Среди используемых в настоящее время методов измерения концентраций газов в воздухе и технологических смесях метод, в основе которого лежит измерение концентрации газа по его теплопроводности, получил широкое распространение. Под теплопроводностью понимают процесс передачи количества тепла в единицу времени на единицу расстояния. За единицу теплопроводности λ принят: 1Вт/м*0К. В практике используется также: 1ккал/м*ч*0С. Теплопроводность газов практически не зависит от давления. С увеличением температуры теплопроводность газов увеличивается, что связано с увеличением количества соударений молекул газа между собой. В небольших диапазонах измерения теплопроводность газовой смеси λ обладает свойством аддитивности и зависит от концентраций компонентов, составляющих данную смесь:

Λсмеси = С1λ1+ С2λ2 + …+ Сnλn,

где: С1, С2, Сn - концентрации компонентов газовой смеси;

λ1, λ2, λn - теплопроводности компонентов.

С увеличением значений теплопроводностей компонентов газовой смеси, значение общей теплопроводности смеси имеет сложную зависимость и определяется, как правило, опытным путём.

Теплопроводности газов лежат в широком диапазоне значений, однако среди газов имеются такие, чья теплопроводность резко отличается от остальных. К таким газам относятся водород и гелий. По этой причине газоанализаторы на водород, основанный на его аномально высокой теплопроводности, получили исключительно широкое распространение. Чувствительными элементами в газоанализаторах, основанных на принципе теплопроводности, являются платиновые или платиново-иридиевые нити диаметром 0,02-0,05 мм, изготовленные в виде пружинки и закреплённые в измерительной камере. Достаточно широко используются чувствительные элементы, представляющие собой остеклованную спираль, изготовленную из платиновой проволоки длиной 2 см, диаметром 0,02 см, с сопротивлением и нагревателем. Теплоотдача от чувствительного элемента к стенкам камеры зависит от теплопроводностей газовой смеси в камере. При изменении концентрации измеряемого компонента происходит изменение теплоотдачи и изменяется температура чувствительного элемента, что в свою очередь приводит к изменению электрического сопротивления. Теплоотдача W платиновой нити за счёт теплопроводности газовой смеси выражается уравнением:

W = Aλсм(tн - tст),

где: А - тепловая константа камеры;

λсм - теплопроводность газовой смеси;

tн , tст - температуры нити стенки и камеры.

Выходное напряжение U такого чувствительного элемента в общем виде выражается соотношением:

U = KR2I2Uпитλсм - 1,

где: К - конструктивный коэффициент;

R - электрическое сопротивление чувствительного элемента в установившемся режиме;

I - величина тока, проходящего через чувствительный элемент;

Uпит - напряжение питания;

Λсм - теплопроводность газовой смеси в установившемся режиме.

В газоанализаторах обычно измерение концентрации осуществляется методом сравнения теплопроводностей исследуемой и сравнительной газовых смесей. Для этого в конструкции газоанализатора предусмотрены две газовые камеры: измерительная и сравнительная. В измерительную газовую камеру подаётся исследуемая газовая смесь, а в сравнительную газовую камеру стандартный газ. Для обеспечения нормальной работы газоанализаторы расходы газов через обе камеры должны быть одинаковыми.

Существуют и широко применяются газоанализаторы, в которых исследуемая газовая среда не прокачивается через камеры, а лишь соприкасается с чувствительными элементами. У таких газоанализаторов чувствительные элементы сравнительной камеры находятся в атмосфере стандартного газа, а камера герметично закрыта. Недостатком газоанализаторов такого типа является их чувствительность к движению воздуха. Поэтому они должны размещаться в местах, где отсутствует движение воздуха и обязаны иметь на входе в измерительную камеру сетку, обеспечивающую диффузионный заход газовой смеси.

Еще статьи по теме

Экологические проблемы Приморского края
Вопросы улучшения экологической ситуации, устойчивого развития, уменьшения потребления природных ресурсов на единицу валового продукта, роста энергоэффективности экономики сегодня сформулированы как приоритетные задачи государства. Не ...

Резервное складирование золошлаков Красноярской ТЭЦ-2
Золоотвалы являются звеном технологического цикла тепловых энергетических станций, работающих на твердом топливе, и предназначены для организованного складирования золошлаковых отходов. По своему функциональному назначению золоотвалы отно ...