Термокондуктометричні газоаналізатори

Принцип роботи термокондуктометричних газоаналізаторів ґрунтується на значній розбіжності теплопровідності компонентів газової суміші. Так, якщо теплопровідність повітря за 0°С умовно прийняти за 100 % , то для двоокису вуглецю СО2 вона становить 61 %, водню Н2— 713, двоокису сірки SO2 — 34, кисню 02 — 102 %. Найчастіше таким методом визначається вміст двоокису вуглецю. Для підвищення точності вимірювань прилад має додаткові пристрої для усунення тих компонентів газової суміші, які значно відрізняються від теплопровідності повітря, наприклад Н2 і SO2.

Для вимірювання теплопровідності газової суміші використовується нагрітий струмом провідник, кількість теплоти Q, що віддається провідником стінкам датчика є функцією

Q = f(k; ∆t; λ), (9.23)

де k — постійний коефіцієнт, залежний від конструкції газової камери датчика; ∆t — різниця температур між провідником і стінками камери; λ — теплопровідність суміші.

Таким чином, теплопровідність газової суміші буде однозначно визначати

температуру провідника і відповідно його опір.

Однією з найпростіших і поширювальних вимірювальних систем термокондуктометричного газоаналізатора є не зрівноважений міст, із джерелом стабілізованого живлення ДСЖ (рис.9.22). Резистори R1 — R4

газ

Рис. 9.22.

виконані із платинового дроту і розігріваються стру­мом до температури близько 100 °С. Двоє з них — R1 і R3 розміщені в камері, через яку проходить контрольований газ, а опори R2 і R4 розміщені в герметичних камерах з еталонним газом або повіт­рям. За проходженням через камеру повітря виконується умова рівноваги мостової схеми: R1R3=R2R4. У вимірю­ваній діагоналі аб різниця потенціалів відсутня і стрілка мілівольтметра ВП показує нуль. Якщо це не так, то проводять балансування моста за допомогою опору R . Якщо через камери пропускається контрольований газ, наприклад СО2, то теплопередача від термометрів опору R2 і R3 до стінок камери датчика погіршується, температура їх зростає, відповідно зростають опори r1 і R3, тому R1 R3 > R2 R4. Як наслідок у діагоналі аб виникає відповідна різниця потенціалів, вимірювана вторинним приладом ВП, шкала якого градуйована у % СО2. Опір R5 служить для виставлення сили струму у діагоналі живлення «вг». Випускаються прилади типів ГЕУК, ГЕД, ТКГ для визначення Н2, СО2, SO2, NH3 у димових газах парогенераторів, газах виробництва аміаку, хлору, сірчаної кислоти тощо. Клас точності 5. Більш точними є компенсаційні схеми. Промисловість випускає автоматичний газоаналізатор типу ТП, в якому використовується схема подвійного моста — вимірювального і компенсаційного. Клас точності - 2.5.

Магнітні газоаналізатори

Магнітні аналізатори використовують магнітні властивості газової суміші залежно від вмісту деяких компонентів. Найбільша магнітна сприйнятливість властива кисню, що належить до парамагнітних газів (втягується в магнітне поле) на відміну від магнітних газів, які виштовхуються із нього.

Об'ємна магнітна сприйнятливість кисню ае_к, що знаходиться за тиску Р і температури t, маючи молекулярну масу μ, визначається із рівняння

æ_К= , (9.24)

де с і R — постійні Кюрі та газова відповідно. Таким чином, магнітна сприйнятливість кисню пропорційна кисню і зменшується із зростанням температури пропорційно 1/t².

Оскільки об'ємна магнітна сприйнятливість решти компонентів газової суміші ж змінюється незначно, тобто æ_р << æ_k, то магнітні властивості газу однозначно залежать від вмісту кисню за умови стабілізації тиску та температури.

Існують декілька методів визначення магнітної сприйнятливості контрольованого газу. Найбільш розповсюджений із них ґрунтується на використанні явища термомагнітної конвекції, яка являє собою рух газу, що вміщує кисень, у неоднорідному магнітному і тепловому полях.

На рис.9.23 подана схема первинного перетворювача магнітного газоаналізатора.

Рис. 9.23. Схема розміщення чутливих елементів магнітного газоаналізатора

Чутливі елементу — це платинові термометри опору R1 і R2 у вигляді спіралі, впаяні у скляні балони, що нагріваються струмом до температури 100 °С. Очище­ний і охолоджений газ протікає газоходом 1 перетворю­вача, втягується в магнітне поле, де знаходиться постій­ний магніт 2. Нагріваючись від розміщеного в цьому полі опору R1, кисень втрачає магнітну сприйнятливістьХолодний газ виштовхує нагрітий, утворюючи потік термомагнітної конвекції. Завдяки втратам тепла, температура і опір датчика r₁ змінюється пропорційно вмісту кисню. Опір R₂ розміщений у середині немагнітного мідного блока З, який має таку саму конфігурацію, що і магніт 2, чим забезпечуються рівні умови тепловіддачі.

Побудовані на цьому ефекті аналізатори викопуються за одно-та двомостовою вимірювальними схемами.

У першому випадку платинові опори R₁ і R₂ включаються у вимірювальну схему незрівноваженого моста або у схему зрівноваженого автоматичного моста. Але такі прилади мають невисокі чутливість та точність.

Кращі показники мають компенсаційні схеми подвійного моста. На рис.9.24 показана вимірювальна схема киснеміра типу МН, з двома мостами: І — робочим і II — порівняльним, або компенсаційним.

Платинові тер­мометри R₅ і R₆ робо­чого моста омиваються контрольованим газом, а термометри r₁ і R₂ ком­пенсаційного моста — повітрям. Система на­лагоджена таким чи­ном, що різниця потен­ціалів моста І U_ab ком­пенсується частково ∆U_cd різницею потен­ціалів моста II:

U_ab=∆U_cd=αU_cd,

Рис. 9.24. Вимірювальна схема газоаналізатора типу МН .

де U_cd — різниця потенціалів у вимірювальній діагоналі компен­саційного моста II; α — коефіцієнт, величина якого залежить від положення повзунка реохорда R і змінюється від 0 до 1. Зі зміною вмісту кисню у контрольованому газі U_ab≠αU_cd=ΔU і їхня різниця ∆U подається на вхід електронного підсилювача ЕП, далі — на реверсивний двигун РД, який переміщує повзуни реохорда R доти, доки не буде виконана умова компенсації, тобто ∆U=0, і стрілка приладу покаже нове значення параметра.

Киснемiри типу МН 5106 мають межі вимірювань 0 — 10% О₂; типу МН 5125 розраховані на діапазон 0 — 100 % 0₂; а тилу МН 5130 — на діапазон 0 — 50 % О₂. Клас точності 0,5 — 10. Час установлення вихідного сигналу 0,5 — 1,5 хв. Як вимірювальний прилад використовують автоматичний міст, наприклад типу КСМ 2 — 024, клас точності — 0,25.