Приборы для анализа газов. Газоанализаторы

Для определения состава газов контролируемых атмосфер и продуктов сгорания топлива в печах современных термических цехов применяют при­боры, называемые газоанализаторами. Одни из этих приборов показывают только качественный состав газовой смеси», другие определяют также и коли­чество газовых составляющих в объемных процентах. Существуют газо­анализаторы для определения лишь одного компонента в газовой смеси и для определения нескольких компонентов. Конструкции отдельных газоанали­заторов основаны на различных принципах. Широкое распространение полу­чили газоанализаторы абсорбционного типа и основанные на принципе измерения теплопроводности газов. Другие новейшие приборы основаны на определении составляющих газовых смесей оптико-акустическим методом, фотоколориметрическим путем, методом магнитной конвекции и измерением плотности.

В фотоколориметрических газоанализаторах определение составляющих газов производится по изменению окраски раствора. Оптический метод газового анализа основан на принципе измерения сте­пени поглощения лучистой энергии тем или иным газом. Наиболее интерес­ными из оптических газоанализаторов являются оптико-акустические при­боры. Они позволяют производить анализ того или иного компонента в слож­ной газовой смеси. Их действие основано на принципе измерения поглощения газом инфракрасных лучей; при этом используется оптико-акустический эффект, заключающийся в звучании газа при воздействии на него прерыви­стого потока инфракрасной радиации. В такого типа приборах определяют содержание окиси углерода, углекислого газа и метана в газовой смеси.

На рис.5 показана схема оптико-акустического газоанализатора для определения процента содержания СО₂, СО или СН₄. Источником инфра­красной радиации в приборе являются два нихромовых излучателя 1, полу­чающие питание от источника питания 2 и стабилизатора напряжения 3. Отражаясь от металлических сферических зеркал 4, оба потока радиации поступают в два оптических канала. Оба потока периодически, 6 раз в секунду, прерываются оптическим прерывателем 5, который представляет собой диск с вырезом, вращаемый синхронным электродвигателем типа СД-60. Через правый канал, являющийся рабочей камерой 7, протекает

анализируемая газовая смесь; в левом канале находится сравнительная камера 8, заполненная сухим чистым воздухом. Проходя через рабочую камеру 7, поток радиации теряет часть энергии, соответствующую линиям поглощения анализируемой составляющей (черные стрелки). В этой же камере задерживается часть энергии, соответствующая линиям поглощения неизме-ряемых составляющих газовой смеси (белые стрелки). В сравнительной камере 8 потерь энергии не будет. В камере 7— 8 и последующих камерах происходит поглощение частти энергии торцевыми пластинками. Действие их одинаково в обоих каналах, поэтому практического значения это поглощение не имеет. В дальнейшем оба потока попадают в герметичные фильтровые камеры 9, в которых находятся неизмеряемые компоненты смеси. В этих камерах происходит полное поглощение части энергии, соответствующей линиям поглощения неизмеряемых компонентов (белые стрелки, а часть энергии, соответствующая измеряемой составляющей (черные стрелки), проходит через камеры без значительного поглощения. В приемные цилиндры 10 мерной камеры 11, заполненные анализируемым газом одновременно поступают потоки радиации, разность энергии которых пропорциональна концентрации анализируемого газа в газовой смеси. Разность импульсов энергии перейдет в разность импульсов давления. Под разностью давления будет находится упругая микрофонная мембрана. Час­тота будет равна 6 имп/сек. С этой же частотой меняется и емкость микро­фона, включенного в схему усилителя 12. Усиленный сигнал, выпрямлен­ный механическим выпрямителем 13, который представляет собой контакт­ную пару, замыкаемую с помощью двухкулачкового эксцентрика, поме­щенного на оси электродвигателя, подается на электронный самопишущий прибор 14 типа ЭПД-02 или ЭПД-12, или ЭПВ. Выпрямитель синхронизи­рован с оптическим прерывателем 5. Сигнал, усиленный усилителем измери­тельного прибора, вызовет отклонение отсчетного узла прибора и переме­щение движка реохорда. Реохорд включен в цепь питания правого излуча­теля (на рис.5 электрическая связь реохорда с излучателем не показана), благодаря чему напряжение на излучателе автоматически изменяется таким образом, что потоки радиации, прошедшие через рабочую и сравнительную камеры, остаются равными. При равных потоках радиации сигнал на выходе микрофона будет равен нулю и перемещение указателя измерительного прибора и движение реохорда прекратится. Новое положение указателя электронного измерительного прибора будет соответствовать отношению погло­щенной энергии радиации в анализируемой газовой смеси к энергии радиации, проходящей через сравнительную камеру. Показания электронного самопишущего прибора будут зависеть только от величины поглощенной энергии в анализируемом газе, т. е. от концентрации анализируемого газа.

Рис.5. Схема оптико-акустического газоанализатора

Для получения более точных показаний прибор термостатирован, в его кор­пусе имеется биметаллический контактный термометр 15 и два нагревателя 16, питающиеся непосредственно от сети. Приемник газоанализатора, включаю­щий в себя оптико-акустический блок и микрофонный усилитель, является взрывоопасным узлом, вследствие чего он монтируется в отдельном помеще­нии. Погрешность газоанализатора не более ±5% от верхнего предела пока­заний.

Широкое применение в термических цехах нашли газоанализаторы, рабо­тающие на принципе измерения теплопроводности. Этот принцип заклю­чается в том, что температура и электрическое сопротивление нагреваемого током проводника зависят от теплопроводности и окружающего его газа. Такие приборы используют, например, для количественного определения углекислого газа и водорода в дымовых газах, а также составляющих атмо­сфер типа ПС и ПСА-08. Газоанали­затор ГЭД-49 является стационарным автоматическим прибором непрерыв­ного действия. Его электрическая схема приведена на рис.6. В этом при­боре сравнение теплопроводности газовой смеси с теплопроводностью воз­духа производится специальным измерительным мостом М. Анализируемая смесь газа протекает через камеры, в которых находятся два плечевых эле­мента моста R_x и R₄. Два других плечевых элемента R ₂ и R₃ помещены в гер­метические закрытые сосуды, заполненные воздухом. Плечи моста изготов­ляются из тонкой платиновой проволоки, имеющей высокий температурный коэффициент электрического сопротивления.

К вершинам моста В и D подводится от источника питания электрический ток постоянной величины, благодаря чему плечи моста нагреваются. К другой

Рис.6. Электрическая схема газоанализатора

диагонали моста А и С подключаются измерительные приборы — показы­вающий и самопишущий милливольтметры. Когда во всех четырех камерах моста имеется воздух, схема прибора находится в равновесии и ток измери­тельной диагонали отсутствует, так как условия теплоотдачи от платиновых сопротивлений к стенкам камер и сами сопротивления одинаковы. Незна­чительные отклонения от равновесия устраняются нулевым реостатом R₅. Когда же через газовые камеры пропускается газовая смесь, содержащая СО₂, то вследствие меньшей теплопроводности смеси, чем воздуха, температура плечевых элементов R₁ и R₄ повышается и соответственно увеличивается их сопротивление. В результате нарушается равновесие мостовой схемы. По измерительной диагонали потечет ток, пропорциональный изменению сопротивления плеч моста, т. е. пропорциональный величине содержания СО₂ в газовой смеси. В измерительную диагональ введено еще сопротивление R₇, которое служит для подгонки показаний при градуировке газоанализатора. Для определения СО + Н₂ в газовой смеси служит отдельный мост М'. Сопротивление всех плеч моста оди­наково. Плечевой элемент R'₄ помещен в камеру, заполненную испытываемой газовой смесью, а плечевой элемент R'₄ находится в герметически закрытой камере, заполненной воздухом. Электрическое питание моста М' осуществ­ляется через вершины А и С. Приборы присоединяют к вершинам измери­тельной диагонали моста В и D. Мост будет в равновесии, когда в обеих камерах находится воздух. Для устранения небольших отклонений в цепь включается нулевой реостат R'₅. Если же через камеру с плечевым сопротив­лением пропускать СО и Н₂ или один из этих газов, то под действием катали­затора эти газы сгорают, повышая температуру и сопротивление элемента. При этом нарушается равновесие мостовой схемы, и через приборы, вклю­ченные в измерительную диагональ, потечет ток, пропорциональный вели­чине температурного эффекта реакции горения и, следовательно, пропорцио­нальный содержанию горючих газов в анализируемой смеси.

Для регулирования величины питающего тока в цепь вводится токовый реостат R_e и амперметр А₁. В случае отсутствия в комплекте газоанализа­тора самопишущего прибора в мостовые схемы включаются эквивалентные сопротивления R₈ и R'₈.

Для определения содержания в газовых смесях кислорода применяют магнитные газоанализаторы. В этих приборах используется явление термомагнитной конвекции, которое заключается в том, что магнит­ная восприимчивость кислорода уменьшается с повышением температуры.

Дата добавления: 2014-01-04