Термокондуктометрический газоанализатор.Уровнение теплопроводности измерительной ячейки.Автоматический газовый мост.Вывод уравнения анализатора.

В хим. промышленности используются методы:Термокондуктометрический; Магнитный; Сорбционный; Диффузионный.

Термокондуктометрические газоанализаторы Принцип действия основан на процессе теплопереноса в газах под действием градиента температур.Теплопроводность определяет собой количество тепловой энергии, проходящей через единицу площади, за единицу времени при градиенте температуры dT/dl, равном единице температуры на единицу длины.

,λ- коэффициент теплопроводности, F – площадь поверхности, –градиент температуры, t- время. Знак «-» указывает направление потока от более нагретого участка к менее нагретому. Теплопроводность газов мало зависит от давления (в широком диапазоне) и равна произ­ведению длины свободного пробега молекул в объеме. Теплопроводность зависит от температуры и у большинства газов растет с ростом температуры. Для смеси газов справедливо выражение:

1/λ — тепловое сопротивление – величина обратная теплопроводности;

1/λ_i— тепловое сопротивление i-ro компонента смеси;

c_i — объемная концентрация i-го компонента.

Это означает, что для многих газов величина теплового сопротивления с высокой точностью аддитивна, т.е. определяется как сумма λ. Поскольку , а температурные коэффициенты для различных газов отличаются, то можно подбирая температуру выделить один компонент из смеси, т.е. смесь будет вести себя как бинарная по теплопроводности. Измерение осуществляется в термокондуктометрических камерах (ТКК) по изменению электрического сопротивления терморезистора в процессе передачи тепловой энергии от этого резистора к стенкам камеры, через слой анали­зируемого газа постоянной толщины, в которой этот терморезистор и который имеет меньшую температуру, чем терморези­стор. Конструктивно - это металлический блок с четырьмя камерамивкоторых находятся терморезисторы измерения и сравнения.

1. R из Pt, Mo - W, W – Re, проволока диаметром 0,02 мм. R=5 – 60 Ом.

2. Терморезисторы – бусинки диаметром 0,2 мм. R=2 – 30 кОм.

Электрическая схема термокондуктометрического газоанализатора.

R₀– баланс моста (установка на­чального уровня мо­ста)

— Напряже­ние питания устанавливается таким образом, чтобы температура была 50— 200°С.

— Тепловой поток от терморезисторов, отводится за счет ряда составляющих:

, – поток тепла за счёт теплопроводности через слой газа, - поток тепла за счёт конвективной составляющей, - за счёт излучения в ИК области, - отвод за счёт креплени­ях терморезистора.

Температуру и скорость прокачки подбирают таким образом, чтобы теплопередача происходила через слой газа. Анализируемый газ подаётся в измерительный канал, а вспомогательный в другой – канал сравнения. В случае равенства теплопроводностей в обоих каналах на измерительной диагонали нулевой сигнал. При изменении теплопроводности смеси условия теплопередачи изменяются в измерительном канале, а в канале сравнения нет. Величина разбаланса равна:

ΔU=U_изм-U_сравн

U_изм=K_λ`∙(1/λ_см)

U_сравн=K_λ``∙(1/λ_в)

Если обеспечить равенство коэффициентов преобразования K_λ` и K_λ`` получим: ΔU=K_λ (1/λ_см – 1/λ_в)

Выражение аналогично полученному выше и позволяет градуировать шкалу в концентрациях компонента смеси. Иногда камеры заполняют газом, с λ соответствующей нижнему пределу измерений. Термокондуктометрические газоанализаторы применимы для Н₂, Не, СO₂, SO₂, NH₃, С1₂ в бинарных и псевдобинарных газовых смесях, а также в качестве детекторов газа.

— диапазон измерений от 0—1 до 0—100%;

— чувстви­тельность 5—20 мВ/% об.;

— классы точности 2,5—10;

— скорость реакции 1—2 мин