Хімічні газоаналізатори
У хімічних газоаналізаторах визначення концентрації окремих компонентів газової суміші виконується методом поглинання цих компонентів хімічними реактивами. По зменшенню початкового мірного об'єму газу визначають склад даного компоненту в газовій суміші.
Для багатьох компонентів газу розроблені селективні хімічні реактиви, які поглинають (реагують) тільки аналізований компонент. Непоглинений залишок аналізованого газу надходить у газовимірювальний пристрій, де визначається зменшення об'єму, що відповідає поглиненому компоненту. Цей метод застосовується як у переносних газоаналізаторах ручної дії, називаних часто приладами Орса, так і в автоматичних.
Найбільше розповсюдження отримали переносні газоаналізатори для визначення якості спалювання палива під час пуско-налагоджувальних робіт теплових агрегатів, які використовують тверде, рідке або газоподібне паливо. При цьому аналізуються три компоненти: СО2, О2 і СО. Такі газоаналізатори застосовуються також для контролю і градуювання автоматичних газоаналізаторів на ці ж компоненти.
Схема пристрою газоаналізатора для аналізу одного компоненту з газової суміші представлена на рис.8.1.
Аналізований газ із об'єкта 1 надходить у газоаналізатор по газовому тракті 2 при відкритому вентилі 4 і закритому вентилі 5. Мірна кількість газу (50 або 100 мл) надходить у вимірювальну бюретку 6 за рахунок розрядження, створюваного опусканням зрівняльної посудини 6. Дистильована вода з посудини 6 перетікає в посудину 7, а аналізований газ цілком заповнює вимірювальну бюретку 6, після чого кран 4 закривається, а кран 5 відкривається. Піднімаючи зрівняльну посудину 7, витісняють аналізований об'єм Рисунок 8.1 - Схема хімічного газоаналізатора газу в посудину поглинання 3, заповненого селективним хімічним реактивом, що поглинає тільки один компонент із аналізованої газової суміші. Для збільшення поверхні контакту між аналізованим газом і реактивом поглинальна посудина заповнена скляними трубками. Якщо прокачати аналізований газ кілька разів через реактив, можна домогтися повного поглинання даного компоненту. Залишковий об'єм газу повертають у вимірювальну бюретку, що має градуювання в об'ємних відсотках від 0 до 100%. Рівень рідини у вимірювальній бюретці вкаже на склад аналізованого компоненту в газовій суміші. При необхідності визначити концентрацію інших компонентів, які знаходяться в газовій суміші, використовують кілька поглинальних посудин, заповнених відповідними реактивами, які вибірково поглинають аналізовані компоненти.
Недоліками методу є: неможливість вимірювання рисих концентрацій, тому що ціна розподілу вимірювальної бюретки становить 0,1 мл; періодичність дії становить 20-30 аналізів у годину; необхідність частої заміни реактивів; неможливість використання в системах автоматичного регулювання.
Теплові газоаналізатори
У теплових газоаналізаторах для визначення концентрації якого-небудь компоненту в газовій суміші використовуються його теплові властивості, такі як теплопровідність (термокондуктометричні), тепловий ефект реакції каталітичного окислювання (термохімічні) і ін.
Термокондуктометричні газоаналізатори отримали найбільше розповсюдження, робота їх заснована на різкій розбіжності коефіцієнта теплопровідності одного з компонентів у порівнянні з іншими компонентами аналізованої газової суміші. Так, наприклад, теплопровідність таких газів як Н2, СО2, £02, СН4, Не, Аг значно відрізняється від теплопровідності повітря, і якщо в повітряному середовищі є один із цих компонентів, то зміна величини теплопровідності газової суміші буде визначаться зміною складу даного аналізованого компоненту.
Аналіз багатокомпонентної газової суміші по її теплопровідності можна робити за умови, що всі компоненти газової суміші, крім того, що визначається, мають приблизно однакову теплопровідність. Якщо в газовій суміші є компоненти, які можуть впливати на теплопровідність суміші і концентрацію яких визначати не потрібно, то ці компоненти з газової суміші повинні бути вилучені перед початком аналізу. Так, наприклад, при вимірюванні концентрації СО2 у димових газах необхідно видалити такі компоненти як Н2 і £02, які знаходяться в невеликій кількості, але впливають на загальну теплопровідність.
У теплових газоаналізаторах для визначення концентрації окремих компонентів використовуються мостові схеми, у яких плечима мосту є платинові спіралі, нагріті до температури и поміщені в газові камери. Газоаналізатор складається із чотирьох газових
камер, дві з яких Rl і R3 є робочими, через які безупинно прокачується аналізований газ (рис.8.2). Дві інші герметичні газові камери Рм і R2 служать у якості порівняльних, у яких перебуває газ постійного складу. Так, наприклад, у газоаналізаторах, призначених для визначення СО2 у газовій суміші, порівняльним газом є повітря.
При прокачуванні аналізованого газу, який містить, наприклад, СО2 і концентрацію якого треба визначити, через протилежні газові камери R1 і R3 змінюється теплопровідність газового простору, розташованого між платиновим проводом і стінкою камери. Зі збільшенням концентрації СО2 у газовій суміші зменшується теплопровідність газу, погіршується теплообмін, що приводить до збільшення температури платинового проводу в камерах R1 і R3. Розбаланс мосту, що з'явився, за величиною напруги між точками «а» і «б», пропорційний величині певної складової в аналізованому газі.
Границі основної похибки, яка допускається, термокондуктометричних газоаналізаторів для визначення СО2 у газовій суміші не перевищують 2...2,5% діапазону вимірювання. Зміна показань газоаналізаторів при зміні температури навколишнього повітря від 20 до 500С не перевищує +2...2,5%
Термокондуктометричнй принцип вимірювання (вимірювання по теплопровідності) застосовується для визначення (крім СО2) таких компонентів, як Н2, £02, Аг, 02, NH3 у топкових газах і в газах при виробництві аміаку, хлору, аргону, сірчаної кислоти, а також для
визначення концентрації водню в системі водневого охолодження турбогенераторів на теплових електростанціях. Недоліками таких типів газоаналізаторів є великий час установлення показань (інерційність), що досягає 120 секунд і підвищена похибка (до 5%).
Термохімічний аналізатор працює за принципом використання теплового ефекту хімічної реакції, що протікає між обумовленим компонентом аналізованої суміші і допоміжним реагентом. Сигналом вимірювальної інформації в термохімічних аналізаторах служить температура, значення якої залежить від теплового ефекту хімічної реакції. Термохімічний принцип аналізу використовується для створення аналізаторів газів і рідин. Для створення термохімічних газоаналізаторів використовуються хімічні реакції окислювання на каталітично активній поверхні, у полум'ї і у газових потоках. Для термохімічних газоаналізаторів рідин застосовуються реакції розбавлення (розведення), нейтралізації і змішування, а також реакції з використанням специфічних реагентів.
На рис.8.3 представлена схема термохімічного газоаналізатора, у роботі якого використовується тепловий ефект реакції окислювання горючих газів на каталітично активній поверхні. У термохімічному аналізаторі (рис.8.3) аналізований газ повітряним ежектором (струминним насосом) 3 прокачується через кран 10 і камеру 1. У камері розміщені вибухоперешкоджуючі сітки 2 і 7, вимірювальний 4 і порівняльний 5 чутливі елементи. Останній закритий ковпачком 6 і служить для усунення впливу зміни навколишньої температури на сигнал газоаналізатора. Як чутливі елементи в цих газоаналізаторах використовуються платинові проводки з активованою поверхнею. Чутливі елементи в термохімічних газоаналізаторах нагріваються струмом електричного мосту 8 до температури 200...500С. При згоранні на поверхні вимірювального чутливого елемента горючого компоненту, який потрібно визначити, температура елемента збільшується, що викликає збільшення електричного опору платинового проводка, а це, у свою чергу, спричиняє розбаланс електричного мосту, вимірюваний вторинним приладом 9.
Газоаналізатор, показаний на рис.8.3 у цей час є одним з найпоширеніших у промисловості засобів аналітичної техніки з тієї причини, що він використовується як сигналізатор вибухонебезпечних концентрацій газів і пари у повітрі. Значення, які сигналізуються, 5...50% від нижньої межі вибуху для горючих газів і пари і 5...20% — для сумішей повітря-водень, час реакції 30 с.