80.Сорбционный газоанализатор. Дилатометрические, электрические,(кварцевые, диэлькометрические, кондуктометрические) газоанализаторы. Физика явлений. Современные схемы.

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. Соответственно, и методы измерения имеют такое же название.

Дилатометрический газоанализатор

В дилатометрическом газоанализаторе, предназначенном 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 генератора

М етод основан 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.

Диэлькометрический газоанализатор

Принцип действия диэлькометрических анализаторов состоит в измерении диэлектрической проницаемости среды, заполняющей электрический конденсатор, емкость которого определяется выра­жением

,

где постоянный коэффициент, который определяется размера­ми конденсатора и его конструкцией.

Э ти 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.