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熱導(dǎo)式氣體分析儀
發(fā)布時(shí)間：2018-01-18瀏覽次數(shù)：2098返回列表
熱量傳遞的三種方式：熱對(duì)流、熱輻射、熱傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)系數(shù)是對(duì)物質(zhì)導(dǎo)熱能力大小的量度，熱傳導(dǎo)系數(shù)很大的物體是優(yōu)良的熱導(dǎo)體；而熱傳導(dǎo)系數(shù)小的是熱的不良導(dǎo)體或?yàn)闊峋夡w。
3.1相對(duì)熱傳導(dǎo)系數(shù)
氣體熱傳導(dǎo)系數(shù)的值很小，而且基本在同一數(shù)量級(jí)內(nèi)，彼此相差并不十分懸殊，因此工程上通常采用“相對(duì)熱傳導(dǎo)系數(shù)”這一概念。所謂相對(duì)熱傳導(dǎo)系數(shù)是指各種氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)與相同條件下空氣熱傳導(dǎo)系數(shù)的比值。
幾種氣體在0℃時(shí)的相對(duì)熱傳導(dǎo)系數(shù)
|
氣體名稱(chēng)
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相對(duì)熱導(dǎo)率
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氣體名稱(chēng)
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相對(duì)熱導(dǎo)率
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| 空氣 | 1.000 | 一氧化碳 | 0.964 |
| 氫 | 7.130 | 二氧化碳 | 0.614 |
| 氧 | 1.015 | 二氧化硫 | 0.344 |
| 氨 | 0.998 | 氨 | 0.897 |
| 氦 | 5.91 | 甲烷 | 1.318 |
| 硫化氫 | 0.538 | 乙烷 | 0.807 |
從表中可以看出H2的導(dǎo)熱系數(shù)特別大，是一般氣體的7倍多。在測(cè)量時(shí)必須滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件，一是待測(cè)組分的導(dǎo)熱系數(shù)與混合氣體中其他組分的導(dǎo)熱系數(shù)相差要大，越大越靈敏；另一個(gè)是要求其他各組分的導(dǎo)熱系數(shù)相等或十分接近。這樣混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨被測(cè)組分的體積含量變化而變化，因此只要測(cè)量出混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)便可得知被測(cè)組分的含量。在化肥企業(yè)中常用的氫含量分析儀采用的就是這個(gè)原理。
3.2熱導(dǎo)式氣體分析儀的基本原理
熱導(dǎo)式氣體分析儀是一種物理類(lèi)的氣體分析儀表。它根據(jù)不同氣體具有不同熱傳導(dǎo)能力的原理，通過(guò)測(cè)定混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)推算其中某些組分的含量。這種分析儀表簡(jiǎn)單可靠,適用的氣體種類(lèi)較多,是一種基本的分析儀表。熱導(dǎo)式氣體分析儀的應(yīng)用范圍很廣，除通常用來(lái)分析氫氣、氨氣、二氧化碳、二氧化硫和低濃度可燃性氣體含量外，還可作為色譜分析儀中的檢測(cè)器用以分析其他成分。本項(xiàng)目中采用的重慶川儀九廠(chǎng)的PA200—ROD熱導(dǎo)式氣體分析儀。
由于氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)很小，它的變化量小，所以很難用直接方法準(zhǔn)確地測(cè)量出來(lái)。工業(yè)上多采用間接的方法，即通過(guò)熱導(dǎo)檢測(cè)器（又稱(chēng)熱導(dǎo)池），實(shí)際應(yīng)用中常把氣體熱傳導(dǎo)系數(shù)數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，再用電橋來(lái)測(cè)定。如下圖所示
熱導(dǎo)池原理圖
上圖是熱導(dǎo)池的示圖，把一根電阻率較大的而且溫度系數(shù)也較大的電阻絲，張緊懸吊在一個(gè)導(dǎo)熱性能良好的圓筒形金屬殼體的中心，在殼體的兩端有氣體進(jìn)出口，圓筒內(nèi)充滿(mǎn)待測(cè)氣體，電阻絲上通以恒定的電流加熱。由于電阻絲通過(guò)的電流是恒定的，電阻上單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量也是定值。當(dāng)待測(cè)樣品氣體以緩慢的速度通過(guò)池室時(shí)，電阻絲上的熱量將會(huì)由氣體以熱傳導(dǎo)的方式傳給池壁。當(dāng)氣體的傳熱速率與電流在電阻絲上的發(fā)熱率相等時(shí)（這中狀態(tài)稱(chēng)為熱平衡，電阻絲的溫度就會(huì)穩(wěn)定在某一個(gè)數(shù)值上，這個(gè)平衡溫度決定了電阻絲的阻值。如果混合氣體中待測(cè)組分的濃度發(fā)生變化，混合氣體的熱導(dǎo)率也隨之變化，氣體的導(dǎo)熱速率和電阻絲的平衡溫度也將隨之變化，終導(dǎo)致電阻絲的阻值產(chǎn)生相應(yīng)變化，從而實(shí)現(xiàn)了氣體熱導(dǎo)率與電阻絲阻值之間變化量的轉(zhuǎn)換。
熱導(dǎo)式氣體分析儀的熱敏元件主要有半導(dǎo)體敏感元件和金屬電阻絲兩類(lèi)。半導(dǎo)體敏感元件體積小、熱慣性小，電阻溫度系數(shù)大,所以靈敏度高,時(shí)間滯后小。在鉑線(xiàn)圈上燒結(jié)珠形金屬氧化物作為敏感元件，再在內(nèi)電阻、發(fā)熱量均相等的同樣鉑線(xiàn)圈上繞結(jié)對(duì)氣體無(wú)反應(yīng)的材料作為補(bǔ)償用元件。這兩種元件作為兩臂構(gòu)成電橋電路，即是測(cè)量回路。半導(dǎo)體金屬氧化物敏感元件吸附被測(cè)氣體時(shí)，電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率即發(fā)生變化，元件的散熱狀態(tài)也隨之變化。元件溫度變化使鉑線(xiàn)圈的電阻變化，電橋遂有一不平衡電壓輸出，據(jù)此可檢測(cè)氣體的濃度。
電橋原理圖
常用測(cè)量橋路圖一
常用測(cè)量橋路圖二
測(cè)量臂是樣品氣流通的熱導(dǎo)池，參比臂是封裝參比氣的熱導(dǎo)池。參比臂的作用如下：
測(cè)量臂通過(guò)對(duì)流和輻射作用散失的熱量與參比臂相差無(wú)幾，兩者相互抵消，則熱絲阻值變化主要取決于熱傳導(dǎo)，即氣體熱導(dǎo)能力的變化。當(dāng)環(huán)境溫度變化引起熱導(dǎo)池臂溫度變化時(shí)，參比臂與測(cè)量臂同向變化，相互抵消，有利于削弱環(huán)境溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。改變參比氣濃度，電橋檢測(cè)的下限濃度也隨之改變，便于改變儀器的測(cè)量范圍。
3.4熱導(dǎo)式氣體分析儀的調(diào)整和維護(hù)注意事項(xiàng)
熱導(dǎo)式氣體分析儀調(diào)校時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：
1）分析期必定期校準(zhǔn)。
2）分析期必須預(yù)熱至穩(wěn)定。
3）橋壓和橋流要達(dá)到規(guī)定值。
3）標(biāo)準(zhǔn)氣中的背景氣熱導(dǎo)率要與實(shí)際被發(fā)行氣體的背景氣熱導(dǎo)率相同，否則要修正。
4）標(biāo)準(zhǔn)氣流速要等于工作時(shí)被測(cè)氣體流速。
5）要準(zhǔn)確校準(zhǔn)時(shí)，需多校幾點(diǎn)
熱導(dǎo)式氣體分析儀對(duì)零點(diǎn)氣和量程氣的要求：
1）零點(diǎn)氣 待測(cè)組分濃度等于或略高于量程下限值，而且其背景氣組分應(yīng)與工藝中背景氣組分性質(zhì)相同或接近。
2）量程氣 待測(cè)組分濃度等于滿(mǎn)量程的90%或接近工藝控制指標(biāo)濃度，而且其背景氣組分應(yīng)與工藝中背景氣組分性質(zhì)相同或接近。
熱導(dǎo)式氣體分析儀熱絲電流大小對(duì)測(cè)量的影響：
增大熱絲電流可以提高熱導(dǎo)式分析器的靈敏度。但是電流加大后，熱絲溫度亦升高，從而增加了輻射熱損失，降低了精度。同時(shí)電流加大將減少熱絲壽命、增大噪聲、降低可靠性。所以熱絲電流選多大，是需要綜合考慮的。
熱導(dǎo)式氣體分析儀“顯示儀表示值不穩(wěn)”的處理方法:
具體的原因是檢測(cè)器溫控系統(tǒng)感溫元件故障。處理方法是在感溫元件與池體插孔的縫隙中填滿(mǎn)并塞緊鋁箔，以提高測(cè)溫元件的感溫靈敏度。
