На чем основан принцип действия термомагнитного газоанализатора

Газоанализаторы магнитные

В основу их работы положены различные явления, связанные с взаимодействием определяемого компонента анализируемой смеси с магнитным полем.

Парамагнитными свойствами обладают кислород и окись азота, причем по абсолютному значению их магнитная восприимчивость в 100 раз и более превосходит магнитную восприимчивость остальных газов и паров. На этом основано измерение концентрации кислорода в многокомпонентной смеси. Схема термомагнитного газоанализатора приведена на рисунке 3.

Принцип действия: при расположении в неоднородном магнитном поле проводника, нагреваемого электрическим током, за счет понижения магнитной восприимчивости кислорода, вызванного нагреванием, образуется движение газовой смеси, направленной от области большей напряженности магнитного поля к области меньшей напряженности. Анализируемый газ поступает из блока подготовки газа 1 в кольцевую камеру 3. По диаметру камеры установлена тонкостенная стеклянная трубка 4 с намотанными на ней терморезисторами теплового расходомера R1 и R2. Если в анализируемой смеси отсутствует кислород, то при горизонтальном положении трубки 4 поток газа через нее отсутствует.

Когда в анализируемом газе присутствует кислород , он втягивается в магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом 2 около левого конца трубки. Затем кислород нагревается терморезистором R1 до t° выше точки Кюри (

Термомагнитные газоанализаторы предназначены для измерения концентрации кислорода в дымовых газах и воздухе.

Поверка газоанализаторов это комплексное мероприятие, проводимое в соответствии с законом «Об обеспечении единства измерения» направленное на подтверждение того, что прибор соответствует всем метрологическим характеристикам, указанным в описании анализатора.

Периодичность поверки определяется государственной метрологической службой для каждого типа прибора индивидуально. Обычно период поверки составляет один год.

Поверка может проводиться органами государственной метрологической службы и аттестованными метрологическими службами юридического лица.

· Внешний осмотр. Прибор осматривается на наличие видимых повреждений и дефектов.

· Опробование. Проводится в соответствии с инструкциями на конкретную модель анализатора с целью проверки работоспособности прибора.

· Контроль работы программного обеспечения.

· Определение ключевых показателей метрологических характеристик. Погрешности измерений, времени установки показаний и их вариации при различных концентрациях газов.

Источник

Принцип работы газоанализатора

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.

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

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).

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.

Функции газоанализатора

• 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);

• 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.

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.

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.

Типы газоанализаторов по принципу действия

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.

Источник

Лекция 6. Газоанализаторы

Классификация. Термомагнитные газоанализаторы, понятие удельной и объемной магнитной восприимчивости. Принципиальная схема. Термокондуктометрические газоанализаторы, относительная теплопроводность газов. Принцип действия.

Газоанализаторы – это измерительные устройства для измерения концентрации определенных газов в атмосфере, дымовых или других смесях. По принципу действия газоанализаторы можно разбить на восемь групп (рис. 14).

Рис. 19. Классификация газоанализаторов по принципу действия

Термомагнитные газоанализаторы предназначены для измерения концентрации кислорода в дымовых газах и воздухе. Известно, что кислород, оксид и диоксид азота (О_2, NO, NO₂) обладают парамагнитными свойствами, т. е. втягиваются магнитным полем. Остальные газы – парамагнетики. На этом различии свойств основан принцип действия газоанализатора на О₂.

Магнитные свойства газов характеризуются величиной объемной (κ) и удельной (κ₀) магнитной восприимчивостью: у парамагнетиков κ > 0 (больше нуля); у неферромагнитных газов, диамагнетиков ( κ v κH(dH/dl)dV (16)

С учетом уравнения (14):

F_v=₀∫ v κ_0·( )·H·( )dV (17)

Устройство: проточная ячейка, находящаяся в магнитном поле, с намотанными наружно проволочными сопротивлениями, включенными в измерительную схему одинарного неуравновешенного или сдвоенного уравновешенного моста (рис.20, 21).

Рис. 20. Принципиальная схема датчика термомагнитного газоанализатора с неуравновешенным мостом

R₁, R₂ – постоянные сопротивления, плечи моста; R₃, R₄ – чувствительные элементы, температура и сопротивления которых зависят от интенсивности отвода тепла; NS – постоянный магнит; R₅ – сопротивление установки нуля.

Рис. 21. Принципиальная схема термомагнитного газоанализатора кислорода

Основная допускаемая погрешность термомагнитных газоанализаторов типа МН составляет ±5%. Диапазон измерения (нормированное значение шкалы): 20…100 %.

Термокондуктометрические газоанализаторы предназначены для измерения концентрации оксида, диоксида углерода в газах. Принцип действия основан на различии теплопроводностей газов (табл.7).

Таблица 7

Значения абсолютного и относительного коэффициента теплопроводности некоторых газов (t = 0 0 C, P = 0,1 МПа)

Газ			Газ	, кВт/(м )
Азот Аммиак Водород Воздух Диоксид азота Кислород Метан	23,72 21,33 169,60 23,78 42,71 24,16 31,38	0,996 0,879 7,130 1,000 1,796 1,016 1,320	Оксид углерода Сернистый ангидрид Сероводород Углекислый газ Хлор Водяной пар (при100	22,94 8,17 12,79 14,59 7,65 23,15	0,965 0,344 0,538 0,614 0,322 0,973
Примечание. и – коэффициенты теплопроводности соответственно газа и воздуха

Рис. 22. Измерительная схема термокондуктометрического газоанализатора с одинарным неуравновешенным мостом

Чувствительными элементами анализатора являются нагреваемые терморезисторы, помещенные в рабочие камеры с проходящей газовой смесью, а два других резистора находятся в сравнительных камерах, продуваемых газом постоянного состава с известным λ, например, воздухом.

Измерительная схема анализатора – неуравновешенный одинарный или сдвоенного мост (рис. 22, 23). При появлении в газовой смеси контролируемого компонента с большим отвод тепла от терморезисторов в рабочих камерах увеличится, изменится температура, а это приведет к изменению сопротивления терморезисторов, при этом температура и сопротивление терморезисторов в сравнительных камерах останется постоянным. Нарушается равновесие измерительного моста и в измерительной диагонали появится сигнал разбаланса (токовый в схеме неуравновешенного моста и напряжения в схемах уравновешенного моста).

, (18)

где I – ток в измерительной диагонали неуравновешенного моста; k – постоянная прибора; T_н – абсолютная температура терморезистора в рабочей камере; T_н0 – абсолютная температура стенки; T_ст – абсолютная температура стенкив рабочей камере; Т_ст0 – абсолютная температура стенки в сравнительной камере.

Условиями точного измерения является:

— равенство температур стенок рабочей и сравнительной камер ( Т_ст – Т_ст0 = 0), что обеспечивается термостатированием измерительного блока;

— постояноство тока питания схемы (I₀ = const);

— постоянство скорости обдува сравнительной камеры;

— колебания температуры окружающей среды.

Рис. 23. Принципиальная схема термокондуктометрического газоанализатора на СО₂ со сдвоенным неуравновешенным мостом и компенсационным измерение выходного сигнала:

1, 3 – сопротивления чувствительных элементов, контактирующие с анализируемой смесью газов; 2,4, 5-8 – сопротивления плеч измерительного и сравнительного мостов

При этом система будет находится в равновесии и РД будет неподвижен. Кинематически РД связан с указателем отсчетного устройства.

Таблица 8

Технические характеристики газоанализатора «Протон»

Источник

Магнитные газоанализаторы

В основу их работы положены различные явления, связанные с взаимодействием определяемого компонента анализируемой смеси с магнитным полем.

Парамагнитными свойствамиобладают кислород и окись азота, причем по абсолютному значению их магнитная восприимчивость в 100 раз и более превосходит магнитную восприимчивость остальных газов и паров. На этом основано измерение концентрации кислорода в многокомпонентной смеси.

Схема термомагнитного газоанализатора приведена на рисунке 6.1.

Принцип действия:при расположении в неоднородном магнитном поле проводника, нагреваемого электрическим током, за счет понижения магнитной восприимчивости кислорода, вызванного нагреванием, образуется движение газовой смеси, направленной от области большей напряженности магнитного поля к области меньшей напряженности. Анализируемый газ поступает из блока подготовки газа 1 в кольцевую камеру 3. По диаметру камеры установлена тонкостенная стеклянная трубка 4 с намотанными на ней терморезисторами теплового расходомера R1 и R2. Если в анализируемой смеси отсутствует кислород, то при горизонтальном положении трубки 4 поток газа через нее отсутствует.

Когда в анализируемом газе присутствует кислород , он втягивается в магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом 2 около левого конца трубки. Затем кислород нагревается терморезистором R1 до t° выше точки Кюри (

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Термомагнитный газоанализатор

Термомагнитные газоанализаторы служат для определения содержания в дымовых газах О2, магнитные свойства которого отличаются от магнитных свойств других газов. В магнитном поле намагничивание О2 совпадает по направлению с этим полем, поэтому 02 является газом, обладающим положительными магнитными ( парамагнитными) свойствами. Большинство же остальных газов имеет отрицательные магнитные ( диамагнитные) свойства, так как их намагничивание противоположно направлению магнитного поля. [3]

Термомагнитные газоанализаторы предназначены для измерения содержания кислорода в газовых смесях. Принцип действия термомагнитных газоанализаторов основан на различии магнитных свойств газов, оцениваемых величиной магнитной восприимчивости, характеризующей интенсивность намагничивания газа. По своим магнитным свойствам все газы могут быть разделены на парамагнитные и диамагнитные. Парамагнитные газы в холодном состоянии способны намагничиваться и втягиваться в магнитное поле. Из парамагнитных газов кислород обладает наибольшей магнитной восприимчивостью, величина которой уменьшается с повышением температуры газа. В основе термомагнитного метода измерения концентрации кислорода в газовой смеси лежит явление термомагнитной конвекции. [4]

Термомагнитные газоанализаторы применяют только для измерения содержания кислорода в бинарных и многокомпонентных смесях. [7]

Термомагнитный газоанализатор использует снижение магнитной восприимчивости кислорода при повышении температуры. [10]

Термомагнитные газоанализаторы применяют для определения содержания кислорода в различных газовых смесях. С изменением температуры взаимодействие кислорода с магнитным полем существенно изменяется. Термомагнитные газоанализаторы основаны на зависимости парамагнитных свойств кислорода от температуры. Магнитная восприимчивость кислорода, под которой понимают отношение интенсивности намагничивания к напряженности магнитного поля, на два порядка выше других газов. [11]

Термомагнитные газоанализаторы с внешней конвекцией, в которых значительная часть тепла отводится через теплопроводность газа, имеют несколько большую температурную погрешность, чем газоанализаторы с внутренней конвекцией, снабженные твердой теплоизоляцией ЧЭ. [13]

Обычно термомагнитные газоанализаторы используются для измерения концентрации кислорода в газовых смесях, поскольку из всех газов кислород обладает наибольшей магнитной восприимчивостью. [14]

Термомагнитный газоанализатор ТМГК-5 предназначен для автоматического определения и регулирования содержания кислорода в отходящих газах цементообжигательных вращающихся печей и может быть использован для анализа содержания кислорода в других газовых смесях при условии соответствующей градуировки с учетом состава смеси. [15]

Источник