Контроль состава веществ

Контроль состава веществ. Измерение влажности газов и твердых тел. Психрометры.

При сжигании газового топлива в топках котлов и других крупных агрегатах важным показателем является полнота сгорания топлива. Она определяется по содержанию СО₂,О₂ и СО в продуктах горения. Если в топке не хватает воздуха, значит, топливо сгорает не полностью и расходуется нерационально. Если же в топке воздуха больше необходимого для полного сгорания топлива, то он уносит с собой часть тепла и КПД агрегата понижается. Для определения оптимального соотношения газ - воздух состав уходящих газов контролируют газоанализаторами.

В промышленности строительных материалов газоанализаторы широко применяются для контроля процесса горения в стекловаренных и вращающихся печах, а также содержания вредных примесей в газовых выбросах промышленных предприятий. В связи с усилением охраны окружающей среды осуществляется периодическое измерение концентрации таких основных загрязняющих веществ, как сернистый газ, оксид углерода, диоксид азота, пыль. Чаще всего для этих целей применяют магнитные и термокондуктометрические газоанализаторы.

Магнитные газоанализаторы применяют для определения содержания кислорода в различных газовых смесях. По магнитным свойствам компоненты газовой смеси могут быть разделены на парамагнитные и диамагнитные. Парамагнитные газы в холодном состоянии способны намагничиваться и втягиваться в магнитное поле.

Кислород относится к парамагнитным газам и в холодном состоянии обладает наибольшей магнитной восприимчивостью, которая уменьшается с повышением температуры. В магнитных газоанализаторах используется термомагнитная конвекция, которая представляет собой движение газовой смеси в неоднородном магнитном и тепловом полях.

В промышленности строительных материалов получили распространение газоанализаторы на кислород типа МН5130, МН5106-2. Они предназначены для определения объемного содержания кислорода в дымовых газах, а также для определения содержания кислорода в многокомпонентных газовых смесях, содержащих кроме кислорода азот, аргон, двуокись углерода, оксид углерода, метан. Газоанализаторы состоят из измерительного преобразователя и вторичного прибора. В комплект прибора входят также устройства для подготовки газовой смеси и ее транспортировки.

Первичным преобразователем (чувствительным элементом приемника-газоанализатора) является платиновая проволока 1 (рис. 39а) диаметром 0,02 мм, намотанная на стеклянный капилляр 2 и остеклованная с внешней стороны 3.

Концы спирали припаяны к токоотводам 4. Чувствительный элемент с сопротивлением R1 расположен в камере с неоднородным магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом 5 (рис. 39б). Газовая смесь, содержащая кислород, движущаяся по линии 7 подвода газа, втягивается в магнитное поле постоянного магнита 5 и соприкасается с резистором R1, по которому протекает ток, поэтому он нагрет до определенной температуры. Газовая смесь, соприкасаясь с резистором R1, нагревается. Магнитная восприимчивость кислорода и в целом газовой смеси уменьшается. Холодная газовая смесь, имеющая большую магнитную восприимчивость, втягивается в магнитное поле и выталкивает нагретую смесь. В результате этого создается поток магнитной конвекции, охлаждающий резистор R1 (сопротивление его уменьшается). Так как магнитные свойства смеси зависят от содержания в ней кислорода, то и интенсивность потока магнитной конвекции, охлаждение резистора R1, величина его сопротивления зависят также от содержания кислорода в газовой смеси. Нагретая газовая смесь, двигаясь по трубопроводу 7, диффундирует в камеру, где расположен резистор R2. Вследствие этого сопротивление его повышается.

Для обеспечения одинаковых условий теплоотдачи резистор R2 размещен внутри немагнитного блока 6, имеющего ту же конфигурацию, что и постоянный магнит 5, Приемник газоанализатора имеет двухмостовую измерительную схему с самоуравновешиванием.

Отклонение мостовой схемы (на рис. 39 не показана) от равновесия устраняется перемещением контакта по резистору. При наличии в газовой смеси кислорода происходит разбаланс мостовой схемы. Напряжение разбаланса пропорционально содержанию кислорода в газовой смеси.

Газоанализаторы на кислород типа МН-5106 имеют пределы измерения 0-10 % О₂ при предельной погрешности измерения 0,25 % О2, а типа МН-5130 при нулевом нижнем пределе измерения имеют верхние 0,5; 1; 2; 5; 10; 21; 50 %, при этом предельная погрешность зависит от диапазона измерения и находится в пределах от 2 до 10% нормирующего значения. Газоанализаторы МН могут иметь безнулевую шкалу с пределами измерения 50 - 100 % и 80 - 100 % О₂. Время установления выходного сигнала находится в пределах 0,5 - 1.5 мин.

Принцип действия термокондуктометрических газоанализаторов основан на использовании зависимости теплопроводности анализируемой газовой смеси от концентрации в ней анализируемого компонента. Анализ газовой смеси по теплопроводности можно проводить только для такого компонента, теплопроводность которого резко отличается от теплопроводности других компонентов (например, относительная теплопроводность диоксида углерода - 0,605, водорода -7,15, сернистого газа - 0,35). Тепловые газоанализаторы получили в основном распространение как газоанализаторы на диоксид углерода СО₂ и водород Н₂. Если теплопроводность какого-либо компонента газовой смеси резко отличается от теплопроводности других компонентов, то теплопроводность смеси в основном определяется концентрацией этого компонента. Измерение теплопроводности газовой смеси в газоанализаторах основано на том, что температура, а, следовательно, и электрическое сопротивление проводника, нагреваемого постоянным током, зависят от теплопроводности среды, в которой расположен проводник. Чувствительным элементом большинства термокондуктометрических газоанализаторов является проводник из платиновой проволоки, нагреваемый током и помещенный в специальную измерительную камеру, где он омывается анализируемой смесью.

Принцип действия прибора (рис. 40). Приемник газоанализатора имеет два моста: рабочий РМ и сравнительный СМ. Рабочий мост образован резисторами R1, R2, R3, R4, выполненными из платиновой проволоки. Чувствительные элементы R1 и R3 находятся в камерах, через которые проходит анализируемая газовая смесь, предварительно очищенная от водорода и сернистого газа. Резисторы R2 и R4 расположены в двух других камерах, заполненных воздухом. С диагонали а - b рабочего моста снимается напряжение разбаланса. При отсутствии СО₂ в анализируемой газовой смеси рабочий мост РМ находится в равновесии, так как теплопроводность остальных компонентов газовой смеси равна теплопроводности воздуха.

При наличии в анализируемой газовой смеси СО₂ условия теплоотдачи в камерах рабочего моста будут неодинаковы. Так как теплопроводность СО₂ почти в два раза меньше теплопроводности воздуха, то платиновые нити нагреваются до более высокой температуры, чем резисторы R2 и R4 расположенные в камерах заполненных воздухом. Вследствие этого сопротивления R1 и R3 увеличиваются, и создается разбаланс мостовой схемы. Разбаланс мостовой схемы, а, следо­вательно, и напряжение разбаланса пропорциональны содержанию СО₂ в анали­зируемой газовой смеси. Сравнительный мост образован резисторами R5, R6, R7, R8, Чувствительные элементы R6, R8 находятся в закрытых камерах, заполнен­ных воздухом, что соответствует начальному значению шкалы вторичного прибора. Резисторы R5, R7 находятся в камерах с концентрацией, соответствующей верхнему пределу измерения. Реохорд R вторичного прибора включен в диагональ b - d на напряжение разбаланса.

В качестве вторичных приборов, работающих в комплекте с приемником га­зоанализатора ТР, используется электронный прибор, выполненный на базе уравновешенных автоматических мостов КСМ.

В промышленности строительных материалов получил распространение газо­анализатор ТП-2221М, предназначенный для измерения объемной концентрации диоксида углерода в многокомпонентных сухих газовых смесях, содержащих кроме диоксида углерода азот, кислород, оксид углерода, водород, аргон, гелий и метан в концентрациях, исключающих образование взрывоопасных смесей.

Метан обычно присутствует в продуктах горения в незначительном количестве и существенного влияния на теплопроводность газовой смеси не оказывает. Наличие водорода в продуктах горения приводит к значительному искажению (уменьшению) результата измерения содержания СО₂, так как теплопроводность Н₂ велика (1,15). Поэтому в комплект устройства для подготовки газовой смеси к анализу и транспортировки ее входит специальная печь для дожига водорода. Сернистый газ, имеющий теплопроводность, отличную от теплопроводности других компонентов (0,35), удаляется с помощью фильтра, заполненного обезжиренной стальной (железной) стружкой и некоторым объемом воды. Температуру и влажность газовой смеси стабилизируют с помощью водяного холодильника. Основная погрешность измерения газоанализаторов ТП - 2,5; 3,0 %.

Дата добавления: 2013-12-13