4.2.2 Термокондуктометрический газоанализатор

Термокондуктометрические газоанализаторы применяют для измерения концентрации сернистого газа в сернистых и колчеданных печах в интервалах от 15 до 20%. Они также широко применяются для измерения концентрации:

- - водорода;

- - углекислого газа;

- - метана;

- - хлора и т.д.

При работе этих приборов используется физическое свойство двухкомпонентных газов - различная теплопроводность различных газов:

где – теплопроводность смеси газов;

— концентрация первого компонента;

— концентрация второго компонента;

— теплопроводность первого компонента;

- теплопроводность второго компонента.

В схеме термокондуктометрического газоанализатора (pис 4.2) установлены терморезисторы и , через которые прокачивается газ, взятый из объекта и предварительно высушенный. Расход газа через прибор стабилизируется. Резисторы и представляют собой баллоны, заполненные воздухом. Исследуемый газ прокачивается по двум противоположным плечам моста, что вдвое увеличивает чувствительность прибора к концентрации газа. Данная конструкция схемы позволяет снизить влияние температуры на показания прибора.

Ч ем выше концентрация газа, тем глубже разбалансировка моста, тем выше ток измерительного прибора ИП. При измерении концентрации газа от 0 до 20% основная погрешность составляет для газа . При температуре от 20 до 50°С дополнительная температурная погрешность составляет .

4.2.3 Оптико-акустический (абсорбционный) газоанализатор

Принцип работы абсорбционного газоанализатора основан на поглощении инфракрасного излучения исследуемым газом. Теоретические основания поглощения газом инфракрасного излучения описаны законом Ламберта Бера:

,

где Е - энергия поглощения инфракрасного излучения;

к - постоянная газа;

с - концентрация газа;

d - толщина газового слоя.

Оптико-акустический, или абсорбционный газоанализатор состоит из двух строго идентичных инфракрасных ламп с одинаковой интенсивностью излучаемого светового потока. Обе лампы питаются от одного источника рис. 4.3.

В приборе создаются два прерывистых инфракрасных потока от идетичных источников за счет вращающегося обтюратора. Один прерывистый поток проходит через образцовую кювету, а второй поток проходит через измерительную кювету, через которую пропускают газ от исследуемого объекта.

Если концентрации газов образцовой кюветы и газа в исследуемом объекте одинаковы, то инфракрасный поток, прошедший через них, одинаков. Инфракрасные лучи, пройдя обе кюветы, попадают на два сверхтонких теплоприемника, покрытых черной сажей. Сажа считается абсолютно черным телом и полностью поглощает инфракрасное излучение, попавшее на нее. Теплоприемники представляют собой сверхтонкие герметичные баллоны. Прерывистый поток инфракрасных лучей создает пульсирующие давления в камерах. Обе камеры соединяются между собой переходной трубкой, в центре которой находится конденсаторный микрофон. На мембрану микрофона действуют две взаимно противоположные силы. Если оба прерывистых инфракрасных потока одинаковы то давление в обеих камерах одинаково, и мембрана не перемещается. Если в теплоприемниках возникает разность давлений, то мембрана совершает колебания с амплитудой, пропорциональной разности концентраций.

Абсорбционный газоанализатор позволяет измерять концентрацию практически любых газов. Для её измерения необходимо иметь активные химические фильтры и набор образцовых кювет для разных газов.

4.2.4 ХРОМАТОГРАФ

Хроматографы позволяет определять состав любых сложных газовых смесей, жидкостей и произвести количественный анализ. Блок-схема газового анализатора показана на рис. 4.4.

Устройство хроматографа весьма сложное, но принцип его действия можно рассмотреть, используя рис. 4.4. Хроматограф состоит из:

1) дозатора;

2) колонки, наполненной сорбентом (кварцевым песком);

3) детектора;

4) электронного усилителя;

5) самопишущего прибора;

6) программного регулятора температуры.

Дозатор выполняет функцию исключительно точного измерения порции газа. Исследуемая порция отправляется в трубу, по которой циркулирует инертный газ-носитель. Последний захватывает молекулы исследуемого газа, транспортирует их в колонку и осаждает на сорбенте - химически чистом песке.

Программный регулятор температуры постепенно увеличивает температуру, скорость нарастания которой задает компьютер. По мере роста температуры увеличивается амплитуда колебаний молекул газа, осажденного на сорбенте. С ростом температуры сначала от сорбента начинают отрываться более легкие молекулы газа, например водорода. Затем отрываются молекулы более тяжелых газов. Отрыв определенной группы молекул происходит при строго определенной температуре. Все молекулы этой группы ударяются о пьезокристалл, вызывая появление в нем импульса напряжения, который усиливается электронным усилителем. Усиленный сигнал регистрируется самопишущим прибором.

Чем выше концентрация молекул определенной группы, тем больше их на сорбенте, тем сильней удар о пьезокристалл, тем выше напряжение импульса. Зная, при какой температуре произошел отрыв молекул и высоту

записанного импульса, можно произвести как качественный, так и количественный анализ газа. При всей простоте объяснения принципа работы хроматографа крайне сложно прочитать хроматограмму. В настоящее время этот процесс автоматизирован, поскольку программу распознания элементов вводят в компьютер, который выдает результат исследований автоматически в виде аналитического отчета.

Динамика процессов хроматографического разделения газовой смеси подчиняется законам динамики сорбции. При малых концентрациях уравнение изотермы исследуемого газа описывается уравнением Генри:

- коэффициент Генри для i-го газа при температуре t,

- линейная скорость потока инертного газа;

- степень концентрации и абсорбции.

4.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ

В ЦБП почти во всех технологических процессах возникает необходимость измерения и контроля малых и больших концентраций веществ в водных растворах, преимущественно достаточно сложных по своему составу но, как правило, электролитических.

4.3.1 КОНТАКТНЫЙ КОНЦЕНТРАТОМЕР

Е сли в растворе схемы (рис. 4.5), пропускать постоянный ток, начнется процесс электролиза. Чтобы этого не произошло, по схеме пропускают переменный ток и измеряют проводимость жидкости.

Для исключения влияния температуры на показания приборов применяют медное термосопротивление с положительным температурным коэффициентом. Чтобы уменьшить ток электролита и повысить точность измерения применяют сопротивление шунта изготовленное из манганина, температурный коэффициент которого отрицательный. Положительный температурный коэффициент меди и отрицательный манганина компенсируют друг друга и повышают точность измерения сопротивления электролита. Для точного измерения сопротивления электролита необходимо уровень электролита поддерживать постоянным.