80.Сорбционный газоанализатор.Дилатометрические,электрические (кварцевые,диэлькометрические,кондуктометрические) газоанализаторы.Физикаявлений.Взаимная диффузия в газах.

Сорбционные газоанализаторы Принцип работы заключается в измерении параметров веществ (их свойств) при поглощении окружающих молекул газа.При адсорбции газов на поверхности твердых тел возникают различные эффекты: механические, тепловые, оптические, электрические.

Дилатометрический газоанализатор п редназначен для измерения концентрации водорода, в каме­ре 2, через которую прокачивается анализируемый газ, размещена тонкостенная трубка 1, изготовленная и из палладия. Водород, со­держащийся в анализируемом газе, растворяется в палладии. При этом длина трубки 1 за счет эффекта набухания с увеличением концентрации водорода увеличивается. Так как верхний конец трубки 1 закреплен на корпусе 2, то ее нижний конец свободно перемещается. С помощью емкостного, индуктивного или пневма­тического преобразователя перемещений 4 измеряются перемеще­ния пластины 3, укрепленной на нижнем конце трубки 1. Эти пере­мещения связаны с концентрацией водорода в многокомпонентных газовых смесях.Для других газов используются стержни из активированного углерода, алюмогеля, силикагеля.

Метод кварцевого генераторао снован на определении массы адсорбируемого газа на поверхности кварцевого резонатора, покрытого слоем адсорбента. Это осуществляется путем измерения частоты или амплитуды колебаний кварцевой пластины 1 (размерами 12×12×0,2 мм), на поверхно­сти которой напылены электроды 3 и нанесен слой сорбента 2. Пластина включена в колебательный контур высокочастотного ( МГц) генератора 5 и размещена в камере 4, через которую прокачивается анализируемый газ. Сорбент селективно поглощает определяемый компонент и при изменении концентрации изменяется масса слоя и, соответственно, частота колебаний генератора 5. Сигнал генератора подается в смеситель 6. Опорным сигналом служит сигнал с такого же резонатора, но только в герметичной камере 8 и без слоя сорбента. Сигнал опорной частоты поступает в смеситель от генератора 7, частота колебаний которого определяется пьезокварцевой пласти­ной 9 с электродами 10. Резонансная частота (частота биения) определяется из выражения: , где собственная частота колебаний пластины с сорбирующим слоем; частотный коэффициент, зависящий от типа среза кристалла кварца и формы пластины; и плотность и площадь поверхностного слоя пластины; масса сорбированного компонента.Рассмотренный газоанализатор может использоваться для из­мерения концентрации и паров , ароматических углеводородов и других веществ при соответ­ствующем подборе сорбирующего слоя.

Сорбционные кондуктометрические газоанализаторы Принцип действия основан на измерении проводимости адсорбента. Хорошим адсорбентом являются вещества в виде тонких слоев или пленок. Обычно это оксиды металлов, обладающие свойствами полупроводников( ).Н а рисунке показана схема газоанализатора с пленочным чувствительным элементом. В качест­ве пленки 2 используется оксид цинка, нанесенный на боросиликатную подложку. Толщина пленки 20—1000 А, размеры ее 20×4 мм. Через нанесенные на нее контакты 3 пленка подложки подключа­ется к измерительной схеме. При протекании через камеру 1 ана­лизируемого газа определяемый компонент сорбируется на пленке и изменяет ее электрическое сопротивление.Вещества, обладающие донорными свойствами, увеличивают электропроводность, а вещества с акцепторными свойствами умень­шают ее. Сигнал анализатора определяется током, создаваемым в цепи стабилизированным источником 5, который преобразуется в унифицированный сигнал высокоомным преобразователем 4. Для получения высокой чувствительности пленку нагревают до темпера­туры 200—400°С.

Д иэлькометрический газоанализатор Принцип действия состоит в измерении диэлектрической проницаемости среды, заполняющей электрический конденсатор, емкость которого определяется выра­жением , где постоянный коэффициент, который определяется размера­ми конденсатора и его конструкцией.Эти анализаторы применяются для анализа состава бинарных или псевдобинарных смесей газов и жидкостей.Измере­ние диэлектрической проницаемости используется совместно с яв­лением сорбции паров воды из анализируемого газа. В этом гигро­метре анализируемый газ прокачивается с постоянным объемным расходом через камеру 1, в которой размещен алюминиевый стер­жень 2, по поверхности которого сделана нарезка и нанесен оксид алюминия. В нарезку уложена никелевая проволока 3. Стержень 2 и проволока 3 образуют конденсатор, емкость которого увеличи­вается при сорбции паров воды оксидом алюминия. Последняя вы­зывает увеличение емкости конденсатора, которая измеряется не­равновесным электрическим мостом переменного тока и вторичным прибором (вольтметром) 4. Существуют схемы диэлькометриче­ских гигрометров с равновесным электрическим мостом.