Термокондуктометрические газоанализаторы.

Принцип действия основан на измерении теплопроводности анализируемой газовой смеси. Теплопроводность смеси подчиняется принципу аддитивности:

Метод не избирательный. Предназначен для анализа тех компонентов, теплопроводность которых резко отличается от других (водород). Поэтому многокомпонентную смесь можно представить псевдобинарной.

сама теплопроводность зависит от температуры .

У различных компонентов может быть различный .

Температурный режим тщательно подбирается. Измерительная ячейка представляет собой измерительную полость, внутри которой расположен нагревательный элемент, который является одновременно и термометром сопротивления. Анализируемый газ пропускают внутри этой полости. Т.о. тепло от нагревательного элемента к стенке передается через слой газа. Для уменьшения рассеяния тепла, передаваемого лучеиспусканием, нагревательный элемент имеет температуру не более 200°С. Для уменьшения доли тепла, передаваемого за счет конвекции обеспечивают ламинарный режим движения газа. Доля тепла передаваемого теплопроводностью достигает 70%.Камера сверлится и имеет диаметр от 4 до 100мм и длину до 100мм. Нагревательный элемент выполняют из платиновой проволоки диаметром 0, 02 – 0, 05мм.

Чувствительные элементы включают в схемы неравновесных мостов. В качестве измерительных схем получили распространение компараторы.

RР

Компаратор содержит 2 неравновесных моста: I – рабочий, II – сравнительный.

Ячейки R₁ и R₃ протачиваются и через них пропускают анализируемую газовую смесь. R₂ и R₄ – глухие и заполнены газовой смесью с содержанием анализируемого компонента в начале шкалы. Второй мост состоит только из глухих камер. R₅ и R₇ заполнены газовой смесью с конечным содержанием компонента. R₆ и R₈ заполнены газовой смесью с начальным содержанием компонента. Второй мост разбалансирован на всю шкалу. Выходной сигнал первого моста уравновешивается падением напряжения на реохорде R_Р.

Для исключения влияния изменения напряжения питания нужны компараторы. Кроме водорода они используются для измерения концентрации гелия, метана и двуокиси углерода.

Термохимические газоанализаторы.

Принцип действия основан на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления анализируемого компонента. Применяется для измерения концентрации горючих компонентов в избытке кислорода. Используется в качестве сигнализатора взрывоопасных концентраций.

Датчики могут быть двух типов:

1. Реакция происходит на гранулированном катализаторе, а температура измеряется самостоятельным термометром сопротивления (дешевый, высокая инерционность).

2. Реакция происходит на поверхности каталитически активной платиновой нити, являющейся термометром сопротивления (низкая инерционность, дорогой в эксплуатации)

Рассмотрим схему на основе сигнализатора СВК-3М. Он одноканальный.

Рот – ротаметр

Э – эжектор

РБ – релейный блок

ИПС – источник стабилизированного питания

У – управление

Анализируемую газовую смесь пропускают с постоянной скоростью, которая контролируется ротаметром. Газ проходит через трехходовой кран. С помощью «контроля» проверяют изношенность катализатора. Вся схема подключена к баллону с известной концентрацией. Если показания отличаются, то следует заменить катализатор. Левый мост содержит два термометра сопротивления в смежных плечах. Один находится внутри реакционной камеры. а другой в измеряемой среде. С помощью R_Р устанавливается предел срабатывания РБ.

Магнитные газоанализаторы.

Магнитные свойства веществ проявляются в их способности намагничиваться под действием внешнего магнитного поля. I – интенсивность намагничивания.

где М – напряженность магнитного поля, Х – объемная магнитная восприимчивость вещества.

Различные газы обладают различными магнитными свойствами.

Ряд газов имеют:

Х < 0 – диамагнитные – они выталкиваются из магнитного поля.

Х > 0 – парамагнитные – втягиваются в магнитное поле.

- принцип аддитивности

Кислород обладает аномально высокими парамагнитными свойствами. Х зависит от температуры и давления.

С ростом температуры магнитные свойства уменьшаются. В магнитных газоанализаторах используют принцип термомагнитной конвекции. В зависимости от способа теплообмена различают ячейки с внутренней и внешней конвекцией.

 

С внутренней конвекцией.

Ячейка представляет собой полое кольцо с горизонтальным каналом. Газ с постоянной скоростью проходит внутри кольца. Холодные молекулы кислорода втягиваются в магнитное поле, но вместе с тем сразу попадают в зону высокой температуры, создаваемую спиралью и теряют свои магнитные свойства, а следующие за ними холодные молекулы начинают проталкивать уже нагретые вдоль горизонтального канала. При этом тепло из секции R₁ передается к секции R₂. Недостаток – низкая чувствительность спирали. Выходной сигнал зависит от расположения датчика в пространстве.

 

Измерительные ячейки с внешней конвекцией.

Они делятся на три вида.

 

 

1. Ячейки, в которых направления тепловой и магнитной конвекции совпадают. Используются для низких концентраций кислорода (до 20%). Не чувствительны к расположению в пространстве. Недостаток – большая инерционность показаний. Полезную информацию несет магнитная конвекция, а тепловая конвекция является помехой. Для исключения влияния тепловой конвекции используют сдвоенные ячейки. В одной из них находятся настоящие магнитные полюса, а в другой – ложные полюсные наконечники. В ячейке с полюсами присутствуют два вида конвекции, а в другой – только тепловая. Эти ячейки включают в схемы компараторов.

2. Такие ячейки, в которых направления магнитной и тепловой конвекции перпендикулярны. Применяются для измерения средних концентраций кислорода (20 – 70%). Недостаток – чувствительны к положению в пространстве. Для устранения этой погрешности используют сдвоенные ячейки, в которых магнитные конвекции противоположны по направлениям. Все чувствительные элементы являются плечами моста.

 

3. Ячейки, в которых направления тепловой и магнитной конвекции противоположны. Используются для измерения высоких концентраций кислорода (более 70%). Используются анализаторы, аналогичные предыдущему типу.

 

 

 

Оптические газоанализаторы.

Принцип действия основан на измерении степени поглощения лучистой энергии, проходящей через измерительную ячейку. Поглощение может происходить в самом газе или в жидкости, через которую предварительно был пропущен газ. Различные газы поглощают в различных частотах спектра. Большинство – в инфракрасной области. Явление поглощения характеризуется законом Ламберта-Бера.

где - интенсивность падающего потока

- интенсивность потока, выходящего из слоя газа

- молекулярный показатель поглощения

С – концентрация газа

l – длина просвечиваемого слоя

- оптическая плотность

В инфракрасной области спектра поглощают двух и более атомные газы и пары.

М – модулятор

1, 2, 3 – рабочий канал

4, 5, 6 – сравнительный тепловой канал

 

Поток лучистой энергии прерывается модулятором, который представляет собой диск с отверстиями, приводимый в движение СД. Камера 1 – проточная. Через нее пропускается анализируемая газовая смесь. Камера 4 – сравнительная. Заполнена начальной концентрацией анализируемого компонента. Камеры 2 и 5 – фильтровые. Заполнены неанализируемыми компонентами газовой смеси. Камеры 3 и 6 – приемные. Заполнены чистым анализируемым компонентом.

РД будет менять R_Р, пока амплитуды в камерах 3 и 6 не будут одинаковыми.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Измерение плотности жидкостей
2. Люминесцентный метод анализа.
3. Технические средства автоматизации.