Термокондуктометрические газоанализаторы принцип действия

Наиболее широкое применение в разных областях получили термокондуктометрические анализаторы, позволяющие осуществлять непрерывный автоматический контроль концентрации газов. В основе метода измерения лежит зависимость электрического сопротивления проводника с большим температурным коэффициентом от теплопроводности окружающей среды, т.е. концентрации анализируемого газа.

Относительные значения теплопроводности различных газов приведены ниже:

Хлор	Азот	Воздух	Гелий	Водород
0, 323	0, 996	1,000	5.970	7,000

В термокондуктометрических газоанализаторах сравнивают изменение теплопроводности анализируемой газовой смеси с эталонной. На рис. 6.1 приведена простейшая схема термогазоанализатора. Здесь один из чувствительных элементов (нагреваемая нить) помещен в рабо­чую камеру, а другой – в сравнительную.

Рис. 6.1

Обычно чувствительные элементы нагреваются до температуры 100-120 °С. При отклонении теплопроводности анализируемого газа (т.е. его концентрации) от номинального значения изменяется электрическое сопротивление R и в измерительной диагонали появляется напряжение ΔU, которое служит мерой концентрации анализируемого вещества. Значение ΔUможно определить из выражения

где D — диаметр камеры;

d- диаметр проволки;

R — сопротивление при температуре 0 о С;

λ_н и λ_к — начальное и конечное значение теплопроводности;

ά — температурный коэффициент;

l — длина камеры.

Это выражение получено следующим образом.

Поток тепловой энергии, проходящий через поверхность S составит:

где r_с и r_п — радиусы стеклянной камеры и проволоки.

dt/dx — градиент температуры.

Теплопроводность смеси λ _cм вычисляется по формуле

где λ₁ и λ₂ -теплопроводность компонентов с концентрацией С₁ и С₂.

отсюда Δ U = Δ R I = α R Δ t I = α I 3 R 2 Δ C₁ (λ ₁ — λ ₂)/ к λ _{см 1} λ _{см 2}.

Основными недостатками рассмотренной схемы, приводящими к повыше­нию погрешности измерений, являются влияние температуры окружающей среды, колебания напряжения источника питания, наличие водяных паров.

От этих погрешностей можно избавиться при использовании дифференци­альных схем измерения.

Существенную роль играет также подготовка контролируемой среды. Анализируемый газ предварительно пропускают через холодильник, откуда об­разовавшийся конденсат сбрасывается в дренаж, далее газ проходит через фильтр, редукционный вентиль и ротаметрический регулятор расхода.

Термохимические газоанализаторы

Термохимические газоанализаторы предназначены для анализа горючих и взрывоопасных компонентов газовых смесей. Принципиально приборы этого типа не отличаются от ранее рассмотренных. Однако их отличие состоит в том, что здесь используется тепловой эффект сгорания горючих газов на каталитически активной платиновой спирали. Измерительный блок снабжается на входе и выходе взрывозащищающими устройствами. В настоящее время выпускаются автоматические газоанализаторы для определения водорода в кислородном коллекторе или кислорода в водородном коллекторе электролизных установок. Для про­верки правильности показаний используется баллон с контрольной газовой смесью.

Газоанализатор типа ТП 2221М — автоматический прибор, показывающий или самопишущий, предназначен для измерения объемной концентрации дву­окиси углерода СО₂ в многокомпонентных сухих газовых смесях.

Газоанализатор может быть использован в различных системах контро­ля, сигнализации и автоматического регулирования, в том числе и пище­вой промышленности.

Принцип действии прибора основан на зависимости теплопроводности анализируемой смеси от концентрации в ней СО₂, теплопроводность которой ниже других компонентов.

Основу прибора составляет компенсационная сравнительная мостовая схема переменного тока из 3-х мостов: рабочего, сравнительного и компенсационного. Рабочий мост построен подифференциальной схеме. Его чув­ствительные элементы помещены в закрытые ампулы. Два элемента омы­ваются анализируемым газом, два других — контрольным.

Диапазон измерений 0–40 %. Основная погреш­ность ±2,5 % . Постоянная времени 4 мин.

Опубликовано Артём в 25.03.2019 25.03.2019

Газоанализатор – это специальный прибор для измерения количественного и качественного состава смеси газов. На сегодняшний день различают 2 основных типа газоанализаторов:

Автоматические газоанализаторы

Данные измерительные приборы позволяют измерять физико-химический или физический состав смеси газов или отдельных его частей. Исходя из принципа действия, существует 3 группы автоматических анализаторов:

1. Химические или объемно-манометрические анализаторы.
2. Газоанализаторы, основанные на физико-химическом и физическом методах.
3. Физические газоанализаторы

Назначение этих устройств

Когда в помещении, в воздухе концентрируется опасная пропорция опасных веществ, устройство немедленно оповещает об этом. Применяются звуковые и световые сигналы. Блокируется подача газа.

Монтаж этого прибора обезопасит жильцов квартиры от аккумулирования газа в помещении и поспособствует оперативному устранению утечки. Если прибор имеет модуль GSM, связанный с номером абонента, то он может направлять сигнал на телефон.

И сегодня часто устройство называют бытовым сигнализатором газа – датчиком утечки угарного газа.

И это логично, ведь он монтируется там, где есть угроза скопления опасных элементов.

Шаблонные приборы могут определять концентрацию таких видов газа:

Первый вид наиболее опасный. При его утечке в закрытом помещении возникает смертельная угроза.

Метан есть в главном газопроводе. При его большом скоплении есть большой риск взрыва или пожара.

Пропан – главный компонент сжиженного состава, который по массе превосходит воздух. И даже при открытом пламени возможна концентрация газа внизу помещения, ближе к полу.

В квартиры обычно подаётся состав из пропана, метана, сероводорода, углекислого газа и паров воды. Также для запаха подмешиваются специальные одоранты. Хотя главный компонент – всё же метан. Его пропорция: 70-98%.

Детектор утечки бытового газа может улавливать все эти компоненты. И чаще всего он монтируется около мест, где есть риск утечки (плиты, котлов, колонок и т.д.)

Химические или объемно-манометрические анализаторы

Первая группа устройств этого типа позволяет определить изменение давления и объема газовой смеси при помощи химических реакций, которые происходят с различными компонентами смеси газов.

Структура и принцип функционирования

Базис работы этих приборов – это термомеханические и оптические датчики. Структура всех устройств такова:

1. Начальный преобразователь. Его функция – улавливать и вычислять пропорции газа в воздухе.
2. Измерительный модуль. Он обрабатывает сигнал начального преобразователя и сопоставляет его с заданными параметрами.
3. Блок питания.
4. Корпус.
5. Электромагнитный клапан. Он блокирует подачу горючего.
6. Звуковые и световые индикаторы.

При включении вытяжки на кухне прибор направляет сигнал на пожарный щит.

Газоанализаторы, основанные на физико-химическом и физическом методах

В зависимости от физики использованного процесса, приборы 2-ой группы подразделяются на:

• Хроматографические
• Термохимические
• Фотоколориметрические
• Электрохимические

Хроматографические газоанализаторы

Данный тип приборов предназначен для измерения состава смеси газов, твердых тел или жидкости. Принцип действия хроматографического анализатора заключается в индикации качественного и количественного состава разделенной газовой смеси.

Существует 3 метода хроматографического измерения:

1. Вытеснительный
2. Фронтальный
3. Проявительный

Термохимические газоанализаторы

Термохимические анализаторы газа – это устройства, определяющие энергию выделяемого тепла при прохождении химической реакции в смеси газов.

Принцип работы

Основной принцип работы – процесс окисления компонентов газа с применением дополнительных катализаторов (марганцево-медный катализатор, мелкодисперсная платина).

Измерение возникающей температуры осуществляется с помощью терморезистора, который в зависимости от температуры, меняет свое сопротивление, тем самым изменяя проходящий ток.

Фотоколориметрические газоанализаторы

Фотоколориметрический анализатор газа – это прибор, использующий оптическую систему (излучатель-приемник), который при помощи уровня поглощенного светового потока веществом определяет его.

Существует 2 разновидности фотоколориметрических газоанализаторов:

1. Жидкостный фотоколориметрический анализатор газа (реакция протекает в растворе, что позволяет с точностью до 5% определить компоненты смеси);
2. Ленточный фотоколориметрический газоанализатор (используют для реакции твердые носители).

Электрохимические газоанализаторы

Данный тип приборов предназначен для определения токсических газов в помещениях или на рабочих зонах. Отличительной чертой данного устройства, является возможность применять его во взрывоопасных зонах. Он компактный, энергосберегающий и практически нечувствителен к механическим воздействиям.

Они способны определять следующие вещества:

• Аммиак NН3;
• Сероводород H2S;
• Угарный газ СО;
• Оксид серы SO2;
• Хлор Cl2;
• Объемные доли кислорода (О2).

По принципу действия они подразделяются на:

• Гальванические (реагируют на изменение электропроводности);
• Электро-кондуктометрические (реагируют на изменения тока или напряжения);
• Потенциометрические (измеряют отношение напряженности поля и активных ионов).

В основе работы электрохимических анализаторов газа лежит явление электрохимической компенсации, которое заключается в выделении специального реагента, который реагирует с определенным компонентом смеси.

Физические газоанализаторы

Данные устройства работают благодаря физическим процессам и подразделяются на следующие виды:

• Термокондуктометрические;
• Магнитные;
• Оптические;
• Денсиметрические.

Магнитные газоанализаторы

Предназначены для определения процента О2 в смеси газов.

Магнитные анализаторы газа подразделяются на 2 группы:

Данные устройства измеряют силу, которая возникает в неоднородном магнитном поле и воздействует на ротор устройства, и позволяет измерять концентрации в диапазоне 10-2.

Термокондуктометрические газоанализаторы

Данные устройства позволяют определить состав газовой смеси при помощи такой физической величины, как теплопроводность.
Принцип действия: при изменении качественного и количественного состава газовой смеси, изменяется теплопроводность и соответственно сопротивления в терморезисторах, в результате чего полученные данные анализируются, и по шаблону определяется состав определенных компонентов газа.

Оптические газоанализаторы

Устройства данной конструкции работают по принципу изменения оптических свойств газовой смеси (оптическая плотность, спектральное излечение, показатель преломления и т.д.).

Данные газоанализаторы могут определять как органические (метан СН4, ацетилен С2Н2, этан С2Н6, и т.д.) так и неорганические (хлор, аммиак, сероводород и т.д.) вещества.

Оптические газоанализаторы подразделяются на:

• Ультрафиолетовые;
• Инфракрасные;
• Спектрофотометрические;
• Интерферометрические.

Принцип действия: определенный газ поглощает инфракрасное излучение с определенной длинной волны, в зависимости от которой устройство ведет расчет.

Разновидности приборов

Эти устройства отличаются друг от друга по виду определяемого газа. Как правило, датчик газа на кухню ставят такой, чтобы он определял CO, СН4 и С3Н8.

В последнее время большую популярность завоёвывают комбинированные модели. Они определяют сразу несколько разновидностей газа.

Ручные газоанализаторы

Ручные анализаторы газа – это переносные устройства, которые обладают высокой точностью и служат для проверки автоматических анализаторов газа в процессе их эксплуатации. Они также предназначены для лабораторных и контрольных анализов.

Основное отличие от автоматических устройств – это длительность процесса забора пробы, которая зависит от квалификации специалиста и может занимать от 5-и до 10-и минут.

Клапаны бытовых детекторов газа

Если на кухне есть вытяжка, включающаяся по сигналу прибора, то безопасность в помещении во многом обеспечивает отсекающий клапан. Он работает по электромагнитному принципу. Он мгновенно пресекает поступление горючего по сигналу прибора.

Есть таких виды клапанов:

1. По диаметру трубы, проводящей газ.
2. Электрические.
3. Имеющие, допустимое давление.

Их виды по конструкции таковы:

1. Нормально-открытый. Он взводится ручным способом. Для его работы не требуется напряжение. Когда срабатывает детектор, следует электрический сигнал, и клапан закрывается. Обозначение клапана — «NA».
2. Нормально-закрытый. Его взведение аналогично. Но необходимо электричество. Он всегда работает под напряжением. По импульсу от устройства напряжение исчезает, происходит закрытие клапана.

Для бытовых задач оптимально использовать первый вид. Ведь при сбоях с электричеством его функциональность никак не пострадает.

Таблица основных преимуществ и недостатков некоторых газоанализаторов

Название	Достоинства	Недостатки
Термохимические	Низкая стоимость	Низкая избирательность; маленький диапазон измеряемой концентрации; непродолжительный срок службы сенсора; низкое быстродействие и чувствительность; для работы требует наличие кислорода
Электрохимические	Позволяет обнаруживать даже мельчайшие частицы вредных газов; широкий диапазон определения загрязняющих органических и неорганических веществ; низкое энергопотребление; приемлемая цена	Ограниченное быстродействие; низкая селективность; крупные габариты; необходимо дополнительно за собой носить огромное количество реагентов и разнообразных блоков
Оптические	Высокая чувствительность; отсутствуют вредные реагенты, необходимые для анализа смеси газов; высокое быстродействие селективность и чувствительность; позволяют определять практически все загрязняющие газы и вещества	Высокая стоимость

На сегодняшний день наибольшего распространения получили:

• Оптические газоанализаторы;
• Электрохимические газоанализаторы.

Установка приборов

Для монтажа газовых анализаторов лучше всего подходят вертикальные поверхности – места возможной газовой утечки (у счётчиков, колонок, котлов, плит).

Нельзя монтировать прибор:

1. На дистанции менее 1 м от горелок.
2. В грязных и пыльных зонах.
3. Рядом с вентиляционными туннелями.
4. В зонах, где хранятся горючие и токсичные материалы.

При монтаже нужно учитывать характеристики газа и высоту его концентрации. Так позиции газов от пола следующие:

• метан – 50 см,
• угарный газ – 180 см(до потолка – 30 см)
• пропан – 50 см.

Комбинированную модель лучше монтировать в диапазоне 50-30 см до потолка.

Чтобы клапаны работали стабильно, поставьте в прибор аккумуляторы, которые способны автоматически переходить на запасное питание.

Установить прибор не сложно. Его можно зафиксировать дюбелями или саморезами.

В его паспорте подробно схематически отражается подключение электричества к нему и его контактирование с прочим оборудованием.

Монтировать клапан на газовые трубы должны только профессионалы.

Минимум раз в год газовый анализатор должен подвергаться процедуре освидетельствования.

Классификация по форм-фактору:

По форм-фактору, устройства можно разделить на на:

• Стационарные газоанализаторы — устройства, предназначенные для стационарной установки в рабочей зоне промышленных заводов и комбинатов, химических лабораториях, на нефтеперерабатывающих и газодобывающих предприятиях и других производствах
• Портативные газоанализаторы — устройства, индивидуального применения, которые служат дополнительной защитой к стационарным анализаторам газа
• Переносные газоанализаторы — устройства, занимающие промежуточную нишу между стационарными и портативными. Больше по размеру, чем портативные устройства, но обладают и большими возможностям. Подходят для небольших предприятий.

Газоанализаторы – это незаменимые устройства, которые используются как на производстве, так и в быту и позволяют определять качественный и количественный состав загрязняющих веществ в рабочей зоне или любом другом помещении, где есть опасные факторы утечки вредных веществ и газов.

Популярные модели

Сегодня купить такие приборы несложно. Их ассортимент приличен. На следующем изображении представлены некоторые хорошо раскупаемые модели

Приличным спросом пользуется и сигнализатор газа «Страж». У него есть разные модификации. Например, TD 0371. Его фото:

1. Чувствительность к таким видам газа, как: природный, сжиженный и угарный.
2. Срабатывание в течение 20 сек.
3. Имеет мощную звуковую сирену.
4. Его работа строится от сети. Поэтому не нужно постоянно менять батарейки.
5. Устойчивость к влаге – 95%.
6. Температурная стойкость – до 50 градусов.

Это оптимальный вариант для установки на кухне. Он легко справится с разными испарениями и температурными перепадами.

По инструкции сигнализатор газа Страж TD 0371 нужно монтировать ровную поверхность рядом с источником питания. Для этого применяются два шурупа.

Прибор должен получать постоянное питание от системы с параметром 220 В.

Его можно присоединить к кнопкам тревоги (охраны или пожарной). Можно задействовать как отдельную сигнализацию.

Характеристики и параметры прибора:

1. Виды материала: пластик, стойкий к ударам, металл.
2. Масса – 260 грамм.
3. Потребление электричества – менее 2 В.
4. Параметр звукового сигнала – 70 дБ/м.
5. Функциональный температурный диапазон: 10 – 55 градусов.
6. Габариты: 11 х 7 х 4 см.
7. Срабатывание прибора осуществляется при пропорциях газа 10%LEL.
8. Виды сигнала: звук и мигание.

Ещё одна знаменитая модификация «Стража» для квартиры – это УМ-005.

Модель постоянно контролирует содержание CO и СН4 в воздухе. Если пропорции первого превышают 0,005%, а второго — 0,5%, прибор сразу же оповещает об этом звуковым сигналом световыми диодами.

Тип его монтажа – вертикальный. Для этого подходит стена, ближайшая к газовому аппарату.

Возможно подключение внешнего аккумулятора – 12 В.

Если прибор пищит

Если газосигнализатор «Страж» пищит, то это может означать:

1. Утечку газа. Нужно принять все меры безопасности для таких случаев.
2. Поломку прибора.
3. Проблемы с его питанием.

Если прибор сломался, а в воздухе не опасное содержание вредных компонентов, его следует отремонтировать или заменить.

Кол-во блоков: 22 | Общее кол-во символов: 30733
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:

Термокондуктометрические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава. Для большинства практически важных случаев справедливо уравнение:

Где теплопроводность смеси, — теплопроводность i — того компонента, Ci — eгo концентрация, n-число компонентов.

Термокондуктометрические газоанализаторы не обладают высокой избирательностью и используются, если контролируемый компонент по теплопроводности существенно отличается от остальных, например для определения концентраций Н2, Не, Аг, СО2 в газовых смесях, содержащих N2, О2 и др. Диапазон измерения — от единиц до десятков процентов по объему.

Изменение состава газовой смеси приводит к изменению ее теплопроводности и, как следствие, титры и электрическое сопротивления нагреваемого током металлического или полупроводникового терморезистора, размещенного в камере, через которую пропускается смесь. При этом:

где a-конструктивный параметр камеры, R1 и R2 — сопротивление терморезистора в случае пропускания через него тока I при теплопроводности газовой среды соответствует и, температурный коэффициент электрического сопротивления терморезистора.

Рис.1. Термокондуктометрический газоанализатор: 1 — источник стабилизированного напряжения; 2-вторичный прибор; R1 и R3 — рабочие терморезисторы; R2 и R4 — сравнительные терморезисторы; R0 и потенциометры; вход и выход анализируемой газовой смеси показаны стрелками.

На рис.1 приведена схема, применяемая во многих Термокондуктометрических газоанализаторах. Чувствительные элементы R1 и R3 (рабочие терморезисторы) омываются анализируемой смесью; сравнительные терморезисторы R2 и R4 помещены в герметичные ячейки, заполненные сравнительным газом точно известного состава. Потенциометры R0 и предназначены для установки нулевых показаний и регулировки диапазона измерения. Мера концентрации определяемого компонента — электрический ток, проходящий через, который измеряется вторичным (т.е. показывающим или регистрирующим) прибором. Термокондуктометрические газоанализаторы широко применяют для контроля процессов в производстве H2SO4, NH3, HNO3, в металлургии и др.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась — это был конец пары: "Что-то тут концом пахнет". 8526 — | 8113 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно