowmeters for Heat Exchangers......Page 223
MECHANICAL BTU METERS......Page 224
Bibliography......Page 225
MEASURING HEAT FLOW BY WOBBLE INDEX......Page 226
APPLICATIONS......Page 227
Bibliography......Page 228
Section 2.5: Cross-Correlation Flow Metering......Page 229
Determining the Transit Time......Page 230
Nuclear Power Applications......Page 231
The TTFM System......Page 232
Bibliography......Page 234
LOCATION AND SIZE OF TAPS......Page 235
Units......Page 237
Bibliography......Page 238
Section 2.7: Flow Switches......Page 239
DESIGN VARIATIONS......Page 241
Bibliography......Page 243
OPERATING PRINCIPLE......Page 244
HOT-TAPPING......Page 245
Other Sources......Page 246
THEORY......Page 247
Hagen–Poiseuille Law......Page 248
Design Calculations for Liquid Service......Page 249
ERROR SOURCES......Page 250
RANGE EXTENSION TECHNIQUES......Page 251
Bibliography......Page 252
Section 2.10: Magnetic Flowmeters......Page 254
THEORY......Page 256
Limitations......Page 257
TYPES OF MAGNETIC FLOWMETERS......Page 258
DC Magnetic Flowmeters......Page 259
Dual-Frequency Excitation......Page 260
CONSTRUCTION OF MAGNETIC FLOWMETERS......Page 261
Probe-Type Units......Page 263
APPLICATIONS OF MAGNETIC FLOWMETERS......Page 264
Errors in Magnetic Flowmeters......Page 266
EFFECTS OF ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF FLUID......Page 267
INSTALLATION......Page 268
SIGNAL CONSIDERATIONS AND DEMODULATION TECHNIQUES......Page 269
Bibliography......Page 270
Section 2.11: Mass Flowmeters, Coriolis......Page 271
Principle......Page 272
Theory......Page 273
DESIGN OF CMF......Page 274
Tube Geometries......Page 275
Temperature Sensors......Page 276
Pressure Drop......Page 277
Influences on the CMF Reading......Page 278
Installation......Page 279
APPLICATIONS......Page 280
Bibliography......Page 281
Section 2.12: Mass Flowmeters—Miscellaneous......Page 283
ANGULAR MOMENTUM-TYPE MASS FLOWMETERS......Page 284
Twin-Turbine Flowmeter......Page 285
LINEAR MASS FLOWMETERS......Page 286
CONCLUSION......Page 287
Bibliography......Page 288
Section 2.13: Mass Flowmeters—Thermal......Page 290
HEAT TRANSFER FLOWMETERS......Page 291
Bypass-Type Designs......Page 293
HOT-WIRE PROBES......Page 294
Liquid Calibrations......Page 295
Bibliography......Page 296
Section 2.14: Metering Pumps......Page 297
PERISTALTIC PUMPS......Page 298
PISTON PUMPS......Page 299
DIAPHRAGM PUMPS......Page 300
Hydraulic-Actuated Metering Pumps......Page 301
Pulsator-Head Pumps......Page 302
CONCLUSION......Page 303
Bibliography......Page 304
Section 2.15: Orifices......Page 305
Theory of Head Meters......Page 306
Head Meter Characteristics......Page 307
Choice of Differential-Pressure Range......Page 308
THE ORIFICE METER......Page 309
Location of Pressure Taps......Page 310
ECCENTRIC AND SEGMENTAL ORIFICE PLATES......Page 311
QUADRANT EDGE AND CONICAL ENTRANCE ORIFICE PLATES......Page 312
THE INTEGRAL ORIFICE......Page 313
INSTALLATION......Page 314
LIMITATIONS......Page 315
The Old Approach......Page 317
References......Page 321
Bibliography......Page 322
Section 2.16: Pitot Tubes and Area Averaging Units......Page 323
THEORY OF OPERATION......Page 324
STATIC PRESSURE MEASUREMENT......Page 325
SINGLE-PORTED PITOT TUBE......Page 326
MULTIPLE-OPENING PITOT TUBES......Page 328
AREA-AVERAGING PITOT STATIONS......Page 329
SPECIAL PITOT TUBES FOR PULSATING FLOW......Page 331
Bibliography......Page 332
Section 2.17: Polyphase (Oil/Water/Gas) Flowmeters......Page 333
Theory of Operation of Wet-Gas Metering......Page 334
Liquid Mass Flow Rate Correction Algorithm......Page 335
Solartron-ISA Dualstream II™ Theory......Page 336
MULTIPHASE FLOWMETERS......Page 337
Bibliography......Page 339
Section 2.18: Positive-Displacement Gas Flowmeters......Page 340
ROTARY METERS......Page 341
APPLICATION NOTES......Page 342
Bibliography......Page 343
Section 2.19: Positive-Displacement Liquid Meters and Provers......Page 345
ROTATING LOBE AND IMPELLER (TYPE A)......Page 346
OVAL-GEAR FLOWMETERS (TYPE C)......Page 347
Oscillating Piston......Page 348
VISCOUS HELIX (TYPE F)......Page 349
PROVERS (TYPE H)......Page 350
Bibliography......Page 351
DETECTION OF LOW FLOWS......Page 353
PURGE ROTAMETERS......Page 354
Bibliography......Page 355
Section 2.21: Segmental Wedge Flowmeter......Page 356
Bibliography......Page 358
DESIGN VARIATIONS......Page 359
DUAL-WINDOW AND FULL-VIEW DESIGNS......Page 362
Bibliography......Page 363
Section 2.23: Solids Flowmeters and Feeders......Page 364
Hoppers and Accessories......Page 365
Feeder Designs......Page 367
Early Belt Feeder Designs......Page 369
Feed Rate Control......Page 370
Vertical Gravimetric Feeders......Page 373
Equipment......Page 374
DUAL-CHAMBER GRAVIMETRIC FEEDER......Page 375
Accelerator-Type Flowmeter......Page 376
CROSS-CORRELATION SOLIDS FLOWMETERING......Page 377
Detecting Mass Concentration......Page 378
Bibliography......Page 379
Section 2.24: Target Meters......Page 381
Bibliography......Page 382
Section 2.25: Turbine and Other Rotary Element Flowmeters......Page 383
LIQUID TURBINE METERS......Page 385
Viscosity and Density Effects......Page 386
Meter Sizing......Page 387
Pelton Wheel Meters......Page 388
Meter Characteristics and Features......Page 389
Electrical Installation......Page 390
GAS TURBINE METERS......Page 391
Twin-Rotor Design......Page 392
Dual Turbine with Counter-Opposed Rotation......Page 394
INSERTION-TYPE FLOWMETERS......Page 396
Optical Flow Sensors......Page 397
Bibliography......Page 398
Section 2.26: Ultrasonic Flowmeters......Page 399
Flowmeter Construction......Page 401
Application and Performance......Page 402
DOPPLER FLOWMETERS......Page 403
DISPLAYS, RECEIVERS, AND INTELLIGENT UNITS......Page 404
ADVANTAGES OF ULTRASONIC FLOWMETERS......Page 405
Bibliography......Page 406
Section 2.27: Variable-Area, Gap, and Vane Flowmeters......Page 408
ROTAMETERS......Page 409
Rotameter Characteristics......Page 411
Bypass and Pitot Rotameters......Page 413
TAPERED PLUG AND PISTON METERS......Page 414
GATES AND VANES......Page 415
Bibliography......Page 416
THEORY OF OPERATION......Page 417
OPERATING FEATURES......Page 418
Bibliography......Page 419
Section 2.29: Venturi Tubes, Flow Tubes, and Flow Nozzles......Page 420
SHORT-FORM VENTURIES......Page 421
Flow Calculations......Page 423
FLOW TUBES......Page 424
FLOW NOZZLES......Page 425
CRITICAL-VELOCITY VENTURI NOZZLES......Page 426
CONCLUSION......Page 427
Bibliography......Page 429
Section 2.30: Vortex and Fluidic Flowmeters......Page 430
THE VORTEX SHEDDING PHENOMENON......Page 431
THE DETECTOR......Page 432
Selection and Sizing......Page 434
Installation Requirements......Page 436
VORTEX-PRECESSION (SWIRL) METERS......Page 438
CONCLUSION......Page 439
Bibliography......Page 440
Section 2.31: Weirs and Flumes......Page 441
WEIRS......Page 442
THE PARSHALL FLUME......Page 443
THE PALMER BOWLUS FLUME......Page 444
DETECTORS FOR OPEN-CHANNEL SENSORS......Page 445
Bibliography......Page 446
Part 3: Level Measurement......Page 447
PERFORMANCE......Page 451
Density/Weight......Page 457
Mechanical Contact......Page 458
Atmospheric Vessels......Page 459
Accounting Grade (Tank Gauging)......Page 460
Sludge and Slurries......Page 461
Foaming, Boiling, and Agitation......Page 462
Interface Measurement......Page 463
Bibliography......Page 465
INTRODUCTION......Page 467
GENERAL......Page 468
Purge Gas......Page 469
SIZING CALCULATIONS......Page 470
Density......Page 471
Upsets and Plugging......Page 472
INSTALLATION DETAILS......Page 473
DIAPHRAGM-TYPE DIP TUBE......Page 474
Bibliography......Page 475
Section 3.3: Capacitance and Radio Frequency (RF) Admittance......Page 476
INTRODUCTION......Page 477
TYPES OF PROBES......Page 478
MOUNTING AND TANK ENTRY......Page 480
ELECTRONIC UNITS......Page 481
Plastic, Concrete, or Fiberglass Tanks and Lined Metal......Page 482
GRANULAR SOLIDS......Page 483
Conducting Liquids......Page 484
Continuous Liquid–Liquid Interface......Page 485
Granular Solids......Page 486
Glossary......Page 487
TECHNOLOGY......Page 489
Bibliography......Page 490
Section 3.4: Conductivity and Field-Effect Level Switches......Page 491
CONDUCTIVITY-TYPE LEVEL SWITCH......Page 492
FIELD-EFFECT LEVEL SWITCHES......Page 493
Bibliography......Page 494
Section 3.5: Diaphragm Level Detectors......Page 495
DIAPHRAGM SWITCHES FOR SOLIDS......Page 496
DIAPHRAGM-TYPE LEVEL SENSORS AND REPEATERS......Page 497
ELECTRONIC DIAPHRAGM LEVEL SENSORS......Page 498
Bibliography......Page 499
Section 3.6: Differential Pressure Level Detectors......Page 500
Extended Diaphragms......Page 501
INTELLIGENT D/P CELLS AND TANK EXPERT SYSTEMS......Page 502
DRY, MOTION BALANCE DEVICES......Page 503
LEVEL APPLICATIONS OF D/P CELLS......Page 504
Clean Liquids in Pressurized Tanks......Page 505
Hard-to-Handle Fluids in Pressurized Tanks......Page 506
Cryogenic Applications......Page 507
SPAN, ELEVATION, AND DEPRESSION......Page 508
INTERFACE DETECTION......Page 509
Bibliography......Page 510
INTRODUCTION......Page 511
TORQUE-TUBE DISPLACERS......Page 512
Sizing of Displacers......Page 513
Interface Measurement......Page 514
Features and Installation......Page 515
FORCE-BALANCE DISPLACER......Page 516
FLEXIBLE-SHAFT CONTROLLERS......Page 517
Bibliography......Page 519
Section 3.8: Float Level Devices......Page 520
FLOAT LEVEL SWITCHES......Page 521
Reed-Switch Designs......Page 522
Float and Guide Tube Designs......Page 523
Float-Operated Continuous Indicators......Page 524
Magnetically Coupled Indicators......Page 525
Bibliography......Page 527
Pulsed Laser Sensors (Time of Flight)......Page 528
Vapor-Space Effects......Page 529
Types of Targets and Angle of Repose......Page 530
Bibliography......Page 531
Section 3.10: Level Gauges, Including Magnetic......Page 532
INTRODUCTION......Page 533
TRANSPARENT GAUGE (LONG FORM)......Page 534
REFLEX GAUGE......Page 535
Design Features......Page 536
APPLICATION-SPECIFIC REQUIREMENTS......Page 537
MAGNETIC LEVEL GAUGES......Page 538
Magnetic Followers and Indicators......Page 539
REMOTE READING GAUGES......Page 540
Magnetostrictive Transducers......Page 541
Bibliography......Page 542
Section 3.11: Microwave Level Switches......Page 543
REFLECTION SWITCHES......Page 544
Bibliography......Page 545
LIGHT REFLECTION......Page 546
LIGHT TRANSMISSION......Page 547
LIGHT REFRACTION......Page 548
Bibliography......Page 549
Section 3.13: Radar, Noncontacting Level Sensors......Page 550
PRINCIPLES OF OPERATION......Page 551
PULSE......Page 552
Bibliography......Page 553
Section 3.14: Radar, Contact Level Sensors (TDR, GWR, PDS)......Page 554
Guided Wave Radar......Page 555
Contact Radar Systems......Page 557
INTERFACE MEASUREMENT......Page 558
Bibliography......Page 559
Section 3.15: Radiation Level Sensors......Page 560
Units and Attenuation of Radiation......Page 561
SOURCE SIZING......Page 562
Allowable Radiation Exposures......Page 563
Geiger–Mueller Tube......Page 564
LEVEL SWITCH APPLICATIONS......Page 565
CONTINUOUS LEVEL MEASUREMENT......Page 566
INSTALLATION NOTES......Page 567
Traversing Designs and Density Measurement......Page 568
CONCLUSIONS AND TRENDS......Page 569
Bibliography......Page 571
Section 3.16: Resistance Tapes......Page 572
PRESSURE EFFECT......Page 573
TEMPERATURE AND OTHER EFFECTS......Page 574
Bibliography......Page 575
INTRODUCTION......Page 576
Installations......Page 577
Bibliography......Page 578
Section 3.18: Tank Gauges Including Float-Type Tape Gauges......Page 579
TANK GAUGE DESIGNS......Page 580
ACCURACY......Page 582
WIRE-GUIDED FLOAT DETECTORS......Page 584
Encoding......Page 585
INDUCTIVELY COUPLED TAPE DETECTOR......Page 586
SOLIDS LEVEL DETECTORS......Page 587
MULTIPLE-TANK SYSTEMS......Page 588
Bibliography......Page 589
Section 3.20: Ultrasonic Level Detectors......Page 590
THE NATURE OF ULTRASOUND......Page 591
Absorption Type......Page 592
LEVEL TRANSMITTERS......Page 593
MULTI-TANK PACKAGES......Page 594
RECENT DEVELOPMENTS......Page 595
Bibliography......Page 596
VIBRATING LEVEL SWITCHES......Page 598
TUNING FORK......Page 599
Bibliography......Page 600
Part 4: Temperature Measurement......Page 602
Orientation Tables......Page 606
International Practical Temperature Scale......Page 611
Nonelectric Temperature Sensors......Page 613
Electronic Thermometers/Sensors......Page 614
INTELLIGENT TRANSMITTERS AND REMOTE INPUT/OUTPUT (I/O)......Page 620
Advanced Transmitters......Page 621
Surface Measurement......Page 622
Measuring the Temperature of Solids......Page 623
Temperature Transmitters in Place of Direct Wiring......Page 625
Safety-Related Applications......Page 628
Bibliography......Page 629
Section 4.2: Bimetallic Thermometers......Page 631
Thermometers......Page 632
Bibliography......Page 633
Section 4.3: Calibrators and Simulators......Page 635
TEMPERATURE CALIBRATION BATHS......Page 636
Bibliography......Page 637
Section 4.4: Cones, Crayons, Labels, Paints, and Pellets......Page 640
Crayons......Page 641
The Ceramics Industry......Page 642
Bar and Hole Indicators......Page 643
Bibliography......Page 644
Section 4.5: Fiber-Optic Thermometers......Page 645
THERMOMETER DESIGN......Page 646
THE OPTICAL FIBER THERMOMETER (OFT) SENSORS......Page 647
CONCLUSIONS......Page 648
Bibliography......Page 649
Section 4.6: Filled-Bulb and Glass-Stem Thermometers......Page 651
GLASS-STEM THERMOMETERS......Page 652
BULBS, WELLS, AND CAPILLARIES......Page 653
Class I: Liquid-Filled Systems......Page 655
Class II: Vapor Systems......Page 656
Class III: Gas-Filled Systems......Page 657
AMBIENT-TEMPERATURE COMPENSATION......Page 658
EFFECTS OF BULB ELEVATION......Page 659
Bibliography......Page 660
INTRODUCTION......Page 661
DIODE-TYPE TEMPERATURE SENSORS......Page 662
Bibliography......Page 663
SELF-MEASURING DEVICES......Page 664
CAPACITANCE CABLE FOR DETECTING HOT SPOTS......Page 665
PARAMAGNETIC SALTS......Page 666
Pneumatic and Suction Pyrometers......Page 667
Quartz Crystal Thermometry......Page 668
Bibliography......Page 670
Section 4.9: Radiation and Infrared Pyrometers......Page 671
INTRODUCTION......Page 672
THEORETICAL RELATIONSHIPS......Page 673
Emittance, Emissivity......Page 674
SELECTING THE RADIATION PYROMETER......Page 675
Total Radiation Pyrometers......Page 676
Ratio Pyrometers......Page 677
Manual Optical Pyrometers......Page 678
Thermal Detectors......Page 679
SELECTION......Page 680
INSTALLATIONS AND ACCESSORIES......Page 681
SUMMARY......Page 682
DEFINITIONS......Page 683
Bibliography......Page 684
Section 4.10: Resistance Temperature Detectors......Page 686
Detectors and Their Applications......Page 688
Platinum RTDs......Page 689
Two-Wire RTDs......Page 690
Three-Wire RTDs......Page 691
Four-Wire RTDs......Page 692
SENSOR CONSTRUCTION......Page 693
Installation......Page 694
Intelligent Transmitters......Page 695
Bibliography......Page 696
Section 4.11: Temperature Switches and Thermostats......Page 698
ELECTRONIC TEMPERATURE SWITCHES......Page 699
Installation Considerations......Page 700
ELECTROMECHANICAL TEMPERATURE SWITCHES......Page 701
Electromechanical Designs......Page 702
Pneumatic Designs......Page 703
RECENT ADVANCES......Page 705
Bibliography......Page 706
Section 4.12: Thermistors......Page 707
RESISTANCE-TEMPERATURE CHARACTERISTIC......Page 708
Microammeter Readout......Page 709
Wheatstone Bridge......Page 710
SELF-HEATING EFFECT......Page 711
ADVANTAGES AND LIMITATIONS......Page 712
Bibliography......Page 713
Section 4.13: Thermocouples......Page 714
Interpreting the Generated Voltage......Page 716
Cold Junction Compensation......Page 717
MEASURING THE EMF GENERATED......Page 719
ISA Types B, E, K, R, and N......Page 720
Extension Wires......Page 723
Thermowells......Page 724
Specialized Detectors......Page 725
Thermocouple Burnout......Page 726
Protection Against Noise......Page 727
Transmission......Page 728
THERMOCOUPLE TABLES......Page 729
Converting Millivoltage to Temperature......Page 735
Converting Temperature to Millivoltage......Page 736
Bibliography......Page 737
Section 4.14: Thermowells......Page 738
Sheaths......Page 739
Immersion Depth......Page 740
Thermowell Time Constants......Page 741
Bibliography......Page 744
Ranges and Applications......Page 746
Boiler/Furnace Applications......Page 747
Bibliography......Page 748
Part 5: Pressure Measurement......Page 750
Orientation Table......Page 753
An Example......Page 756
Accessories......Page 757
Bibliography......Page 758
Section 5.2: Accessories (Seals, Snubbers, Calibrators, Manifolds)......Page 759
PULSATION DAMPENERS AND SIPHONS......Page 760
CHEMICAL SEALS......Page 761
Standard Seals......Page 762
Self-Cleaning Seals......Page 763
Volumetric Seal Elements......Page 764
CALIBRATIONS AND COMMUNICATORS......Page 765
Bibliography......Page 766
INTRODUCTION......Page 767
Absolute Pressure Sensors......Page 768
Atmospheric Reference Sensors......Page 769
Bibliography......Page 770
Section 5.4: Bourdon and Helical Pressure Sensors......Page 772
C-Bourdon Pressure Sensors......Page 773
Helical Bourdon Pressure Sensors......Page 775
Bibliography......Page 776
Section 5.5: Diaphragm or Capsule-Type Sensors......Page 777
Materials and Configurations......Page 778
Absolute Pressure Sensors......Page 779
Atmospheric Reference......Page 780
PRESSURE REPEATERS......Page 782
Bibliography......Page 783
Section 5.6: Differential Pressure Instruments......Page 784
MEASUREMENT ERROR......Page 785
D/P Switches......Page 786
D/P Indicators......Page 787
D/P Transmitters......Page 788
Torque Tube Sensors......Page 790
Bibliography......Page 791
Section 5.7: Electronic Pressure Sensors......Page 792
ELECTRICAL SAFETY......Page 793
Historical Development......Page 794
Detecting the Change in Resistance......Page 795
Transducer Designs......Page 796
CAPACITANCE TRANSDUCERS......Page 797
PIEZOELECTRIC PRESSURE SENSORS......Page 798
Inductive Elements......Page 799
Reluctive Elements......Page 800
SMART TRANSMITTERS......Page 801
Bibliography......Page 802
Section 5.8: High-Pressure Sensors......Page 803
Dead-Weight Piston Gauges......Page 804
BULK MODULUS CELLS......Page 805
Bibliography......Page 806
Section 5.9: Manometers......Page 807
Inverted Bells......Page 808
McLeod Vacuum Gauges......Page 809
Glass Tube Manometers......Page 811
FLOAT MANOMETERS......Page 813
Bibliography......Page 814
INTRODUCTION......Page 815
Differential Pressure Scanning......Page 816
AIR SIGNAL DISTRIBUTOR MANIFOLDS......Page 817
Low Level Multiplexer......Page 818
Bibliography......Page 819
Section 5.11: Pressure Gauges......Page 820
The Gauge Housing......Page 821
Dials and Pointers......Page 822
Duplex and Differential Gauges......Page 823
Bibliography......Page 824
FLANGED REPEATERS......Page 826
FORCE BALANCE PRESSURE REPEATERS......Page 827
BUTTON-DIAPHRAGM REPEATERS......Page 828
Level Measurement Applications......Page 829
Bibliography......Page 830
Features and Configurations......Page 831
Differentials......Page 832
Differential Pressure Switches......Page 833
Bibliography......Page 835
Section 5.14: Vacuum Sensors......Page 836
VACUUM GAUGE CLASSIFICATIONS......Page 837
Manometers......Page 838
Viscous Friction of Spinning Ball......Page 839
THERMAL VACUUM GAUGES......Page 840
Thermocouple Vacuum Gauge......Page 841
Convectron Vacuum Gauge......Page 842
Hot Cathode Ionization Gauges......Page 843
Cold Cathode Ionization Gauges......Page 844
VACUUM CONTROLLERS......Page 845
Mass Flow Controllers......Page 846
Bibliography......Page 847
Part 6: Density Measurement......Page 848
Industry-Specific Specific Gravity Units......Page 850
DENSITY DETECTORS FOR LIQUIDS......Page 852
Selection of the Densitometer......Page 853
MASS FLOW MEASUREMENT......Page 854
CONCLUSIONS......Page 855
Bibliography......Page 856
Section 6.2: Displacement- and Float-Type Densitometers......Page 857
The Torque-Tube-Type Displacer......Page 858
Chain-Balanced Densitometer......Page 860
Electromagnetic Suspension Densitometer......Page 861
Angular Position Densitometer......Page 862
Bibliography......Page 863
DESIGN VARIATIONS......Page 864
Transmitters......Page 865
Bibliography......Page 866
Section 6.4: Hydrostatic Densitometers......Page 867
USING BUBBLERS......Page 868
Elevation Considerations......Page 869
CONCLUSIONS......Page 870
Bibliography......Page 871
Section 6.5: Oscillating Coriolis Densitometer (Gas, Liquid, and Slurry Services)......Page 872
Temperature Correction......Page 873
ELECTRONICS......Page 874
APPLICATIONS......Page 875
Bibliography......Page 876
Section 6.6: Radiation Densitometers......Page 877
Radioisotopes......Page 878
Radiation Detectors......Page 879
X-RAY DENSITOMETERS......Page 880
Bibliography......Page 881
ULTRASONIC SLUDGE DENSITOMETERS......Page 882
Calibration......Page 883
Bibliography......Page 884
Section 6.8: Liquid/Slurry/Gas Density—Vibrating Densitometers......Page 885
BASIC THEORY......Page 886
Effects of Temperature, Pressure, and Flow......Page 887
Vibrating U-Tube with Period of Oscillation Measurement......Page 888
Vibrating Cylinder......Page 889
Vibrating Straight Tube......Page 890
VIBRATING FORK......Page 891
Bibliography......Page 892
Weighed-Bulb-Type Densitometer......Page 893
U-Tube Density Gauge......Page 894
Straight-Tube Density Transmitter......Page 895
BALL-TYPE DENSITOMETER......Page 896
Bibliography......Page 897
Section 6.10: Gas Densitometers......Page 898
DISPLACEMENT-TYPE DENSITOMETERS......Page 899
Continuous Units for Pressurized Operation......Page 900
CENTRIFUGAL GAS DENSITY SENSORS......Page 901
GAS COLUMN BALANCE SENSORS......Page 902
THERMAL CONDUCTIVITY DENSITY GAUGES......Page 903
CONCLUSIONS......Page 904
Bibliography......Page 905
Part 7: Safety and Miscellaneous Sensors......Page 906
INTRODUCTION......Page 913
FLEXIBLE ILLUMINATED FIBERSCOPES......Page 914
Bibliography......Page 915
Section 7.2: Electrical and Intrinsic Safety......Page 916
NEMA Terminology......Page 917
Grounding......Page 918
EXPLOSION HAZARDS......Page 919
NEC Definition of Hazardous Locations......Page 920
Explosions......Page 921
Cost of Installation......Page 922
Purging, Pressurization, or Ventilation......Page 923
Explosion-Proof Components......Page 924
Certification of Intrinsic Safety......Page 925
International Regulations......Page 927
Bibliography......Page 928
Section 7.3: Electrical Meters and Sensors......Page 930
ANALOG MEASURING INSTRUMENTS......Page 931
Permanent Magnet Moving Coil Instruments......Page 933
Electrostatic Instruments......Page 934
Current Measurement......Page 935
Current Transformers......Page 937
Ammeter Shunts......Page 938
Potential Transformers......Page 939
Power Measurement......Page 940
Bibliography......Page 942
LOAD SHEDDING SYSTEMS......Page 944
Demand Load Shedding......Page 945
Digital Systems......Page 946
Bibliography......Page 947
Operation......Page 949
Rupture Disc Leakage......Page 950
Bibliography......Page 951
EXPLOSION SUPPRESSION SYSTEMS......Page 953
How Suppression Works......Page 954
Suppressant Chemicals......Page 955
EXPLOSION SUPPRESSION HARDWARE......Page 956
Actuated Devices......Page 957
Actuated Devices......Page 958
Applications......Page 959
Bibliography......Page 960
Section 7.7: Flame Arresters, Conservation Vents, and Emergency Vents......Page 961
Conservation Vents......Page 962
When to Use Conservation Vents......Page 964
Dessicating Vents......Page 966
FLAME ARRESTERS......Page 967
Bibliography......Page 968
Section 7.8: Flame, Fire, and Smoke Detectors......Page 969
Flame Sensors......Page 970
Heat Sensors......Page 972
Radiation Types......Page 973
Installation......Page 974
Optical Fire Detectors......Page 975
Bibliography......Page 976
Section 7.9: Leak Detectors......Page 977
Pressurization or Hydrostatic Testing......Page 978
Ultrasonic Detectors......Page 979
Halogen Detectors......Page 980
Soil Detectors......Page 981
Bibliography......Page 983
Section 7.10: Linear and Angular Position Detection......Page 985
Potentiometric Sensors......Page 986
Magnetostrictive Sensors......Page 987
Hall Effect Sensors......Page 988
Encoder Type Sensor......Page 989
Analog Transmitters......Page 990
Bibliography......Page 991
INTRODUCTION......Page 992
LINEAR DIODE AND LINEAR CHARGE-COUPLED DEVICE ARRAYS......Page 993
Analog Display Modes......Page 994
References......Page 995
INTRODUCTION......Page 996
OTHER APPLICATIONS......Page 997
Bibliography......Page 998
NATURE OF THE MEASUREMENT......Page 999
The Moving-Conductor Principle......Page 1000
Special Microphones......Page 1001
Sound Sensitivity, Incidence, and Direction......Page 1002
ENVIRONMENTAL CONSIDERATIONS......Page 1003
Bibliography......Page 1004
Section 7.14: Proximity Sensors and Limit Switches......Page 1005
CAPACITIVE SENSORS......Page 1006
INDUCTIVE SENSORS......Page 1007
Linear Variable Differential Transformer Sensors......Page 1008
OPTICAL SENSORS......Page 1009
Optical Detector Installations......Page 1010
ULTRASONIC SENSORS......Page 1011
APPLICATIONS......Page 1012
Bibliography......Page 1013
ASME Codes......Page 1014
NFPA Codes......Page 1015
Gas-Filled Tanks......Page 1016
Total Heat Absorption......Page 1017
Wetted Area (A)......Page 1020
Environmental Factors......Page 1023
NONFIRE PROTECTION OVERPRESSURE......Page 1024
PROCESS EQUIPMENT CONSIDERATIONS......Page 1025
Heat Exchangers......Page 1026
Pipe Headers......Page 1027
Discharging to Closed Locations......Page 1028
TERMINOLOGY AND NOMENCLATURE......Page 1029
References......Page 1030
Bibliography......Page 1031
Section 7.16: Relief Valves—Sizing, Specification, and Installation......Page 1032
System Integrity and Noise......Page 1033
Backpressure......Page 1035
Sizing for Vapor and Gas Relief......Page 1037
Sizing for Steam Relief......Page 1040
Sizing for Liquid Relief......Page 1041
Sizing for Flashing Liquid Relief......Page 1042
SPECIFICATION AND SELECTION......Page 1043
Conventional PRVs......Page 1045
Balanced PRVs......Page 1046
Pilot-Operated PRVs......Page 1047
Specification and Selection Checklist......Page 1050
Blowdown......Page 1051
PRV Tightness and Leakage......Page 1052
PRV Outlet Piping......Page 1055
TEST, INSPECTION, AND AUDIT......Page 1056
Bibliography......Page 1057
DEFINITIONS......Page 1059
RUPTURE DISCS VS. RELIEF VALVES......Page 1060
As a Supplemental Relieving Device......Page 1061
Downstream of a Relief Valve......Page 1062
Graphite Discs......Page 1063
Margin between Operating and Burst Pressures......Page 1064
Special Applications......Page 1065
SELECTION AND SPECIFICATION......Page 1066
Burst Pressure and Manufacturing Range......Page 1067
DISC HOLDERS AND ACCESSORIES......Page 1068
Differences in Assumptions and Standards......Page 1069
Bibliography......Page 1070
Flow from Pump Speed and Power......Page 1071
Using Redundant Instruments to Advantage......Page 1072
Combining Instrument Errors......Page 1073
Time Delay......Page 1074
Low-Pass Filters......Page 1075
Integrators......Page 1076
Interpolation and Predictive Filters......Page 1077
References......Page 1078
Section 7.19: Tachometers and Angular Speed Detectors......Page 1079
Impulse Tachometers......Page 1080
Photoelectric Sensors......Page 1081
Magnetic Sensors......Page 1082
SPEED SWITCHES......Page 1084
Bibliography......Page 1085
Section 7.20: Thickness and Dimension Measurement......Page 1086
THICKNESS GAUGING......Page 1087
Contacting Gauges......Page 1088
Noncontacting Gauges......Page 1089
Bibliography......Page 1091
Section 7.21: Torque and Force Transducers......Page 1092
Mechanical Dynamometers: Load Cells......Page 1093
Piezoelectric Dynamometers......Page 1095
ROTATING TRANSDUCERS......Page 1096
Stationary Transducers......Page 1098
TEST GAUGES AND TEST STANDS......Page 1099
Bibliography......Page 1100
Section 7.22: Vibration, Shock, and Acceleration......Page 1102
INTRODUCTION......Page 1103
ACCELERATION AS A PHENOMENON AND DYNAMIC CHARACTERISTICS......Page 1104
VIBRATION AND SHOCK......Page 1105
SEISMIC (INERTIAL) SENSORS......Page 1106
Piezoelectric Sensors......Page 1108
Piezoresistive Sensors......Page 1109
Strain-Gauge Sensors......Page 1110
Induction Accelerometers......Page 1111
Electrostatic-Force-Feedback Accelerometers......Page 1112
Capacitive Accelerometers......Page 1113
MICRO- AND NANOSENSORS......Page 1114
VELOCITY SENSORS......Page 1115
OPTICAL SENSORS......Page 1116
Bibliography......Page 1117
Section 7.23: Weather Stations......Page 1118
Historical Background......Page 1119
Wind Direction......Page 1120
RAIN GAUGES......Page 1121
Locations......Page 1122
Bibliography......Page 1123
WEIGHING GLOSSARY......Page 1125
What is Weighing?......Page 1127
Advantages of Weighing......Page 1128
Weighing System Specification......Page 1129
Weighing Platforms......Page 1131
Truck, Monorail, and Railway Scales......Page 1133
Load Cell Weighing......Page 1134
Errors Caused by Vibration......Page 1135
Installation Requirements......Page 1136
Calibration......Page 1140
Bibliography......Page 1141
Section 7.25: Weight Sensors......Page 1142
LOAD CELL SELECTION......Page 1144
Selection Factors......Page 1145
Number of Load Cells......Page 1146
LOAD CELL INSTALLATION......Page 1147
Load Cell Adapter......Page 1148
Vessel Expansion......Page 1149
Balancing Devices......Page 1150
Advantages and Limitations......Page 1151
All Metal Design......Page 1152
PNEUMATIC LOAD CELLS......Page 1153
Operating Principle......Page 1154
Design Variations......Page 1155
Strain Gauge Circuits......Page 1157
Nuclear Radiation Sensors......Page 1158
Variable Reluctance Sensing......Page 1159
Magnetostrictive Sensing......Page 1160
LOAD CELL HOUSINGS AND SAFETY......Page 1161
DEVELOPING NEW SENSORS......Page 1162
New Load Cells......Page 1163
Microprocessors and Networks......Page 1164
CALIBRATION AND TESTING......Page 1165
References......Page 1166
Bibliography......Page 1167
Part 8: Analytical Instrumentation......Page 1168
PROBLEM DEFINITION......Page 1185
INFORMATION GATHERING......Page 1186
TECHNIQUE OR ANALYZER SELECTION......Page 1188
Calibration......Page 1189
Separation Techniques......Page 1190
Ultraviolet and Visible......Page 1191
Infrared and Near-Infrared......Page 1192
Microwave and Radio Frequency......Page 1193
Nuclear Techniques......Page 1194
Potentiometric......Page 1195
Miscellaneous Techniques......Page 1197
SAMPLING......Page 1198
Probe Cleaners......Page 1200
ANALYZER LOCATION......Page 1202
COST......Page 1203
SUMMARY......Page 1204
Process Analytical Chemistry: Books and Articles Specifically on Process Measurement......Page 1209
Miscellaneous......Page 1210
Section 8.2: Analyzer Sampling: Process Samples......Page 1211
Sample Data Requirements......Page 1212
Sample Takeoff Point......Page 1213
Transport Lag......Page 1214
Test and Calibration......Page 1215
Filter Designs......Page 1216
Keeping Probes Clean......Page 1220
Sample Conditioning......Page 1221
Stack Gas Sampling......Page 1224
Automatic Liquid Samplers......Page 1225
Solids Sampling......Page 1226
Sampling Difficult Processes......Page 1227
Bibliography......Page 1229
Microprocessor-Controlled Stack Sampling......Page 1230
The Pitot Tube Assembly......Page 1231
Ice-Bath Compartment (Cold Box)......Page 1234
Control Unit......Page 1236
References......Page 1237
Bibliography......Page 1238
Section 8.4: Analyzers Operating on Electrochemical Principles......Page 1239
VOLTAMETRIC ANALYSIS......Page 1240
Current, Voltage, and Time......Page 1241
Galvanic and Electrolytic Probes......Page 1242
Amperometry......Page 1243
Polarography......Page 1245
CONCLUSIONS......Page 1246
Bibliography......Page 1247
AIR QUALITY MONITORING SYSTEMS......Page 1248
Impact of Single Sources......Page 1249
Monitoring in Urban Areas......Page 1250
Static Methods of Air Monitoring......Page 1251
Laboratory Analyses......Page 1252
Data Transmission......Page 1253
Automatic Analyzers......Page 1254
General Air Sampling Problems......Page 1255
Sampling for Gases and Vapors......Page 1257
Sampling of Particulates......Page 1259
Bibliography......Page 1262
ATP ANALYSIS......Page 1263
Bibliography......Page 1264
INTRODUCTION......Page 1265
Toxicity......Page 1266
Five-Day BOD Procedure......Page 1267
Manometric BOD Test......Page 1268
BOD Assessment in Minutes......Page 1269
Automatic On-Line Designs......Page 1270
Sample Valves......Page 1272
Interferences......Page 1273
BOD and COD Correlation......Page 1274
Bibliography......Page 1275
INTRODUCTION......Page 1276
UNITS, ACCURACY, AND OUTPUT SIGNALS......Page 1277
Airflow Calorimeter......Page 1279
Residual Oxygen Calorimeter......Page 1280
APPLICATIONS......Page 1281
Bibliography......Page 1282
Section 8.9: Carbon Dioxide......Page 1283
Nondispersive Infrared Type......Page 1284
Bibliography......Page 1285
Section 8.10: Carbon Monoxide......Page 1286
CALIBRATION TECHNIQUES......Page 1287
Gas Filter Correlation......Page 1288
ELECTROCHEMICAL ANALYZER......Page 1289
SPOT SAMPLING OF AMBIENT AIR......Page 1290
Bibliography......Page 1291
Section 8.11: Chlorine......Page 1292
RESIDUAL CHLORINE ANALYZERS......Page 1293
Automatic Colorimetric Analyzer Features......Page 1294
Free Residual Chlorine Analysis......Page 1295
Membrane Probes......Page 1296
CONCLUSIONS......Page 1297
Bibliography......Page 1298
Section 8.12: Chromatographs: Gas......Page 1299
INTRODUCTION......Page 1300
BASIC CHROMATOGRAPHIC INSTRUMENTATION......Page 1301
COMPONENTS OF A PROCESS GAS CHROMATOGRAPH......Page 1302
Oven......Page 1303
Valves......Page 1304
Columns......Page 1306
COLUMN AND VALVE CONFIGURATIONS......Page 1307
Hardware......Page 1308
DETECTORS......Page 1310
Thermal Conductivity Detector......Page 1311
Flame Ionization Detector......Page 1312
Flame Photometric Detector......Page 1313
Pulsed Flame Photometric Detector......Page 1314
Orifice-Capillary Detector......Page 1315
Miscellaneous Detectors......Page 1316
PROGRAMMER-CONTROLLER......Page 1318
Communication......Page 1319
Operator Interface......Page 1321
SAMPLE HANDLING......Page 1322
Sample Transport......Page 1323
Multistream Analysis......Page 1324
Sample Disposal......Page 1326
INSTALLATION......Page 1327
References......Page 1328
Bibliography......Page 1329
INTRODUCTION......Page 1330
HPLC COLUMN SELECTIVITY AND RESOLUTION......Page 1331
Valves......Page 1332
Gel–Permeation Columns......Page 1333
Bibliography......Page 1334
Bituminous Coal Analysis......Page 1336
TOTAL SULFUR ANALYSIS......Page 1337
ON-LINE MONITORS......Page 1338
Bibliography......Page 1339
Section 8.15: Colorimeters......Page 1340
SPECTROPHOTOMETRIC ANALYZERS......Page 1341
TRISTIMULUS METHOD (REFLECTANCE)......Page 1342
The Lab Algorithm of the Textile Industry......Page 1343
Bibliography......Page 1344
Section 8.16: Combustibles......Page 1345
TERMINOLOGY, DEFINITIONS, AND BACKGROUND INFORMATION......Page 1346
Limitations......Page 1347
Measuring Circuits......Page 1348
Sampling System......Page 1349
Multiple Head System......Page 1350
CONCLUSIONS FOR CATALYTIC DETECTORS......Page 1351
INFRARED COMBUSTIBLES DETECTORS......Page 1352
Point Infrared Systems......Page 1353
Area (Open-Path) Infrared Systems......Page 1354
Hydrocarbon Gases in the Atmosphere......Page 1355
Bibliography......Page 1356
INTRODUCTION......Page 1357
THE CELL CONSTANT......Page 1358
Cell Dimensions......Page 1359
Electrodeless Cells......Page 1360
Corrosive and Fouling Applications......Page 1361
Calibration of Conductivity Sensors......Page 1362
Bibliography......Page 1363
INTRODUCTION......Page 1364
Mechanical Devices......Page 1365
Optical Sensors......Page 1367
Bibliography......Page 1369
CORROSION MONITORING TECHNIQUES......Page 1370
CORROSION COUPON MONITORING......Page 1371
Time of Exposure......Page 1372
Advantages and Limitations......Page 1373
LINEAR POLARIZATION RESISTANCE MONITORS......Page 1374
Bibliography......Page 1375
DESIGN AND OPERATION......Page 1376
LIMITATIONS......Page 1378
Bibliography......Page 1379
Sample Recovery......Page 1380
Analysis......Page 1381
Bibliography......Page 1382
ATOMIC ABSORPTION SPECTROMETER......Page 1383
INDUCTIVELY COUPLED PLASMA DETECTOR......Page 1384
X-RAY FLUORESCENCE SPECTROMETER......Page 1385
Instrumentation......Page 1386
Bibliography......Page 1387
INSTRUMENTATION......Page 1388
Probes......Page 1389
Fluorescence......Page 1391
Scattering......Page 1392
Bibliography......Page 1393
Section 8.24: Fluoride Analyzers......Page 1394
TYPES OF FLUORIDE COMPOUNDS......Page 1395
Gas and Vapor Analyzers......Page 1396
Bibliography......Page 1398
Section 8.25: Hydrocarbon Analyzers......Page 1399
Flame Ionization Detectors......Page 1400
Gas Chromatography......Page 1401
Spectrometric Methods......Page 1402
ASSESSMENT......Page 1403
Bibliography......Page 1404
Section 8.26: Hydrogen Sulfide......Page 1405
GOLD-FILM AND SEMICONDUCTOR SENSORS......Page 1406
LEAD ACETATE TAPE STAINING......Page 1407
TAIL GAS ANALYZER......Page 1408
Bibliography......Page 1409
INFRARED ANALYZERS......Page 1410
NEAR-INFRARED ANALYZERS......Page 1411
PRINCIPLES OF IR AND NIR ANALYSIS......Page 1412
Beer–Lambert Law......Page 1414
Definitions of Terms and Configurations......Page 1415
IR Instrument Designs......Page 1416
Dual-Beam Design for Stacks......Page 1417
Fourier Transform Spectrometers......Page 1418
Single-Component Analyzers......Page 1419
Filter Analyzers......Page 1420
Infrared Detectors......Page 1421
Selecting the Cell......Page 1422
CALIBRATION: SOURCES OF ANALYZER DRIFT......Page 1423
APPLICATIONS AND ADVANCES......Page 1424
NEAR-INFRARED ANALYZERS......Page 1425
Types of NIRs......Page 1426
Bibliography for Infrared Analyzers......Page 1427
Bibliography for Near-Infrared Analyzers......Page 1428
INTRODUCTION......Page 1429
THE NERNST EQUATION......Page 1430
The Reference Electrode......Page 1431
Ionic Strength Adjustment Buffers......Page 1432
Temperature Effects......Page 1433
Glass......Page 1434
Solid State......Page 1435
MEASUREMENT RANGE......Page 1436
CALIBRATION SOLUTIONS......Page 1437
ADVANTAGES AND DISADVANTAGES......Page 1438
Bibliography......Page 1439
INTRODUCTION......Page 1440
Ion Separation......Page 1441
Ion Detection......Page 1444
Data Reduction and Presentation......Page 1445
Bibliography......Page 1446
Section 8.30: Mercury in Ambient Air......Page 1448
Impinger Collection Methods......Page 1449
Amalgamation on Wettable Metals......Page 1450
Ultraviolet Light Absorption......Page 1451
Atomic Fluorescence Spectroscopy......Page 1452
Bibliography......Page 1453
Section 8.31: Mercury in Water......Page 1454
Colorimetric Detection......Page 1455
Atomic Absorption Spectrophotometry......Page 1456
Sample Treatment......Page 1457
Gas Chromatography......Page 1458
Thin-Layer Chromatography......Page 1459
Bibliography......Page 1460
Section 8.32: Moisture in Air: Humidity and Dew Point......Page 1461
INTRODUCTION......Page 1462
Wet and Dry Bulb Hygrometers......Page 1463
Hair Hygrometers......Page 1465
Thin-Film Capacitance......Page 1466
Solution-Conductivity Type......Page 1469
Condensation on a Chilled Surface......Page 1470
Microprocessor-Based Indicators......Page 1473
Bibliography......Page 1474
Section 8.33: Moisture in Gases and Liquids......Page 1475
Sampling Systems......Page 1476
Electrolytic Hygrometer......Page 1477
Capacitance Hygrometer......Page 1479
Impedance Hygrometer......Page 1481
Piezoelectric Hygrometer......Page 1482
Heat-of-Adsorption Hygrometer......Page 1483
Infrared Absorption Hygrometer......Page 1484
Dipole Polarization Effect Moisture Sensor......Page 1485
Neutron Backscatter Moisture On-Line Analyzer......Page 1486
Calibration of Moisture Analyzers......Page 1487
Bibliography......Page 1489
Section 8.34: Moisture in Solids......Page 1491
Nuclear Moisture Gauge......Page 1492
Infrared Absorption or Reflection......Page 1493
Microwave Attenuation......Page 1494
Capacitance Moisture Gauge......Page 1495
Resistance Moisture Gauge......Page 1496
Bibliography......Page 1497
Section 8.35: Molecular Weight......Page 1498
THE AVERAGE MOLECULAR WEIGHT......Page 1499
The Membrane Osmometer......Page 1500
Vapor Pressure Osmometers......Page 1501
The Zimm Plot......Page 1502
VISCOMETERS......Page 1503
Differential Refractometer Sensor......Page 1504
Molecular Weight from Chromatograph Output......Page 1505
Advantages and Limitations......Page 1507
Bibliography......Page 1508
ENVIRONMENTAL SIGNIFICANCE......Page 1510
Ammonium and Total Nitrogen Probes......Page 1511
NITRATE MEASUREMENT......Page 1512
Chemiluminescence Analyzer......Page 1513
Bibliography......Page 1514
Section 8.37: Nitrogen Oxide Analyzers......Page 1515
Electrochemical Sensors......Page 1516
NO–NO2 Combination Analysis......Page 1518
Colorimetric Determination......Page 1519
Bibliography......Page 1520
Section 8.38: Odor Detection......Page 1521
The Gas Chromatograph......Page 1522
ODOR PANELS......Page 1523
Polymeric Film Sensors......Page 1524
Bibliography......Page 1525
PROCESS INDUSTRY MEASUREMENTS......Page 1527
Radio-Frequency (Microwave) Sensors......Page 1528
Ultrasonic Sensors......Page 1529
Ultraviolet Oil-in-Water Analyzer......Page 1530
ENVIRONMENTAL POLLUTION SENSORS......Page 1531
Oil-in-Water Detector......Page 1532
Bibliography......Page 1533
INTRODUCTION......Page 1534
INSTRUMENT DESIGNS......Page 1535
Blackbody Radiation Interference......Page 1536
OPEN PATH FTIR SPECTROMETRY......Page 1537
Configurations......Page 1538
The OP-UV Spectrometer......Page 1539
OPEN PATH TUNABLE DIODE LASER SPECTROMETRY......Page 1540
Diode Lasers......Page 1542
Principle of Operation......Page 1543
OPEN PATH DETECTION OF COMBUSTIBLES......Page 1544
OP-HC Detector Design......Page 1545
Bibliography......Page 1546
Section 8.41: Oxidation-Reduction Potential (ORP)......Page 1547
INTRODUCTION......Page 1548
The ORP Reaction......Page 1549
ORP SENSORS......Page 1551
Electrode Mounting......Page 1552
ORP CONTROL......Page 1553
Bibliography......Page 1554
Section 8.42: Oxygen in Gases......Page 1555
PARAMAGNETIC OXYGEN DETECTORS......Page 1556
Thermal Analyzer......Page 1557
CATALYTIC COMBUSTION OXYGEN DETECTORS......Page 1558
High-Temperature Zirconium Oxide Fuel Cells......Page 1559
Galvanic Detectors......Page 1561
Near Infrared Spectroscopy......Page 1563
Bibliography......Page 1565
Section 8.43: Oxygen in Liquids (Dissolved Oxygen)......Page 1567
Probe Cleaners and Newer Sensors......Page 1568
GALVANIC CELL......Page 1569
Probe Design......Page 1570
Flow-Through Design......Page 1571
Thallium Differential Conductivity Analyzer......Page 1572
OPERATIONAL CONSIDERATIONS FOR ALL SENSORS......Page 1573
Temperature Compensation......Page 1574
Application Considerations......Page 1575
Bibliography......Page 1576
INTRODUCTION......Page 1577
Double-Beam Design......Page 1578
AMPEROMETRIC DESIGN......Page 1579
Bibliography......Page 1580
Section 8.45: Ozone in Water......Page 1581
Membrane-Type Designs......Page 1582
The Indigo Method......Page 1583
Bibliography......Page 1584
Section 8.46: Particulates, Opacity, Dust, and Smoke......Page 1585
DEFINITIONS AND THEORETICAL CONCEPTS......Page 1586
Units and Definitions......Page 1587
Light Attenuation and Transmissometers......Page 1588
Manual Stack Samplers......Page 1592
Particulate Concentration......Page 1593
Dichotomous Sampler......Page 1594
Tape Sampler......Page 1595
Impaction Devices......Page 1596
Visual Observation......Page 1597
Bibliography......Page 1598
Section 8.47: Particle Size and Distribution Monitors......Page 1600
Detectors and Sampling Systems......Page 1601
Sensing Intermediate Samples......Page 1602
Optical Multiple-Particle Analyzer......Page 1603
Bibliography......Page 1604
Section 8.48: pH Measurement......Page 1606
Applications......Page 1607
Ion Concentrations......Page 1608
pH MEASUREMENT......Page 1609
pH Electrodes and Sensors......Page 1610
Reference Electrodes......Page 1614
Automatic Cleaners......Page 1617
High Salt Errors......Page 1619
Temperature Errors......Page 1620
Probe Coating and Low Conductivity......Page 1621
Retractable Units......Page 1622
Self-Diagnostics......Page 1623
CONCLUSION......Page 1624
Bibliography......Page 1625
Phosphorus in Wastewater......Page 1626
Total Phosphates......Page 1627
SAMPLE-HANDLING SYSTEMS......Page 1628
Bibliography......Page 1629
Section 8.50: Physical Properties Analyzers—ASTM Methods......Page 1630
Laboratory Measurements......Page 1631
On-Line Distillation Analyzers......Page 1633
Reid Method (ASTM Method D 323–90)......Page 1636
Dynamic Vapor Pressure Analyzer......Page 1637
Application......Page 1638
Continuous Vapor–Liquid Ratio Analyzer......Page 1639
Pour Point by Differential Pressure......Page 1640
Cloud-Point Tests (ASTM Method D 2500–88)......Page 1641
Aviation Fuel Tests (ASTM Method D 2386–88)......Page 1642
Low-Temperature Flash-Point Analyzer......Page 1643
Standard Engine Octane Comparator Analyzer......Page 1644
Calibration and Application......Page 1645
Bibliography......Page 1646
Section 8.51: Raman Analyzers......Page 1647
Raman Scattering and Spectral Information......Page 1648
GENERAL INSTRUMENTATION......Page 1650
Dispersive Raman Instrumentation......Page 1651
Components of Raman Process Analyzers......Page 1652
Data Analysis, Modeling and Calibration......Page 1655
Probe Designs......Page 1657
Advantages......Page 1658
CONCLUSION......Page 1659
Bibliography......Page 1660
Section 8.52: Refractometers......Page 1661
THEORY OF OPERATION......Page 1662
Critical Angle of Refraction......Page 1663
Two-Pass Design......Page 1664
REFLECTED LIGHT MEASUREMENT......Page 1665
CAPABILITIES AND LIMITATIONS......Page 1666
Bibliography......Page 1667
Reasons for Using Rheometers......Page 1669
Shear-Strain Tests......Page 1670
Cone-and-Plate Design......Page 1671
Rectangular Torsion Design......Page 1675
Extensional Flow Rheometer......Page 1676
Bibliography......Page 1677
The Streaming Current......Page 1678
Treatment Chemical Selection......Page 1679
References......Page 1680
Bibliography......Page 1681
X-RAY ABSORPTION ANALYZER......Page 1682
PULSED UV FLUORESCENCE......Page 1683
Bibliography......Page 1686
Section 8.56: Sulfur Oxide Analyzers......Page 1687
Applications......Page 1688
Nondispersive Infrared......Page 1689
Correlation Spectrometry......Page 1690
Conductimetric Analyzers......Page 1691
Flame Photometric Analyzers......Page 1692
Bibliography......Page 1693
THERMAL CONDUCTIVITY......Page 1694
Main Components......Page 1695
Operation......Page 1697
Bibliography......Page 1698
Section 8.58: Total Carbon Analyzers......Page 1699
Nondispersive Infrared (NDIR) Analyzers......Page 1700
Colorimetric Analysis......Page 1703
Flame Ionization Detector......Page 1704
Bibliography......Page 1705
Section 8.59: Toxic Gas Monitoring......Page 1707
Safety Instrument Performance Standards......Page 1708
CONTINUOUS SENSOR DESIGNS......Page 1709
Chromatography......Page 1711
Electrochemical Sensors......Page 1712
Fixed Detectors......Page 1714
Color Detector (Dosimeter) Tubes......Page 1715
Sorption-Type Dosimeters......Page 1716
CALIBRATION......Page 1718
References......Page 1719
Web Links to Government Agencies......Page 1720
Section 8.60: Turbidity, Sludge, and Suspended Solids......Page 1721
Units of Turbidity......Page 1722
Forward-Scattering or Transmission Type......Page 1723
Scattered Light Detectors (Nephelometers)......Page 1724
Backscatter Turbidity Sensors......Page 1725
Density-Based Sensors......Page 1726
Bibliography......Page 1727
Section 8.61: Ultraviolet and Visible Analyzers......Page 1728
UV Absorption......Page 1729
The Beer–Lambert Law......Page 1730
UV-Absorbing Compounds......Page 1731
Radiation Sources......Page 1732
The Monochromator......Page 1733
Single-Beam Analyzer......Page 1734
Split-Beam Analyzer......Page 1735
Flicker Photometer......Page 1736
Photodiode Array Spectrophotometers......Page 1737
Retroreflector Probes......Page 1738
Near-Infrared Photometers......Page 1739
Bibliography......Page 1740
STOKE’S LAW......Page 1741
Non-Newtonian Fluids......Page 1742
Conversion among Units of Viscosity......Page 1743
Selection......Page 1744
TERMINOLOGY......Page 1746
Bibliography......Page 1747
Section 8.63: Viscometers—Laboratory......Page 1749
Bubble-Time Viscometers......Page 1750
Capillary Viscometers......Page 1752
Efflux-Cup Viscometers......Page 1756
Falling-Ball Viscometers......Page 1758
Rotational Viscometers......Page 1759
Bibliography......Page 1762
Section 8.64: Viscometers—Industrial......Page 1764
Sensor for Newtonian Fluids......Page 1765
Differential Pressure Type......Page 1767
Backpressure Type......Page 1768
Process Pressure-Operated Design......Page 1769
Falling-Slug or Falling-Ball Viscometers......Page 1770
Single-Float Design......Page 1771
Concentric Design......Page 1772
Oscillating Piston......Page 1773
PLASTOMETERS......Page 1775
Kneader Plastometer......Page 1776
Capillary Plastometer......Page 1777
Rotary Spindle Design......Page 1778
Gyrating-Element Viscometer......Page 1779
VIBRATING-REED VISCOMETER......Page 1780
Measuring Tube Torsional Movement......Page 1782
Bibliography......Page 1783
Categories of Monitors......Page 1785
Sampling Systems......Page 1786
Ion-Selective Electrodes......Page 1788
Oxygen Demand Detectors......Page 1790
Wet Chemistry and Autotitration......Page 1791
Volatile Organics......Page 1792
Temperature and Environmental Variables......Page 1793
Bibliography......Page 1794
Types of Reactions and End-Point Detectors......Page 1796
High-Precision Volumetric Analyzer......Page 1797
Simple Volumetric Analyzer......Page 1798
COLORMETRIC ANALYZERS......Page 1799
High-Precision Colorimetric Analyzers......Page 1800
On/Off Batch Colorimeters......Page 1801
Laboratory FIA......Page 1802
Application Example 2......Page 1803
Bibliography......Page 1804
Appendix......Page 1805
Appendix A.1: International System of Units......Page 1807
Appendix A.2: Engineering Conversion Factors......Page 1817
Appendix A.3: Chemical Resistance of Materials......Page 1839
Appendix A.4: Composition of Metallic and Other Materials......Page 1846
Appendix A.5: Steam and Water Tables......Page 1849
Appendix A.6: Friction Loss in Pipes......Page 1857
Appendix A.7: Tank Volumes......Page 1861
INTRODUCTION......Page 1864