Фізичні, термокондуктометричні, магнітні, оптико-акустичні газоаналізатори

Тема 2. Газоаналізатори.

1.  Огляд теми.

Фізичні газоаналізатори. У фізичних газоаналізаторах для аналізу газової суміші використовують яка-небудь фізична властивість суміші, що змінюється в залежності від змісту визначеного компонента, наприклад, теплопровідність, поглинальну здатність газів, їхню магнітну проникність і т.д.

Термокондуктометрические газоаналізатори засновані на залежності теплопровідності аналізованої газової суміші від концентрації обумовленого компонента. При цьому звичайно теплопровідність газової суміші порівнюють з теплопровідністю повітря або іншого газу і виражають в абсолютних або відносних одиницях.

Теплопровідність більшості газових сумішей ?см із достатньої для практичних цілей точністю можна розрахувати по рівнянню

де Р₁, Р₂, Р₃, ..., Р_n – вміст компонентів теплопровідністю λ₁,λ_2,λ₃, …, λ_n при умові, що Р₁ + Р₂  + Р₃ + ...+ Р_n = 100%.

Якщо теплопровідність одного з компонентів газової суміші значно більше теплопровідності іншого (для бінарної системи) або суми теплопроводностей інших компонентів (для багатокомпонентної системи), то зміна теплопровідності газової суміші може служити мірою зміни змісту в газі цього компонента.

Для визначення теплопровідності газової суміші в камеру, через яку при постійній витраті продувається ця суміш, поміщають металеву нитку з великим температурним коефіцієнтом опору і пропускають через неї електричний струм. Температура і, отже, електричний опір нитки, що нагрівається струмом, залежать від теплопровідності середовища, що оточує нагрітий провідник, від якої, у свою чергу, залежить тепловіддача в навколишнє газове середовище. Таким чином, по зміні електричного опору нитки можна судити про концентрації аналізованого компонента.

Термокондуктометрический газоаналізатор ТП-5501 призначений для визначення об'ємного змісту водню, диоксида вуглецю або метану у вибухобезпечних бінарних сумішах, а також для видачі стандартних аналогових електричних сигналів. Газоаналізатор є автоматичним приладом безперервної дії і складається з датчика, через який продувається аналізована газова суміш, і вторинного приладу.

Магнітні газоаналізатори застосовують для визначення змісту кисню в аналізованій газовій суміші. Кисень, на відміну від більшості інших газів, має яскраво виражені парамагнітні властивості. Його молекули при наявності зовнішнього магнітного поля прагнуть переміститися в область більш інтенсивного поля.

Магнітні властивості газів (слабомагнітних речовин) характеризуються інтенсивністю намагнічування I (в  А/м), віднесеної до напруженості магнітного поля Н (в А/м). Це відношення називають об'ємною магнітною сприйнятливістю К_М = І / Н.

Величина Км для кисню в десятки і зігни раз вище. чим для азоту, водню, диоксида вуглецю й ін. Отже, якщо мається газова суміш, що складається з кисню і діамагнітних газів, то величина магнітної сприйнятливості цієї суміші однозначно визначається змістом у ній кисню. Однак безпосередній вимір магнітної сприйнятливості газових сумішей унаслідок їхньої малої величини складно. Тому застосовують методи, засновані на використанні непрямих явищ, зв'язаних з магнітними властивостями.

Більшість магнітних газоаналізаторів засновано на принципі термомагнітної конвекції. Відомо, що при підвищенні температури магнітна сприйнятливість газів зменшується. Отже, якщо в проточну камеру з неоднорідним магнітним полем, де знаходиться парамагнітний газ, помістити нагріте тіло, то при нагріванні магнітна сприйнятливість газу буде зменшуватися. Тоді більш холодний газ. обладающий більшою магнітною сприйнятливістю, буде переміщатися в більш сильне магнітне поле, витісняючи з пего нагрітий газ. тобто з'явиться термомагнітний конвективный потік. Інтенсивність цього потоку однозначно визначається магнітною сприйнятливістю газу, значення якої у свою чергу залежить від змісту кисню в аналізованій газовій суміші.

Оптико-акустичні газоаналізатори засновані на властивості газів і пар вибірково поглинати інфрачервоне випромінювання визначеної довжини хвилі (від 0,76 до 750 мкм). В оптико-акустичних газоаналізаторах звичайно використовуються лише промені з хвилями довжиною 2,5—25 мкм, випромінювані молекулами внаслідок їхнього коливального руху.

Здатністю поглинати інфрачервоні промені володіють тільки паро- і газоподібні речовини, молекули яких складаються з двох або більшого числа різних атомів. Гази, молекули яких складаються з однакових атомів (кисень, водень, азот), а також одноатомні гази (гелій, неон, аргон) не поглинають інфрачервоних променів і зміст таких газів у газовій суміші цим методом визначити не можна.

Питання по темі.

1.  Навіщо потрібно проводити аналіз газових сумішей?

2.  Що таке хімічні газоаналізатори?

3.  На якому принципі працюють хімічні газоаналізатори.?

4.  Устрій переносного газоаналізатора ГПХ-3.

5.  Термокондуктометричні газоаналізатори, принцип роботи.

6.  Для яких цілей використовується газоаналізатор ТП-5501?

7.  Магнитні газоаналізатори, область застосування.

8.  Оптико-акустичні газоаналізатори , принцип роботи.

9.  Газоаналізатор ОА-2209.

2. Рекомендована література.

1.  Лапшенков Г. И., Полоцкий Л. М..  Автоматизация химических производств. М. ".Химия. І982. 296с.

2.  Автоматизация технологических процессов и производств пищевой промышленности.: Учебник /А. П. Ладанюк., Трегуб, В. Г. г Ельперин И. В. „ Цюцюра В. Д. -К.: Аграрное образование» 200.1.224с.