Термокондуктометрические газоанализаторы. 
Экологический мониторинг

Одним из методов газового анализа является термокондуктометрический метод. Он основан на использовании зависимости между коэффициентом теплопроводности определяемого компонента анализируемой смеси и его концентрацией. В основе метода лежит изменение интенсивности теплообмена в системе нагретое тело — анализируемая смесь в результате изменения состава и, соответственно, теплопроводности анализируемой смеси.

Термокондуктометрические анализаторы применяют для определения Н₂, Не, С0₂, NH₃, Аг, Cl₂, НС1 в технологических смесях различного состава.

Теплопроводность — один из видов переноса теплоты от более нагретых тел к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры.

ПИП термокондуктометрического преобразователя представляет собой терморезистор, размещенный в измерительной камере, в которую подается анализируемая смесь. Терморезистор нагревается посредством проходящего через него электрического тока. При изменении состава газа меняется его теплопроводность, вследствие чего изменяется температура терморезистора и, соответственно, его электрическое сопротивление. Измерительную камеру с расположенным в ней термоэлементом также называют термокондуктометрической ячейкой.

Термокондуктометрические ПИП можно классифицировать по ряду параметров:

• • по элементной базе — на проволочные и тонкопленочные терморезисторы (среди которых можно выделить тонкопленочные мембранные);
• • по способу транспортировки пробы к терморезистору — проточные, диффузионные, иолудиффузионные;
• • по схеме включения в измерительную цепь — непосредственное подключение к источнику тока или напряжения, мостовые схемы (равновесный мост — режим постоянной температуры терморезистора, неравновесный мост — режим постоянного тока или напряжения);
• • по режиму питания — постоянное, переменное (импульсное, частотное, питание по заданному алгоритму).

Наиболее простой схемой питания является схема непосредственного подключения чувствительного элемента термокондуктометрического преобразователя к источнику постоянного тока или напряжения (рис. 8.4). Такая схема включения имеет ряд существенных недостатков, среди которых следует отметить чувствительность к паразитным помехам, зависимость от дрейфа источника питания.

Рис. 8.4. Схема непосредственного подключения ПИП к источнику постоянного тока (напряжения):

R — терморезистор; R_r — добавочное постоянное сопротивление; / — ток через ПИП;

U₄₃ — напряжение на ПИП Широкое распространение получили мостовые схемы, в которых терморезистор входит в состав моста, содержащего помимо него самого еще три постоянных сопротивления. При этом выделяют питающую и измерительную диагонали моста.

Среди мостовых схем можно выделить неуравновешенные и уравновешенные мосты.

На рис. 8.5 показан термокондуктометрический газоанализатор, который предназначен для измерения содержания водорода, гелия, аргона, диоксида углерода, диоксида серы, аммиака и других газов в технологических установках и в воздухе производственных помещений.

Рис. 8.5. Внешний вид газоанализатора.

Газоанализатор обеспечивает:

• • выдачу информации о концентрации газа на цифровой дисплей;
• • формирование выходного сигнала 4—20 мА постоянного тока, пропорционального концентрации;
• • формирование выходного сигнала 0,5 В в случае неисправности газоанализатора.

Принцип работы газоанализатора для определения водорода (рис. 8.6) основан на выделении водорода из дозы анализируемого газа с последующим определением содержания водорода в газе-носителе (азот, воздух) с помощью термокондуктометрического преобразователя. Газоанализатор работает циклически (время цикла составляет 180 с).

Рис. 8.6. Внешний вид термокондуктометрического газоанализатора.

Диапазон измерений составляет 0—2, 0—5 или 0—10% (об.), а приведенная погрешность равна 1—5%.