газоаналізатор, прилади,вимірюють вміст (концентрацію) одного або декількох компонентів вгазових сумішах. Кожен газоаналізатор призначений для вимірювання концентраціїтільки певних компонентів на тлі конкретної газової суміші в нормованихумовах. Поряд з використанням окремих газоаналізаторів створюються системигазового контролю, які об'єднують десятки таких приладів. У більшості випадківробота газоаналізаторів неможлива без ряду допоміжних пристроїв, що забезпечуютьстворення необхідних титри і тиску, очищення газової суміші від пилу і смол, ав ряді випадків і від деяких заважають вимірам компонентів і агресивнихречовин. Газоаналізаторів класифікують за принципом дії напневматичні, магнітні, електрохімічні, напівпровідникові та ін Нижчевикладаються фізичні основи і області застосування найбільш розповсюдженихгазоаналізаторів.
Термокондуктометріческіегазоаналізатори. Їх дія заснована на залежності теплопровідності газовоїсуміші від її складу. Для більшості практично важливих випадків справедливорівняння:
Де теплопровідність суміші, - теплопровідністьi - того компонента, Ci - eгo концентрація, n-число компонентів.
Термокондуктометріческіегазоаналізатори не володіють високою вибірковістю і використовуються, якщоконтрольований компонент по теплопровідності істотно відрізняється від інших,наприклад для визначення концентрацій Н2, Не, Аг, СО2 в газових сумішах,містять N2, О2 та ін Діапазон вимірювання - від одиниць до десятків відсотків пообсягом.
Зміна складу газової сумішіпризводить до зміни її теплопровідності і, як наслідок, титри іелектричне опору нагрівається струмом металевого абонапівпровідникового терморезистора, розміщеного в камері, через якупропускається суміш. При цьому:
де a-конструктивний параметркамери, R1 і R2 - опір терморезистора в разі пропускання через ньогоструму I при теплопровідності газового середовища відповідає і, температурнийкоефіцієнт електричного опору терморезистора.
Рис.1. Термокондуктометріческійгазоаналізатор: 1 - джерело стабілізованої напруги; 2-вторинний прилад;R1 і R3 - робочі терморезистори; R2 і R4 - порівняльні терморезистори; R0 іпотенціометри; вхід і вихід аналізованої газової суміші показані стрілками.
На рис.1 наведена схема,застосовувана в багатьох Термокондуктометріческіх газоаналізаторах. Чутливіелементи R1 та R3 (робочі терморезистори) омиваються аналізованої сумішшю; порівняльнітерморезистори R2 і R4 поміщені в герметичні осередки, заповнені порівняльнимгазом точно відомого складу. Потенціометри R0 і призначені для установкинульових показань і регулювання діапазону вимірювання. Міра концентрації визначуваногокомпонента - електричний струм, що проходить через, який вимірюється вторинним(Тобто показує або реєструючим) приладом. Термокондуктометріческіегазоаналізатори широко застосовують для контролю процесів у виробництві H2SO4,NH3, HNO3, в металургії і ін
Термохімічні газоаналізатори.У цих приладах вимірюють тепловий ефект хімічної реакції, в якійбере участь обумовлений компонент. У більшості випадків використовується окисленнякомпонента киснем повітря; каталізатори - марганцевомедний (гопкаліт) абомелкодисперсная Pt, нанесена на поверхню пористого носія. Зміна титрипри окисленні вимірюють за допомогою металевого або напівпровідникового терморезистора.У ряді випадків поверхню платинового терморезистора використовують яккаталізатор. Величина пов'язана з числом молей М Окисли компонента ітепловим ефектом співвідношенням:, де KО коефіцієнт, що враховує втрати тепла,залежать від конструкції приладу.
Схема (рис.2) включаєвимірювальний міст з постійними резисторами (R1 і R4) і двоматерморезисторами, один з яких (R2) знаходиться в атмосфері порівняльногогазу, а другий (R3) омивається потоком аналізованого газу. Напруга Uвих в діагоналімоста пропорційно концентрації визначуваного компонента. Для стійкоїроботи газоаналізатори виключають вплив титри середовища (термостатуванням аботермокомпенсацією), стабілізують напругу, підтримують постійним витратагазу, очищають його від домішок, що отруюють каталізатор (С12, НС1, H2S, SO2 та ін.)
Рис.2. Термохімічнийгазоаналізатор: 1 - джерело стабілізованої напруги; 2-вторинний прилад;R1 і R4 - постійні резистори; R2 і R3-соотв, порівняльний і робочийтерморезистори.
Більшість термохімічнихгазоаналізаторів використовують як газосигналізаторів горючих газів і парів(Н2, вуглеводні і ін) в повітрі при вмісті 20% від їх нижніх КПВ, а такожпри електролізі води для визначення домішок водню в кисні (діапазонвимірювання 0,02-2%) і кисню у водні (0,01-1%).
Магнітні газоаналізатори. Застосовуютьдля визначення О2. Їх дія заснована на залежності магнітноїсприйнятливості газової суміші від концентрації О2, об'ємна магнітнасприйнятливість якого на два порядки більше, ніж у більшості іншихгазів. Такі газоаналізатори дозволяють вибірково визначати О2 в складнихгазових сумішах. Діапазон вимірюваних концентрацій 10-2 - 100%. Найбільшпоширені магнітомеханічне і термомагнітні газоаналізатори.
У магнітомеханіческіх газоаналізаторах(Рис.3) вимірюють сили, що діють у неоднорідному магнітному полі на вміщенев аналізовану суміш тіло (зазвичай ротор). Сила F, виштовхуюча тіло змагнітного поля, визначається виразом:
Де об'ємна магнітнасприйнятливість відповідає аналізованої суміші і тіла, поміщеного в газ,V-об'єм тіла, H-напруженість магнітного поля. Зазвичай мірою концентраціїкомпонента служить обертаючий момент, находиме по куту повороту ротора. Показаннямагнітомеханічного газоаналізатора визначаються магнітними властивостями аналізованоїгазової суміші і залежать від титри і тиску, оскільки останні впливають наОб'ємна магнітна сприйнятливість газу.
Більш точні газоаналізатори,виконані за компенсаційною схемою. У них момент обертання ротора,функціонально зв'язаний з концентрацією О2 в аналізованої суміші,врівноважується відомим моментом, для створення якого використовуютьсямагнітоелектричної або електростатичної системи. Роторні газоаналізаториненадійні в промислових умовах, їх складно юстіровать.
Рис.3. Магнітомеханічнегазоаналізатор: 1-ротор; 2-полюси магніту; 3-розтяжка; 4-дзеркальце; 5-освітлювач;6-шкала вторинного приладу.
Дія термомагнітних газоаналізаторівзасноване на термомагнитной конвекції газової суміші, що містить О2, внеоднорідних магнітному і температурному полях. Часто застосовують прилади зкільцевої камерою (рис.4), яка являє собою порожнистий металевийкільце. Уздовж його діаметра встановлена ​​тонкостінна скляна трубка, на якунамотана платинова спіраль, що нагрівається електричним струмом. Спіраль складаєтьсяз двох секцій - R1 і R2, перша з яких поміщається між полюсами магніту. Принаявності в газовій суміші О2 частина потоку прямує через діаметральний канал,охолоджуючи першу секцію платинової спіралі і віддаючи частину тепла другої. Змінаопорів R1 і R2 викликає зміна вихідної напруги U,пропорційне змістом О2 в аналізованої суміші.
Рис.4. Термомагнітнийгазоаналізатор: 1 - кільцева камера; 2-скляна трубка; 3-постійний магніт;4-джерело стабілізованої напруги; 5-вторинний прилад; Rt і R2 - відповідноробочий і порівняльні терморезистори (секції платинової спіралі); R3 і R4 - постійнірезистори.
Пневматичні газоаналізатори. Їхдія заснована на залежності щільності й в'язкості газової суміші від їїскладу. Зміни щільності й в'язкості визначають, вимірюючи гідромеханічніпараметри потоку. Поширені пневматичні газоаналізатори трьох типів.
Газоаналізатори з дросельнимиперетворювачами вимірюють гідравлічний опір дроселя (капіляра) припропущенні через нього аналізованого газу. При постійній витраті газу перепадтиску на дроселі - функція щільності (турбулентний дросель), в'язкості(Ламінарний дросель) або того й іншого параметра одночасно.
Струменеві газоаналізаторивимірюють, динамічний напір струменя газу, що випливає із сопла. Міс...
