Принцип работы газоанализатора

Газоанализаторы

Газоанализаторы - фото 1 - изображение 1

Газоанализаторы это средства измерений, предназначенные для получения измерительной информации о количестве вещества или его концентрации в анализируемой газовой среде. В пищевой промышленности газоанализаторы широко применяются для анализа топочных газов при сжигании различных видов топлива, для контроля состава газовых сред в пекарных и сушильных камерах, для контроля концентрации предельных значений в пожаро- и взрывоопасных производствах и помещениях, где возможно скопление газов, вредных для здоровья обслуживающего персонала.

Например, процесс брожения хлебного теста может контролироваться no объему выделившегося из него диоксида углерода.

Номенклатура газоанализаторов велика вследствие многообразия анализируемых газовых смесей и различных требований, предъявляемых к избирательности, чувствительности, точности и воспроизводимости измерений.

По функциональному назначению автоматические и полуавтоматические газоанализаторы подразделяются на две большие группы: лабораторные и промышленные;

по режиму работы — на непрерывные и циклические (эпизодические). Кроме того, газоанализаторы различаются по количеству анализируемых компонентов. В зависимости от принципа действия (метод анализа) газоанализаторы подразделяются на: механические, тепловые (термокондуктометрические и термохимические), магнитные, электрохимические,оптические и др.

Шкалы газоанализаторов градуируются в процентах концентрации анализируемого компонента в газовой смеси, а также в объемных или массовых долях определяемого компонента в анализируемой смеси.

Для определения концентрации газовых смесей в хлебопекарной и кондитерской промышленности применяются приборы общепромышленного назначения. Специальные приборы для этих целей отсутствуют, да и в их разработке нет необходимости.

Термокондуктометрические анализаторы, позволяют осуществлять непрерывный автоматический контроль концентрации газов, в том числе хлора, диоксида углерода, сернистого газа в воздухе или в других газах. В основе метода измерения лежит зависимость электрического сопротивления проводника с большим температурным коэффициентом от теплопроводности окружающей среды, т.е. концентрации анализируемого газа.

В термокондуктометрических газоанализаторах сравнивают изменение теплопроводности анализируемой газовой смеси с эталонной. На рис. 2.61 приведена простейшая схема термогазоанализатора. Здесь один из чувствительных элементов (нагреваемая нить) помещен в рабочую камеру, а другой – в сравнительную.

Газоанализаторы: области применения, типы, устройство - изображение 2 - изображение 2

Рис. 2.61. Принципиальная электрическая схема измерительного преобразователя термокондуктометрического газоанализатора

Обычно чувствительные элементы нагреваются до температуры 100-120 °С. При отклонении теплопроводности анализируемого газа (т.е. его концентрации) от номинального значения изменяется электрическое сопротивление R и в измерительной диагонали появляется напряжение ΔU, которое служит мерой концентрации анализируемого вещества.

Существенную роль играет подготовка контролируемой среды. Анализируемый газ предварительно пропускают через холодильник, откуда образовавшийся конденсат сбрасывается в дренаж, далее газ проходит через фильтр, редукционный вентиль и ротаметрический регулятор расхода.

Термохимические газоанализаторы предназначены для анализа горючих и взрывоопасных компонентов газовых смесей. Принципиально приборы этого типа не отличаются от термокондуктометрических анализаторов. Однако их отличие состоит в том, что здесь используется тепловой эффект сгорания горючих газов на каталитически активной платиновой спирали. Измерительный блок снабжается на входе и выходе взрывозащищающими устройствами. В настоящее время выпускаются автоматические газоанализаторы для определения водорода в кислородном коллекторе или кислорода в водородном коллекторе электролизных установок. Для проверки правильности показаний используется баллон с контрольной газовой смесью.

Газоанализатор типа ТП 2221М - автоматический прибор, показывающий или самопишущий, предназначен для измерения объемной концентрации двуокиси углерода СО2 в многокомпонентных сухих газовых смесях.

Газоанализатор может быть использован в различных системах контроля, сигнализации и автоматического регулирования.

Принцип действии прибора основан на зависимости теплопроводности анализируемой смеси от концентрации в ней СО2, теплопроводность которой ниже других компонентов.

Основу прибора составляет компенсационная сравнительная мостовая схема переменного тока из 3-х мостов: рабочего, сравнительного и компенсационного. Рабочий мост построен подифференциальной схеме. Его чув­ствительные элементы помещены в закрытые ампулы. Два элемента омываются анализируемым газом, два других - контрольным.

Определение концентрации кислорода магнитными газоанализаторами основывается на физическом свойстве – парамагнетизме. Парамагнитные материалы втягиваются в магнитное поле, а диамагнитные выталкиваются из него.

Наибольшей положительной восприимчивостью обладают кислород (+1) и окись азота (+0,36).

Магнитные газоанализаторы разделяются на термомагнитные и магнитомеханические.

Термомагнитный метод получил более широкое применение. Он основан на изменении объемной магнитной восприимчивости при изменении температуры (рис. 2.62).

 
 

Газоанализаторы: типы и принципы действия. - фотография 3 - изображение 3

При размещении нагретого до температуры 200–250 °С проводника (платиновая проволока) в неоднородном магнитном поле вследствие уменьшения магнитной объемной восприимчивости за счет нагревания газ движется в направлении от больших напряженностей магнитного поля к меньшим.

Рис. 2.62. Принципиальная схема измерительного преобразователя термомагнитного газоанализатора

Наличие кислорода в анализируемом газе приводит к его движению вдоль нагревательных элементов, что одновременно охлаждает резистор R1 и нагревает резистор R2, т.е. изменяет их сопротивления. Разность сопротивлений, функционально связанная с концентрацией кислорода, приводит к разбалансу моста, что приводит к изменению выходного напряжения, измеряемому вторичным прибором, градуированным в процентах концентрации.

Для измерения объемной концентрации кислорода вдымовых газах котельных установок применяется газоанализатор типа МН 5110Т. Газовая схема прибора включает два газозаборных устройства с керамическими фильтрами для очистки, вспомогательные устройства для приведения параметров газа и воздуха к требуемым значениям, рабочие и сравнительные камеры двух приемников и два побудителя расхода, обеспечивающие прокачивание через систему газа и воздуха.

Газ для анализа отбирается из котла через керамический фильтр, откуда поступает в блок выравнивания влажности, где он либо подсушивается (с удалением конденсата) либо увлажняется. Для контроля разряжения в системе служит манометр.

Оптико-акустические инфракрасные газоанализаторы основаны на поглощении ИК лучей анализируемым газом.

Концентрация газа С связана с интенсивностью поглощения соотношением:

I = I0 e - ε Cd ,

где I и I0 - плотность потоков входящего и выходящего соответственно;

ε - коэффициент поглощения;

d - толщина слоя анализируемого газа.

ИК – излучение от источника инфракрасного излучения 1 (рис. 2.63) проходит через обтюратор 2 и рабочую камеру 3 с анализируемой газовой смесью. Измерительная камера 4 также заполнена анализируемой средой.

Здесь же располагается микрофон 5, реагирующий на колебание давления, возникающее при поглощении газом прерывистого потока излучения. При отсутствии в газовой смеси определяемого компонента в измерительную камеру поступает неослабленный поток. При изменении концентрации происходит изменение амплитуды колебаний в зависимости от концентрации анализируемого вещества. Сигнал усиливается и регистрируется вторичным прибором. ИК - анализаторы применяют для анализа многих компонентов газовых смесей (CO, CO2, CH4, NH3, SO2, H2S и других).

Газовый анализатор крови: назначение и принцип действия - фотография 4 - изображение 4

Рис. 2.63. Структурная схема измерительного преобразователя инфракрасного газоанализатора

Для измерения содержания хлора, паров ртути, бензола и некоторых других газов могут быть использованы ультрафиолетовые анализаторы (рис.2.64). При этом, как правило, применяется дифференциальный метод измерений. Потоки ультрафиолетового излучения от источника 1 , проходят через рабочую 2 и эталонную 3 кюветы и фиксируются фотоэлементами 4 и 5 соответственно, а разность усиливается блоком преобразователя 6 и регистрируется вторичным прибором 7.

Классификация - фото 5 - изображение 5

Рис. 2.64. Структурная схема ультрафиолетового газоанализатора.

Газоанализаторы: области применения, типы, устройство

Предназначение - изображение 6 - изображение 6

Анализ газовых сред является обязательным мероприятием в работе химических производств, а также на многих промышленных предприятиях. Такие исследования представляют собой процедуры по измерению того или иного компонента в газовой смеси.Например, в горнодобывающих предприятиях знание характеристик воздуха в шахте является вопросом безопасности, а экологи, таким образом, определяют концентрацию вредных элементов.Не так часто подобные анализы применяют в бытовых целях, но если такая задача и возникает, то так же можно использовать газоанализатор.Это измерительное устройство, позволяющее определить состав газовой смеси.

Основные задачи газоанализаторов: • контроль атмосферы рабочей зоны (безопасность); • контроль промышленных выбросов (экология); • контроль технологических процессов (технология); • контроль загрязнения атмосферы жилой зоны (экология); • контроль выхлопных газов автомобилей (экология и технология); • контроль выдыхаемого человеком воздуха (алкоголь); • отдельно можно назвать контроль газов в воде и др. жидкостях.

Классификация газоанализаторов: • по функциональным возможностям (индикаторы, течеискатели, сигнализаторы, газоанализаторы); • по конструктивному исполнению (стационарные, переносные, портативные); • по количеству измеряемых компонентов (однокомпонентные и многокомпонентные); • по количеству каналов измерения (одноканальные и многоканальные); • по назначению (для обеспечения безопасности работ, для контроля технологических процессов, для контроля промышленных выбросов, для контроля выхлопных газов автомобилей, для экологического контроля.

Что показывает прибор - фотография 7 - изображение 7

Переносные газоанализаторы - предназначены для решения ряда задач в сфере экологического мониторинга и контроля загрязнения атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны, а также для некоторых других целей требуется производить измерения в различных точках предприятия, не всегда оснащенных розетками электропитания.

В этих случаях незаменимыми становятся переносные газоанализаторы (портативные газоанализаторы)!

В отличие от стационарных газоанализаторов, такие приборы отличаются компактностью, мобильностью и простотой использования, а так же небольшим временем подготовки к работе и широким диапазоном условий эксплуатации.

Область применение переносных газоанализаторов: • В замкнутых сосудах и помещениях (тоннелях, колодцах, дымоходах, трубопроводах и т.д.); • На заводах по добыче и переработке различных нефтепродуктов; • На водоотстойниках, фекальных и фильтрационных насосных станциях; • В автопромышленности; • В химических лабораториях и других производственных процессах, связанных с выделением различных загрязняющих веществ; • Помимо вышеуказанного назначения, портативные газоанализаторы служат для калибровки и поверки стационарных газоанализаторов.

Достоинства портативных газоанализаторов: • Низкая стоимость; • Мобильность; • Простота эксплуатации; • Большой спектр определяемых газов и загрязняющих веществ; • Высокая чувствительность сенсоров, что позволяет определять даже самые малые доли вредных веществ; • Возможность подключать электрохимические, термокаталитические или оптические сенсоры; • Большой модельный ряд; • Быстродействие микропроцессорного блока; • Моментальное определение наличия взрывоопасных паров; • Могут выступать в качестве калибровочного устройства для стационарных газоанализаторов; • Компактные размеры и легкий вес; • Производят замеры как качественного, так и количественного состава воздушной или газовой смеси; • Позволяют одновременно контролировать содержание в воздухе рабочей зоны до нескольких газов; • Возможность настраивать и программировать пороги срабатывания устройства; • Наличие интерфейсов (ИК, Wi-Fi, Bluetooth, Ethernet и т.д.) для соединения с компьютером или принтером; • Наличие памяти, для записи результатов, время и даты замеров.

Парциальное давление - изображение 8 - изображение 8

Стационарные газоанализаторы - предназначены для стационарной установки в рабочей зоне промышленных заводов и комбинатов, химических лабораториях, на нефтеперерабатывающих и газодобывающих предприятиях и других производствах.

Это эффективные и высокоточные приборы, которые имеют соответствующую степень защиты, обладают высокой надежностью и способны дооборудоваться системой автоматики для удаления ядовитых, токсичных и горючих газов с различных помещений!

Стационарные газоанализаторы применяются в тех случаях, когда необходимо производить постоянные и достаточно частые периодические измерения концентрации загрязняющих веществ и кислорода в промышленной зоне для поддержания необходимого уровня и для организации технологического контроля за производственными процессами.

Область применения стационарных газоанализаторов: • Котельных; • Холодильных установках; • Помещениях ГРП (газораспределительные пункты); • Рабочих зонах промышленных предприятий; • Лабораториях; • Дизельных и турбинных установках; • Канализационных системах; • Печах обжига и т.д.

Основные достоинства стационарных газоанализаторов: • Надежность; • Приемлемая цена; • Высокая точность измерений; • Возможность контролировать сразу несколько газов; • Длительный срок эксплуатации; • Возможность оборудовать помещение автоматической системой вытяжной вентиляции; • Дистанционный контроль состава воздушной смеси; • Высокая степень защиты устройства.

Несмотря на множество конструкционных вариаций прибора, существует набор базовых компонентов, которые присутствуют в каждой модели. В первую очередь это корпус, в который заключены все рабочие элементы газоанализатора.Дело в том, что такие аппараты требуют высокой степени защиты, поэтому к внешней оболочке следует предъявлять серьезные требования.Практически каждый прибор требует питания энергией – соответственно, аккумулятор также можно рассматривать как обязательную часть устройства.Далее стоит перейти к более ответственному компоненту. Это первичный преобразователь, то есть датчик газоанализатора или чувствительный элемент, обеспечивающий непосредственные данные для измерения.Надо сказать, что существует несколько видов таких сенсоров, в том числе термокаталитические, инфракрасные и электрохимические, оптические. Задача данного элемента заключается в преобразовании искомого компонента газового состава в электрический сигнал.

После этого в работу вступает измерительно-показывающее устройство, которое обрабатывает данный сигнал и демонстрирует его показатели в виде индикации или отображения на дисплее. Принцип действия термохимического (термокаталитического) сенсора основан на прямой зависимости тепла, получаемого при сгорании детектируемого газа, от величины концентрации этого газа. В электрохимических сенсорах проверяемый компонент взаимодействует с чувствительным слоем непосредственно на электроде или в слое раствора проводящего электролита около него.

Электрохимическая ячейка (ЭХЯ), как правило, имеет два или три электрода для совершения электрохимической реакции.

Электрохимические датчики обладают следующими преимуществами, при сравнении их с обычным аналитическим оборудованием: - малые габаритные размеры; - высокая селективность; - удобство использования; - простота конструкции; - высокая надёжность; - значительный ресурс работы; - относительно низкая стоимость.

Различают следующие электрохимические сенсоры:кулонометрические, потенциометрические, амперометрические (вольтамперометрия), кондуктометрические.

Оптические сенсоры фиксируют изменение оптической плотности исследуемой газовой смеси при определенной длине волны.Различают следующие оптические датчики: спектрофотометрические, люминесцентные.

Поверка газоанализаторов Все газоанализаторы, в соответствии с законом периодически подвергается поверке или калибровке. Поверка производится один раз в год, периодичность калибровки устанавливается владельцем газоанализатора.

При проведении поверки выполняются следующие операции: ♦ Внешний осмотр ♦ Определение электрического сопротивления изоляции, проверка герметичности газовой системы ♦ Определение метрологических характеристик. ♦ Определение основной приведенной погрешности газоанализатора. ♦ Проверка сигнализации о диапазоне измерений по унифицированному выходному сигналу

К сожалению, невозможно создать один универсальный газоанализатор, с помощью которого можно бы было решать все задачи газового анализа, по той причине, что ни один из известных методов не позволяет с одинаковой точностью производить измерения в максимально широком диапазоне концентраций.

Контроль разных газов, в разных диапазонах концентраций, производится разными методами и способами. Поэтому производителями конструируются и выпускаются приборы для решения конкретных задач измерения.

Подводя итоги нужно сказать, что газоанализаторы – это незаменимые устройства, которые используются как на производстве, так и в быту и позволяют определять качественный и количественный состав загрязняющих веществ в рабочей зоне или любом другом помещении, где есть опасные факторы утечки вредных веществ и газов.

Благодарим Вас за прочтение данной статьи. А так же сообщаем, что в нашем интернет-магазине Вы можете приобрести газоанализатор любого типа по выгодной цене, а специалисты нашей компании ответят на все интересующие Вас вопросы и помогут подобрать прибор, удовлетворяющий Вашим требованиям как по техническим так и по ценовым характеристикам.

Газоанализаторы: типы и принципы действия.

Общий анализ крови - фото 9 - изображение 9

1234

Газоанализаторы - это специальные приборы, которые служат, чтобы точно измерять качественный и количественный состав газов. Исходя из их предназначения и принципа эксплуатации, они могут быть ручными и автоматическими. Один из наиболее распространенных типов ручных приборов – это абсорбционные анализаторы.

Принцип действия газоанализатора этого вида основан на том, что составляющие вещества поглощаются в определенной последовательности особыми реагентами. Стационарное оборудование с автоматическим принципом действия производит измерения постоянно, то есть - без перерыва. Оно точно фиксирует все физико-химические показатели изучаемой газовой смеси. Подобные приборы дают возможность получать максимально точные итоги измерений при взаимодействии не только с самим веществом, но и с его отдельными компонентами.

Газоизмерительное оборудование бывает множества разновидностей и наименований. Некоторые из них функционируют на основе физических методов измерения, включающих в себя и применение вспомогательной химической реакции. Подобные приборы называются объёмно-монометрическими. Они позволяют предельно точно обнаруживать любые из изменений объема и давления, происходящие в наблюдаемой среде. Прибор сразу же фиксирует все реакции, в которые вступают отдельные составляющие газовой смеси.

Принцип работы газоанализатора может быть основан и на химических способах анализа наблюдаемой среды. Такие приборы могут отслеживать дополнительные термохимические, хроматографические, электрохимические и фотоколориметрические процессы, что зависит от сферы их применения и характеристик эксплуатации. Принцип действия оборудования также отличается. Например, термохимические приборы измеряют уровень тепла в процессе сгорания газа.

Наиболее часто подобное оборудование применяется тогда, когда нужно отслеживать окись водорода в воздушной среде при подозрениях на ее взрывоопасную концентрацию. Как правило, подобная работа производится с горючими газами, приборы термохимического типа при этом очень помогают.

Множество стационарных газоанализаторов работает только на физических принципах исследования. К данной группе приборов относятся анализаторы, которые функционируют при помощи магнитных и оптических способов измерения.

ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ, приборы, измеряющие содержание (концентрацию) одного или неск. компонентов в газовых смесях (см. также Газовый анализ). Каждый газоанализатор предназначен для измерения концентрации только определенных компонентов на фоне конкретной газовой смеси в нормиров. условиях. Наряду с использованием отдельных газоанализаторов создаются системы газового контроля, объединяющие десятки таких приборов. В большинстве случаев работа газоанализатора невозможна без ряда вспомогат. устройств, обеспечивающих создание необходимых т-ры и давления, очистку газовой смеси от пыли и смол, а в ряде случаев и от нек-рых мешающих измерениям компонентов и агрессивных в-в. Газоанализаторы классифицируют по принципу действия на пневматические, магнитные, электрохимические, полупроводниковые и др. Ниже излагаются физ. основы и области применения Наиб. распространенных газоанализаторов.

Термокондуктометрические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава. Для большинства практически важных случаев справедливо ур-ние:

Проведение забора - изображение 10 - изображение 10

где-теплопроводность смеси, - теплопроводность i - того компонента, Ci - eгo концентрация, n-число компонентов.

Термокондуктометрич. газоанализаторы не обладают высокой избирательностью и используются, если контролируемый компонент по теплопроводности существенно отличается от остальных, напр. для определения концентраций Н2, Не, Аг, СО2 в газовых смесях, содержащих N2, О2 и др. Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов по объему.

Изменение состава газовой смеси приводит к изменению ее теплопроводности и, как следствие, т-ры и электрич. сопротивления нагреваемого током металлич. или полупроводникового терморезистора, размещенного в камере, через к-рую пропускается смесь. При этом:

Смесь с гепарином - изображение 11 - изображение 11

где a-конструктивный параметр камеры, R1 и R2- сопротивление терморезистора в случае пропускания через него тока I при теплопроводности газовой среды соотв. и,-температурный коэф. электрич. сопротивления терморезистора.

Термохимические газоанализаторы. В этих приборах измеряют тепловой эффект хим. р-ции, в к-рой участвует определяемый компонент. В большинстве случаев используется окисление компонента кислородом воздуха; катализаторы - марганцевомедный (гопкалит) или мелкодисперсная Pt, нанесенная на пов-сть пористого носителя. Изменение т-рыпри окислении измеряют с помощью металлич. или полупроводникового терморезистора. В ряде случаев пов-сть платинового терморезистора используют как катализатор. Величинасвязана с числом молей М окислившегося компонента и тепловым эффектомсоотношением: , где k-коэф., учитывающий потери тепла, зависящие от конструкции прибора.

Большинство термохим. газоанализаторов используют в кач-ве газосигнализаторов горючих газов и паров (Н2, углеводороды и др.) в воздухе при содержании 20% от их ниж. КПВ, а также при электролизе воды для определения примесей водорода в кислороде (диапазон измерения 0,02-2%) и кислорода в водороде (0,01-1%).

Магнитные газоанализаторы. Применяют для определения О2. Их действие основано на зависимости магн. восприимчивости газовой смеси от концентрации О2, объемная магн. восприимчивость к-рого на два порядка больше, чем у большинства остальных газов. Такие газоанализаторы позволяют избирательно определять О2 в сложных газовых смесях. Диапазон измеряемых концентраций 10-2 - 100%. Наиб. распространены магнитомех. и термомагн. газоанализаторы.

В магнитомеханических газоанализаторах (рис. 3) измеряют силы, действующие в неоднородном магн. поле на помещенное в анализируемую смесь тело (обычно ротор). Сила F, выталкивающая тело из магн. поля, определяется выражением:

Калибровка анализатора - фотография 12 - изображение 12

гдеи-объемная магн. восприимчивость соотв. анализируемой смеси и тела, помещенного в газ, V-объем тела, H-напряженность магн. поля. Обычно мерой концентрации компонента служит вращающий момент, находимый по углу поворота ротора. Показания магнитомех. газоанализатора определяются магн. св-вами анализируемой газовой смеси и зависят от т-ры и давления, поскольку последние влияют на объемную магн. восприимчивость газа.

Более точны газоанализаторы, выполненные по компенсац. схеме. В них момент вращения ротора, функционально связанный с концентрацией О2 в анализируемой смеси, уравновешивается известным моментом, для создания к-рого используются магнитоэлектрич. или электростатич. системы. Роторные газоанализаторы ненадежны в промышленных условиях, их сложно юстировать.

Действие термомагнитных газоанализаторов основано на термомагн. конвекции газовой смеси, содержащей О2, в неоднородных магнитном и температурном полях. Часто применяют приборы с кольцевой камерой, к-рая представляет собой полое металлич. кольцо. Вдоль его диаметра установлена тонкостенная стеклянная трубка, на к-рую намотана платиновая спираль, нагреваемая электрич. током. Спираль состоит из двух секций - R1 и R2, первая из к-рых помещается между полюсами магнита. При наличии в газовой смеси О2 часть потока направляется через диаметральный канал, охлаждая первую секцию платиновой спирали и отдавая часть тепла второй. Изменение сопротивлений R1 и R2 вызывает изменение выходного напряжения U, пропорциональное содержанию О2 в анализируемой смеси.

Пневматические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости плотности и вязкостигазовой смеси от ее состава. Изменения плотности и вязкости определяют измеряя гидромех. параметры потока. Распространены пневматич. газоанализаторы трех типов.

Газоанализаторы с дроссельными преобразователями измеряют гидравлич. сопротивление дросселя (капилляра) при пропускании через него анализируемого газа. При постоянном расходе газа перепад давления на дросселе - ф-ция плотности (турбулентный дроссель), вязкости (ламинарный дроссель) или того и другого параметра одновременно.

Струйные газоанализаторы измеряют динамич. напор струи газа, вытекающего из сопла. Содержат два струйных элемента типа "сопло-приемный канал". Для подачи анализируемого и сравнит. газов служит эжектор 2. Давление на выходе из элементов поддерживается регулятором 4. Равенство давлений газов на входе в элементы обеспечивается соединит. каналом 5 и настройкой вентиля 6. Разница динамич. давлений (напоров), воспринимаемых трубками 1б,- ф-ция отношения и мера концентрации определяемого компонента газовой смеси. Струйные газоанализаторы используют, напр., в азотной пром-сти для измерения содержания Н2 в азоте (диапазон измерения 0-50%), в хлорной пром-сти - для определения С12 (0-50 и 50-100%). Время установления показаний этих газоанализаторов не превышает неск. секунд, поэтому их применяют также в газосигнализаторах довзрывных концентраций газов и паров нек-рых в-в (напр., дихлорэтана, винилхлорида) в воздухе пром. помещений.

Пневмоакустические газоанализаторы содержат два свистка с близкими частотами (3-5 кГц), через один из к-рых проходит анализируемый газ, через второй - сравнительный. Частота биений звуковых колебаний в смесителе частот зависит от плотности анализируемого газа. Биения (частота до 120 Гц) усиливаются и преобразуются в пневматич. колебания усилителем. Для получения выходного сигнала (давления) служит частотно-аналоговый преобразователь.

Пневматич. газоанализаторы не обладают высокой избирательностью. Они пригодны для анализа смесей, в к-рых изменяется концентрация только одного из компонентов, а соотношение между концентрациями других остается постоянным. Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов. Пневматич. газоанализаторы не содержат электрич. элементов и поэтому могут использоваться в помещениях любой категории пожаро- и взрывоопасности. Элементы схемы, контактирующие с газами, выполнены из стекла и фторопласта, что позволяет анализировать весьма агрессивные газы (хлор-, серосодержащие и др.).

Инфракрасные газоанализаторы. Их действие основано на избйрат. поглощении молекулами газов и паров ИК-излучения в диапазоне 1-15 мкм. Это излучение поглощают все газы, молекулы к-рых состоят не менее чем из двух разл. атомов. Высокая специфичность молекулярных спектров поглощения разл. газов обусловливает высокую избирательность таких газоанализаторов и их широкое применение в лабораториях и пром-сти. Диапазон измеряемых концентраций 10-3 -100%. В дисперсионных газоанализаторах используют излучение одной длины волны, полученное с помощью монохроматоров (призмы, дифракц. решетки). В недисперсионных газоанализаторах, благодаря особенностям оптич. схемы прибора (применению светофильтров, спец. приемников излучения и т.д.), используют немонохроматич. излучение. В кач-ве примера на рис. 7 приведена Наиб. распространенная схема такого газоанализатора. Излучение от источника последовательно проходит через светофильтр и рабочую кювету, в к-рую подается анализируемая смесь, и попадает в спец. приемник. Если в анализируемой смеси присутствует определяемый компонент, то в зависимости от концентрации он поглощает часть излучения, и регистрируемый сигнал пропорционально изменяется. Источником излучения обычно служит нагретая спираль с широким спектром излучения, реже - ИК-лазер или светодиод, испускающие излучение в узкой области спектра. Если используется источник немонохроматич. излучения, избирательность определения достигается с помощью селективного приемника.

Наиб. распространены газоанализаторы с газонаполненным оптико-акустическим приемником. Последний представляет собой герметичную камеру с окном, заполненную именно тем газом, содержание к-рого нужно измерить. Этот газ, поглощая из потока излучения определенную часть с характерным для данного газа набором спектральных линий, нагревается, вследствие чего давление в камере увеличивается. Посредством мех. модулятора поток излучения прерывается с определ. частотой. В результате с этой же частотой пульсирует давление газа в приемнике. Амплитуда пульсации давления - мера интенсивности поглощенного газом излучения, зависящая от того, какая часть характерного излучения поглощается тем же газом в рабочей кювете. Др. компоненты смеси излучение на этих длинах волн не поглощают. Т. обр., амплитуда пульсации давления в приемнике излучения - мера кол-ва определяемого компонента в анализируемой смеси, проходящей через рабочую кювету. Изменение давления измеряют обычно конденсаторным микрофоном или микроанемометром (датчиком расхода газа). Заменяя газ в приемнике излучения оптико-акустич. газоанализатора, можно избирательно измерять содержание разл. компонентов смесей.

В инфракрасных газоанализаторах используют также неселективные приемники излучения - болометры, термобатареи, полупроводниковые элементы. Тогда в случае источников с широким спектром излучения избирательность определения обеспечивают применением интерференционных и газовых фильтров. Для повышения точности и стабильности измерения часть потока излучения обычно пропускают через сравнит. кювету, заполненную газом, не поглощающим регистрируемое излучение, и измеряют разность или отношение сигналов, полученных в результате прохождения излучения через рабочую и сравнит. кюветы.

Инфракрасные газоанализаторы широко используют для контроля кач-ва продукции, анализа отходящих газов, воздуха помещений. С их помощью определяют, напр., СО, СО2, NH3, СН4 в технол. газах произ-ва синтетич. аммиака, пары ряда р-рителей в воздухе пром. помещений, оксиды азота, SO2, СО и углеводороды в выхлопных газах автомобилей и т.д.

Ультрафиолетовые газоанализаторы. Принцип их действия основан на избират. поглощении молекулами газов и паров излучения в диапазоне 200-450 нм. Избирательность определения одноатомных газов весьма велика. Двух- и многоатомные газы имеют в УФ-области сплошной спектр поглощения, что снижает избирательность их определения. Однако отсутствие УФ-спектра поглощения у N2, O2, СО2 и паров воды позволяет во многих практически важных случаях проводить достаточно селективные измерения в присут. этих компонентов. Диапазон определяемых концентраций обычно 10-2-100% (для паров Hg ниж. граница диапазона 2,5-10-6%).

Схема ультрафиолетового газоанализатора аналогична схеме, приведенной на рис. 7. Имеются также приборы с двумя детекторами излучения без модулятора, в к-рых световые потоки не прерываются. В кач-ве источников излучения обычно применяют ртутные лампы низкого (= 253,7 нм) и высокого (спектр с большим набором линий) давлений, газоразрядные лампы с парами др. металлов (=280, 310 и 360 нм), лампы накаливания с вольфрамовой нитью, водородные и дейтериевые газоразрядные лампы. Приемники излучения - фотоэлементы и фотоумножители. При использовании неселективного источника излучения избирательность измерения в большинстве приборов обеспечивают с помощью оптич. фильтров (стеклянных или интерференционных).

Ультрафиолетовые газоанализаторы применяют гл. обр. для автоматич. контроля содержания С12, О3, SO2, NO2, H2S, C1O2, дихлорэтана, в частности в выбросах пром. предприятий, а также для обнаружения паров Hg, реже Ni (СО)4, в воздухе пром. помещений.

Люминесцентные газоанализаторы. В хемилюминесцентных газоанализаторах измеряют интенсивность люминесценции, возбужденной благодаря хим. р-ции контролируемого компонента с реагентом в твердой, жидкой или газообразной фазе. Пример - взаимод. NO с О3, используемое для определения оксидов азота:

N0 + 03 -> N02+ + 02 -> N02 + hv + 02

Анализируемая смесь и реагент через дроссели поступают в реакц. камеру. Побудитель расхода (насос) обеспечивает необходимое давление в камере. При наличии в смеси определяемого компонента излучение, сопровождающее хемилюминесцентную р-цию, через светофильтр подается на катод фотоумножителя, к-рый расположен в непосредств. близости к реакц. камере. Электрич. сигнал с фотоумножителя, пропорциональный концентрации контролируемого компонента, после усиления поступает на вторичный прибор. При измерении слабых световых потоков, возникающих при малых концентрациях определяемого компонента, фотокатод охлаждают электрич. микрохолодильниками с целью уменьшения темнового (фонового) тока.

Для измерения содержания NO2 в приборе предусмотрен конвертер, где NO2 превращается в NO, после чего анализируемая смесь направляется в реакц. камеру. При этом выходной сигнал пропорционален суммарному содержанию NO и NO2. Если же смесь поступает, минуя конвертер, то по выходному сигналу находят концентрацию только NO. По разности этих сигналов судят о содержании NO 2 в смеси.

Высокая избирательность хемилюминесцентных газоанализаторов обусловлена специфичностью выбранной р-ции, однако сопутствующие компоненты в смеси могут изменять чувствительность прибора. Такие газоанализаторы применяют для определения NO, NO2, NH3, O3 в воздухе в диапазоне 10-7-1%.

В флуоресцентных газоанализаторах измеряют интенсивность флуоресценции (длина волны), возникающей при воздействии на контролируемый компонент УФ-излучения (с частотой v1). В кач-ве примера на рис. 9 представлена схема такого газоанализатора для определения SO2 в воздухе. Анализируемая смесь поступает в детекторную камеру, к-рая отделена от импульсного источника УФ-излучения и от фотоумножителя светофильтрами 3 и 4, пропускающими излучение с длинами волн соотв. и. Фотоумножитель, расположенный под углом 90° к источнику излучения, регистрирует импульсы флуоресценции, амплитуда к-рых пропорциональна концентрации определяемого компонента в камере. Электрич. сигнал с фотоумножителя после усиления и обработки поступает на вторичный прибор. Газоанализаторы для определения SO2 характеризуются высокой чувствительностью и избирательностью. Они используются в автоматич. станциях контроля окружающей среды.

Для удаления паров воды, влияющих на показания люминесцентных газоанализаторов, применяют спец. фильтры (типа молекулярного сита) на входе потока газа в камеру.

Фотоколориметрические газоанализаторы. Эти приборы измеряют интенсивность окраски продуктов избират. р-ции между определяемым компонентом и специально подобранным реагентом. Р-цию осуществляют, как правило, в р-ре (жидкостные газоанализаторы) или на твердом носителе в виде ленты, таблетки, порошка (соотв. ленточные, таблеточные, порошковые газоанализаторы).

Принципиальная схема жидкостного газоанализатора представлена на рис. 10. Излучение от источника проходит через рабочую и сравнит. кюветы и поступает на соответствующие приемники излучения. Индикаторный р-р протекает с постоянной скоростью через обе кюветы и абсорбер. Навстречу потоку р-ра через абсорбер барботирует анализируемый газ. Определяемый компонент, присутствующий в газе, взаимод. с реагентом в р-ре, вызывая изменение оптич. плотности в рабочей кювете, пропорциональное концентрации компонента. В результате интенсивность излучения через одну из кювет изменяется, а через другую-нет. Разность (или отношение) сигналов рабочего и сравнит. каналов - мера концентрации определяемого компонента в анализируемой смеси.

Подача р-ра может быть как непрерывной, так и периодической. При периодич. подаче анализируемый газ пропускают в течение нек-рого времени через одну и ту же порцию р-ра, что позволяет повысить чувствительность определения. Такие газоанализаторы дают возможность измерить среднюю концентрацию определяемого компонента за заданный промежуток времени, напр. при установлении среднесменных или среднесуточных концентраций токсичных примесей в воздухе.

В ленточных газоанализаторах анализируемый газ поступает в газовую камеру, через к-рую непрерывно или с заданной периодичностью протягивается лента с нанесенным на нее реактивом. В результате р-ции с определяемым компонентом на ленте образуется цветовое пятно, интенсивность окраски к-рого пропорциональна концентрации компонента. Разность (или отношение) световых потоков, отраженных от окраш. и неокраш. участков ленты, - мера концентрации контролируемого компонента в смеси. Иногда используют индикаторную ленту с жидким реактивом. В этом случае реактив наносится на ленту из капельницы непосредственно перед ее контактом с газом.

Принцип действия таблеточных и порошковых газоанализаторов такой же, как у ленточных, но эти приборы, как правило, циклич. действия. Для получения чистой пов-сти перед каждым циклом измерения срезается верх. окраш. слой таблетки или заменяется порция порошка.

Время работы ленточных и таблеточных газоанализаторов без замены ленты или таблетки достигает 30 сут и более. Источники излучения в фотоколориметрич. газоанализаторах-обычно лампы накаливания и полупроводниковые светодиоды, фотоприемники — фотоумножители, фотоэлементы, фотодиоды и фототранзисторы. Эти приборы позволяют с высокой избирательностью определять разл. газообразные (парообразные) в-ва в диапазоне концентраций 10-5-1%. Особенно высока чувствительность у газоанализаторов периодич. действия; их недостаток - некрое запаздывание показаний.

Фотоколориметрич. газоанализаторы применяют гл. обр. для измерения концентраций токсичных примесей (напр., оксидов азота, О2, С12, CS2, O3, H2S, NH3, HF, фосгена, ряда орг. соед.) в атмосфере пром. зон и в воздухе пром. помещений. При контроле загрязнений воздуха широко используют переносные приборы периодич. действия. Значит. число фотоколориметрич. газоанализаторов применяют в качестве газосигнализаторов.

Электрохимические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости между параметром электрохим. системы и составом анализируемой смеси, поступающей в эту систему.

В кондуктометрических газоанализаторах измеряется электропроводность р-ра при селективном поглощении им определяемого компонента. Обычно схема прибора включает элек-трич. мост постоянного или переменного тока с двумя кондуктометрич. ячейками, через к-рые протекает электролит. В одну из ячеек электролит поступает после контакта с потоком анализируемого газа. Выходной сигнал пропорционален разности электропроводностей р-ра до и после контакта с контролируемой смесью. Эта разность зависит от концентрации растворенного в электролите определяемого компонента. Изменяя расходы электролита и анализируемой смеси, можно в широких пределах изменять диапазон определяемых концентрации. Недостатки этих газоанализаторов-низкая избирательность и длительность установления показаний при измерении малых концентраций. Кондуктометрич. газоанализаторы широко применяют для определения О2, СО, SO2, H2S, NH3 и др.

Действие потенциометрических газоанализаторов основано на зависимости потенциала Е индикаторного электрода от активности а электрохимически активных ионов, образовавшихся при растворении определяемого компонента:

Важные моменты - изображение 13 - изображение 13

где E°-стандартный электродный потенциал, R- универсальная газовая постоянная, Т - абс. т-ра, F- число Фарадея, n-число электронов, участвующих в электрохим. р-ции. Измеряемое значение Е пропорционально концентрации контролируемого компонента, растворенного в электролите. Эти газоанализаторы применяют для определения СО2, H2S, HF, NH3, SO2 и др.

Большое распространение получили потенциометрич. газоанализаторы с твердым электролитом для измерения содержания О2. Керамич. пластина на основе СаО и ZrO2 при высокой т-ре начинает проводить ионы кислорода, т.е. ведет себя как электролит. На пов-сть такой пластины с обеих сторон наносят тонкие слои пористой платины (платиновые электроды). С одной стороны пластины подают анализируемую газовую смесь, с другой - сравнительный газ. Разность потенциалов между электродами - мера содержания О2. Термостат поддерживает т-ру электрохим. ячейки в нужном диапазоне. С помощью таких газоанализаторов определяют О2 в широком диапазоне концентраций (10-4-100% по объему). Присутствие углеводородов в анализируемой смеси приводит к искажению результатов из-за их окисления при высокой т-ре.

Действие амперометрических газоанализаторов основано на зависимости между электрич. током и кол-вом определяемого компонента, прореагировавшим на индикаторном электроде. Если контролируемый компонент полностью вступает в электрохим. р-цию, то выполняется закон Фарадея: I = = nFQC, где I-ток, Q- расход газа, С-концентрация определяемого компонента, F-число Фарадея, n-число электронов, участвующих в р-ции.

Электрохим. превращение данного компонента газовой смеси со 100%-ным выходом по току (т.е. отсутствие побочных электродных р-ций) обеспечивается выбором индикаторного электрода и его потенциала. Необходимое постоянное значение разности потенциалов поддерживается благодаря тому, что сравнит. и индикаторный электроды выполняют из двух разных специально подобранных металлов, напр. из Аи и Zn, Au и Pb, Ni и Cd (ячейки гальванич. типа). Разность потенциалов можно стабилизировать и посредством электронной системы с использованием третьего вспомогат. электрода (ячейки потенциостатич. типа).

Амперометрич. газоанализаторы применяют для определения газов, обладающих окислит.-восстановит. св-вами, напр. SO2, NO2, H2S, О2, С12, О3. В газоанализаторах для измерения содержания SO2 в воздухе (рис. 12) анализируемый газ поступает на измерит. электрод 3 электрохим. ячейки и по газовому каналу - в камеру с запасным электролитом 9, в к-рый помещен электрод сравнения 5. Вспомогат. электрод 2 расположен в отдельной камере, к-рая, как и камера 9, соединена с камерой измерит. электрода электролитич. каналом. Достоинства амперометрич. газоанализаторов-высокая чувствительность и избирательность.

Кроме рассмотренной выше конструкции электрохим. ячейки барботажного типа (с непосредств. продуванием смеси через электролит) широкое применение находят ячейки с т. наз. газодиффузионными электродами, где газ отделен от электролита пористой газопроницаемой полимерной мембраной. Со стороны, контактирующей с электролитом, на мембрану наносят мелкодисперсный электродный материал (Pt, Pd, Au). Такие системы отличаются более высокой чувствительностью и стабильностью характеристик.

В основе кулонометрических газоанализаторов компенсац. типа лежит метод кулонометрич. титрования, к-рый заключается в электрохим. получении (генерировании) реагента-титранта, способного быстро взаимод. с определяемым компонентом газовой смеси, растворенным в электролите. Этот газоанализатор включает цепи генерирования и индикации. Электрохим. ячейка содержит соотв. две пары электродев - катод и анод, на к-рых идет электролиз и генерируется титрант, а также индикаторный электрод и электрод сравнения. Ток электролиза автоматически поддерживается постоянным. После того как все контролируемое в-во полностью прореагирует с электрогенерированным титрантом, окислит.-восстановит. потенциал системы резко изменяется, что обнаруживается по скачку потенциала индикаторного электрода. Кол-во электричества, прошедшее через ячейку до завершения р-ции, эквивалентно концентрации определяемого компонента.

Ионизационные газоанализаторы. Их действие основано на зависимости электрич. проводимости ионизов. газов от их состава. Появление в газе примесей оказывает дополнит. воздействие на процесс образования ионов или на их подвижность и, следовательно, рекомбинацию. Возникающее при этом изменение проводимости пропорционально содержанию примесей.

Все ионизац. газоанализаторы содержат проточную ионизац. камеру (как на рис. 13), на электроды к-рой налагают определенную разность потенциалов. Эти приборы широко применяют для контроля микропримесей в воздухе, а также в кач-ве детекторов в газовых хроматографах. Ниже рассмотрены Наиб. распространенные типы ионизац. газоанализаторов, используемые без предварительного хроматографич. разделения пробы.

К радиоизотопным газоанализаторам, в к-рых ионизацию газов осуществляют радиоактивным излучением, относятся приборы на основе сечения ионизации, электронно-захватные и аэрозольно-ионизационные. В первых используют разницу в сечениях (вероятности) ионизации компонентов смеси. Ионизацию осуществляют обычноизлучением 90Sr, 3H, 63Ni, 147Pm. Эти Газоанализаторы не избирательны, их применяют для анализа смесей H2-N2, N2-CO2, Н2 - этилен, Н2-СН4, H2-CH3SiCl3, H2-BC13 и т.п.; диапазон измерения 0,01-100%; время установления показаний - до 0,1 с.

Действие электронно-захватных газоанализаторов основано на способности молекул ряда в-в (О2, Н2О, галогены, галогенсодержащие орг. соед., ароматич. углеводороды, спирты, карбонильные соед. и др.) захватывать своб. электроны, возникающие при ионизации газов, и превращаться при этом в ионы. Последние имеют меньшую подвижность, чем электроны, в результате чего ионизац. ток падает пропорционально концентрации в-ва. Электронно-захватные газоанализаторы применяют для контроля примесей (в частности, галогенов при их концентрации 10-3-104%) в чистых газах и воздухе. При определении примесей в воздухе на входе в газоанализаторы обычно помещают полимерные мембраны, задерживающие О2.

В основе действия аэрозольно-ионизационных газоанализаторов лежит зависимость ионизац. тока от концентрации аэрозольных частиц, образующихся после предварительного избират. перевода определяемого компонента смеси в аэрозоль. Этот перевод осуществляют обычно хим. р-цией с соответствующим реагентом или фотохим. р-цией в газовой фазе, пиролизом исследуемого в-ва, а также сочетанием пиролиза с послед. хим. р-цией с реагентом. Напр., при определении NH3 в кач-ве реагента можно использовать пары соляной к-ты; в результате образуется аэрозоль NH4C1. Размер аэрозольных частиц 10-7-10-4 см. Концентрации анализируемых компонентов 10-5-10-3%. Аэрозольно-иониза-ционный газоанализатор используют, в частности, для определения микропримесей NH3, аминов, НС1, HF, NO2, паров HNO3, карбонилов Ni и Со, фосгена и ряда др. соед. в воздухе пром. помещений.

В пламенно-ионизационных газоанализаторах анализируемые орг. соед. ионизуют в водородном пламени. Эффективность ионизации пропорциональна числу атомов С, поступающих в пламя в единицу времени, но зависит также от наличия в молекуле в-ва атомов др. элементов. Схема такого прибора представлена на рис. 14. Горелка служит одним из электродов ионизац. камеры. Второй электрод ("коллекторный") - тонкостенный цилиндр или кольцо. Эти газоанализаторы используют для определения орг. в-в в воздухе и технол. газах. При совместном присутствии ряда орг. компонентов находят либо их сумму, либо концентрацию компонентов со значительно большей эффективностью ионизации. С помощью пламенно-ионизационных газоанализаторов контролируют изменения суммарного содержания углеводородов в атмосфере и токсичные примеси в воздухе пром. помещений, чистоту выхлопных газов автомобилей, утечки газов из трубопроводов и подземных коммуникаций. Диапазон измеряемых концентраций 10-5-1%. Имеется непосредств. взаимосвязь между эффективностью ионизации орг. газов и паров и степенью взрывоопасности их смесей с воздухом. Это позволяет контролировать довзрывные концентрации орг. в-в в пром. помещениях, шахтах, туннелях.

В поверхностно-ионизационных газоанализаторах образуются положит. ионы при адсорбции газов на нагретых пов-стях металлов или их оксидов. Ионизоваться могут компоненты с достаточно низкими потенциалами ионизации, сравнимыми по величине с работой выхода электронов из нагретой пов-сти (эмиттера). Обычно ионизуются не контролируемые компоненты смеси, а продукты их р-ций на каталитически активной пов-сти. В кач-ве эмиттеров применяют, напр., нагреваемые током спирали из Pt, оксидов Мо или W. Нагретый эмиттер одновременно служит одним из электродов ионизац. камеры. Второй ("коллекторный") электрод выполняют в виде наружного цилиндра. Т-ру нагрева эмиттера изменяют от 350 до 850 °С. С помощью таких газоанализаторов определяют фенол, уксусную и муравьиную к-ты, а также (с высокой избирательностью) азотсодержащие орг. соед., в частности анилин, амины, гидразины. Созданы приборы для контроля ряда аминов (диэтиламин, триэтиламин и др.) в воздухе пром. помещений. Диапазон измеряемых концентраций 10-5-10-2%.

В т. наз. "галогенных" газоанализаторах на пов-сти платины, нагретой до 800-850 °С, ионизуются щелочные металлы (обычно Na и К), добавляемые в виде солей в зону нагрева и ионизации. Эмиссия щелочных ионов зависит от содержания в окружающем воздухе галогенов и их соединений. Эти приборы позволяют определять галогены (С1, Вг) в воздухе пром. помещений, хладоны при контроле герметичности холодильных установок и бытовых аэрозольных баллончиков с пределами обнаружения ок. 10-4%.

В фотоионизационных газоанализаторах молекулы определяемого компонента ионизуются УФ-излучением. Это возможно, если энергия фотонов не ниже потенциала ионизации молекул. В кач-ве источников излучения используют лампы, генерирующие фотоны с энергиями 9,5, 10, 10,2, 10,9 и 11,7 эВ. Осн. компоненты воздуха (О2, N2, CO, СО2, Н2О), а также СН4 имеют потенциалы ионизации в диапазоне 12-20 эВ и такими фотонами не ионизуются. Фотоионизац. газоанализаторы применяют для контроля примесей ароматич. и непредельных углеводородов, альдегидов, кетонов, спиртов и других орг. соед. в воздухе с пределами обнаружения 10-5 -10-4%. Подбирая излучение с подходящей энергией, можно избирательно определять, напр., ароматич. соединения в присут. алканов и кислородсодержащих орг. соед., меркаптаны в присут. H2S.

Полупроводниковые газоанализаторы. Их действие основано на изменении сопротивления полупроводника (пленки или монокристалла) при воздействии анализируемого компонента смеси. В основе работы полупроводниковых окисных газоанализаторов лежит изменение проводимости чувствит. слоя (смеси оксидов металлов) при хемосорбции на его пов-сти молекул химически активных газов (рис. 15). Такие газоанализаторы применяют для определения горючих газов (в частности, Н2, СН4, пропана), а также О2, СО2 и др. Селективность анализа достигается варьированием состава чувствит. слоя и его т-ры (при помощи встроенного нагревателя). Диапазон измеряемых концентраций горючих газов 0,01-1% по объему.

В полупроводниковых газоанализаторах с кристаллическими чувствит. элементами измеряют проводимость монокристалла или более сложной полупроводниковой структуры с р-n-переходами при изменении зарядового состояния пов-сти, т.е. концентрации или распределения зарядов на ней. Напр., для определения Н2 используют чувствит. элементы в виде системы слоев металл - диэлектрик - полупроводник (канальные транзисторы), причем верх. металлич. слой получают из Pd или его сплавов. Изменение зарядового состояния пов-сти достигается изменением контактной разности потенциалов между полупроводником и Pd при растворении в последнем Н2, присутствующего в анализируемой смеси. Диапазон измеряемых концентраций Н2 в инертных газах 10-5-10-3%.

Для серийного произ-ва полупроводниковых газоанализаторов применяют совр. технологию микроэлектроники, что позволяет создавать измерит. преобразователь, включающий чувствит. элемент, систему термостатирования и усилитель электрич. сигнала в виде отдельного микромодуля.

1234

2015-08-121718.

Газовый анализатор крови: назначение и принцип действия

Подведем итоги - изображение 14 - изображение 14

Газовый анализатор — это устройство, которое предназначено для определения смесей газов. Проанализируем особенности и разновидности этих приборов, а также их основные области применения. Отдельное внимание уделим использование газоанализаторов в медицинских целях (диагностика, оценка эффективности проводимой терапии).

Классификация

В настоящее время производители предлагают газовый анализатор ручного и автоматического вида. К первой группе относят абсорбционные модели, функционирующие на основе поглощения реагентами газовой среды.

Автоматические модели — это анализаторы газового состава крови. Существует подразделение подобных моделей на три группы анализаторов:

  • химических реакций;

  • физико-химических процессов;

  • физических взаимодействий.

Первые основываются на анализе посредством химических реакций. В ассортименте предлагаются манометрические, объемные, химические аппараты. Благодаря мобильным приборам осуществляется измерение давления либо объема газовой смеси.

Анализаторы отработавших газов бензиновых и газобензиновых двигателей (газоанализаторы) - фотография 15 - изображение 15

Предназначение

Газовый анализатор (химического типа) является одной из многочисленных конструкций аналогичных приборов, которые используются в разнообразных отраслях народного хозяйства. Подобные устройства помогают осуществлять контроль состояния окружающей среды.

Вторая группа устройств также поддерживает физическую методологию, но дополняется физико-химическим процессом. Среди них выделяют:

  • хроматографию;

  • фотоионизацию;

  • фотоколориметрию;

  • термическую химию;

  • электрохимию.

В зависимости от конкретного процесса, можно рассчитывать на получение различных результатов. К примеру, газовый анализатор электрохимией позволяет определять концентрацию газов, используя его электрическую проводимость. Степень концентрации горючих газов можно определить, базируясь на тепловой отдаче каталитических окислительных взаимодействий.

К примеру, газовый анализатор бытовой серии «Колион» поддерживает технологию фотоионизационного анализа. Это переносная конструкция, которая удобна в использовании, дает качественные результаты.

Третья группа приборов строится на физической методике - она представлена оптическими, магнитными, денсиметрическими устройствами. К ней относятся термокондуктометрические приборы, при помощи которых можно получить определенный результат, проводя измерения теплопроводности веществ.

Газоанализаторы - что это такое и зачем они нужны - фотография 16 - изображение 16

Что показывает прибор

Газовый анализатор крови применяют для оценки состояния здоровья пациента. Такое диагностическое мероприятие позволяет врачу своевременно выявить определенные патологии, которые связаны с нарушением деятельности мочеотделительной, сердечно-сосудистой, дыхательной системы.

Как работает газовый анализатор крови? Для чего нужен этот прибор? Анализ крови является самым популярным диагностическим методом, позволяющим определять разнообразные патологические состояния внутри человеческого организма. Помимо мочевины, белка, билирубина, также определяют содержание газов в крови. Врачу важно знать количественное содержание углекислого газа и кислорода, поскольку именно от этих газов зависит способность организма нормально дышать.

Газовый анализатор крови в блоке интенсивной терапии — важное звено. Проводится исследование в условиях стационара. Результаты позволяют доктору ставить точный диагноз, анализировать эффективность терапии.

газоанализаторы - фотография 17 - изображение 17

Парциальное давление

В рамках анализа на газовый состав артериальной крови врача интересует больше парциальное давление газов, чем их объемный показатель. Это давление, при достижении которого начинается растворение газов в крови. К примеру, при его достижении в организме начинает полноценно работать кислород. Если показатель давления отклонен от нормального показателя, это является показателем наличия различных болезней.

Общий анализ крови

На базе полученных данных, воспользовавшись специальной формулой, осуществляется расчет процента насыщенности кислородом и иными газами крови. В рамках подобного исследования, доктора интересуют конкретные показатели:

  • процентное содержание в крови кислорода (нормальный показатель 10,5-14,5 %);

  • содержание углекислого газа (44,5-52,5 %);

  • парциальное давление кислорода (80-110 мм рт. ст.);

  • парциальное давление углекислого газа (35-45 мм рт. ст.);

  • процент насыщения крови кислородом (94-100 %).

Газоанализатор - это... Газоанализатор: виды, отзывы, цены - изображение 18 - изображение 18

Проведение забора

Как функционирует анализатор кислотно-щелочного и газового состава крови? Проводят анализ при нормальной температуре тела - порядка 36,6 градусов. Чтобы получить точный результат, проба не должна иметь воздушных пузырьков. В противном случае возможен газообмен с окружающей средой. Проба аккуратно перемешивается, не допуская оседания эритроцитов. В противном случае по гемоглобину в анализе крови могут быть серьезные отклонения.

Устройство газоанализатора - фотография 19 - изображение 19

Смесь с гепарином

Поскольку водородный показатель гепарина стремится к 7, в случае неправильного соотношения его с пробой, кислотность ее моет оказаться ложной. Именно поэтому применяют специальные шприцы с сухим гепарином, сбалансированным электростатически. Выполняется на газовый состав анализ артериальной крови в течение 15 минут после забора крови. При необходимости более длительной транспортировки, проба охлаждается в ледяной бане.

Калибровка анализатора

Взятие пробы должно полностью соответствовать калибровке прибора, учитывая возраст пациента. У здорового человека водородный показатель составляет диапазон 7,35-7,45. При более низких значениях врач констатирует избыточное процентное содержание в крови углекислого газа. Если рН больше нормы, следовательно, накапливаются в крови бикарбонаты.

Термохимические модели - фотография 20 - изображение 20

Важные моменты

Устройство и принцип работы любого газоанализатора дают возможность проводить анализ многокомпонентных смесей, определяя уровень конкретного компонента, который есть в смеси.

В зависимости от технологических и конструктивных деталей, выделяют функциональные возможности приборов. Чаще всего применяют устройства, которые имеют электрохимические и оптические конструкции. Привлекательность их обусловлена возможностью сохранять результаты многокомпонентного анализа в памяти прибора.

Оптические анализаторы газовой смеси, которые характеризуются повышенной точностью измерений, незаменимы для промышленных сфер (проведение постоянного контроля выбросов с целью анализа экологической ситуации). Газоанализаторы нужны также и в бытовых целях. При подборе прибора профессионалы рекомендуют сначала определиться с той целью, для которой он приобретается, и только после этого переходить к подбору. Чем меньшее количество деталей предлагается в комплектации, тем меньше будет стоимость изделия.

Магнитные устройства - изображение 21 - изображение 21

Подведем итоги

Газоанализаторы различных моделей незаменимы в современной медицине. Новые модели легко размещаются в руке - они мобильны (можно провести анализ вне условий стационара). Среди отличительных характеристик можно отметить высокую точность анализа, быстроту его проведения, продолжительный эксплуатационный срок службы, длительность хранения при обычных условиях (2 месяца) картриджа.

Во многих моделях предполагается сенсорный цветной экран, достаточно внушительный объем памяти. Даже при отсутствии специальной лаборатории, можно в любое время провести анализ крови, не применяя расходных дополнительных материалов: электродов, баллонов с газом, мембран (нужен только картридж). Вооружившись таким прибором, можно определить рН крови, содержание катионов кальция, натрия, калия, процентное содержание кислорода, углекислого газа. Продолжительность проведения анализа — 165 с.

К примеру, портативный экспресс прибор для выявления в крови газов, гематокрита, электролитов, метаболитов EPOC (Epocal Inc.) необходим для быстрой и качественной диагностики в критических ситуациях. Он мобилен благодаря применению канадскими инженерами технологии SmartCard (установлена карта со специальным чипом биосенсеров). Полученную информацию можно передавать по Wi-Fi и Bluetooth.

Подобный газоанализатор предполагает применение одноразовых измерительных карт, в которых есть чип биосенсоров, калибровочные растворы. Информация сделана в виде штрих-кода. Электрохимические сигналы считываются измерительной системой прибора. Благодаря этому можно проводить анализы в любом температурном режиме, в требуемом месте. Измерение проводится по тем же параметрам, что и исследования в рамках клинической стационарной лаборатории.

Все эти достоинства прибора (при его вполне приемлемой стоимости) уже оценили по достоинству не только медицинские работники, но и сами пациенты.

Анализаторы отработавших газов бензиновых и газобензиновых двигателей (газоанализаторы)

Пневматические модели - фото 22 - изображение 22

Содержание токсичных компонентов в отработавших газах бензиновых двигателей в настоящее время определяется с помощью газоанализаторов, работающих на основе использования инфракрасного излучения. В таких газоанализаторах анализ содержания оксида, диоксида углерода и углеводородов производится с помощью недисперсионных инфракрасных лучей. Физический смысл процесса заключается в том, что эти газы поглощают инфракрасные лучи с определенной длиной волны. Так, например, оксид углерода поглощает инфракрасные лучи с длиной волны 4,7 мкм, углеводороды — 3,4, а диоксид углерода — 4,25 мкм. Следовательно, с помощью детектора, чувствительного к инфракрасным лучам с определенной длиной волны, можно определить степень их поглощения при прохождении анализируемой пробы, в результате чего можно установить концентрации того или иного компонента. Схема газоанализатора, работающего по принципу инфракрасного излучения, показана на рисунке.

Отработавшие газы с помощью мембранного насоса через газоотборный зонд, отделитель конденсата и фильтры закачиваются в измерительную камеру. Сравнительная камера при этом заполнена инертным газом и закрыта. Источниками инфракрасного

Инфракрасные модели - фотография 23 - изображение 23

Рис. Схема газоанализатора: 1 — газоотборный зонд; 2 — отделитель конденсата; 3 — фильтр тонкой очистки; 4 — защитный фильтр; 5 — мембранный насос; 6 — источники инфракрасного излучения; 7 — синхронный электродвигатель; 8 — вращающийся диск обтюратора; 9 — сравнительная камера; 10 — лучеприемник инфракрасного излучения; 11 — усилитель; 12 — мембранный конденсатор; 13 — измерительная камера; 14 — индикаторные приборы

излучения являются нихромные нагреватели, которые нагреваются до температуры около 700 °С. Отражаясь от параболических зеркал, поток инфракрасного излучения, периодически прерываемый обтюратором, приводимым во вращение от синхронного электродвигателя, проходит через измерительную и сравнительную камеры. (Обтюратор необходим для обеспечения ритмичного прерывания инфракрасного излучения.) В измерительной камере происходит поглощение инфракрасного излучения определенного компонента отработавших газов в зависимости от его концентрации. В сравнительной же камере этого не происходит, и возникает разница температур и давлений в обеих камерах. Вследствие этого изменяется емкость мембранного конденсатора 12, расположенного между камерами лучеприемника. Сигнал с конденсатора подается на усилитель 11 и далее на регистрирующий прибор.

По такому принципу работают газоанализаторы типа ГИАМ 27-01, ЕТТ фирмы «Бош» и др.

В более поздних конструкциях газоанализаторов, например АВГ-4, применяется метод измерения, частично отличающийся от рассмотренного выше. Анализируемый газ после очистки проходит через измерительную проточную кювету, где определяемые компоненты, взаимодействуя с излучением, вызывают его поглощение в соответствующих спектральных диапазонах (3,4; 3,9; 4,25 и 4,7 мкм). Инфракрасное излучение аналитических областей спектра определяемых компонентов, подаваемое излучателем, прерывается вращающимся диском обтюратора. Поток излучения характерных областей спектра выделяется приемниками излучения с интерференционными фильтрами и преобразуется в электрические сигналы, пропорциональные концентрации анализируемых компонентов.

Как пользоваться прибором? - фотография 24 - изображение 24

Рис. Схема оптическая газоанализатора АВГ-4 (Россия): 1 — излучатель; 2 — кювета; 3 — обтюратор; 4 — приемники излучения с интерференционными фильтрами

Вместо четырех приемников может устанавливаться один (газоанализатор «Автотест»). Интерференционные фильтры в такой конструкции устанавливаются в самом обтюраторе. Инфракрасное излучение аналитических областей спектра определяемых компонентов, подаваемое от источника излучения и проходящее через линзу, поочередно выделяется соответствующими интерференционными фильтрами, установленными на вращающемся диске обтюратора. Этот диск вращается с шагом (углом поворота), равным каждому смонтированному в нем интерференционному фильтру. Кроме того, во вращающемся диске смонтирован «сравнительный» фильтр, которым ни один компонент отработавших газов не поглощается.

Поверка устройства - фото 25 - изображение 25

Рис. Функциональная схема газоанализатора «Автотест» (Россия): 1 — фотоприемник; 2 — проточная кювета; 3 — интерференционные фильтры; 4 — линза; 5 — источник излучения

В зависимости от концентрации определенного газа (углеводородов, диоксида и оксида углерода) на выходе пироэлектрического приемника формируются последовательные электрические импульсы, пропорциональные концентрации газа. Амплитуда сигналов дает информацию о концентрации определяемых компонентов отработавших газов. Анализ этих компонентов производится в режиме разделения (по очереди). Чем больше концентрация компонента в отработавших газах, тем меньше интенсивность излучения, принятая фотоприемником. Эта информация преобразуется и проходит статистическую обработку в микропроцессоре, а затем поступает на блок отображения информации.

Для исключения дополнительной погрешности от изменения температуры окружающего воздуха и анализируемого газа фотоприемник и кювета защищены теплоизоляционными оболочками и термостатируются системами стабилизации.

В современных многокомпонентных газоанализаторах типа «Автотест», «Инфакар М-1т.01UPEx» (Россия), MGT 5 фирмы МАХА (Германия) кроме измерения содержания оксида (ТО) и диоксида углерода (ТО2), углеводородов может определяться содержание кислорода (О2) и оксидов азота (NO), а также коэффициент избытка воздуха X. Однако молекулы газа с одинаковым количеством атомов не вызывают абсорбцию в инфракрасном диапазоне спектра, поэтому для измерения их концентрации метод инфракрасного излучения неприемлем.

Определение содержания NОж в газоанализаторах осуществляется химическим датчиком, посылающим электрический сигнал, который пропорционален содержанию измеряемых компонентов. Концентрация кислорода определяется электрохимическим методом. В датчике кислорода имеются измерительный и сравнительный электроды, находящиеся в электролите и отделенные от анализируемого газа полимерной мембраной. На измерительном электроде кислород, продиффундировавший через мембрану, электрохимически восстанавливается, и во внешней цепи возникает электрический ток, сила которого пропорциональна парциальному давлению кислорода в газе над мембраной.

Общая схема многокомпонентного газоанализатора показана на рисунке:

Отзывы о газоанализаторах - изображение 26 - изображение 26

Рис. Схема многокомпонентного газоанализатора: 1 — зонд отбора проб отработавших газов; 2 — фильтры; 3 — отделитель конденсата; 4 — вход воздуха; 5 — фильтр с активированным углем; 6 — электромагнитный клапан; 7 — мембранный насос газа; 8 — мембранный насос конденсата; 9 — датчик давления; 10 — газоанализатор GA1 (измерительные камеры СО2, СО); 11 — газоанализатор GA2 (измерительная камера СН); 12 — датчик атмосферного давления; 13 — электрохимический датчик О2; 14 — химический датчик NО; 15 — выход газа; 16 — выход для слива конденсата

Измеряемые отработавшие газы отбираются из системы выпуска автомобиля с помощью зонда. Они закачиваются установленным в измерительном приборе мембранным насосом 7 и подаются через фильтр в отделитель конденсата. Здесь, прежде чем измеряемый газ очистится в следующем фильтре еще раз, отделяются грубые загрязнения и конденсат водяных паров. Второй мембранный насос (8) откачивает конденсат на выход для слива конденсата.

Сначала измеряемый газ проходит через газоанализатор GA1. Здесь определяется концентрация СО2 и СО. Затем газ направляется в газоанализатор GA2, который измеряет концентрацию СН. Прежде чем газ покинет измерительный прибор через выход 15, он проходит через датчики 13 и 14, которые измеряют содержание кислорода и оксида азота.

Когда происходит автоматическая установка прибора на «нуль» (так называемая «продувка»), вход измерительной камеры переключается электромагнитным клапаном 6, который установлен перед насосом, с отработавших газов на воздух.

Фильтр 5 с активированным углем защищает измерительный прибор от проникновения углеводородов, содержащихся в окружающем воздухе.

Датчик давления 9 служит для проверки плотности всего газового тракта. Второй датчик давления (12) регистрирует атмосферное давление, которое используется в расчетах.

Во многих странах нормируется коэффициент избытка воздуха X. Это безразмерная величина — отношение массы воздуха, поступающего в цилиндры двигателя при его работе, к массе воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания горючей смеси. Этот коэффициент рассчитывается микропроцессором газоанализатора.

В зависимости от комплектации анализатор может также производить:

  • определение частоты вращения коленчатого вала двигателя
  • индикацию и вывод результатов измерений в виде протокола с указанием текущей даты и времени
  • автоматическую коррекцию «нуля» при включении прибора и в дальнейшем по требованию без отключения пробозабор- ной системы от выхлопной трубы автомобиля
  • измерения при отрицательных температурах окружающей среды (до -20 °С) при наличии дополнительной системы подогрева проб измеряемого отработавшего газа

Газоанализаторы могут выдавать информацию о проверяемых параметрах как непосредственно на переднюю панель прибора, так и на экран дисплея компьютера при комплексных проверках автомобилей. При использовании газоанализаторов на станциях гостехосмотра выходные значения измеряемых компонентов выводятся на экран дисплея и автоматически заносятся в диагностическую карту.

Сколько стоит газоанализатор? - фото 27 - изображение 27

Рис. Экран дисплея с данными по составу отработавших газов бензинового двигателя

Газоанализатор может обмениваться данными с программным обеспечением диагностической линии и импортировать туда результаты измерений.

При определении концентрации токсичных компонентов отработавших газов необходимо определять частоту вращения коленчатого вала двигателя и температуру масла в его картере. В некоторых газоанализаторах, например MGT 5 фирмы МАХА, имеются разные способы считывания частоты вращения.

Заборное приспособление газоанализатора содержит гибкий зонд с зажимом для удерживания на срезе выхлопной трубы, предварительный фильтр и шланг достаточной длины для обеспечения доступа к выхлопной трубе.

В рукоятке зонда имеется заглушка, которая предназначена для закрытия зонда и применяется при периодическом контроле герметичности заборного приспособления.

Заключение - изображение 28 - изображение 28

Рис. Заборный зонд

Газоанализаторы - что это такое и зачем они нужны

Газоанализаторы что это такое и зачем они нужны - фото 29 - изображение 29

Приборы, с помощью которых производят анализ смесей газов с целью установления их качественного и количественного состава, называют газоанализаторами.

По принципу действия они могут быть разделены на три основных группы.

  1. Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов определяют изменение объёма или давления газовой смеси в результате химических реакций её отдельных компонентов.
  2. Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоколориметрические и др.). Термохимические основаны на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) газа. Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости электролита, поглотившего этот газ. Фотоколориметрические основаны на изменении цвета определённых веществ, при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси.
  3. Приборы, действие которых основано на чисто физических методах анализа (термокондуктометрические, термомагнитные, оптические и др.). Термокондуктометрические основаны на измерении теплопроводности газов. Термомагнитные газоанализаторы применяют главным образом для определения концентрации кислорода, обладающего большой магнитной восприимчивостью. Оптические газоанализаторы основаны на измерении оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовой смеси.

Газоанализаторы можно разделить на несколько типов в зависимости от выполняемых задач – это газоанализаторы горения, газоанализаторы для определения параметров рабочей зоны, газоанализаторы для контроля за технологическими процессами и выбросами, газоанализаторы для очистки и анализа воды и т.п., так же они делятся по конструктивному исполнению на портативные, переносные и стационарные, по количеству измеряемых компонентов (может быть измерение какого-то одного вещества или нескольких), по количеству каналов измерения (одноканальные и многоканальные), по функциональным возможностям (индикаторы, сигнализаторы, газоанализаторы).

Газовые анализаторы горения предназначены для наладки и контроля котлов, печей, газовых турбин, горелок и других топливосжигающих установок. Позволяют также проводить мониторинг выбросов углеводородов, оксидов углерода, азота, серы.

Газоанализаторы (газосигнализаторы, детекторы газов) для контроля параметров воздуха рабочей зоны. Отслеживают наличие опасных газов и паров в рабочей зоне, в помещении, шахтах, колодцах, коллекторах.

Газоанализаторы стационарные - предназначены для контроля состава газа при технологических измерениях и контроля выбросов в металлургии, энергетики, нефтехимии, цементной промышленности. Газоанализаторы измеряют содержание кислорода, оксиды азота и серы, фреона, водорода, метана и других веществ.

Фирмы, предлагающие газоанализаторы на российском рынке: Kane International (Великобритания),  Testo GmbH (Германия), ФГУП «Аналитприбор» (Россия), Eurotron (Италия), ООО «Дитангаз» (Россия).

220.ru – вся электрика в одном местеbest-stroy.ruВыгодные предложения для строительных организаций от «КомАвто»best-stroy.ruКрутые лазерные уровни от 830 руб. на ALIEXPRESSbest-stroy.ruЛазерные приборы для строительства и отделкиbest-stroy.ru

газоанализаторы

Принцип работы газоанализатора - фотография 30 - изображение 30

ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

приборы, измеряющие содержание (концентрацию) одного или неск. компонентов в газовых смесях (см. также газовый анализ). Каждый Г. предназначен для измерения концентрации только определенных компонентов на фоне конкретной газовой смеси в нормиров. условиях. Наряду с использованием отдельных Г. создаются системы газового контроля, объединяющие десятки таких приборов. В большинстве случаев работа Г. невозможна без ряда вспомогат. устройств, обеспечивающих создание необходимых температуры и давления, очистку газовой смеси от пыли и смол, а в ряде случаев и от некоторых мешающих измерениям компонентов и агрессивных веществ. Г. классифицируют по принципу действия на пневматические, магнитные, электрохимические, полупроводниковые и др. Ниже излагаются физ. основы и области применения Наиболее распространенных Г.

Термокондуктометрические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава. Для большинства практически важных случаев справедливо уравнение:

Принцип работы газоанализатора - изображение 31 - изображение 31

где

Принцип работы газоанализатора - изображение 32 - изображение 32

-теплопроводность смеси,

Принцип работы газоанализатора - фотография 33 - изображение 33

— теплопроводность i — того компонента, Ci — eгo концентрация, n-число компонентов.

Термокондуктометрич. Г. не обладают высокой избирательностью и используются, если контролируемый компонент по теплопроводности существенно отличается от остальных, напр. для определения концентраций H2, Не, Ar, CO2 в газовых смесях, содержащих N2, O2 и др. Диапазон измерения — от единиц до десятков процентов по объему.

Изменение состава газовой смеси приводит к изменению ее теплопроводности и, как следствие, температуры и электрич. сопротивления нагреваемого током металлич. или полупроводникового терморезистора, размещенного в камере, через которую пропускается смесь. При этом:

Принцип работы газоанализатора - фото 34 - изображение 34

где a-конструктивный параметр камеры, R1 и R2- сопротивление терморезистора в случае пропускания через него тока I при теплопроводности газовой среды соотв.

Принцип работы газоанализатора - изображение 35 - изображение 35

и

Принцип работы газоанализатора - фото 36 - изображение 36

, α-температурный коэф. электрич. сопротивления терморезистора.

Принцип работы газоанализатора - изображение 37 - изображение 37

Рис. 1. Термокондуктометрич. газоанализатор: 1 — источник стабилизиров. напряжения; 2 — вторичный прибор; R1 и R3 — рабочие терморезисторы; R2 и R4 — сравнит. терморезисторы; R0 и

Принцип работы газоанализатора - фото 38 - изображение 38

потенциометры; вход и выход анализируемой газовой смеси показаны стрелками.

На рис. 1 приведена схема, применяемая во многих Термокондуктометрич. Г. Чувствит. элементы R1 и R3 (рабочие терморезисторы) омываются анализируемой смесью; сравнит. терморезисторы R2 и R4 помещены в герметичные ячейки, заполненные сравнит. газом точно известного состава. Потенциометры R0 и

Принцип работы газоанализатора - фото 39 - изображение 39

предназначены для установки нулевых показаний и регулировки диапазона измерения. Мера концентрации определяемого компонента — электрич. ток, проходящий через

Принцип работы газоанализатора - фото 40 - изображение 40

, который измеряется вторичным (т. е. показывающим или регистрирующим) прибором. Термокондуктометрич. Г. широко применяют для контроля процессов в производстве H2SO4, NH3, HNO3, в металлургии и др.

Термохимические газоанализаторы. В этих приборах измеряют тепловой эффект хим. реакции, в которой участвует определяемый компонент. В большинстве случаев используется окисление компонента кислородом воздуха; катализаторы — марганцевомедный (гопкалит) или мелкодисперсная Pt, нанесенная на поверхность пористого носителя. Изменение температуры

Принцип работы газоанализатора - фото 41 - изображение 41

при окислении измеряют с помощью металлич. или полупроводникового терморезистора. В ряде случаев поверхность платинового терморезистора используют как катализатор. Величина

Принцип работы газоанализатора - фотография 42 - изображение 42

связана с числом молей М окислившегося компонента и тепловым эффектом

Принцип работы газоанализатора - фото 43 - изображение 43

соотношением:

Принцип работы газоанализатора - фотография 44 - изображение 44

, где kкоэф., учитывающий потери тепла, зависящие от конструкции прибора.

Схема (рис. 2) включает измерит. мост с постоянными резисторами (R1 и R4) и двумя терморезисторами, один из которых (R2) находится в атмосфере сравнит. газа, а второй (R3) омывается потоком анализируемого газа. Напряжение Uвых в диагонали моста пропорционально концентрации определяемого компонента. Для устойчивой работы Г. исключают влияние температуры среды (термостатированием или термокомпенсацией), стабилизируют напряжение, поддерживают постоянным расход газа, очищают его от примесей, отравляющих катализатор (Cl2, HCl, H2S, SO2 и др.).

Принцип работы газоанализатора - фотография 45 - изображение 45

Рис. 2. Термохим. газоанализатор: 1 — источник стабилизиров. напряжения; 2 — вторичный прибор; R1 и R4 — постоянные резисторы; R2 и R3-соотв, сравнительный и рабочий терморезисторы.

Большинство термохим. Г. используют в качестве газосигнализаторов горючих газов и паров (H2, углеводороды и др.) в воздухе при содержании 20% от их ниж. КПВ, а также при электролизе воды для определения примесей водорода в кислороде (диапазон измерения 0,02–2%) и кислорода в водороде (0,01–1%).

Магнитные газоанализаторы. Применяют для определения O2. Их действие основано на зависимости магн. восприимчивости газовой смеси от концентрации O2, объемная магн. восприимчивость которого на два порядка больше, чем у большинства остальных газов. Такие Г. позволяют избирательно определять O2 в сложных газовых смесях. Диапазон измеряемых концентраций 10−2 — 100%. Наиб. распространены магнитомех. и термомагн. Г.

В магнитомеханических Г. (рис. 3) измеряют силы, действующие в неоднородном магн. поле на помещенное в анализируемую смесь тело (обычно ротор). Сила F, выталкивающая тело из магн. поля, определяется выражением:

Принцип работы газоанализатора - фотография 46 - изображение 46

где

Принцип работы газоанализатора - фотография 47 - изображение 47

и

Принцип работы газоанализатора - фото 48 - изображение 48

-объемная магн. восприимчивость соотв. анализируемой смеси и тела, помещенного в газ, V-объем тела, H-напряженность магн. поля. Обычно мерой концентрации компонента служит вращающий момент, находимый по углу поворота ротора. Показания магнитомех. Г. определяются магн. свойствами анализируемой газовой смеси и зависят от температуры и давления, поскольку последние влияют на объемную магн. восприимчивость газа.

Более точны Г., выполненные по компенсац. схеме. В них момент вращения ротора, функционально связанный с концентрацией O2 в анализируемой смеси, уравновешивается известным моментом, для создания которого используются магнитоэлектрич. или электростатич. системы. Роторные Г. ненадежны в промышленных условиях, их сложно юстировать.

Принцип работы газоанализатора - фотография 49 - изображение 49

Рис. 3. Магнитомех. газоанализатор: 1 — ротор; 2 — полюсы магнита; 3 — растяжка; 4 — зеркальце; 5 — осветитель; 6 — шкала вторичного прибора.

Действие термомагнитных Г. основано на термомагн. конвекции газовой смеси, содержащей O2, в неоднородных магнитном и температурном полях. Часто применяют приборы с кольцевой камерой (рис. 4), которая представляет собой полое металлич. кольцо. Вдоль его диаметра установлена тонкостенная стеклянная трубка, на которую намотана платиновая спираль, нагреваемая электрич. током. Спираль состоит из двух секций — R1 и R2, первая из которых помещается между полюсами магнита. При наличии в газовой смеси O2 часть потока направляется через диаметральный канал, охлаждая первую секцию платиновой спирали и отдавая часть тепла второй. Изменение сопротивлений R1 и R2 вызывает изменение выходного напряжения U, пропорциональное содержанию O2 в анализируемой смеси.

Принцип работы газоанализатора - изображение 50 - изображение 50

Рис. 4. Термомагн. газоанализатор: 1 — кольцевая камера; 2 — стеклянная трубка; 3 — постоянный магнит; 4 — источник стабилизиров. напряжения; 5 — вторичный прибор; Rt и R2 — соотв. рабочий и сравнит. терморезисторы (секции платиновой спирали); R3 и R4 — постоянные резисторы.

Пневматические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости плотности

Принцип работы газоанализатора - фото 51 - изображение 51

и вязкости

Принцип работы газоанализатора - фотография 52 - изображение 52

газовой смеси от ее состава. Изменения плотности и вязкости определяют измеряя гидромех. параметры потока. Распространены пневматич. Г. трех типов.

Г. с дроссельными преобразователями измеряют гидравлическое сопротивление дросселя (капилляра) при пропускании через него анализируемого газа. При постоянном расходе газа перепад давления на дросселе — функция плотности (турбулентный дроссель), вязкости (ламинарный дроссель) или того и другого параметра одновременно.

Струйные Г. измеряют динамич. напор струи газа, вытекающего из сопла. Содержат два струйных элемента типа "сопло-приемный канал" (рис. 5). Для подачи анализируемого и сравнит. газов служит эжектор 2. Давление на выходе из элементов поддерживается регулятором 4. Равенство давлений газов на входе в элементы обеспечивается соединит. каналом 5 и настройкой вентиля 6. Разница динамич. давлений (напоров), воспринимаемых трубками 1б,- функция отношения

Принцип работы газоанализатора - изображение 53 - изображение 53

и мера концентрации определяемого компонента газовой смеси. Струйные Г. используют, напр., в азотной промышленности для измерения содержания H2 в азоте (диапазон измерения 0–50%), в хлорной промышленности — для определения Cl2 (0–50 и 50–100%). Время установления показаний этих Г. не превышает неск. секунд, поэтому их применяют также в газосигнализаторах довзрывных концентраций газов и паров некоторых веществ (напр., дихлорэтана, винилхлорида) в воздухе пром. помещений.

Принцип работы газоанализатора - изображение 54 - изображение 54

Рис. 5. Пневматический струйный газоанализатор: 1 — элемент "сопло-приемный канал"; 1а-сопло; 1б-приемная трубка; 2 — эжсктор; 3 — вторичный прибор; 4 — регулятор давления; 5 — соединит, канал; 6 — вентиль.

Пневмоакустические Г. содержат два свистка (рис. 6) с близкими частотами (3–5 кГц), через один из которых проходит анализируемый газ, через второй — сравнительный. Частота биений звуковых колебаний в смесителе частот зависит от плотности анализируемого газа. Биения (частота до 120 Гц) усиливаются и преобразуются в пневматич. колебания усилителем. Для получения выходного сигнала (давления) служит частотно-аналоговый преобразователь.

Принцип работы газоанализатора - фотография 55 - изображение 55

Рис. 6. Пневмоакустич. газоанализатор: 1 — свисток; 2 — смеситель частот; 3 — усилитель — преобразователь ; 4 — частотно-аналоговый преобразователь; 5 — вторичный прибор.

Пневматич. Г. не обладают высокой избирательностью. Они пригодны для анализа смесей, в которых изменяется концентрация только одного из компонентов, а соотношение между концентрациями других остается постоянным. Диапазон измерения — от единиц до десятков процентов. Пневматич. Г. не содержат электрич. элементов и поэтому могут использоваться в помещениях любой категории пожаро- и взрывоопасности. Элементы схемы, контактирующие с газами, выполнены из стекла и фторопласта, что позволяет анализировать весьма агрессивные газы (хлор-, серосодержащие и др.).

Инфракрасные газоанализаторы. Их действие основано на избйрат. поглощении молекулами газов и паров ИК-излучения в диапазоне 1–15 мкм. Это излучение поглощают все газы, молекулы которых состоят не менее чем из двух разл. атомов. Высокая специфичность молекулярных спектров поглощения разл. газов обусловливает высокую избирательность таких Г. и их широкое применение в лабораториях и промышленности. Диапазон измеряемых концентраций 10−3–100%. В дисперсионных Г. используют излучение одной длины волны, полученное с помощью монохроматоров (призмы, дифракц. решетки). В недисперсионных Г., благодаря особенностям оптич. схемы прибора (применению светофильтров, спец. приемников излучения и т. д.), используют немонохроматич. излучение. В качестве примера на рис. 7 приведена наиб. распространенная схема такого Г. Излучение от источника последовательно проходит через светофильтр и рабочую кювету, в которую подается анализируемая смесь, и попадает в спец. приемник. Если в анализируемой смеси присутствует определяемый компонент, то в зависимости от концентрации он поглощает часть излучения, и регистрируемый сигнал пропорционально изменяется. Источником излучения обычно служит нагретая спираль с широким спектром излучения, реже — ИК-лазер или светодиод, испускающие излучение в узкой области спектра. Если используется источник немонохроматич. излучения, избирательность определения достигается с помощью селективного приемника.

Принцип работы газоанализатора - изображение 56 - изображение 56

Рис. 7. Недисперсионный инфракрасный газоанализатор: 1 — источник излучения; 2 — светофильтр; 3 — модулятор; 4 и 4' — соотв. рабочая и сравнит. (внизу) кюветы; 5 — приемник излучения; 6 — усилитель; 7 — вторичный прибор.

Наиб. распространены Г. с газонаполненным оптико-акустическим приемником. Последний представляет собой герметичную камеру с окном, заполненную именно тем газом, содержание которого нужно измерить. Этот газ, поглощая из потока излучения определенную часть с характерным для данного газа набором спектральных линий, нагревается, вследствие чего давление в камере увеличивается. Посредством мех. модулятора поток излучения прерывается с определ. частотой. В результате с этой же частотой пульсирует давление газа в приемнике. Амплитуда пульсации давления — мера интенсивности поглощенного газом излучения, зависящая от того, какая часть характерного излучения поглощается тем же газом в рабочей кювете. Др. компоненты смеси излучение на этих длинах волн не поглощают. Таким образом, амплитуда пульсации давления в приемнике излучения — мера количества определяемого компонента в анализируемой смеси, проходящей через рабочую кювету. Изменение давления измеряют обычно конденсаторным микрофоном или микроанемометром (датчиком расхода газа). Заменяя газ в приемнике излучения оптико-акустич. Г., можно избирательно измерять содержание разл. компонентов смесей.

В инфракрасных Г. используют также неселективные приемники излучения — болометры, термобатареи, полупроводниковые элементы. Тогда в случае источников с широким спектром излучения избирательность определения обеспечивают применением интерференционных и газовых фильтров. Для повышения точности и стабильности измерения часть потока излучения обычно пропускают через сравнит. кювету, заполненную газом, не поглощающим регистрируемое излучение, и измеряют разность или отношение сигналов, полученных в результате прохождения излучения через рабочую и сравнит. кюветы.

Инфракрасные Г. широко используют для контроля качества продукции, анализа отходящих газов, воздуха помещений. С их помощью определяют, напр., CO, CO2, NH3, CH4 в технол. газах производства синтетич. аммиака, пары ряда растворителей в воздухе пром. помещений, оксиды азота, SO2, CO и углеводороды в выхлопных газах автомобилей и т. д.

Ультрафиолетовые газоанализаторы. Принцип их действия основан на избират. поглощении молекулами газов и паров излучения в диапазоне 200–450 нм. Избирательность определения одноатомных газов весьма велика. Двух- и многоатомные газы имеют в УФ-области сплошной спектр поглощения, что снижает избирательность их определения. Однако отсутствие УФ-спектра поглощения у N2, O2, CO2 и паров воды позволяет во многих практически важных случаях проводить достаточно селективные измерения в присутствии этих компонентов. Диапазон определяемых концентраций обычно 10−2-100% (для паров Hg ниж. граница диапазона 2,5∙10−6%).

Схема ультрафиолетового Г. аналогична схеме, приведенной на рис. 7. Имеются также приборы с двумя детекторами излучения без модулятора, в которых световые потоки не прерываются. В качестве источников излучения обычно применяют ртутные лампы низкого (

Принцип работы газоанализатора - фото 57 - изображение 57

= 253,7 нм) и высокого (спектр с большим набором линий) давлений, газоразрядные лампы с парами др. металлов (

Принцип работы газоанализатора - изображение 58 - изображение 58

=280, 310 и 360 нм), лампы накаливания с вольфрамовой нитью, водородные и дейтериевые газоразрядные лампы. Приемники излучения — фотоэлементы и фотоумножители. При использовании неселективного источника излучения избирательность измерения в большинстве приборов обеспечивают с помощью оптич. фильтров (стеклянных или интерференционных).

Ультрафиолетовые Г. применяют гл. обр. для автоматич. контроля содержания Cl2, O3, SO2, NO2, H2S, C1O2, дихлорэтана, в частности в выбросах пром. предприятий, а также для обнаружения паров Hg, реже Ni (CO)4, в воздухе пром. помещений.

Люминесцентные газоанализаторы. В хемилюминесцентных Г. измеряют интенсивность люминесценции, возбужденной благодаря хим. реакции контролируемого компонента с реагентом в твердой, жидкой или газообразной фазе. Пример — взаимод. NO с O3, используемое для определения оксидов азота:

N0 + 03 → N02+ + 02 → N02 + hv + 02

Схема хемилюминесцентного Г. с газообразным реагентом представлена на рис. 8. Анализируемая смесь и реагент через дроссели поступают в реакц. камеру. Побудитель расхода (насос) обеспечивает необходимое давление в камере. При наличии в смеси определяемого компонента излучение, сопровождающее хемилюминесцентную реакцию, через светофильтр подается на катод фотоумножителя, который расположен в непосредств. близости к реакц. камере. Электрич. сигнал с фотоумножителя, пропорциональный концентрации контролируемого компонента, после усиления поступает на вторичный прибор. При измерении слабых световых потоков, возникающих при малых концентрациях определяемого компонента, фотокатод охлаждают электрич. микрохолодильниками с целью уменьшения темнового (фонового) тока.

Принцип работы газоанализатора - изображение 59 - изображение 59

Рис. 8. Хемилюминесцентный газоанализатор: 1 — рсакц. камера; 2 — светофильтр; 3 — фотоумножитель; 4 — вторичный прибор; 5 — побудитель расхода газа; 6 — дроссели.

Для измерения содержания NO2 в приборе предусмотрен конвертер, где NO2 превращается в NO, после чего анализируемая смесь направляется в реакц. камеру. При этом выходной сигнал пропорционален суммарному содержанию NO и NO2. Если же смесь поступает, минуя конвертер, то по выходному сигналу находят концентрацию только NO. По разности этих сигналов судят о содержании NO 2 в смеси.

Высокая избирательность хемилюминесцентных Г. обусловлена специфичностью выбранной реакции, однако сопутствующие компоненты в смеси могут изменять чувствительность прибора. Такие Г. применяют для определения NO, NO2, NH3, O3 в воздухе в диапазоне 10−7-1%.

В флуоресцентных Г. измеряют интенсивность флуоресценции (длина волны

Принцип работы газоанализатора - фотография 60 - изображение 60

), возникающей при воздействии на контролируемый компонент УФ-излучения (с частотой v1). В качестве примера на рис. 9 представлена схема такого Г. для определения SO2 в воздухе. Анализируемая смесь поступает в детекторную камеру, которая отделена от импульсного источника УФ-излучения и от фотоумножителя светофильтрами 3 и 4, пропускающими излучение с длинами волн соотв.

Принцип работы газоанализатора - фото 61 - изображение 61

и

Принцип работы газоанализатора - фотография 62 - изображение 62

. Фотоумножитель, расположенный под углом 90° к источнику излучения, регистрирует импульсы флуоресценции, амплитуда которых пропорциональна концентрации определяемого компонента в камере. Электрич. сигнал с фотоумножителя после усиления и обработки поступает на вторичный прибор. Г. для определения SO2 характеризуются высокой чувствительностью и избирательностью. Они используются в автоматич. станциях контроля окружающей среды.

Принцип работы газоанализатора - фото 63 - изображение 63

Рис. 9. Флуоресцентный газоанализатор: 1 — детекторная камера; 2 — источник УФ-излучения; 3 — светофильтр возбуждающего излучения; 4 — светофильтр люминесценции; 5 — зеркало; 6 — фотоумножитель; 7 — вторичный прибор.

Для удаления паров воды, влияющих на показания люминесцентных Г., применяют спец. фильтры (типа молекулярного сита) на входе потока газа в камеру.

Фотоколориметрические газоанализаторы. Эти приборы измеряют интенсивность окраски продуктов избират. реакции между определяемым компонентом и специально подобранным реагентом. Реакцию осуществляют, как правило, в растворе (жидкостные Г.) или на твердом носителе в виде ленты, таблетки, порошка (соотв. ленточные, таблеточные, порошковые Г.).

Принцип работы газоанализатора - фотография 64 - изображение 64

Рис. 10. Жидкостной фотоколориметрич. газоанализатор: 1 — источник излучения; 2 — светофильтр; 3 и 3'-рабочая и сравнит. кюветы; 4 — абсорбер; 5 и 5'-приемники излучения; б-усилитель; 7 — вторичный прибор.

Принципиальная схема жидкостного Г. представлена на рис. 10. Излучение от источника проходит через рабочую и сравнит. кюветы и поступает на соответствующие приемники излучения. Индикаторный раствор протекает с постоянной скоростью через обе кюветы и абсорбер. Навстречу потоку раствора через абсорбер барботирует анализируемый газ. Определяемый компонент, присутствующий в газе, взаимод. с реагентом в растворе, вызывая изменение оптич. плотности в рабочей кювете, пропорциональное концентрации компонента. В результате интенсивность излучения через одну из кювет изменяется, а через другую-нет. Разность (или отношение) сигналов рабочего и сравнит. каналов — мера концентрации определяемого компонента в анализируемой смеси.

Подача раствора может быть как непрерывной, так и периодической. При периодич. подаче анализируемый газ пропускают в течение некоторого времени через одну и ту же порцию раствора, что позволяет повысить чувствительность определения. Такие Г. дают возможность измерить среднюю концентрацию определяемого компонента за заданный промежуток времени, напр. при установлении среднесменных или среднесуточных концентраций токсичных примесей в воздухе.

В ленточных Г. (рис. 11) анализируемый газ поступает в газовую камеру, через которую непрерывно или с заданной периодичностью протягивается лента с нанесенным на нее реактивом. В результате реакции с определяемым компонентом на ленте образуется цветовое пятно, интенсивность окраски которого пропорциональна концентрации компонента. Разность (или отношение) световых потоков, отраженных от окраш. и неокраш. участков ленты, — мера концентрации контролируемого компонента в смеси. Иногда используют индикаторную ленту с жидким реактивом. В этом случае реактив наносится на ленту из капельницы непосредственно перед ее контактом с газом.

Принцип работы газоанализатора - фотография 65 - изображение 65

Рис. 11. Ленточный фотоколориметрич. газоанализатор: 1 — источник излучения; 2 — индикаторная лента; 3 — светофильтр; 4 и 4'-приемники излучения; 5 — газовая камера; 6 — усилитель; 7 — вторичный прибор.

Принцип действия таблеточных и порошковых Г. такой же, как у ленточных, но эти приборы, как правило, циклич. действия. Для получения чистой поверхности перед каждым циклом измерения срезается верх. окраш. слой таблетки или заменяется порция порошка.

Время работы ленточных и таблеточных Г. без замены ленты или таблетки достигает 30 сут и более. Источники излучения в фотоколориметрич. Г. — обычно лампы накаливания и полупроводниковые светодиоды, фотоприемники — фотоумножители, фотоэлементы, фотодиоды и фототранзисторы. Эти приборы позволяют с высокой избирательностью определять разл. газообразные (парообразные) вещества в диапазоне концентраций 10−5-1%. Особенно высока чувствительность у Г. периодич. действия; их недостаток — некрое запаздывание показаний.

Фотоколориметрич. Г. применяют гл. обр. для измерения концентраций токсичных примесей (напр., оксидов азота, O2, Cl2, CS2, O3, H2S, NH3, HF, фосгена, ряда орг. соед.) в атмосфере пром. зон и в воздухе пром. помещений. При контроле загрязнений воздуха широко используют переносные приборы периодич. действия. Значит. число фотоколориметрич. Г. применяют в качестве газосигнализаторов.

Электрохимические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости между параметром электрохим. системы и составом анализируемой смеси, поступающей в эту систему.

В кондуктометрических Г. измеряется электропроводность раствора при селективном поглощении им определяемого компонента. Обычно схема прибора включает электрич. мост постоянного или переменного тока с двумя кондуктометрич. ячейками, через которые протекает электролит. В одну из ячеек электролит поступает после контакта с потоком анализируемого газа. Выходной сигнал пропорционален разности электропроводностей раствора до и после контакта с контролируемой смесью. Эта разность зависит от концентрации растворенного в электролите определяемого компонента. Изменяя расходы электролита и анализируемой смеси, можно в широких пределах изменять диапазон определяемых концентрации. Недостатки этих Г. — низкая избирательность и длительность установления показаний при измерении малых концентраций. Кондуктометрич. Г. широко применяют для определения O2, CO, SO2, H2S, NH3 и др.

Действие потенциометрических Г. основано на зависимости потенциала Е индикаторного электрода от активности а электрохимически активных ионов, образовавшихся при растворении определяемого компонента:

Принцип работы газоанализатора - изображение 66 - изображение 66

где E°-стандартный электродный потенциал, R- универсальная газовая постоянная, Т — абс. температура, F- число Фарадея, n-число электронов, участвующих в электрохим. реакции. Измеряемое значение Е пропорционально концентрации контролируемого компонента, растворенного в электролите. Эти Г. применяют для определения CO2, H2S, HF, NH3, SO2 и др.

Большое распространение получили потенциометрич. Г. с твердым электролитом для измерения содержания O2. Керамич. пластина на основе CaO и ZrO2 при высокой температуре начинает проводить ионы кислорода, т. е. ведет себя как электролит. На поверхность такой пластины с обеих сторон наносят тонкие слои пористой платины (платиновые электроды). С одной стороны пластины подают анализируемую газовую смесь, с другой — сравнительный газ. Разность потенциалов между электродами — мера содержания O2. Термостат поддерживает температуру электрохим. ячейки в нужном диапазоне. С помощью таких Г. определяют O2 в широком диапазоне концентраций (10−4-100% по объему). Присутствие углеводородов в анализируемой смеси приводит к искажению результатов из-за их окисления при высокой температуре.

Действие амперометрических Г. основано на зависимости между электрич. током и количеством определяемого компонента, прореагировавшим на индикаторном электроде. Если контролируемый компонент полностью вступает в электрохим. реакцию, то выполняется закон Фарадея: I = = nFQC, где I-ток, Q- расход газа, С-концентрация определяемого компонента, F-число Фарадея, n-число электронов, участвующих в реакции.

Электрохим. превращение данного компонента газовой смеси со 100%-ным выходом по току (т. е. отсутствие побочных электродных реакций) обеспечивается выбором индикаторного электрода и его потенциала. Необходимое постоянное значение разности потенциалов поддерживается благодаря тому, что сравнит. и индикаторный электроды выполняют из двух разных специально подобранных металлов, напр. из Au и Zn, Au и Pb, Ni и Cd (ячейки гальванич. типа). Разность потенциалов можно стабилизировать и посредством электронной системы с использованием третьего вспомогат. электрода (ячейки потенциостатич. типа).

Принцип работы газоанализатора - изображение 67 - изображение 67

Рис. 12. Амперометрич. газоанализатор: 1 — электрохим. ячейка; 2 — вспомогат. электрод; 3 — измерит, электрод; 4 — потенциостат; 5 — электрод сравнения; 6 — усилитель; 7 — вторичный прибор; 8 — побудитель расхода газа; 9 — камера с запасным электролитом.

Амперометрич. Г. применяют для определения газов, обладающих окислительно-восстановит. свойствами, напр. SO2, NO2, H2S, O2, Cl2, O3. В Г. для измерения содержания SO2 в воздухе (рис. 12) анализируемый газ поступает на измерит. электрод 3 электрохим. ячейки и по газовому каналу — в камеру с запасным электролитом 9, в который помещен электрод сравнения 5. Вспомогат. электрод 2 расположен в отдельной камере, которая, как и камера 9, соединена с камерой измерит. электрода электролитич. каналом. Достоинства амперометрич. Г. — высокая чувствительность и избирательность.

Кроме рассмотренной выше конструкции электрохим. ячейки барботажного типа (с непосредств. продуванием смеси через электролит) широкое применение находят ячейки с т. наз. газодиффузионными электродами, где газ отделен от электролита пористой газопроницаемой полимерной мембраной. Со стороны, контактирующей с электролитом, на мембрану наносят мелкодисперсный электродный материал (Pt, Pd, Au). Такие системы отличаются более высокой чувствительностью и стабильностью характеристик.

В основе кулонометрических Г. компенсац. типа лежит метод кулонометрич. титрования, который заключается в электрохим. получении (генерировании) реагента-титранта, способного быстро взаимод. с определяемым компонентом газовой смеси, растворенным в электролите. Этот Г. включает цепи генерирования и индикации. Электрохим. ячейка содержит соотв. две пары электродев — катод и анод, на которых идет электролиз и генерируется титрант, а также индикаторный электрод и электрод сравнения. Ток электролиза автоматически поддерживается постоянным. После того как все контролируемое вещество полностью прореагирует с электрогенерированным титрантом, окислительно-восстановит. потенциал системы резко изменяется, что обнаруживается по скачку потенциала индикаторного электрода. Количество электричества, прошедшее через ячейку до завершения реакции, эквивалентно концентрации определяемого компонента.

Ионизационные газоанализаторы. Их действие основано на зависимости электрич. проводимости ионизов. газов от их состава. Появление в газе примесей оказывает дополнит. воздействие на процесс образования ионов или на их подвижность и, следовательно, рекомбинацию. Возникающее при этом изменение проводимости пропорционально содержанию примесей.

Все ионизац. Г. содержат проточную ионизац. камеру (как на рис. 13), на электроды которой налагают определенную разность потенциалов. Эти приборы широко применяют для контроля микропримесей в воздухе, а также в качестве детекторов в газовых хроматографах. Ниже рассмотрены Наиболее распространенные типы ионизац. Г., используемые без предварительного хроматографич. разделения пробы.

Принцип работы газоанализатора - фото 68 - изображение 68

Рис. 13. Радиоизотопный ионизац. газоанализатор: 1 — ионизац. камера; 2 — источник ионизации; 3 — электроды; 4 — источник напряжения; 5 — усилитель; 6 — вторичный прибор.

К радиоизотопным Г. (рис. 13), в которых ионизацию газов осуществляют радиоактивным излучением, относятся приборы на основе сечения ионизации, электронно-захватные и аэрозольно-ионизационные. В первых используют разницу в сечениях (вероятности) ионизации компонентов смеси. Ионизацию осуществляют обычно

Принцип работы газоанализатора - фотография 69 - изображение 69

излучением 90Sr, 3H, 63Ni, 147Pm. Эти Г. не избирательны, их применяют для анализа смесей H2-N2, N2-CO2, H2 — этилен, H2-CH4, H2-CH3SiCl3, H2-BC13 и т. п.; диапазон измерения 0,01–100%; время установления показаний — до 0,1 с.

Действие электронно-захватных Г. основано на способности молекул ряда веществ (O2, H2O, галогены, галогенсодержащие орг. соед., ароматические углеводороды, спирты, карбонильные соед. и др.) захватывать своб. электроны, возникающие при ионизации газов, и превращаться при этом в ионы. Последние имеют меньшую подвижность, чем электроны, в результате чего ионизац. ток падает пропорционально концентрации вещества. Электронно-захватные Г. применяют для контроля примесей (в частности, галогенов при их концентрации 10−3–104%) в чистых газах и воздухе. При определении примесей в воздухе на входе в Г. обычно помещают полимерные мембраны, задерживающие O2.

В основе действия аэрозольно-ионизационных Г. лежит зависимость ионизац. тока от концентрации аэрозольных частиц, образующихся после предварительного избират. перевода определяемого компонента смеси в аэрозоль. Этот перевод осуществляют обычно хим. реакцией с соответствующим реагентом или фотохим. реакцией в газовой фазе, пиролизом исследуемого вещества, а также сочетанием пиролиза с послед. хим. реакцией с реагентом. Например, при определении NH3 в качестве реагента можно использовать пары соляной кислоты; в результате образуется аэрозоль NH4C1. Размер аэрозольных частиц 10−7–10−4 см. Концентрации анализируемых компонентов 10−5–10−3%. Аэрозольно-ионизационный Г. используют, в частности, для определения микропримесей NH3, аминов, HCl, HF, NO2, паров HNO3, карбонилов Ni и Со, фосгена и ряда др. соед. в воздухе пром. помещений.

В пламенно-ионизационных Г. анализируемые орг. соед. ионизуют в водородном пламени. Эффективность ионизации пропорциональна числу атомов С, поступающих в пламя в единицу времени, но зависит также от наличия в молекуле вещества атомов др. элементов. Схема такого прибора представлена на рис. 14. Горелка служит одним из электродов ионизац. камеры. Второй электрод ("коллекторный") — тонкостенный цилиндр или кольцо. Эти Г. используют для определения орг. веществ в воздухе и технол. газах. При совместном присутствии ряда орг. компонентов находят либо их сумму, либо концентрацию компонентов со значительно большей эффективностью ионизации. С помощью пламенно-ионизационных Г. контролируют изменения суммарного содержания углеводородов в атмосфере и токсичные примеси в воздухе пром. помещений, чистоту выхлопных газов автомобилей, утечки газов из трубопроводов и подземных коммуникаций. Диапазон измеряемых концентраций 10−5-1%. Имеется непосредств. взаимосвязь между эффективностью ионизации орг. газов и паров и степенью взрывоопасности их смесей с воздухом. Это позволяет контролировать довзрывные концентрации орг. веществ в пром. помещениях, шахтах, туннелях.

Принцип работы газоанализатора - фотография 70 - изображение 70

Рис. 14. Пламенно-ионизац. газоанализатор: 1 — ионизац. камера; 2 — горелка; 3 — коллекторный электрод; 4 — источник напряжения; 5 — усилитель; 6 — вторичный прибор.

В поверхностно-ионизационных Г. образуются положит. ионы при адсорбции газов на нагретых поверхностях металлов или их оксидов. Ионизоваться могут компоненты с достаточно низкими потенциалами ионизации, сравнимыми по величине с работой выхода электронов из нагретой поверхности (эмиттера). Обычно ионизуются не контролируемые компоненты смеси, а продукты их реакций на каталитически активной поверхности. В качестве эмиттеров применяют, напр., нагреваемые током спирали из Pt, оксидов Mo или W. Нагретый эмиттер одновременно служит одним из электродов ионизац. камеры. Второй ("коллекторный") электрод выполняют в виде наружного цилиндра. Температуру нагрева эмиттера изменяют от 350 до 850 °C. С помощью таких Г. определяют фенол, уксусную и муравьиную кислоты, а также (с высокой избирательностью) азотсодержащие орг. соед., в частности анилин, амины, гидразины. Созданы приборы для контроля ряда аминов (диэтиламин, триэтиламин и др.) в воздухе пром. помещений. Диапазон измеряемых концентраций 10−5–10−2%.

В т. наз. "галогенных" Г. на поверхности платины, нагретой до 800–850 °C, ионизуются щелочные металлы (обычно Na и К), добавляемые в виде солей в зону нагрева и ионизации. Эмиссия щелочных ионов зависит от содержания в окружающем воздухе галогенов и их соединений. Эти приборы позволяют определять галогены (С1, Вг) в воздухе пром. помещений, хладоны при контроле герметичности холодильных установок и бытовых аэрозольных баллончиков с пределами обнаружения ок. 10−4%.

В фотоионизационных Г. молекулы определяемого компонента ионизуются УФ-излучением. Это возможно, если энергия фотонов не ниже потенциала ионизации молекул. В качестве источников излучения используют лампы, генерирующие фотоны с энергиями 9,5, 10, 10,2, 10,9 и 11,7 эВ. Осн. компоненты воздуха (O2, N2, CO, CO2, H2O), а также CH4 имеют потенциалы ионизации в диапазоне 12–20 эВ и такими фотонами не ионизуются. Фотоионизац. Г. применяют для контроля примесей ароматич. и непредельных углеводородов, альдегидов, кетонов, спиртов и других орг. соед. в воздухе с пределами обнаружения 10−5–10−4%. Подбирая излучение с подходящей энергией, можно избирательно определять, напр., ароматич. соединения в присутствии алканов и кислородсодержащих орг. соед., меркаптаны в присутствии H2S.

Полупроводниковые газоанализаторы. Их действие основано на изменении сопротивления полупроводника (пленки или монокристалла) при воздействии анализируемого компонента смеси. В основе работы полупроводниковых окисных Г. лежит изменение проводимости чувствит. слоя (смеси оксидов металлов) при хемосорбции на его поверхности молекул химически активных газов (рис. 15). Такие Г. применяют для определения горючих газов (в частности, H2, CH4, пропана), а также O2, CO2 и др. Селективность анализа достигается варьированием состава чувствит. слоя и его температуры (при помощи встроенного нагревателя). Диапазон измеряемых концентраций горючих газов 0,01–1% по объему.

Принцип работы газоанализатора - фотография 71 - изображение 71

Рис. 15. Полупроводниковый окисный газоанализатор: 1 — подложка; 2 — контакты; 3 — чувствит. слой; 4 — нагреват. элемент; 5 — вторичный прибор; 6 — источник напряжения.

В полупроводниковых Г. с кристаллическими чувствит. элементами измеряют проводимость монокристалла или более сложной полупроводниковой структуры с р-n-переходами при изменении зарядового состояния поверхности, т. е. концентрации или распределения зарядов на ней. Например, для определения H2 используют чувствит. элементы в виде системы слоев металл — диэлектрик — полупроводник (канальные транзисторы), причем верх. металлич. слой получают из Pd или его сплавов. Изменение зарядового состояния поверхности достигается изменением контактной разности потенциалов между полупроводником и Pd при растворении в последнем H2, присутствующего в анализируемой смеси. Диапазон измеряемых концентраций H2 в инертных газах 10−5–10−3%.

Для серийного производства полупроводниковых Г. применяют совр. технологию микроэлектроники, что позволяет создавать измерит. преобразователь, включающий чувствит. элемент, систему термостатирования и усилитель электрич. сигнала в виде отдельного микромодуля.

Лит.: Павленко В. А., Газоанализаторы, М.-Л., 1965; Бражников В. В., Дифференциальные детекторы для газовой хроматографии, М., 1974; Кулаков М. В., Технологические измерения и приборы для химических производств, М., 1983.

А. М. Дробиз, В. А. Рылов, В. Ю. Рыжнев

Химическая энциклопедия

Газоанализатор - это... Газоанализатор: виды, отзывы, цены

Принцип работы газоанализатора - фото 72 - изображение 72

Анализ газовых сред является обязательным мероприятием в работе химических производств, а также на многих промышленных предприятиях. Такие исследования представляют собой процедуры по измерению того или иного компонента в газовой смеси. Например, в горнодобывающих предприятиях знание характеристик воздуха в шахте является вопросом безопасности, а экологи таким образом определяют концентрацию вредных элементов. Не так часто подобные анализы применяют в бытовых целях, но если такая задача и возникает, то лучше всего использовать газоанализатор. Это измерительное устройство, позволяющее определить состав газовой смеси. При этом есть множество разновидностей данного прибора, которые имеют принципиальные отличия.

Устройство газоанализатора

Принцип работы газоанализатора - фото 73 - изображение 73

Несмотря на множество конструкционных вариаций прибора, существует набор базовых компонентов, которые присутствуют в каждой модели. В первую очередь это корпус, в который заключены все рабочие элементы газоанализатора. Дело в том, что такие аппараты требуют высокой степени защиты, поэтому к внешней оболочке следует предъявлять серьезные требования. Практически каждый прибор требует питания энергией – соответственно, аккумулятор также можно рассматривать как обязательную часть устройства. Далее стоит перейти к более ответственному компоненту. Это первичный преобразователь, то есть датчик газоанализатора или чувствительный элемент, обеспечивающий непосредственные данные для измерения.

Надо сказать, что существует несколько видов таких сенсоров, в том числе термокаталитические, инфракрасные и электрохимические. Задача данного элемента заключается в преобразовании искомого компонента газового состава в электрический сигнал. После этого в работу вступает измерительно-показывающее устройство, которое обрабатывает данный сигнал и демонстрирует его показатели в виде индикации или отображения на дисплее. Теперь стоит рассмотреть виды существующих газоанализаторов.

Принцип работы газоанализатора - изображение 74 - изображение 74

Термохимические модели

В устройствах такого типа предусматривается принцип измерения за счет определения теплового эффекта от химической реакции с участием искомого компонента. Как правило, в процессе работы применяется техника окисления кислородом. Поэтому такой прибор можно рассматривать как газоанализатор кислорода, а функцию катализаторов выполняет гопкалит, который наносится на пористый носитель. Измерение показателей окисления осуществляется при помощи металлических или полупроводниковых терморезисторов. В некоторых случаях поверхность платиновых терморезисторов также выступает катализатором. Обычно термохимические модели применяются для работы с горючими газами и парами, а также в процессе электролиза воды. С его помощью можно определить, к примеру, содержание кислорода в водороде.

Магнитные устройства

В данном случае речь также идет о приборах, ориентированных на определение кислорода. Газоанализатор этого типа отслеживает показатели восприимчивости магнитов относительно исследуемой среды в зависимости от концентрации в ней кислорода. Казалось бы, данный компонент может определяться и другими разновидностями прибора, но есть одна особенность. Дело в том, что магнитный газоанализатор – это измеритель, который способен с более высокой точностью определять концентрацию в сложных смесях. Также следует различать магнитомеханические и термомагнитные устройства. В первом случае прибор измеряет силу, действующую в неоднородном магнитном поле на размещенный в исследуемой среде чувствительный элемент – например, ротор. Показания будут зависеть от температуры среды и давления. Принцип действия термомагнитных моделей основан на конвенции, которая возникает при взаимодействии газовой смеси с неоднородными температурным и магнитным полями.

Пневматические модели

Принцип работы газоанализатора - изображение 75 - изображение 75

Такие приборы работают на основе измерения показателей вязкости и плотности. Для этого анализируются данные гидромеханических свойств потока. Сразу надо сказать, что существует три варианта подобных устройств: дроссельные, струйные и пневмоакустические. Дроссельный газоанализатор – это устройство с преобразователем, которое измеряет гидравлическое сопротивление при пропускании через себя газовой смеси. Модели струйного типа измеряют динамические характеристики напора газовой смеси, вытекающей из сопла. Обычно устройства этого типа применяются в работе с азотными и хлористыми составами.

Пневмоакустический прибор включает свою конструкцию два свистка с приблизительно равными частотами порядка 4 кГц. Первый свисток пропускает через себя анализируемый газ, а второй – состав для сравнения. В итоге газоанализатор воздуха позволяет сопоставить частоты колебаний, преобразуя показатели в пневматические вибрации с помощью усилителя. Для обеспечения подачи сигнала используется преобразователь частотно-аналогового типа.

Инфракрасные модели

Принцип работы газоанализатора - фотография 76 - изображение 76

Принцип работы таких газоанализаторов базируется на избирательном поглощении инфракрасным излучением молекул пара и газа. Важно учитывать, что устройство предусматривает поглощение тех газовых смесей, молекулы которых содержат не менее двух разных атомов. Специфика молекулярных спектров в различных газах определяет и повышенную избирательность подобных устройств. Например, существуют обычные и дисперсионные версии преобразователя. Дисперсионный газоанализатор – это прибор, в работе которого используется излучение, вырабатываемое монохроматорами, то есть дифракционными решетками или призмами. В обычных представителях этого класса применяется немонохроматическое излучение, обеспечиваемое за счет особенностей оптических схем. Для этого используются светофильтры, специальные приемники излучения и другие компоненты. Также в инфракрасных газоанализаторах могут применяться приемники излучения неселективного типа – в частности, термобатареи, болометры и полупроводниковые компоненты.

Как пользоваться прибором?

Для пользователя прибором важно ознакомиться с дисплеем или другим устройством для вывода информации, которым снабжается аппарат. Как правило, на современных дисплеях отображается дата, а также несколько полей для данных о составе газовой смеси. Получить полные сведения о значении полей и каналов прибора позволит инструкция газоанализатора в конкретной комплектации. Собственно, управление функциями прибора также зависит от конкретной модели. Как правило, достаточно активировать устройство при нахождении в газовой среде. Далее, когда будут достигнуты пороговые показатели концентрации искомого компонента, устройство подаст сигнал. В некоторых моделях возможна и световая индикация. В этот же момент на экране прибора должны быть заполнены основные строки о химическом составе газовой смеси и свойствах определенного компонента, на который был настроен прибор.

Поверка устройства

Принцип работы газоанализатора - фото 77 - изображение 77

Как и любой измерительный прибор, газоанализатор нуждается в поверке. Эта процедура позволит оценить техническое состояние, рабочие показатели устройства, а также его соответствие метрологическим характеристикам. Чаще всего сбоям в рабочих показателях подвергаются переносные газоанализаторы, поэтому их обслуживание следует производить чаще. Итак, как проводится поверка? Процедура выполняется на специальном поверочном стенде. Начинается она с осмотра прибора, тестирования замены неисправных элементов. Далее следуют калибровочные мероприятия и выполнение необходимых настроек.

Непосредственно поверка предполагает использование прибора для оценки концентрации определенного компонента в баллоне со сжатым газом. То есть, применяются специальные смеси, при помощи которых осуществляется поверка газоанализаторов на предмет анализа конкретного компонента.

Отзывы о газоанализаторах

Принцип работы газоанализатора - фото 78 - изображение 78

Как показывает практика эксплуатации таких устройств на предприятиях, модели отечественного производителя практически не уступают по качеству импортным аналогам. Можно ориентироваться на продукцию фирм «Тесто», «Дитангаз», «Гиам» и т. д. В модельных линейках этих компаний можно встретить качественные стационарные и переносные газоанализаторы для работы с различными смесями. Однако пользователи отмечают, что слабым местом почти всех устройств этого типа является чувствительный элемент, то есть датчик. Поэтому следует заранее продумать возможность техобслуживания с заменой этого компонента.

Сколько стоит газоанализатор?

Начальный уровень представлен моделями ценой 3-5 тыс. руб. За эту сумму владелец получает устройство, снабженное цифровой индикацией и полупроводниковым датчиком. Остальные параметры, такие как чувствительность, время срабатывания и параметры зонда для специалиста вряд ли будут представлять интерес. Если нужен прибор для ответственной работы с горючими и взрывоопасными веществами, то следует ориентироваться на профессиональный газоанализатор. Цена в данном случае может составлять порядка 30-40 тыс. руб., но зато будет обеспечен качественный результат. Кроме того, за эти деньги можно рассчитывать на универсальность газоанализатора и высокую степень эргономичности.

Заключение

Принцип работы газоанализатора - фотография 79 - изображение 79

Измерительные устройства довольно широко представлены на рынке, однако приборы для работы с газом относятся к специфическому сегменту. С одной стороны, это затрудняет поиски подходящего устройства, с другой – позволяет детальнее ознакомиться с ассортиментом. Если говорить об универсальных правилах выбора, то не стоит приобретать газоанализатор, цена которого не превышает 5 тыс. руб. Такие приборы хоть и обеспечивают базовый набор опций и гарантируют определенный уровень точности, не всегда отличаются долговечностью и требуют проведения частых поверок. Также при выборе стоит учитывать возможности эксплуатации в разных условиях. Например, большинство таких устройств чувствительны не только к химическому составу газовых смесей, но и к температуре.

Газоанализаторы что это такое и зачем они нужны

Принцип работы газоанализатора - фото 80 - изображение 80

Приборы, с помощью которых производят анализ смесей газов с целью установления их качественного и количественного состава, называют газоанализаторами.

По принципу действия они могут быть разделены на три основных группы.

1. Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов определяют изменение объёма или давления газовой смеси в результате химических реакций её отдельных компонентов.

2. Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоколориметрические и др.). Термохимические основаны на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) газа. Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости электролита, поглотившего этот газ. Фотоколориметрические основаны на изменении цвета определённых веществ, при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси.

3. Приборы, действие которых основано на чисто физических методах анализа (термокондуктометрические, термомагнитные, оптические и др.). Термокондуктометрические основаны на измерении теплопроводности газов. Термомагнитные газоанализаторы применяют главным образом для определения концентрации кислорода, обладающего большой магнитной восприимчивостью. Оптические газоанализаторы основаны на измерении оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовой смеси.

Газоанализаторы можно разделить на несколько типов в зависимости от выполняемых задач – это газоанализаторы горения, газоанализаторы для определения параметров рабочей зоны, газоанализаторы для контроля за технологическими процессами и выбросами, газоанализаторы для очистки и анализа воды и т.п., так же они делятся по конструктивному исполнению на портативные, переносные и стационарные, по количеству измеряемых компонентов (может быть измерение какого-то одного вещества или нескольких), по количеству каналов измерения (одноканальные и многоканальные), по функциональным возможностям (индикаторы, сигнализаторы, газоанализаторы).

Газовые анализаторы горения предназначены для наладки и контроля котлов, печей, газовых турбин, горелок и других топливосжигающих установок. Позволяют также проводить мониторинг выбросов углеводородов, оксидов углерода, азота, серы.

Газоанализаторы (газосигнализаторы, детекторы газов) для контроля параметров воздуха рабочей зоны. Отслеживают наличие опасных газов и паров в рабочей зоне, в помещении, шахтах, колодцах, коллекторах.

Газоанализаторы стационарные - предназначены для контроля состава газа при технологических измерениях и контроля выбросов в металлургии, энергетики, нефтехимии, цементной промышленности. Газоанализаторы измеряют содержание кислорода, оксиды азота и серы, фреона, водорода, метана и других веществ.

Фирмы, предлагающие газоанализаторы на российском рынке: Kane International (Великобритания),  Testo GmbH (Германия), ФГУП «Аналитприбор» (Россия), Eurotron (Италия), ООО «Дитангаз» (Россия).

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 639)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты