Теплові газоаналізатори

У теплових газоаналізаторах концентрація контрольованого компонента здійснюється вимірюванням теплових властивостей газової суміші, які залежать від концентрації цього компонента. Із них найбільше розповсюджені термокондуктометричні та термохімічні газоаналізатори — автоматичні прилади, які працюють v складі інформаційно-вимірювальних і управляючих систем.

Принцип роботи термокондуктометричних газоаналізаторів ґрунтується на значній розбіжності теплопровідності компонентів газової суміші. Так, якщо теплопровідність повітря за 0°С умовно прийняти за 100 %, то для двоокису вуглецю СО2 вона становить 61 %, водню Н2— 713, двоокису сірки SO2 — 34, кисню 02 — 102 %. Найчастіше таким методом визначається вміст двоокису вуглецю. Для підвищення точності вимірювань прилад має додаткові пристрої для усунення тих компонентів газової суміші, які значно відрізняються від теплопровідності повітря, наприклад Н2 і SO2.

Для вимірювання теплопровідності газової суміші використовується нагрітий струмом провідник, кількість теплоти Q, що віддається провідником стінкам датчика є функцією

Q = f(k; ∆ t; λ), (9.23)

де k — постійний коефіцієнт, залежний від конструкції газової камери датчика; ∆ t — різниця температур між провідником і стінками камери; λ — теплопровідність суміші.

Таким чином, теплопровідність газової суміші буде однозначно визначати

температуру провідника і відповідно його опір.

Однією з найпростіших і поширювальних вимірювальних систем термокондуктометричного газоаналізатора є не зрівноважений міст, із джерелом стабілізованого живлення ДСЖ (рис. 9.13). Резистори R1 — R4

виконані із платинового дроту і розігріваються стру­мом до температури близько 100 °С. Двоє з них — R1 і R3 розміщені в камері, через яку проходить контрольований газ, а опори R2 і R4 розміщені в герметичних камерах з еталонним газом або повіт­рям. За проходженням через камеру повітря виконується умова рівноваги мостової схеми: R1*R3=R2*R4. У вимірю­ваній діагоналі аб різниця потенціалів відсутня і стрілка мілівольтметра ВП показує нуль. Якщо це не так, то проводять балансування моста за допомогою опору R . Якщо через камери пропускається контрольований газ, наприклад СО2, то теплопередача від термометрів опору R2 і R3 до стінок камери датчика погіршується, температура їх зростає, відповідно зростають опори r1 і R3, тому R1 R3 > R2 R4. Як наслідок у діагоналі аб виникає відповідна різниця потенціалів, вимірювана вторинним приладом ВП, шкала якого градуйована у % СО2. Опір R5 служить для виставлення сили струму у діагоналі живлення «вг». Випускаються прилади типів ГЕУК, ГЕД, ТКГ для визначення Н2, СО2, SO2, NH3 у димових газах парогенераторів, газах виробництва аміаку, хлору, сірчаної кислоти тощо. Клас точності 5. Більш точними є компенсаційні схеми. Промисловість випускає автоматичний газоаналізатор типу ТП, в якому використовується схема подвійного моста — вимірювального і компенсаційного. Клас точності - 2.5.

Термохімічні газоаналізатори визначають вміст контрольованого компонента за кількістю тепла, яке виділяється за реакції каталітичного окиснсння. Таким методом визначають вміст С, Н2, аміаку NH3, метану СН4.

Термохімічні аналізатори наділяються на дві групи. У першому випадку реакція окиснення відбувається на поверхні нагрітої струмом платинової нитки, що відіграє роль каталізатора. Температура цієї нитки, а відповідно і її опір змінюються залежно від кількості тепла, що виділяється за окиснення контрольованого компонента. Платинова нитка включається в плече не зрівноваженого моста. Такі прилади частіше використовуються як індикатори і сигналізатори горючих вибухонебезпечних концентрацій газів. До їх числа належать: сигналізатор типу СГГ, що визначає вміст водню; сигналізатор типу СВМ — 1М для контролю вмісту метану в приміщенні. Поріг чутливості цих приладів ±1, 5%, час спрацювання — 1 хв.

У газоаналізаторів другої групи реакція окиснення контрольованого компонента проходить на поверхні гранульованого каталізатора, за який використовують найчастіше гопкаліт (60 % двоокису марганцю і 40 % окису міді). Кількість тепла, що виділяється за спалювання, вимірюється платиновим термометром опору або батареєю термопар. Такі прилади дуже чутливі (частки проценту компонента), але більш інерційні (до 5 хв), клас точності 5, 0 — 7, 0.

Американська фірма Artvik, Inc. через своє відділення в Україні СИНДЭК (м. Київ) почали впроваджувати прилади для контролю і регулювання ефективності процесів згоряння палила в різних печах, парогенераторах, а також котлах комунальних і промислових підприємств. На практиці найважливішими вважаються два параметри: концентрація кисню (прямий показник втрат із-за надлишкового повітря) і концентрація незгорілих горючих компонентів (як правило водень і окис вуглецю), які дозволяють судити про втрати через неповноту згоряння.