Действие термокондуктометрических газоанализаторов основано на зависимости между теплопроводностью газовой смеси и концентрацией в ней анализируемого компонента.
Теплопроводность смеси измеряют с помощью терморезистора 1, помещенного в камеру 2. Через терморезистор пропускают ток i , который его нагревает. Температура терморезистора определяется теплопроводностью газовой смеси, пропускаемой через камеру. Чем больше ее теплопроводность, тем лучше отводится тепло от терморезистора и тем меньше его температура и, следовательно, сопротивление. Таким образом, работа термокондуктометрического газоанализатора подчиняется следующей закономерности: изменение концентрации анализируемого компонента приводит к изменению теплопроводности газовой смеси и вслед за этим — температуры и сопротивления терморезистора 1. Сопротивление терморезистора измеряют мостовой схемой 3. Термокондуктометрические газоанализаторы применяют для определения водорода, аргона, гелия, азота, хлороводорода и других газов в технологических смесях различного состава.
В термохимических газоанализаторах концентрация определяемого компонента газовой смеси измеряется по количеству тепла, выделившегося при химической реакции — каталитическом окислении. В качестве катализаторов обычно используют нагретую платиновую нить, помещенную в камеру, через которую пропускают газовую смесь. Температура и, следовательно, сопротивление нити будут изменяться при изменении количества тепла, которое, в свою очередь, будет зависеть от концентрации определяемого компонента. Чем она больше, тем больше выделяется тепла в ходе реакции, тем выше температура нити. Датчик термохимического газоанализатора аналогичен по устройству датчику термокондуктометрического газоанализатора. Температуру нити измеряют также мостовой схемой по ее сопротивлению. Термохимические газоанализаторы, как правило, используют для определения и сигнализации наличия в воздухе закрытых производственных помещений довзрывоопасных концентраций горючих газов, паров и их смесей: ацетона, бензина, спиртов, эфиров и т. п. Обычно сигнализатор автоматически включает аварийный сигнал, когда концентрация газа в контролируемом воздухе достигает 20 % нижнего концентрационного предела воспламенения.
Из всех газов только кислород обладает магнитными свойствами, т. е. способностью намагничиваться под действием внешнего магнитного поля. При нагревании кислорода эта способность существенно уменьшается. Эти две особенности кислорода использованы в термомагнитных газоанализаторах.
В таких газоанализаторах газовую смесь подают в камеру 1, которая расположена между полюсными наконечниками магнитной системы 2, создающими в камере неоднородное магнитное поле. В месте его максимального значения (под серединами полюсных наконечников) помещен терморезистор 3, разогреваемый током. Если в газовой смеси содержится кислород, его молекулы под действием магнитного поля движутся к середине полюсных наконечников. Там они нагреваются терморезистором и теряют свои магнитные свойства. Холодные молекулы кислорода, непрерывно поступающие в камеру 1 с газовой смесью, вытесняют нагретые молекулы из магнитного поля. Таким образом, в камере 1 образуются два газовых потока: кислорода, обдувающего терморезистор, и остальных газов, не реагирующих на наличие магнитного поля. При увеличении концентрации кислорода увеличивается интенсивность обдува терморезистора. Это приведет к уменьшению его температуры и сопротивления, которое измеряется мостовой схемой. Термомагнитные газоанализаторы применяют только для измерения содержания кислорода в бинарных и многокомпонентных смесях.
Действие абсорбционных газоанализаторов основано на способности газов избирательно поглощать часть проходящего через них электромагнитного излучения. Такие газы, как водород, оксид и диоксид углерода, аммиак, метан поглощают инфракрасное излучение, а хлор, озон, пары ртути — ультрафиолетовое. Поэтому, и зависимости от вида анализируемого компонента, в таких газоанализаторах используют инфракрасное или ультрафиолетовое излучение.
В газоанализаторах, работающих в инфракрасной области спектра, в качестве излучателей используют проволочные спирали, нагретые до 700-800°С. Приемником в таких газоанализаторах служит герметичная камера, в которой давление газа (обычно это определяемый компонент газовой смеси) зависит от энергии потока и измеряется манометром. В газоанализаторах, работающих в ультрафиолетовой области спектра, источником излучения служит газоразрядная лампа, а приемником — фоторезистор. Абсорбционные газоанализаторы применяют для измерения концентрации перечисленных выше газов в производстве метана, аммиака, бутадиена и др.
Все рассмотренные типы газоанализаторов позволяют определять концентрацию только одного компонента газовой смеси. В отличие от них хроматографические газоанализаторы (хроматографы) способны производить полный анализ газовой смеси, т. е. определять концентрации всех газов, составляющих эту смесь.
Процесс измерения в хроматографе происходит в две стадии: сначала смесь разделяется на отдельные компоненты, а затем измеряется содержание каждого компонента смеси. Разделение газовой смеси происходит в разделительной колонке 2. Колонка представляет собой тонкую трубку, заполненную сорбентом- веществом, способным захватывать и удерживать на своей поверхности газы. Отмеренную дозатором 1 порцию анализируемой газовой смеси периодически подают в непрерывный поток вспомогательного газа, называемого газом-носителем. При продувании через колонку порция смеси разделяется на составляющие ее компоненты. Разделение происходит из-за различной сорбируемости газов. Чем она выше, тем труднее газу-носителю отрывать молекулы газа от поверхности сорбента. Поэтому газ-носитель, непрерывно поступая в колонку, вытесняет из нее компоненты поочередно: сначала наиболее слабо сорбируемый компонент смеси, затем — остальные. Таким образом, из колонки выходит фактически бинарная смесь, один из компонентов которой газ-носитель, другой — компонент анализируемой смеси. Бинарные смеси анализируются детектором 3. Один из наиболее распространенных типов детекторов — термокондуктометрический газоанализатор. Выходной сигнал детектора подают на регистрирующий прибор 4. Промышленные хроматографы снабжены устройствами для автоматической обработки выходного сигнала детектора с целью определения концентрации одного или суммы нескольких компонентов смеси.
Достаточно широкое применение имеют приборы с твёрдотельными керамическими сенсорами, определяющими содержание СО и О2 при температурах анализируемого газа до 1000оС с использованием схемы динамического отбора пробы. В этом случае набегающий поток отходящих газов через скошенный оголовк трубы частично направляется к сенсорам, а затем вновь возвращается в общий поток отходящих газов. Динамический метод отбора пробы позволяет существенно упростить и снизить стоимость системы, что делает эффективным её использование даже для энергетических установок невысокой мощности. Сочетание динамического отбора пробы и использование высокотемпературных сенсоров позволяет избавиться от проблем, связанных с конденсацией продуктов горения в системе отбора пробы и существенно увеличивает быстродействие системы в целом.
Передача данных от первичного преобразователя к блоку индикации осуществляется при помощи интерфейса RS-485, что позволяет установить управляющее устройство в удобном месте. Блок индикации позволяет считывать текущие значения концентрации СО и О2, кроме этого, он служит для формирования управляющих токовых сигналов 4…20 мА. Расстояние, на которое может быть отнесён блок индикации от места монтажа пробоотборного устройства и первичного преобразователя, достигает 500 метров, а при необходимости и более.
Современные переносные анализаторы компактны и доступны, они позволяют одновременно контролировать концентраций горючих газов (СН4), кислорода (О2), угарного газа (СО) и сероводорода (H2S) в ограниченных зонах, на рабочих местах, в коллекторах и колодцах. В них применяются сенсоры газа, действие которых основано на использовании термокаталитического, электрохимического и гальванического эффектов. Приборы имеет функции автоматической калибровки, регистрации данных, выдачи звуковой и вибросигнализации, фиксации пиковых значений, автоматического включения подсветки ЖК-дисплея при срабатывании сигнализации и индикацию времени.
Источник: http://www.e-ope.ee/_download/euni_repository/file/2393/Teooria.zip/__32.html
Больше интересных и полезных статей на нашем форуме по АСУ ТП: https://p4b.su/forums
Тендера фриланс по АСУ ТП: https://p4b.su/projects
Библиотека с технической литературой по промышленной автоматизации: https://p4b.su/library