Задачи к теме 2

2-1. Определите, как изменится температура чувствительного элемента (нити) термокондуктометрического газоанализатора, если через него первоначально пропускался воздух (при этом температура нити была равна 80 ⁰С), а затем анализируемый газ со следующим содержанием компонентов: кислород – 4%, углекислый газ – 15%, азот – 63%, водяные пары – 18%. Температура стенок постоянна и равна 20 ⁰С. Теплопроводности газов и состав воздуха приведены в приложении А.

2-2. На рисунке 2.7, а приведена условная хроматограмма, полученная при градуировке хроматографа, а на рисунке 2.7, б – хроматограмма, полученные при анализе неизвестной смеси. В качестве детектора был использован катарометр. Поправочные коэффициенты приведены в приложении А. Определите полный качественный и количественный анализ смеси.

2-3. Определите, как изменится температура чувствительного элемента (нити) термокондуктометрического газоанализатора (см. рисунок 3), если через него первоначально пропускался воздух (при этом температура нити была равна 85 ⁰С), а затем анализируемый газ со следующим содержанием компонентов: кислород – 4%, углекислый газ – 13%, азот – 60%, водяные пары – 22%, водород – 1%. Температура стенок постоянна и равна 22 ⁰С. Теплопроводности газов и состав воздуха приведены в приложении А.

Рисунок 2.7 – Градуировочная (а) и реальная (б) хроматограммы

2-4. Измерительная схема термокондуктометрического газоанализатора представляет собой неуравновешенный мост, образованный четырьмя одинаковыми чувствительными элементами из платиновой проволоки с сопротивлением при 0 ⁰С R₀ = 1 Ом. Зависимость сопротивления от температуры имеет вид , где α_Т = 3,92*10^-3 К^-1. Мост питается стабилизированным током I = 350 мА. Сравнительные камеры заполнены азотом; температура резисторов R₁ и R₃ равна 80 ⁰С. Внутренний диаметр измерительной камеры D = 6,6 мм, диаметр чувствительного элемента d = 0,05 мм, его длина l = 20 мм, температура стенок камеры t_с = 20 ⁰С. Градуировка производилась на синтетической смеси CO₂ + N₂. Определите уравнение шкалы газоанализатора, если диапазон его измерения составляет 0 – 20% СО₂, и рассчитайте напряжение на измерительной диагонали моста при С = 0; 5; 10; 15; 20% СО₂. Сопротивление милливольтметра принимается бесконечно большим. Теплопроводности газов и состав воздуха приведены в приложении А.

2-5. Оптико-акустический газоанализатор предназначен для измерения содержания углекислого газа. Определите, какие газы должны быть в фильтровых камерах, если в состав контролируемой газовой смеси входят также метан, окись углерода, азот, водород и этан. В приборе использовано излучение с длиной волны λ = 4,3 мкм .

2-6. Оцените погрешность, которая возникнет при эксплуатации термокондуктометрического газоанализатора, если его градуировка на CO₂ осуществлялась на синтетической смеси, содержащей 20% углекислого газа и 80% азота, а средний состав продуктов горения природного газа - кислород – 2%, углекислый газ – 10%, азот – 70%, водяные пары – 18%. При заполнении всех камер газоанализатора воздухом температура чувствительного элемента t_н0 = 80 ⁰С, температура стенки постоянна и равна 25 ⁰С. Теплопроводности газов и состав воздуха приведены в приложении А.

2-7. При измерении концентрации углекислого газа в азоте термокондуктометрическим анализатором он показал значение концентрации 76%. Какова фактическая концентрация СО₂, если в смесь попали пары воды с концентрацией 7%? Теплопроводности газов и состав воздуха приведены в приложении А.

2-8. Оптико-акустический газоанализатор предназначен для измерения содержания этана. Определите, какие газы должны быть в фильтровых камерах, если в состав контролируемой газовой смеси входят также метан, окись углерода, азот, водород и углекислый газ. В приборе использовано излучение с длиной волны λ = 2,8 мкм.

2-9. Сопротивление чувствительного элемента термохимического газоанализатора при температуре 400 ⁰С составляет 2,568 Ом. Определите, как оно изменится при прохождении через измерительную камеру газовой смеси с содержанием метана 4,5%. Удельная теплота сгорания метана составляет 34 мДж/м³, постоянная анализатора К = 2,7.

2-10. На рисунке 2.8, а приведена условная хроматограмма, полученная при градуировке хроматографа, а на рисунке 2.8, б – хроматограмма, полученная при анализе неизвестной газовой смеси. При анализе был использован детектор по плотности. Определите полный качественный и количественный анализ смеси.

Рисунок 2.8 – Градуировочная (а) и реальная (б) хроматограммы

2-11. Почему для питания датчиков термокондуктометрических и термо-

химических газоанализаторов необходим источник стабилизированного тока?

2-12. Термомагнитный газоанализатор используется для измерения содержания кислорода в дымовых газах, в состав которых входит кислород (4%), углекислый газ (18%), азот (61%) и водяные пары (17%). Как изменится выходной сигнал анализатора при увеличении содержания кислорода на 0,5% (при одновременном уменьшении содержания углекислого газа на 0,5%)? Зависимость между концентрацией кислорода и выходным напряжением линейная, относительные объемные магнитные восприимчивости компонентов газовой смеси приведены в приложении А.

2-13. Зависит ли чувствительность оптико-акустического газоанализатора от абсолютного значения интенсивности светового потока?

2-14. На рисунке 2.9, а приведена условная хроматограмма, полученная при градуировке хроматографа, а на рисунке 2.9, б – хроматограмма, полученная при анализе неизвестной газовой смеси. При анализе был использован детектор по плотности. Определите полный качественный и количественный анализ смеси.

Рисунок 2.9 – Градуировочная (а) и реальная (б) хроматограммы

2-15. Зависит ли чувствительность оптико-акустического газоанализатора от длины волны светового излучения?

2-16. Сопротивление чувствительного элемента термохимического газоанализатора при температуре 380 ⁰С составляет 3,124 Ом. Определите, как оно изменится при прохождении через измерительную камеру газовой смеси с содержанием этана 6%. Удельная теплота сгорания этана составляет 47500 кДж/кг, постоянная анализатора К = 2,9.

2-17. Определите дополнительную погрешность термомагнитного газоанализатора, измеряющего концентрацию кислорода в дымовых газах, при увеличении температуры смеси до 45 °С. Текущий состав дымовых газов: кислород – 5%, углекислый газ – 25%, остальное – азот. Нормальные условия: температура смеси 20 °С, разрежение 300 кгс/м², температура смеси на выходе из измерительной ячейки 100 °С.

2-18. Влияет ли на чувствительность оптико-акустического газоанализатора длина измерительной камеры?

2-19. На рисунке 2.10, а приведена условная хроматограмма, полученная при градуировке хроматографа, а на рисунке 2.10, б – хроматограмма, полученная при анализе неизвестной газовой смеси. При анализе был использован детектор по плотности. Определите полный качественный и количественный анализ смеси.

Рисунок 2.10 – Градуировочная (а) и реальная (б) хроматограммы

2-20. Определите дополнительную погрешность термомагнитного газоанализатора, измеряющего концентрацию кислорода в дымовых газах, при увеличении разрежения в топке до 800 кгс/м². Текущий состав дымовых газов: кислород – 5%, углекислый газ – 22%, остальное – азот. Нормальные условия: температура смеси 20 °С, разрежение 350 кгс/м², температура смеси на выходе из измерительной ячейки 100 °С.