2. Механічні газоаналізатори

Механічні газоаналізатори засновані на вимірі молекулярно-механічних параметрів стану або властивостей аналізуючої газової суміші. Величинами, що характеризують концентрацію обумовленого компонента, у таких приладах можуть бути зміна обсягу або тиску проби газової суміші (при постійному тиску або обсязі) у результаті хімічного впливу на обумовлений компонент; в'язкість або щільність газової суміші й ін. Однак у цей час одержали деяке поширення в харчовій промисловості лише газоаналізатори хімічні, або об'ємно-поглинальні.

Ці газоаналізатори засновані на використанні різних хімічних реакцій і пов'язаних з ними змін обсягу або тиску аналізованої газової суміші після видалення з її аналізованого компонента. Вони використовуються як переносні для разових епізодичних вимірів при налагодженні й пуску технологічних агрегатів, контрольних вимірах і т.п. У газоаналізаторах цієї групи звичайно застосовується один із трьох методів:

1. Метод поглинання (абсорбції), заснований на зменшенні обсягу при вибірному-поглинанні аналізованого компонента хімічними реактивами: Так, при пропущенні газу через розчин їдкого розчину останній повністю поглинає двооксид вуглецю відповідно до реакції:

З₂ + 2КІН = ДО₂З₃ + Н₂О.

2. Метод дожигания, заснований на зменшенні обсягу при спалюванні горючих компонентів. Цим методом може бути визначений зміст кисню, що пропускається через піч у суміші з воднем:

2Н₂ = 2Н₂О.

водяні пари, що утворилися при згорянні, конденсуються, а зменшення обсягу дорівнює трикратному змісту кисню в аналізованій суміші.

3. Комбінований метод, що представляє собою сукупність методу дожигания з наступним вибірним поглинанням. Наприклад, визначення оксиду вуглецю в газовій суміші складається в допалюванні її в печі з температурою близько 300°С у присутності каталізатора.

Після допалюванні газ пропускається через розчин їдкого розчину, що поглинає утворює З₂. У цьому випадку зменшення обсягу дорівнює півтора змісту. Існує ряд конструкцій переносних газоаналізаторів, призначених для аналізу певних компонентів тазових сумішей. Крім того, є автоматичні газоаналізатори, у яких операції відбору проб, пропущення їх через поглинаючі реактиви, вимір зменшення їхнього обсягу й т.п. здійснюються автоматично.

3. Теплові газоаналізатори

Теплові газоаналізатори одержали широке поширення завдяки тому, що забезпечують безперервність виміру, не вимагають великої кількості газової проби, точність їх практично не залежить від тиску аналізованої газової суміші. У харчовій промисловості ці прилади застосовуються як для контролю за спалюванням палива, так і для контролю складу газових технологічних середовищ (у цукровому виробництві, виноробстві, пивоварстві). Розрізняють теплові газоаналізатори термокондуктометричні й термохімічні.

Термокондуктометричі газоаналізатори

Робота термокондуктометричних газоаналізаторів заснована на значному розходженні теплопровідності деяких газових компонентів. Так, теплопровідність повітря в 3 рази вище теплопровідності хлору, близько 2 разів вище теплопровідності диоксида вуглецю, але становить лише ¹/₇ теплопровідності водню. Безпосередній вимір теплопровідності газових сумішей — складний і трудомісткий процес і для цілей газового аналізу не застосовується. У газоаналізаторах, заснованих на методі тепло-. провідності, виміряється відносна зміна теплопровідності аналізованої газової суміші, порівнюваної з теплопровідністю еталонної суміші відомого складу. Таке порівняння здійснюється за допомогою вимірювального перетворювача, виконаного за мостовою схемою (мал. Х.1). Вимірювальний міст утворений двома однаковими чутливими елементами (резисторами), що виконують одночасно роль нагрівачів і термоперетворювачів опору, і двома однаковими постійними резисторами R1 і R2. Один із чутливих елементів R_а поміщений в. «робочу камеру» через яку безупинно протікає аналізуюча газова суміш, а другий Rз — у закриту «порівняльну камеру», заповнену еталонним газом відомого складу.

Для збільшення чутливості мостової вимірювальної схеми в промислових газоаналізаторах замість постійних резисторів R1 і R2 включаються відповідно «робочий» і «еталонний» резистори. Міст живиться електричним струмом від джерела напруги Е, який регулюється резистором Rе- Температура нагрівання чутливих елементів R_а і Rэ в термокондуктометричних газоаналізаторах звичайно становить 100—120° С.

Рис. Х.1. Принципова електрична схема вимірювального перетворювача газоаналізатора, заснованого на теплопровідності.

Більше зробленими є вимірювальні схеми термокондуктометричних газоаналізаторів, компенсаційного типу, що складаються із двох неврівноважених мостів, один із яких вимірювальний (аналогічний зображеному на мал. Х.1, але із двома «робочими» і «еталонними» резисторами), а другий порівняльний. Різниця ЕРС, вироблюваних мостами, управляє роботою компенсаційної вимірювальної схеми. Завдяки принципу порівняння показання газоаналізатора не залежать від коливань напруги живлення й зміни температури навколишнього середовища.

Якщо теплопровідності аналізованого й еталонного газів однакові, що нагріваються в однакових умовах резистори R _а і R _э будуть мати однакову температуру й електричні опори, а отже, міст буде перебувати в рівновазі. При відхиленні теплопровідності аналізованої газової суміші від еталонної міст вийде з рівноваги й у його діагоналі з'явиться напруга розбалансу Івих, що служить мірою концентрації вимірюваного компонента й визначається емпіричним вираженням (у В).

Рис. Х.1. Принципова електрична схема вимірювального перетворювача газоаналізатора, заснованого на теплопровідності.

(Х.4)

де п-т внутрішній діаметр камери, м; та і I — діаметр і довжина провідника, м; а - температурний коефіцієнт опору матеріалу провідника, Ом/ДО; І -сила струму в.провіднику, А; R — опір провідника при 273,15 ДО (⁰С), Ом; R н і R к — значення теплопровідності при початковій і кінцевій концентраціях обумовленого компонента, Вт/( м-до).

Для настроювання приладу в процесі його градуїровки й експлуатації служать подгоночні опори, які на схемі не показані. Нульові показання періодично перевіряються по контрольному газу або чистому сухому повітрю.

Метод теплопровідності використовується для аналізу газових сумішей на наявність водню, гелію, хлору, а також диоксида вуглецю, сірчистого газу, хлористого водню в повітрі або в інших газах. Вимірювальні схеми для всіх газів аналогічні.

На рис; Х.2 показана схема газового тракту вимірювального перетворювача термокондуктометричного газоаналізатора. Аналізована газова суміш проходить через фільтр 1, де очищається від пилу, вологи й масла, потім через голчастий вентиль 2, для зниження тиску, надходить у ротаметричний регулятор витрати газу 3, за допомогою якого забезпечується сталість витрати газу. Газова суміш після регулятора направляється до чутливих термохімічних газоаналізаторів

φ = dTc/dCa = Aq (1 - aQ^b), . (Х.5)

де Тс — температура шаруючи, ДО; С_а — концентрація обумовленого компонента;. А, а й b — коефіцієнти, що залежать від .розмірів і теплофізичних характеристик вимірювальної камери; q — питома теплота реакції, Дж/( кг-до); Q-: витрата аналізованого газу, м^а/с.

Рис. Х.2. Схема газового тракту вимірювального перетворювача термокондуктометричного газоаналізатора

вимірювальний блок 4, у якому розташовані проточні робочі камери 5 і непротічні порівняльні камери 6, заповнені сухим повітрям. Аналізований газ надходить у верхню частину робочих камер, обмиває чутливі елементи (нагріваються резистори, що) і через нижні канали виходить у газовідводну лінію. Для виключення залежності показань приладів від коливань температури газової суміші й окружаючого середовища блок датчиків може термостатується.

Як вимірювальні прилади для газоаналізаторів застосовуються електронні потенціометри, логометри й мілівольтметри.

Термохімічні газоаналізатори

Ці прилади призначені для аналізу газових сумішей на зміст у них метану, ефіру, водню, пар спирту, бензину й інших горючих або вибухонебезпечних компонентів у виробничих, складських і інших приміщеннях. Принципова електрична схема вимірювальних перетворювачів термохімічних газоаналізаторів аналогічна схемі газоаналізаторів по теплопровідності (див. мал. Х.1), але принцип їхньої дії заснований на вимірі теплового ефекту реакції каталітичного окислювання, у якій бере участь обумовлений компонент суміші. Каталітично активна платинова нитка (спіраль), що нагрівається до температури 400—500° С, є чутливим елементом і включається в схему вимірювального мосту.

Рис. Х.З. Схема газового тракту вимірювального перетворювача термохімічного газоаналізатора

У вимірювальному перетворювачі приладу (мал. Х.З) аналізована, суміш надходить через триходовий кран у вимірювальний блок, захищений на вході й виході вибухозахисними пристроями 2 і 5. Тут газ, що втримується в аналізованому середовищі, вступає у реакцію каталітичного окислювання на платиновій спіралі 3, при цьому температура її підвищується й, отже, збільшується опір. .Порівняльний елемент іншого плеча мосту установлений у герметичній камері 4, заповненої чистим повітрям. У такий спосіб; при наявності в аналізованому середовищі каталітично активних компонентів у діагоналі вимірювального мосту створюється струм, сила якого прямо пропорційна їхньої концентрації. У ряді термохімічних газоаналізаторів каталітичне окислювання компонентів газової суміші відбувається в шарі каталізатора, а підвищення температури газової суміші, що відбуває внаслідок виділення теплоти, виміряється за допомогою спеціальних термоелектричних перетворювачів температури, підключених до вимірювального приладу. Для підвищення точності вимірів вимірювальний блок газоаналізаторів термостатується.