Газоанализаторы теплопроводности

Тепловые газоанализаторы относятся к весьма распро­страненным автоматическим ГА. Область их применения — от ана­лиза газов котельных установок до состава атмосферы космиче­ских объектов. Основаны эти ГА на измерении тепловых свойств определяемого компонента, которые могут служить мерой концентрации определяемого компонента.

Измеряемыми величинами слу­жат:

теплопроводность смеси в ГА теплопроводности;

полез­ный тепловой эффект реакции каталитического окисления в тер­мохимических ГА.

Наибольшее распространение в газоаналитических измерениях получили ГА теплопроводности (ГАТ).

Принцип действия ГАТ основан на том, что температура, а сле­довательно, сопротивление R проводника, нагреваемого постоян­ным по величине током, зависит при соблюдении соответствующих условий: теплопроводности газовой среды, окружающей этот про­водник. Если теплопроводность определяемого компонента смеси значительно отличается от теплопроводности неопределяемых ком­понентов, то теплопроводность смеси будет в основном опреде­ляться концентрацией определяемого компонента. Чем больше это различие в теплопроводности определяемых и неопределяемых компонентов, тем выше чувствительность ГА. Очевидно также, что если непосредственно измеряемой величиной в ГАТ является со­противление проводника, охлаждаемого анализируемым газом, то для увеличения чувствительности прибора необходимо для его проводника (чувствительного элемента) выбирать материал с боль­шим тепловым коэффициентом сопротивления ад.

В общем случае распространение тепла Q в газе происходит за счет: a) Qc — конвекции — перемещения масс газа в вертикаль­ном направлении или при механическом перемешивании; б) Qr — ИК-радиации нагретого тела, с которым соприкасается газ; в) Qx—теплопроводности — переноса тепла, происходящего при столкновении молекул, имеющих разную кинетическую энергию,

Q = Qc + Qr + Qx. (H.I)

Первые две составляющие почти не зависят от состава газовой смеси и являются вредными (с точки зрения газового анализа); так, при температуре нагретого тела 400°С конвекция и радиация могут свести на нет правильность показаний ГА. Однако подбором температуры нагретого проводника можно уменьшить до миниму­ма влияние конвективной и радиационной составляющих тепло­проводности, т. е. считать, что

Магнитные газоанализаторы

Магнитные ГА основаны на измерении параметров, свя­занных с магнитными свойствами анализируемых газов. Газовый анализ смесей магнитными методами возможен, если магнитные свойства определяемого компонента различаются с магнитными свойствами остальных (неопределяемых) компонентов смеси.

Работа ММГА основана на измерении сил, действующих на тело, помещенное в неоднородное магнитное поле и окруженное газовой смесью, содержащей кислород.

Поместим в область максимальной неоднородности поля постоянного магнита Н(х) какое-либо диамагнитное тело объемом V, обладающее собственной магнитной восприимчивостью. Он будет выталкиваться из поля с большей напряженностью в сто­рону поля с меньшей напряжен­ностью, т. е. по оси х с силой F\. Если теперь заполнить простран­ство между полюсами газовой смесью, содержащей кислород, то кислород смеси, являясь па­рамагнетиком, будет втягиваться в поле с большей напряжен­ностью и стремиться вытолкнуть, оттуда диамагнитное тело. На те­ло со стороны газа будет действо­вать выталкивающая сила F2, со­впадающая по направлению с F\, т. е. суммарное силовое воздей­ствие на тело F составит

Важным свойством роторных ММГА является почти прямая зависимость их показаний от концентрации кислорода в смеси. Но поскольку магнитные параметры смеси зависят от ее темпе­ратуры и давления, требуется жесткая стабилизация этих пара­метров или же введение в ММГА компенсирующих устройств. Чув­ствительность ММГА достигает 0,1%, они работают при малых расходах смеси. Недостатки ММГА: необходимость в сильных постоянных магнитах, что увеличивает массу прибора, и наличие подвижных роторов и оптических систем, что затрудняет эксплуа­тацию прибора в динамических условиях и требует его юстировки.