авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 11 |

«HERAUSGEBER тш Ж 3. AUFLAGE ИЗМЕРЕНИЯ В ПРОМ Ы Ш ЛЕНН ОСТИ В ТРЕХ КНИГАХ Под редакцией проф. докт. П. ...»

-- [ Страница 2 ] --

Температура анализируемого газа также должна находиться в этих пределах. Выходной сигнал прибора — постоянный ток величиной 0—20 или 4—20 мА с допустимым сопротивлением на­ грузки 0—75 Ом. Измерительная камера изготовляется из кор­ розионностойкой стали V4A [7]. Газоанализатор Magnos 2Т поставляют в комбинированном искробезопасном исполнении (Ex) eisd 3nG4 и с огнепреградителями в газовых штуцерах. Од­ нако прибор нельзя использовать для анализа взрывоопасных смесей газов с кислородом, соответствующих зоне 0 по определе­ нию П равил взрывоопасности Общества работников химической промышленности. Напротив, применение прибора возможно для анализа горючих газов, которые лишь кратковременно могут обра­ зовывать взрывоопасные смеси (зона 1 по диаграмме Общества работников химической промышленности). Кроме фирмы H a rt­ m ann und Braun подобные газоанализаторы производят фирмы других стран. Например, в США и во Франции выпускают при­ боры с двумя параллельными поперечными трубками (здесь они не рассмотрены, так как не очень широко применяются в ФРГ).

На термомагнитном принципе «магнитного ветра» основаны такж е магнитные газоанализаторы е раздельными нагреватель­ ными элементами. По конструкции и действию они похожи на приборы, основанные на измерении теплопроводности. Д ва на­ греваемых электрическим током горизонтальных проволочных нагревателя устанавливают в одинаковых замкнутых измеритель­ ных камерах из немагнитного материала, через которые пропус­ кается анализируемый газ. Оба нагревателя вместе с двумя по­ стоянными сопротивлениями составляют мост Уитстона. Одна измерительная камера находится в поле магнита, а другая сво­ бодна от влияния магнитного поля. Разность температур между нагревателем и стенкой камеры в основном зависит от теплопро­ водности анализируемого газа и конвекции в измерительной ка­ мере. Кислород, содержащийся в анализируемом газе, в измери­ тельной камере втягивается в магнитное поле. При этом вблизи нагревателя кислород становится немагнитным и вытесняется из магнитного поля холодным кислородом. Эта дополнительная вы­ нужденная конвекция «магнитным ветром» охлаждает нагрева­ тель сильнее и изменяет его сопротивление больше, чем в сравни­ тельной камере с такими же геометрическими размерами, но без магнитного поля. Разность напряжений, возникающая в измери­ тельной диагонали моста, пропорциональна концентрации кисло­ рода в анализируемом газе. Д ля обеспечения равенства геометри­ ческих размеров измерительной и сравнительной камер в послед­ ней устанавливают ложные немагнитные полюсы. В некоторых приборах вместо двух используют четыре нагревательных эле­ мента, образующие измерительный мост;

при этом два из них установлены в измерительной камере, два — в сравнительной.

Приборы с раздельными нагревательными элементами по сравне­ нию с приборами с кольцевой камерой намного более чувствительны к изменению теплопроводности неизмеряемых компонентов ана­ лизируемого газа. Поэтому они не годятся для измерения концен­ трации кислорода в газах, содержащих водород. Однако приме­ нение их весьма целесообразно для измерения концентрации кис­ лорода в дымовых газах.

Газоанализатор Magnos 5Т фирмы H artm ann und Braun со­ стоит из двух установленных рядом цилиндрических измеритель­ ных камер, которые омываются общим потоком газа (рис. 3.10— 10).

Левая половина камеры находится между полюсными наконечни­ ками постоянного магнита. Правая половина камеры имеет со­ ответствующие ложные полюсы, перемещаемые для точной тепло­ вой симметрии.

В камерах установлены кольцевые проволочные нагреватели, которые обеспечивают оптимальное использование магнитного поля, созданного вокруг круглого полюсного наконечника. Д ля защиты от коррозии и каталитического дожигания проволочный нагреватель помещен в тонкостенную стеклянную трубку. Кон­ вективные потоки в камерах показаны на рис. 3.10— 10 стрелками.

Обмен газами между входным патрубком и измерительными ка­ мерами происходит вследствие конвекции. Зависимость показа­ ний газоанализатора Magnos 5Т от наклона из-за симметричной конструкции измерительной камеры и соотношения потоков в ней незначительна. Влияние температуры на показания снижается термостатированием измери­ тельной камеры. Чистое запаз­ дывание мало и составляет 2 с, время выхода на 90 %-ное пока Рис.* 3.10— 11. И змерительная кам ера газо Рис. 3.10— 10. И змерительная кам е­ анализатора O xym at фирмы Siem ens:

ра газоан али затора M agnos 5Т фирмы 1 — вход анализируем ого газа;

2 — нагревае­ H artm an n und Braun мые проволочные элементы;

3 — магнитный ветер зание ~ 2 0 с при расходе пробы 60 л/ч. Минимальный диапазон изме­ рения 0—3 % (объемн.) 0 2. Прибор может также иметь два пере­ ключаемых. диапазона измерения. П ри помощи потенциометра, установленного на датчике давления, показания Magnos 5Т можно настроить на атмосферное давление в месте установки при­ бора. Точность измерения составляет ± 2 % от диапазона изме­ рения при постоянном составе неизмеряемой части газа.

Иначе чем ниже описанный прибор Oxym at-2 работает газо­ анализатор O xym at-1 фирмы Siemens с четырьмя нагретыми до ~ 3 0 0 0 °С платиновыми нагревательными элементами со стеклян­ ным покрытием, установленными по одному в каждой из двух измерительных и двух сравнительных камер (рис. 3.10— 11).

Соответственно наконечникам магнитных полюсов измерительных камер сравнительные камеры для компенсации термической асим­ метрии имеют по два ложных наконечника. Обновление газа про­ исходит путем диффузии сверху через продольную щель в каме­ рах. Температурная зависимость показаний компенсируется ком­ бинацией терморезисторов в диапазоне температур 25—45 °С.

Влияние давления на показания может быть скомпенсировано с помощью потенциометра — корректора высоты над уровнем моря.

При расходе газа 30 л/ч чистое запаздывание составляет 3,5 с, время выхода на 50 %-ное показание 8,5 с. Погрешность измере­ ния не более 2,5 % от диапазона измерения при температуре ок­ ружающей среды 30 °С. Минимальный диапазон измерения состав­ ляет 0—2 % (объемн.) 0 2;

возможны два переключаемых диапа­ зона измерения. Выходным сигналом является напряжение по­ стоянного тока, уровень которого может быть выбран различным.

Создание диапазонов с подавлением нуля происходит путем по­ дачи в одну измерительную и одну сравнительную камеры сравни­ тельного газа, например, чистого кислорода при диапазоне 95— 100 % 0 2 или воздуха при диапазоне 18—21 % Оа, что позволяет выполнить дифференциальные измерения. Выпуск прибора Оху mat-1 прекращен;

взамен выпускаются другие модели O xym at.

Поставляемый фирмой Auer (Берлин) газоанализатор кисло­ рода с нагревательными элементами типа Param ax по своим характеристикам соответствует описанным выше приборам. И з­ мерительные ячейки и все детали прибора, контактирующие с ана­ лизируемым газом, изготовлены из коррозионностойких мате­ риалов. Весь прибор термостатирован и выпускается во взрыво­ безопасном исполнении.

3.10.2.2.2. Магнитомеханические газоанализаторы Разработка магнитомеханического газоанализатора с крутиль­ ными весами или «гантелью» в магнитном поле началась, как и термомагнитных газоанализаторов, в 1940 г. Ротор прибора со­ стоит из двух маленьких тонкостенных жестко связанных между собой в виде гантели стеклянных шариков, подвешенных между полюсами в неоднородном магнитном поле. Он может свободно поворачиваться вокруг оси подвески подобно крутильным весам.

Стеклянные шарики полые и могут быть пустыми (под вакуумом) или наполненными диамагнитным газом (азотом). Устройство за­ ключено в измерительную камеру с наружными полюсными на­ конечниками одного или двух постоянных магнитов. При подаче кислорода в измерительную камеру он втягивается в магнитное поле и выталкивает из него стеклянные шарики. Угол поворота является мерой концентрации кислорода. Измерение этого угла различные фирмы выполняют различными способами. Усилие, выталкивающее стеклянные шарики, определяется выражением (5) * = (ki + h ) V\x0H/(dH/ds), где К — усилие;

ki — магиитиая восприимчивость газовой смеси;

— магиитиая восприимчивость стеклянных шариков;

V — объем стеклянных шариков;

ц0 — магиитиая постоянная поля;

*• + Я — напряженность магнитного поля;

dH/ds — градиент напря­ женности мариитиого поля.

*• + Возникающий вращающий момент D определяется выраже­ нием D = [Kl], (6) где I — расстояние между стеклянными шариками.

Возникающие вращающие моменты чрезвычайно малы (по­ рядка Ю-10 Нм).

В последние р о д ы широкое распространение в Ф РГ получил магиитомеханический анализатор фирмы Servomex Controls L td (Великобритания, Кроуборо) [4]. Измерение концентрации кисло­ рода в измерительной камере объемом 5 мл производится не пря­ мым измерением вращающего момента, а путем электромагнитной компенсации. Схема измерительного устройства прибора пока­ зана на рис. 3.10— 12. Между клинообразными наконечниками магнитных полюсов подвешен ротор с заполненными азотом стек­ лянными шариками. К вертикальной платиновой торсионной нити, на которой подвешен ротор, укреплено зеркальце. Вокруг ро­ тора намотана проволочная пет­ ля. В петле от прилагаемого на­ пряжения протекает ток, созда­ ющий магнитное поле, взаимодей­ ствующее с полем постоянного магнита и таким образом компен­ сирующее поворот ротора. Ком­ пенсация осуществляется авто­ матически с помощью чувствитель­ ного дифференциального фото­ элемента, который освещается лу­ Рис. ЗЛО— 12. И змерительная кам ера чом источника света, отраженным газо ан ал и зато р а на кислород ф ирм а Servomex.* от зеркальца. В нулевом положе­ 1 — торсиоииая леита;

2 — проволоч­ нии луч света освещает одинако­ ная петля;

S — зеркало;

4 — диффе­ ренциальны й фотоэлемент;

5 — л ам ­ вые части обоих фотоэлементов.

почка При отклонении гантели в лю­ бую сторону одни из фотоэлементов освещается сильнее. Фототок усиливается и направляется в проволочную петлю. Возникающий противодействующий момент возвращает ротор в нулевое положе­ ние. Ток, протекающий через компенсирующую обмотку, является мерой концентрации кислорода.

Газоанализатор фирмы Servomex термостатирован (при или 55 °С), чем устраняется зависимость показаний от темпера­ туры. Прибор отличается строго линейной градуировкой, что поз­ воляет переходить на разные диапазоны измерения лереключе нием электрической схемы. Д ля промышленного применения особенно удобна возможность переключения после калибровки по воздуху иа диапазоне 0—25 % 0 2 на различные диапазоны от () -100 до 0— 1 % 0 2 без дополнительной градуировки.

Точность газоанализатора составляет ± 1 % от диапазона изме­ рения. В связи с запаздыванием прибора довольно мало чистое запаздывание ( ~ 4 с);

время выхода иа 90 %-иое показание 7 с.

При этом, однако, надо учесть, что большое количество газа сбра­ сывается через байпас. Выходным, сигналом может быть как на­ пряжение постоянного тока, так и токовый сигнал 0—20 мА.

Газоанализатор фирмы Servomex отличается независимостью по­ казаний от состава неизмеряемых компонентов. Влияние иеизме ряемых компонентов на сдвиг нуля газоанализаторов кислорода при 20 °С показано ниже (шкала 0— 100 % Оа;

нуль установлен по азоту):

П оказа­ П оказа­ рв.

1 аа Газ ния ния Оксид азота N 0 43,00 Этилен СаН4 0, Диоксид азота NOa 28,00 Аммиак N H B 0, Гелий Не Диоксид углерода СОа 0, 0, Водород Н а 0,24 Хлористый водород НС1 0, Неон Ne Этан СаН 6 0, 0, Оксид углерода СО Пропилен C jH, 0, 0, Оксид этилена СаН Водяной пар Н20 0, 0, Метан СН4 0, 0,20 Хлор С1а Закись азота NaO Бутен С4Н 8 0, 0, Аргон Аг Пропаи С3Н 0,22 0, Ацетилен СаНа 0,24 Бутан С4Н10 2,3 Фирма H artm ann und Braun запатентовала чисто электриче­ ский способ компенсации вращающего момента магиитомехаииче ского газоанализатора, отличающийся от описанного выше опти­ ческого способа [5]. Прибор, действующий по этому принципу, не выпускается. Несмотря на это, способ, схема которого пока­ зана на рис. 3.10— 13, следует кратко пояснить. Оба стеклянных шарика находятся между полюсами двух U-образных магнитов.

Коромысло крутильных весов выполнено в виде короткозамкну­ того витка из проволоки, который сверху и снизу имеет ось вра­ щения. Виток охватывает стеклянные шарики под углом 90° к оси вращения кольца так, что возникающий в ием ток создает компенсационное магнитное поле. Н ад проволочным кольцом и под ним установлена система жестко закрепленных возбуждаю­ щих и приемных катушек. При этом рамка одновременно является индуктивным связующим звеном. При помощи генератора в ней индуцируется напряжение высокой частоты (например, 470 кГц), которое в свою очередь индуцирует напряжение в приемной ка­ тушке, установленной внизу. Это напряжение по величине и фазе строго линейно зависит от отклонения рамки — коромысла. Оно усиливается, выпрямляется строго по фазе и направляется к ни­ тям подвески рамки. При этом по коромыслу протекает поотояи ныи ток, который создает в петле вокруг стеклянных шариков компенсирующее магнитное поле. Величина тока, необходимого для указанной компенсации, является мерой концентрации кисло­ рода.

Осенью 1977 г. фирма H artm ann und Braun начала выпускать новый газоанализатор Magnos 3, использующий принцип гантели (рис. 3.10— 14). Гантель состоит из двух тонкостенных цилиндри­ ческих пустотелых камер, соединенных между собой тонкой пу­ стотелой осью. Цилиндрическая форма особенно благоприятна для потока и обеспечивает пря­ мую циркуляцию анализируемого газа. Этим достигнуто очень низ­ кое запаздывание (чистое запазды­ вание ~ 1 с, время установле­ ния 90 %-ного показания 2 с, Рис. 3,1 0 — 13. Г азоанализатор на кис­ лород с индуктивно связанной электри ­ ип:

ческой компенсацией вращ аю щ его мо­ 1 — полюсный наконечник;

2 — вход газа;

мента (патент ф и рм а H artm an n und 3 — выход газа;

4 — гантель;

5 — компенси­ Braun) рую щ ая петля;

6 — дифференциальный фото­ элемент;

7 — инф ракрасный светоднод;

8 — зеркало;

9 — и атяж н ая пруж ина время полного установления показаний 3 с) при малой зависи­ мости показаний от расхода раза, меняющегося от 30 до 90 л/ч.

Компенсация вращающего момента в основном аналогична приме­ няемой в газоанализаторе фирмы Servomex, причем для индика­ ции отклонения ротора применен светодиод инфракрасного излу­ чения.

3.10.2.2.3. Магнитопневматические газоанализаторы Д л я газоанализатора, основанного на использовании магнито пневматического принципа, необходима подача вспомогательного газа. В качестве вспомогательного можно использовать газ, не содержащий кислорода, а иногда и воздух. Вспомогательный газ служит в качестве пневматического евязующего звена между ана­ лизируемым газом и чувствительным элементом. За счет притяги­ вания магнитным полем кислорода анализируемой смеси повы­ шается давление (примерно на 10'* мбар), которое передается вспомогательному газу и регистрируется различными способами.

Величина приращения давления определяется уравнением Ар = A (km — kb) и Я 2, (7) где Ар — приращение давления;

А — коэффициент пропорцио­ нальности;

km — магнитная восприимчивость анализируемого газа;

kh — магнитная восприимчивость вспомогательного газа;

Н — напряженность магнитного поля.

Отсюда видно, что на магнитопневмат и ч е с к и е газоанализаторы кисло­ рода не оказывают влия ния немагнитные свой­ ства неизмеряемых компо­ нентов.

Устройство, предложен­ ное Кундтом [6], изме­ ряет приращение давления непосредственно с помо­ щью микроманометра. Од­ Рис. 3.10— 15. Схема магнитопиевматического г а ­ нако этот способ не полу­ зоанализатора на кислород типа O xygor фирмы чил распространений, что, M aihak:

1 — вспомогательный кан ал;

2 — соединитель­ возможно, ^'-определяется ный кан ал;

3 — кольцевой кан ал;

— — проволоч­ ный нагревательный элемент;

5 ан ал и зи руе­ несовершенством измере­ мый газ;

6 — вспомогательный газ ния перепада давления.

Другой способ, предложенный Люфтом и Морманом [7], ис­ пользует термоанемометрический мост, состоящий из проволоч­ ных нагревателей, равновесие которого нарушается при измене­ нии скорости потока. Принципиальная схема прибора приведена на рис. 3.10— 15. Сравнительный газ под постоянным давлением по двум каналам 1 через прорези попадает в канал анализируемого газа. Одна из двух прорезей находится в сильном неоднородном магнитном поле. Пневматическое сопротивление обоих каналов с помощью винта настраивается так, чтобы при одинаковой кон­ центрации кислорода в анализируемом и вспомогательном газе движение газов в измерительной системе было полностью симме­ тричным. При снижении, например, содержания кислорода в ана­ лизируемом газе возникает давление, направленное от магнитов в сторону измерительного канала, так как противодавление кисло­ рода s анализируемом газе против прорези становится меньше.

Симметричное распределение потоков нарушается, и в соедини­ тельном канале 2 возникает поперечное течение. Один из находя­ щихся здесь проволочных нагревателей 4 охлаждается. Вместе с находящимися в кольцевом канале 3 нагревателями он образует мост Уитстона. Под действием протекающего тока температура нагревателей достигает примерно до 100 °С. Вызванное охлажде­ нием изменение сопротивления нарушает баланс моста и является мерой разности концентраций кислорода. Н а сравнительные элементы, установленные в кольцевом канале 3, не влияет попе­ речный поток, так как этот канал связан с каналом 1 капиллярами.

Эти элементы служат для сохранения нулевой точки газоанализа­ тора при изменении давления и температуры. Влияние завися­ щих от положения нагревателей конвективных потоков в сравни­ тельном канале устраняется при помо­ щи установочного винта. В противо­ положность термомагнитным прибо­ рам сигнал этих газоанализаторов не зависит от немагнитных свойств ком Ж па Рис. ЗЛО— 17. Схема газоан али затора Рис. ЗЛО— 16. Схема газоан али затора Оху O x y test фирмы H artm an n und Braun:

m at 2 фирмы Siem ens:

1 — анализируемый газ;

2 — вспомога­ 1 — анализируем ы й газ;

2 — вспомога­ тельны й газ;

3 — отсос газа;

4 — измери­ тельны й газ;

3 — изм ерительная камера;

тел ьн ая камера;

5 — мембранный конден­ 4 — полюс электром агнита переменного сатор;

6 — ш кала прибора тока;

5 — детектор малых расходов понентов анализируемой смеси, таких как теплопроводность, удель­ ная теплоемкость и вязкость. Они особенно пригодны для изме­ рения концентрации кислорода в газовых смесях с сильно изме­ няющимся составом и для- измерения разности содержания кисло­ рода в двух газах, которые используют как анализируемый и сравнительный (например, в процессах окисления в химии или биологии). Измерение содержания кислорода в агрессивных га­ зах возможно, но из-за диффузии агрессивных компонентов в срав­ нительный газ промышленное применение такого метода изме­ рения проблематично. Вспомогательный газ, в качестве кото­ рого используют азот, диоксид углерода или воздух, можно по­ давать из баллона или с помощью насоса. Применение С 02 имеет по сравнению с азотом преимущество вследствие ее более высокой теплоемкости, более низкой теплопроводности и вязкости, что приводит почти к удвоению чувствительности анализа.

Описанный выше газоанализатор под названием Oxygor вы­ пускает фирма M aihak (Гамбург, ФРГ). Минимальный диапазон измерения 0—0,1 % (объемн.) Оа;

прибор может работать также с подавлением нуля при соответствующем сравнительном газе (для газа, содержащего 20—21 % 0 2 — с воздухом, 99— 100 % 0 2 — с кислородом) с точностью ± 2 % от диапазона измерения.

Прибор термостатирован. Чистое запаздывание его ~ 5 с, время выхода на 90 %-ное показание 15 с. При расходе сравнительного газа 10 см8/мин 10-кг баллон с С 0 2 может работать около года.

В 1970 г.. фирма Siemens начала выпускать газоанализатор Oxym at [8]. Измерение изменения давления вспомогательного газа в нем производится с помощью недавно разработанного ми­ кродетектора потока газа. Этот детектор позволяет работать с пе­ риодически изменяющейся силой магнитного поля, создаваемого электромагнитом. Возникающие при этом пульсирующие изме­ нения газового потока измеряются микродетектором и усили­ ваются. Схема устройства показана на рис. 3.10— 16. В плоскую измерительную камеру, изготовленную из коррозионностойкой стали, с двух сторон подается вспомогательный газ. Л евая поло­ вина измерительной камеры находится между полюсами электро­ магнита (поле меняется^с^астотой 8 Vs Гц). Вспомогательный газ под давлением в несколько бар поступает в систему через диа­ фрагму (с отверстием, выполненным при помощи луча лазера), выполняющую роль дросселя. При наличии в анализируемом газе кислорода возникающие между двумя половинами измеритель­ ной камеры периодические импульсы перепада давления через изогнутую в форме восьмерки трубку (для компенсации изменений потока, вызванных инерционными силами при импульсном дви­ жении газа) передаются детектору расхода. Малейшие пульсации потока детектор преобразует с большой точностью в электрические сигналы. Он состоит из двух никелевых сеток, имеющих форму меандров, установленных поперек потока очень близко друг от друга. Между обогреваемыми током сетками существует тепловая связь, сильно зависящ ая от расхода газа. При появлении пульси­ рующего потока газа электрические сопротивления сеток рассо­ гласовываются и измеряются при помощи моста сопротивлений.

Малая инерционность детектора позволяет получать очень низ­ кие значения времени установления показаний (выход на 90 % ное показание 1 с). Можно, в частности, зафиксировать скачко­ образные изменения концентрации кислорода. Это особенно важно для измерений в медицине, где этот детектор и был первоначально использован. До настоящего времени минимальный диапазон измерения составляет 0—2 % 0 2.

Дальнейш ая разработка фирмы Siemens — газоанализатор Oxymat 3, имеющий улучшенную электронную схему (например, более благоприятное отношение сигнал/шум) и противоударную защиту за счет применения двойного корпуса, разделенного на аналитический и электронный отсеки;

минимальный диапазон измерения 0—0,5 % 0 2. Соответствующим выбором вспомогатель­ ного газа можно получить диапазон измерения с подавлением нуля.

Погрешность измерения составляет ± 2 % от диапазона измере­ ния. Выходным сигналом является постоянный ток величиной 0—20 или 4—20 мА или напряжение 0/2/— 10В;

расход вспомога­ тельного газа от 3 до 10 мл/мин. При применении вспомогатель­ ного насоса для отбора пробы газа необходимо обеспечить гаше­ ние пульсации расхода пробы.

Измерительные камеры газоанализатора O xym at—2 и Oxy­ m at—3 изготовлены из листов коррозионностойкой стали VA— и сварены при помощи электронного луча;

однако при анализе коррозионноактивных газов необходимы меры, указанные при рассмотрении газоанализатора Oxygor.

Д ля определения кислорода в агрессивных газах на приборе Oxym at разработана измерительная камера из тантала. Взрыво­ защищенные модели приборов O xym at—2 и Oxym at—3 выполнены в герметичном исполнении. Так же как и другие анализаторы кис­ лорода, эти приборы неприменимы для анализа взрывоопасных смесей газов.

Быстродействующий газоанализатор на кислород [9] также работает с помощью вспомогательного газа. Электромагнит при­ бора возбуждается переменным током (50 Гц). Результирующее переменное давление преобразуется в электрический сигнал кон­ денсаторным микрофоном. Схема этого газоанализатора показана на рис. 3.10— 17.

В узкий зазор между полюсами электромагнита вводится с од­ ной стороны анализируемый, с другой — сравнительный газы.

Оба газа отсасываются вместе через выпускное отверстие между магнитными полюсами перпендикулярно плоскости полюсного наконечника. В области неоднородного магнитного поля в при­ сутствии кислорода возникает давление, которое через канал передается в одну половину камеры конденсаторного микрофона.

При одинаковой концентрации кислорода в анализируемом и срав­ нительном газах возникающие под действием переменного маг­ нитного поля импульсы давления имеют одинаковую амплитуду и взаимно компенсируются. При изменении концентрации кисло­ рода в одном из газов мембрана начинает отклоняться и на усили­ теле возникает напряжение, пропорциональное ее отклонению.

Фирма H artm ann und Braun с 1970 г. выпускала быстро дейст­ вующий газоанализатор O xytest S, действовавший по изложенному выше принципу. Выпуск этого прибора прекращен в связи с на­ чалом производства прибора Magnos 4G. Линейность градуировки во всем диапазоне, независимость показаний от неизмеряемых компонентов анализируемого газа и особенно крайне малое за­ паздывание делают этот газоанализатор особенно пригодным для использования в медицине, например для контроля процесса ды­ хания. Длительность цикла дыхания иногда может быть меньше 1 с. Д ля точного контроля дыхания запаздывание должно состав­ лять —0,1 с. Газоанализатор O xytest S, имеющий время выхода на 90 %-ное показание 150 мс и объем камеры 20 см8, хорошо справ­ ляется с этой задачей. Конструкция прибора и выбор диапазонов измерения рассчитаны на его использование в медицине. В ка­ честве сравнительного газа обычно можно использовать воздух, что полностью устраняет затруднения, связанные с выбором срав­ нительного газа.

Принцип действия прибора Magnos 4G фирмы H artm ann und Braun такой же, как и показанного на рис. 3.10— 17 прибора O xytest S. Конструктивные улучшения и использование совре­ менных электронных устройств позволили заменить прибор Oxy­ test S. Система распределения газовых потоков обеспечивает не­ зависимость выходного сигнала от расхода газа. Аналитическая и электронная части прибора раздельно размещены в стандартном 19-дюймовом двухкамерном--Корпусе. Прибор предназначен для работы в промышленных условиях. Наличие переключаемых диа­ пазонов измерения 0—2/5/10/25 % (объемн.) 0 2 обеспечивает воз­ можность калибровки по воздуху, причем сдвиг нуля при пере­ ключениях диапазонов измерений не превышает 0,5 % соответ­ ствующего диапазона.

Пневматический газоанализатор, разработанный Люфтом [10], работает без вспомогательного газа;

в приборе использован вра­ щающийся магнит и конденсаторный микрофон, аналогичный при­ меняемым в инфракрасных газоанализаторах. Однако подробные сведения о нем здесь не приведены, так как он не нашел практиче­ ского применения в ФРГ.

3.10.2.3. И ЗМ Е РЕН И Е ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА Тепловым эффектом называется количество, поглощаемого или выделяющегося в результате химического процесса и изменяю­ щего температуру среды. Д ля анализа газов можно использовать экзотермические процессы, при которых тепловой эффект приводит к достаточно большим перепадам температуры. Промышленное значение имеют способы, использующие реакции окисления газо­ образных компонентов (горение), с помощью которых можно из­ мерить взрывоопасные или опасные для здоровья концентрации горючих газов в воздухе или малые концентрации кислорода в го­ рючих газах. Сжигание газов (горение) происходит каталитиче­ ски и получило широкое применение в приборах различных кон­ струкций. Приборы типа Termoflux, основанные на измерении теплового эффекта реакции газообразного компонента с жидким реагентом [1 ], не выдержали конкуренции с другими способами из-за сложности обслуживания.

Термохимические анализаторы, естественно, реагируют на все горючие газы или пары, поэтому обычно измеряется сумма имеющихся в анализируемом газе горючих компонентов. Д ля анализа определенных газов эти анализаторы можно использо­ вать лишь после поглощения других горючих компонентов или в том случае, когда в анализируемом газе другие горючие компо­ ненты заведомо отсутствуют, В большинстве случаев вид подле­ жащего контролю компонента известен и нужно лишь измерить его концентрацию. При использовании термохимических анализа­ торов для контроля нижнего предела взрываемости газов чувстви­ тельность приборов настраивают на компоненты с самым низким пределом взрываемости, чтобы обеспечить наибольшую взрыво безопасность. Трудной проблемой является защита катализатора от ядов, т. е. от газов и паров, снижающих его активность. В не­ которых случаях защиту осуществляют предварительным погло­ щением этих газов и паров. Перечень катализаторных ядов за­ висит от вида катализатора. Однако в большинстве случаев наи­ более вредными являются химические соединения, содержащие хлор, серу и мышьяк. Отравление катализатора этими соедине­ ниями часто необратимо, т. е. регенерация его невозможна.

Смеси горючих веществ с воздухом воспламеняются при оп­ ределенных соотношениях компонентов. Существуют нижний и верхний пределы воспламеняемости. Пределы воспламеняемости или взрываемости (содержание горючих компонентов в газовой смеси в % (объемн.) или в г/м при 20 °С и давлении 1 бар) при ТАБЛИЦА 3. 10— б П Р Е Д Е Л Ы В ЗРЫ В А Е М О С Т И Н Е К О Т О Р Ы Х ГАЗОВ И ПАРОВ В В О З Д У Х Е И В К И С Л О РО Д Е (Д А В Л Е Н И Е 1 Б А Р, Т Е М П Е Р А Т У Р А 20 °С) П ределы воспламе­ Пределы воспламе­ няемости, няемости, % (объемн.) % (объеми.) в кисло­ в ки сло­ в воздухе в воздухе роде роде Вещество Вещество «а « верхний верхний верхний верхний ииж инй ИНЖНИЙ а Я а S N Щ я S я а 3,8 29, Аммиак N H 3 15,0 28,0 79 Винилхлорид 4,0 С2Н3С Оксид углерода 15, 12,5 74 1,5 82, СО Ацетилен СаН а 2,8 7, Водород Н а Трихлорэтилен 40,0 — 4,0 75,6 4,0 С2НС Метан СН4 5,0 15,0 5 М етилхлорид П ропан С3Н 8 9, 18,5 66 2,3 8,0 2, 7, Пропилен СдНв 2,0 Н,7 2,1 СН8С Этан СаН в «-Б утан C4H i0 3,0 12,5 66 8, 3,0 1,5 1, Диметиловый 27,0 3,9 1,7 36 2,0 2,0 Диэтиловый эфир С2НвО эфир С4Н10О Этилен С2Н4 2,7 28,5 1-Бутилен С4Н 8 1,6 10 1,8 2,9 Оксид этилена 9,7 — — 2,6 100 2-Бутилен С4Н 8 1,7 1, С ^О Ацетальдегид 57, 4,0 4, СЛО ведены в многочисленных работах [2—5]. Область концентраций между нижним и верхним пределами называется соответственно областью воспламеняемости или взрываемости. Значения пределов взрываемости зависят от чистоты веществ, а также от конструкции устройства для их определения. Так как предельные концентрации зависят от давления и температуры, их нельзя рассматривать как жестко заданные величины, а скорее как ориентировочные зна­ чения, которые следует принимать с достаточно большим запасом.

Пределы взрываемости смесей газ— воздух и газ—кислород раз­ личны (табл. 3.10—5). Пределы взрываемости гибридных смесей, т. е. смесей горючих газов (или паров с пылью) с воздухом, мо­ гут быть значительно ниже, чем в кислороде. Обычн^э различные инструкции запрещают использовать термохимические анализа­ торы для измерений в смесях с кислородом или с воздухом, обога­ щенным кислородом. Почти все взрывчатые смеси газов или па­ ров с воздухом при одной и той же температуре тяж елеевоздуха (за исключением смесей с С2Н2;

С2Н4;

N H 3;

HCN;

СО;

СН4 и Н2) и поэтому распространяются подобно туману вблизи земли. Это следует учитывать при выборе места измерения.

Д ля измерения теплового эффекта применяют два типа при­ боров. В одном из них изменение температуры в заполненной ка­ тализатором камере сжигания из­ меряется при помощи датчиков температуры, в другом — элек­ трически нагреваемые каталити­ чески активные и пассивные на­ греватели образуют ветви измери­ тельного мостика Уитстона.

3.10.2.3.1. Термохимические анализаторы с камерой сжигания Предшественниками приборов, основанных на тепловом эффекте, являются приборы с периодически действующей камерой сжигания, использовавшиеся в прошлом веке для контроля за содержа­ Р ис. 3.10— 18. К амера сж игания терм о­ химического газоан али затора фирмы нием оксида углерода в шахтах. D r5ger:

Приборы, используемые в на­ t — измерительны й патрон;

2 — к ата­ стоящее время, обычно имеют гревательная— терм обатарея;

4 — н а­ лизатор;

оболочка термостатированную камеру сжи­ гания, заполненную твердым катализатором (рис. 3.10— 18). В ка­ честве катализатора преимущественно используют активирован­ ный оксид марганца. Наиболее распространенным катализатором является гопкалит, представляющий собой смесь оксидов различ­ ных металлов (50 % МпО, 30 % СиО, 15 % Со20 3, 5 % Ag2Q).

Применяют такж е AgM n04 (перманганат серебра), особенно при измерении концентрации СО. Кроме того, для специальных из­ мерений применяют ряд тяжелых металлов (Pd;

P t;

Rb;

Со) и их соединения. Анализируемый газ пропускают через камеру сжигания, где он каталитически окисляется кислородом. Д ля обеспечения полноты сгорания подают избыток воздуха. Подо­ грев камеры сжигания до 100—200 °С повышает эффективность каталитического сжигания. Тепло, выделившееся при сжигании горючих компонентов, измеряют непосредственно термопарами или при помощи терморезисторов, включенных в мостовую схему.

Измеренное повышение температуры является мерой концентра­ ции горючих компонентов в анализируемом газе. При этом могут быть получены диапазоны измерения от нескольких промилле до концентраций, соответствующих нижнему пределу взрывае­ мости.

Р яд приборов разработан специально для измерения содер­ ж ания в газах оксида углерода СО. Максимально допустимая концентрация СО на рабочих местах составляет 0,005 % (объемн.), смертельная концентрация— 0,1 %.

Приборы для контроля СО давно применяли в шахтах. В связи с развитием автомобильного транспорта и связанным с этим за­ грязнением воздуха выхлопными газами эти приборы в последнее время широко используют для контроля воздуха на складах, в гараж ах и подземных туннелях. При помощи системы газообраз­ ных средств и переключателей мест измерения на одной установке можно осуществлять контроль различных помещений. При до­ стижении опасных пределов концентраций могут срабатывать реле сигнализации, управления вентиляцией или переключения свето­ форов уличного движения. Другой областью применения прибо­ ров контроля СО являются промышленные печные установки в чер­ ной металлургии и химической промышленности.

Промышленные образцы Фирма Drager (Любек, ФРГ) уже много лет выпускает приборы, новейшей моделью которых являются детекторы СО типов АК и АМ1. Газоаналитические части обоих приборов в основном оди­ наковы. Анализируемый газ отсасывается мембранным насосом через пылевой и очистительный фильтры, в которых удаляются пыль и затрудняющие анализ газы и стабилизируется влагосо держание;

газ подается в нагреваемую головку, термостатиро­ ванную при помощи электронной схемы (см. рис. 3.10— 18).

Расход анализируемого газа с помощью расходомера устанав­ ливается равным 6 л/мин. Тепло, выделяющееся при каталитиче­ ском сжигании на гопкалите, вызывает появление на термобата­ рее т. э. д. с., которая усиливается и преобразуется в токовый сигнал. В случае использования модели АК2 для получения сиг­ налов предупреждения и управления можно выбрать любой из четырех порогов срабатывания в диапазоне 0—300 ррт СО. Одно­ временно прибор выдает световой и звуковой предупреждающие сигналы. Предусмотрена такж е сигнализация отключения сете­ вого питания и обрыва измерительной цепи. Погрешность сигна­ лизации при постоянном напряжении питания составляет ± 3 % от диапазона измерения. При использовании модели АМ1 можно выбрать от двух до четырех независимо устанавливаемых преде­ лов срабатывания. В нормальном исполнении диапазон измерения составляет 0—250 ррт СО, но можно заказать прибор с любым из трех других диапазонов измерения (150;

500;

1000) ррт СО.

Погрешность сигнализации составляет менее ± 5 % от диапазона измерения. Допустимая температура окружающей среды для обеих моделей от — 10 до + 4 0 °С. Чистое запаздывание ~ 10 с, время выхода на 90 %-ное показание — 120 с. Д ля обеих моделей в ка­ честве дополнительного оборудования может быть использован переключатель точек отбора на 3;

6 или 10 точек.

Сигнализатор СО типа 730Р фирмы Auer (Берлин) работает по такому же принципу, как вышеописанные приборы: газоот­ борный насос (вне прибора), угольный фильтр, измеритель рас­ хода, термостатированная камера сжигания. Тепло, выделяющееся при дожигании СО в С 0 2 на гопкалите, измеряется при помощи терморезисторов, включенных в мостовую схему. Диапазон изме­ рения прибора 0—300 ррт СО. Прибор имеет два независимых друг от друга предела сигнализации, которые можно регулировать в диапазоне 40—300 ррт СО, причем для одного сигнального уст­ ройства можно устанавливать разные значения концентраций срабатывания и отпускания, что позволяет использовать его в ка­ честве третьего сигнала для выключения вентиляции при возврате концентрации СО в допустимые пределы. Система контроля мини­ мального расхода газа выдает сигнал при снижении расхода до 3 л/мин. Выходной сигнал 0—20 мА может быть подан на самопи­ шущий, показывающий или регулирующий прибор. Фирма изготовитель гарантирует погрешность измерений не более ± 3 % от диапазона измерения. При помощи переключателя мест от­ бора могут быть созданы системы с 1;

3;

6 или 12 точками отбора;

при этом надо учесть, что время выхода на 90 %-ное показание составляет 45 с. Допустимая температура окружающей среды от —20 до + 4 0 °С.

Измеритель концентрации типа КМ2 фирмы Ados (Аахен, ФРГ) работает с различными твердыми катализаторами, которые могут быть применены для сжигания различных газов. Катализа­ торы в виде зерен размером 2 мм помещают в термоста'тируемую камеру сжигания. Повышение температуры вследствие теплового эффекта реакции сгорания измеряется с помощью нихром-кон стантановой термопары или точечного термометра сопротивления.

В диапазоне от 5 до 100 % от диапазона измерения могут быть уста­ новлены до четырех порогов срабатывания сигнальных устройств.

Дрейф нулевой точки составляет ± 2 % от диапазона измерения.

Время выхода на 90 %-ное показание 90 с (при градуировке в ррт) и 20 о (при градуировке в % от нижнего предела взрываемости).

Сравнительный элемент компенсирует изменения температуры окружающей среды. Оба элемента находятся в выносной измери­ тельной головке, а сравнительные сопротивления помещаются в из­ мерительном приборе. Связь сопротивлений осуществляется через электрический кабель, длина которого может достигать несколь­ ких сот метров. Чувствительные элементы нагреваются протекаю­ щим через них током до требуемой рабочей температуры (450 °С).

Повышение температуры измерительного элемента при каталити­ ческом дожигании нарушает баланс моста (как было описано выше). Состав катализатора в большинстве случаев является тай­ ной фирмы — поставщика прибора [15]. Д ля повышения темпера­ турной стойкости катализатора его смешивают с высокотемпера­ турным керамическим материалом (например, с оксидом алюми­ ния). Слой катализатора пористый, что обеспечивает диффузию контролируемого газа внутрь слоя катализатора и обратную диф­ фузию образовавшегося диоксида углерода. Вещества, образующие при сгорании золу, например, пары силиконового масла, через некоторое время закупоривают поры катализатора. Приборы становятся нечувствительными.

Серьезной причиной ухудшения чувствительности измеритель­ ных головок после длительного их использования является такж е активизация сравнительных элементов, в то время как рабочие элементы с каталитическим покрытием снижают свою активность.

Приборы, сигнализирующие о наличии газа, называемые такж е эксплозиметрами, работают надежно лишь при избытке кисло­ рода. Это надо иметь в виду особенно при контроле атмосферы из резервуаров и бункеров с помощью пробоотборных насосов и проточной измерительной головки. В этом случае к анализируемо­ му газу необходимо добавить воздух. На рис. 3.10— 19 показана потребность в воздухе или кислороде при контроле различных га­ зов измерительной головкой фирмы Sieger. Концентрацию кисло­ рода в смеси рекомендуется поддерживать не ниже 10 %. Нужно такж е учитывать концентрацию измеряемых горючих газов. При увеличении концентрации выходной сигнал увеличивается вплоть до нескольких значений нижнего предела взрываемости. После этого сигнал остается постоянным, а при дальнейшем увеличении концентрации показания быстро уменьшаются (рис. 3.10—20).

Обычно прибор работает только на линейно возрастающем участке градуировочной кривой. При более высоких концентрациях газо­ обмен между сгоревшими и несгоревшими компонентами стано­ вится все более затруднительным и дожигание в некоторой степени затухает.

Д ля обеспечения безопасности необходима регулярная про­ верка и калибровка приборов, сигнализирующих о взрывоопас­ ности. Так как подключение самопишущего прибора для контроля показаний по экономическим причинам не всегда осуществимо, в качестве документа о работоспособности прибора при каждой калибровке должен составляться тщательный протокол. Калиб Я J « is?

8J ft* 2* sк « ао °о Фо Ы)ь я 3 3° а®^ а-* *0- | 2«s «Я о, ои 5I К • И оо ) et а* ос Чм м в « §й?Я ОI, § I* G«~ - IJ* 2 о-в ЯИ1?

i las [п ш з о н щ т /е д magadu оганжпн шоJ % ' vdogndu ьпнвевяоц ровку можно провести на месте установки измерительной головки при помощи плотно надетого на нее колпака, в который подают контрольный газ для проверки чувствительности и не содержащий углеводородов воздух для проверки нуля. Контрольный газ мо­ жет быть приготовлен в баллонах при помощи смесительных на­ сосов. В испытательной лаборатории измерительные головки мож­ но подключить непосредственно к смесительным насосам. Если контролируется содержание паров, для получения контрольного газа используют зависимость их парциального давления от тем­ пературы. Фирмы Sieger и Zellweger Uster применяют сосуд объе­ мом 10 л, в который при помощи бюретки с вытесняющей жидкостью вводят определенные объемы газов и перемешивают их венти­ лятором. Проверка приборов для определения концентраций горю­ чих жидкостей производится до­ вольно просто. При помощи шпри­ ца вводят определенное количест­ во жидкости, которое при нагреве полностью испаряется.

Подобным же образом опре­ деляют относительные пределы взрываемости неизвестных сме­ сей, водержащих, однако, однород­ Концентрация этилена S ные соединения (парафины, аро­ Воздухег % ( объемн.) матические углеводороды). В же­ стяной сосуд, содержащий изме­ Рис, 3.10— 20. Зависимость показаний рительную головку и периоди­ проточной изм ерительной головки ф ир­ мы A uer от концентрации этилена чески работающую свечу заж ига­ ния, при помощи шприца подают неизвестную жидкость до тех пор, пока при очередном срабатывании свечи зажигания не происходит взрыв, сбрасывающий крышку сосуда. При этом регистрирующий прибор записывает спад вы­ ходного сигнала измерительной головки. Путем сравнения кон­ центрации вещества с известным значением нижнего предела взрываемости определяют предел взрываемости неизвестного ве­ щества. Естественно, что при осуществлении таких исследований нужно соблюдать определенную осторожность.

Промышленные образцы Фирма Auer выпускает ряд моделей сигнализаторов взрывоопас­ ности — MUEG и AI-BEGA. Сигнализаторы выпускают как в виде автономных приборов, одна из моделей которых выполняется во взрывозащищенном исполнении, так и в виде выдвижных бло­ ков;

при этом в один шкаф можно поместить до 5— 12 таких блоков.

Взрывонезащищенный управляющий режимом измерения прибор следует устанавливать во взрывобезопасном помещении, в то время как взрывозащищенные измерительные головки размещают во взрывоопасном помещении. Сигнальные лампы показывают работоспособность прибора, взрывоопасную ситуацию и наруше­ ние работы прибора при обрыве чувствительного элемента. Диф­ фузионная измерительная головка состоит из металлического блока, имеющего форму куба и изготовленного из алюминия или стали VA, к одной из сторон которого прикреплена пористая пла­ стина из металлокерамики. В качестве чувствительных элементов используют упомянутые выше спирали.Д ля изоляции измеритель­ ного блока от газа, проникающего через штуцеры ввода кабелей, они залиты уплотняющим материалом. Дистанционная измери­ тельная головка работает с отдельным насосом подачи газа. Д ля уменьшения запаздывания часть газа проходит мимо пористой пластины через байпас.

Фирма Sieger L td (Пул, Англия), представленная в ФРГ фирмой Zellweger U ster GmbH (Мюнхен), выпускает ряд различ­ ных сигнализаторов взрывоопасных смесей, как в виде автоном­ ных приборов, так и в виде выдвижных блоков высотой 19 дюй­ мов. В этих приборах с помощью светящихся диодов, цветных лам­ почек и светящихся клавиш обеспечивается сигнализация наличия электрического питания, исправности измерительных цепей и одного или двух уровней взрывоопасности. Прибор, выпускае­ мый во взрывоопасном исполнении, должен устанавливаться от­ дельно от измерительной головки. При этом сопротивление соеди­ нительного кабеля не должно превышать 5—30 Ом. Предусмот­ рены измерительные головки разных типов. Измерительная го­ ловка состоит из металлокерамической трубки (из бронзы или нержавеющей стали), с обоих концов герметично закрытой. Во внутренней полости трубки на общем керамическом держателе установлены два чувствительных элемента, изготовленные из тон­ кой платиновой проволоки, намотанной на короткие кварцевые тканые фитили. Это обеспечивает хорошую механическую проч­ ность чувствительных элементов, а при повышенных концентраци­ ях измеряемого газа улучшается отвод тепла и предотвращается перегрев. Дистанционная измерительная головка диффузионного типа при помощи специального трубчатого переходного элемента может быть преобразована в проточную измерительную головку, которая в этом случае имеет довольно большой паразитный объем.

М еталлокерамические вкладыши, особенно при установке в за­ пыленных местах, нужно периодически демонтировать и чистить.

Разработана такж е диффузионная измерительная головка уменьшенного объема, обеспечивающая минимальное чистое за­ паздывание. Она изготовлена из металлокерамического стакана.

Выдвижной электронный блок выполнен так, что каждый элект­ ронный узел имеет собственный источник питания и показывающий прибор. Расстояние между измерительной головкой и электронным блоком может достигать 200 Ом, так как компенсационная схема допускает сопротивление до 30 Ом для каждого соединительного провода.

Сигнализатор взрывоопасных концентраций выпускается фир­ мой H artm ann und Braun в виде стоек разной величины с 19-дюй­ мовыми выдвижными блоками от 1 до 7 штук. В комплект входит центральный показывающий прибор. Измерительная головка за ­ ключена в герметичный корпус с пристроенной клеммной короб­ кой. Присоединительные клеммы имеют повышенную безопас­ ность. В комплект входят вспомогательные принадлежности для подачи измеряемых и эталонных газов, проточная измерительная головка.

Фирма Dragerw erk (Любек, ФРГ) выпускает прибор типа E x y tron, состоящий из 19-дюймовых выдвижных блоков с 2— измерительными каналами. К ак и в ряде других изделий фирмы, в этом приборе при отключении сетевого питания предусмотрено автоматическое переключение на питание от аккумуляторной бата­ реи, что обеспечивает наличие контроля в критических ситуациях.

Возможность выбора конструктивного исполнения измерительной головки и выдвижных блоков с индикацией результата измерений или без индикации позволяет решать различные задачи контроля.

Независимость работы измерительных каналов обеспечивает воз­ можность их калибровки на разные газы — условие, выполняе­ мое во всех современных приборах.

Конвекция или тепловые потоки внутри диффузионной изме­ рительной головки влияют на температуру чувствительных эле­ ментов и, следовательно, на чувствительность прибора. Поэтому нужно следить, чтобы скорость воздуха на месте установки диф­ фузионной измерительной головки не превышала 2 м/с. Это же относится и к расходу газа через проточные измерительные го­ ловки. Может оказаться такж е, что показания прибора зависят от положения измерительной головки. Если более нагретый чувстви­ тельный элемент находится под более холодным сравнительным элементом, то температура последнего изменяется, что приводит к погрешности в показаниях, в частности к дрейфу нулевой точки.

Нормальная температурная погрешность составляет 1 % от ниж­ него предела взрываемости на 10 °С. При одинаковых температу­ рах обоих чувствительных элементов, достигаемых путем подбора величин проходящего через них тока, температурную погрешность удается снизить до 1 % от нижнего предела взрываемости при 50 °С. Влияние влажности, давления и температуры окружающей среды на показания пренебрежимо мало.

В последние годы появился ряд переносных термохимических сигнализаторов ручного действия с батарейным питанием, которые предназначены специально для поиска утечек газа. В любом слу­ чае их выпускают во взрывобезопасном исполнении. Принцип работы этих приборов такой же, как и стационарных. Отбор пробы анализируемого газа производится небольшим встроенным элект­ ронасосом;

лишь иногда используют резиновые груши.

Часто показания термохимических приборов неоднозначны в области более высоких концентраций горючего газа. К ак пока­ зано на рис. 3.10—20, при концентрациях выше концентраций на­ сыщения появляются крайне сильные колебания показаний до момента их выхода на нисходящую ветвь градуировочной харак­ теристики. Это связано с тем, что горение богатой горючим газом смеси начинает затухать. Д ля обеспечения однозначности пока­ заний некоторые батарейные сигнализаторы взрывоопасных газов работают как по принципу измерения теплоты реакции, так и по принципу измерения теплопроводности газа.

В сигнализаторе взрывоопасности типа Т2 фирмы Auer анали­ зируемый газ подается в измерительную камеру через фильтр при помощи резиновой груши. До и поеле измерительной камеры на­ ходятся орнепреградители, изготовленные из металлокерамики.

Для питания прибора используют 6 сухих элементов. Прибор имеет взршвобезопасное исполнение типа (Ex) sG5. Ш кала пока­ зывающего прибора имеет цветовые зоны — белую, ярко-крас­ ную и темно-красную. Ярко-красная зона является предупреди­ тельной! темно-красная начинается е 50 % нижнего предела взрываемости. Прибор тарируется фирмой—изготовителем g точ­ ностью ± 1 0 % при помощи калибровочной жидкости. Д ля этого используют таблицу пересчета показаний прибора для различных горючих веществ, в которой указаны такие допустимые отклонения и коэффициент запаса. Так как потребитель не калибрует прибор по определенному веществу, то этот прибор следовало бы рассмат­ ривать только как детектор горючих газов и даже небольшие кон­ центрации горючих газов считать опасными, требующими более точной проверки. Разброс показаний при имерениях различных горючих газов сравнительно велик, и заводские данные не всегда воспроизводятся.


Другими батарейными приборами ручного действия фирмы Auer являются сигнализаторы метана в природном и в бытовом газе и разработанный на его базе сигнализатор природного газа и пропана. Прибор питается от встроенного подзаряжаемого ни кель-кадмиевого аккумулятора. Степень зарядки аккумулятора можно проверить при помощи показывающего прибора сигнализа­ тора. Анализируемый газ отбирают при помощи встроенного элект­ ронасоса. В измерительной камере находятся два точечных ке рамических чувствительных элемента, нагретых до ~ 5 0 0 с, один из которых действует каталитически. В одной из моделей это устройство используют для измерения как теплопроводности, так и теплоты реакции. В другой модели предусмотрено дополни­ тельное измеряющее теплопроводьисть смесь устройство, начинаю щее действовать при концентрациях, превышающих диапязо красного участка шкалы сигнализатора, что обеспечивает одно­ значность показаний. Чистое запаздывание после нажатия кнопки около 5— 10 с. Приборы выпускаются во взрывобезопасном и про тивоударном пыле-влагостойком исполнении.

Ручной сигнализатор природного газа типа D2 фирмы D rager (Любек, ФРГ) выпускается во взрывозащищенном исполнении класса (Ex) sd3nG5. Он имеет диапазон измерения 0—3 % СН 4, в воздухе и при нормальных условиях (низких концентрациях метана и наличии избыточного кислорода) работает по термо­ химическому принципу, а при очень высоких концентрациях ме­ тана и связанным с этим недостатком кислорода— по теплопровод­ ности. В сигнализатор встроены отсасывающий насос в резиновом корпусе, обеспыливающий фильтр, измерительная ячейка, под­ заряжаемый никель-кадмиевый аккумулятор и показывающий прибор.

Батарейный ручной сигнализатор взрывоопасности типа G фирмы Drager с диффузионной измерительной ячейкой кроме стрелочного индикатора снабжен встроенным световым и звуко­ вым сигнальными устройствами. Он имеет взрывобезопасное ис­ полнение класса (Ex) sd3nG5. Порог срабатывания сигнального устройства может быть установлен в диапазоне 0—50 % от ниж­ него предела взрываемости. Прибор особенно приспособлен для контроля взрывоопасности на рабочих местах (например, при монтаже или ремонте). Степень разрядки аккумулятора контроли­ руется автоматически. При падении напряжения ниже заданного уровня срабатывает звуковая сигнализация. Длительность работы никель-кадминиевого аккумулятора составляет ~ 10 ч, длитель­ ность зарядки 14— 16 ч (во взрывобезопасном помещении).

С помощью датчика, состоящего из насоса типа резиновой гру­ ши и измерительного зонда, прибор можно применять для опре­ деления мест утечки газа. Калибровку прибора на рабочем месте производят с помощью метана. Возможна перекалибровка или пересчет показаний на другие горючие газы или пары. Д ля многих веществ прибор малочувствителен, поэтому его использование в химической промышленности проблематично;

в качестве универ­ сального прибора g точки зрения безопасности он не рекоменду­ ется.

Измерительная система А2 фирмы Auergesellschaft (Берлин) включает термохимический блок и блок измерения теплопровод­ ности. Т ак как термохимический блок не обеспечивает однознач­ ных результатов при анализе концентрированных газо-паровоз душных смесей (см. рис. 3.10—20), то дополнительно измеряется теплопроводность смеси. Калибровка термохимического выдвиж­ ного блока осуществляется в диапазоне 0—50 % нижнего предела взрываемости;

блок измерения теплопроводности калибруется для газов и паров в диапазоне 0— 100 % (объемн.). При анализе высоко­ концентрированных смесей, когда показания термохимического блока колеблются или снижаются до нуля, блок измерения тепло­ проводности выдает сигнал о наличии опасной концентрации.

Отбор проб в зависимости от исполнения производится либо встроенной, либо сменной дистанционно установленной диффузи­ онной головкой, соединенной с электрическим блоком кабелем длиной до 10 м, либо при помощи встроенного насоса с электри­ ческим приводом, а такж е при помощи зонда. Автономная диф­ фузионная измерительная головка может быть подвешена внутри контролируемой емкости или помещения. Аварийное состояние сиг­ нализируется оптически или акустически. Дополнительно преду­ смотрены выход на регистратор и сигнализация разрядки акку­ мулятора и повреждения датчика.

Существует еще ряд фирм—изготовителей термохимических газосигнализаторов. Перечень допущенных инспекцией по испы­ танию материалов (Берлин) к применению газоанализаторов и газосигнализаторов с указанием их назначений приведен в при­ ложении к нормали профсоюза химиков по взрывозащите [16].

В данном разделе рассмотрены только применяемые в ФРГ приборы.

3.10.2.4. ПЛАМ ЕННО -И ОН ИЗА ЦИ ОН НЫ Е П РИ Б О РЫ Измерение ионизации пламени можно использовать особенно для прямого обнаружения углеродсодержащих органических соеди­ нений. Этот метод позволяет измерять концентрации от несколь­ ких пропромилле до нескольких процентов. Поэтому детекторы ионизации пламени получили широкое распространение в газо­ вой хроматографии (см. 3.10.5). Возрастающий интерес к измере­ ниям загрязнений окружающей среды и контролю воздуха в произ­ водственных помещениях привел к разработке пламенно-иониза­ ционных приборов для обнаружения углеводородов в атмосфере.

Д ля контроля чистоты воздуха в области концентраций С 1 ррт измеряют поглощение излучения пламенем, в то время как при измерении высоких концентраций, особенно при анализе несгорев­ ших углеводородов в выхлопных газах автомобилей, измеряют интенсивность излучения пламени. Следующей областью приме­ нения пламенно-ионизационных детекторов, как датчиков сум­ марного содержания углеводородов, является обнаружение опас­ ных концентраций паров растворителей на установках или в по­ мещениях, обнаружение утечек и контроль на складах горючего и в трубопроводах. В указанных случаях применение пламенно­ ионизационных анализаторов предпочтительно по сравнению с приборами, основанными на измерении теплоты реакции, так как необходимость точных измерений низких концентраций оправ­ дывает более высокую стоимость приборов (3.10.2.3).

Принцип работы пламенно-ионизацион­ ного анализатора углеводородов Пламенно-ионизационный метод основан на измерении ионного тока пламени при сжигании углеводородов с воздухом в электри­ ческом поле. Пламя чистого водорода имеет низкую электропро­ водность. Введение в пламя углеводородсодержащего газа сильно ее увеличивает. Поток ионов при этом изменяется приблизительно пропорционально числу атомов углерода в молекулах, попадаю­ щих в пламя в единицу времени (табл. 3.10—6). Принципиальная схема измерения ионизации пламени показана на рис. 3.10— 21.

В горелку поступают водород, воздух и анализируемый газ и за­ горается пламя. Над пламенем установлен изолированный выход­ ной электрод (коллектор) для отвода ионного тока, а между го­ релкой и электродом приложено напряжение, как правило 1 0 0 Bf величина ионного тока от 10-14 до 10-8 А. Ионный ток усиливается высокоомным усилителем постоянного тока и сиг­ нал поступает на показывающий прибор. При необходимости не­ прерывного контроля показывающий прибор должен иметь хо­ рошее быстродействие. Наилучшая пропорциональность показаний прибора от измеряемой концентрации углеводородов достигается при контроле содержания метана? поэтому часто приборы калиб­ руются по метану. В приборах, используемых для контроля вы­ хлопных газов автомобилей, принято в качестве калибровочного компонента использовать гексан. Показания пламенно-иониза­ ционного датчика не всегда пропорциональны числу атомов угле­ рода в молекуле углеводородов, отклонения могут быть значи­ тельными [1] (см. табл. 3.10—6). Явление ионной проводимости пламени известно уже очень давно, однако до настоящего времени иет единого мнения о теоретическом механизме «химической иони­ зации». Очевидно, атомы углерода и ионы СО больше влияют на величину ионного тока, чем атомы углерода, связанные с кисло­ родом или атомами галогенов. Различную величину ионного тока дают такж е насыщенные и ненасыщенные соединения, несмотря на одинаковое число атомов углерода в молекуле. При анализе смеси различных компонентов возможен значительный разброс показаний, однако имеется ряд методов его снижения.

Пламенно-ионизационный датчик содержания углеводородов в воздухе состоит из трех основных узлов: системы подачи анали­ зируемого и горючего газа, горелки и электронной части. Водород, используемый в качестве горючего газа, обычно подают в горелку из баллона через понижающий редуктор и регулятор расхода.

ТАБЛИЦА 3.10 — ЗА В И С И М О С Т Ь П О К А ЗА Н И Й П Л А М Е Н Н О - И О Н И ЗА Ц И О Н Н О Г О Д ЕТ ЕК Т О РА ОТ ЧИ С Л А АТОМ ОВ У ГЛ Е РО Д А В М О Л Е К У Л Е в моле­ моле­ пока­ заний (относитель­ Отклонение о п р о ­ пока­ заний (относитель­ Отклонение о п р о ­ атомов Количество атомов порц и онал ьности, порц и он ал ьн ост и, т т в н гептана) н гептана) Увеличение Увеличение Количество Вещ ество Вещ ество углерода углерода куле куле % % о о 1 Метан к-Бутанол 4 — 12, 1,0 3, 2 0 изо-Бутанол 2, Этан 4 3,6 — 10, 0 Пропан Г ексанол 3 3,0 5,3 — 11, Октанол Бутаны 4 3,8 — 5,0 7,7 — 3, Пеитан 5 5 Йодоформ 16, 6 1 0, Гексан Хлороформ 6,1 — 32, + 1. Гептан Четыреххлори­ 7 7 0,48 — 52, 8 7,8 — 2, Октан стый углерод Нонан '3,8 — 2,2 0, 9 — 99, Сероуглерод 2 2, Ацетилен 2 2, +30,0 Т рихлорэтилен + 5, Этилен 2, Четыреххлори­ 1.9 + 10, — 5, 1 1 ропилен — 3,3 стый этилен 3 2, ! -бутилен 3,8 4 - 5,0 Винилхлорид 1,7 — 15, 2 -бутилен 4 3,7 — 7,5 1, Уксусная ки­ — 50, ’,3-бутадиен слота 4 3,8 — 5, Бензол 6 2, 5,8 Ацетон — 3,3 3 — 30, Толуол Метил ацетат 7 7,0 3 — 66, 1, я-Кснлол 7,4 — 7,5 2, Пропионовая 3 — 33, с-Ксилол кислота 7,7 — 5, м Кснлол - 7,7 — 3,8 4 2, Этилацетат — 40, Зтилбензол 7,6 - 5,0 Масляная ки­ 3,0. — 25, Метанол слота 0,77 — 23, Этанол 168 — 10,0 Диэтиловый 4 — 25, 3, 2,6 — 13,.ч-Пропанол эфир кяо-Пропанол 2,2 — 2 6, Иногда водород получают электролизом воды. Для сжигания горю­ чего газа используют чистый атмосферный или сжатый воздух.


Если в нем содержатся следы углеводородов и требуется высокая точность определения, то необходимо проводить дополнительную очистку воздуха. Самым простым устройством очистки воздуха является печь дожигания. Анализируемый газ смешивают с го­ рючим газом, а иногда используют непосредственно в качестве горючего газа. Для стабилизации давления, значительно влияю­ щего на положение нулевой точки анализатора и его чувствитель­ ность, подачу газа регулируют и подают его через капилляры или микродроссели.

Запаздывание детектора складывается из времени транспорти­ ровки анализируемого газа и запаздывания электрической части прибора. Для снижения транспортного запаздывания анализируе­ м й газ подают в детектор по байпасной линии, включенной па­ ы раллельно основному потоку газа. Для поддержания температуры выше точки росы для влаги и высококонцентрированных углеводо­ родов и исключения влияния температуры на элементы системы часто всю газовую часть детектора термостатируют.

Разработаны два вида конструкции пламенно-ионизационных датчиков. В датчиках одного вида анализируемый газ подается в детектор под давлением при помощи насоса. В датчиках другого вида насос установлен после детектора и газовая система находи­ тся под разрежением. Датчики, работающие под разрежением, более чувствительны, чем датчики под давлением. Это объясняется тем, что в вакууме степень рекомбинации ионов и электронов в пла­ мени меньше. Непосредственно на детектор температура не влияет.

Однако при анализе ряда видов углеводородов на погрешность показаний влияет температура пламени. При снижении темпера­ туры пламени разброс показаний для ряда углеводородов не­ сколько снижается. Для охлаждения пламени в горелку подают инертные газы (гелий, С 0 2). Более холодное пламя улучшает чувствительность измерений. Пламенно-ионизационный детектор нечувствителен к неорганическим веществам, к соединениям серы, СО, С 0 2, Н 2, O j и к благородным (инертным) газам до высоких концентраций, приводящих к охлаждению пламени. Не влияет также вода, что позволяет анализировать даже водные растворы органических веществ (но не суспензий).

Электронная часть детектора состоит из высокочувствительного усилителя постоянного тока и блока питания детектора. Иногда электронная часть помещается в термостатированный корпус.

Хотя принцип устройства пламенно-ионизационного анализа­ тора прост, при его создании возникает ряд конструктивных и тех­ нологических трудностей. Особенно это важно при измерении микроконцентраций и в случаях, когда необходим подогрев газопроводящих линий и детекторов. Так, при анализе органиче­ ских аэрозолей (дизельного топлива и других веществ с высокой температурой кипения) линию подачи анализируемого газа вплоть до горелки необходимо подогревать до 100— 200 °С, чтобы избежать конденсации паров. Это выдвигает повышенные требования к до­ полнительному оборудованию (насосу, фильтрам, регуляторам, капиллярам и др.), которое тоже должно нагреваться. Для обеспе­ чения безопасности пламенно-ионизационный анализатор содер­ жит сигнализатор пламени (терморезистор или термоэлемент), установленный в камере сгорания и прекращающий при случайном затухании пламени подачу водорода. Причиной затухания пла­ мени может быть слишком высокая концентрация углеводородов в анализируемом газе. В качестве дополнительной меры безопас­ ности при обрыве подводящей газ линии и выходе из строя сигна­ лизатора пламени применяют принудительную продувку воздухом корпуса анализатора. Зажигание пламени при включении прибора происходит с помощью электричества. Продукты сгорания после прибора выбрасываются в атмосферу.

Промышленные образцы Промышленность выпускает ряд анализаторов общего содержания углеводородов, некоторые из которых кратко описаны ниже. Ф и р­ мой Hartm ann und Braun специально для анализа выхлопных га­ зов двигателей внутреннего сгорания давно разработан анализатор FID A S. Имеется также модифицированный анализатор FID A S 2Т, рассчитанный для контроля малых концентраций углеводородов в атмосфере. Анализатор смонтирован в стандартном 19-дюймовом корпусе и состоит из аналитического и электронного блоков. Тем­ пература деталей, имеющих контакт с анализируемым газом (де­ тектора, фильтров, подводов газа), может плавно настраиваться в пределах 100— 200 °С. Минимальный диапазон измерения состав­ ляет 0— 10 р р т по метану. С помощью переключателя можно перейти на более широкие диапазоны измерения. По данным фирмы дрейф нуля составляет 2 % диапазона измерения, а изменение чув­ ствительности 1 %. Практически эти значения для диапазона 0— 10 р р т обеспечить трудно. Расход газа 100— 130 л/ч;

газ пода­ ется мембранным насосом, заключенным в корпус из нержавею­ щей стали.

Водород может подаваться как из баллона, так и от генератора водорода;

расход водорода 30 см3/мин. Водород, воздух и анали­ зируемый газ подают через три капилляра, запрессованные в го­ релку. Это обеспечивает стабильность основных параметров при­ бора. Выходной сигнал измерительного усилителя может пред­ ставлять собой как напряжение 0 (1)— 5 или 0— 10 мВ для под­ ключения компенсационного вторичного прибора, так и постоян­ ны ток величиной 0— 20 или 4— 20 мА при нагрузке до 750 Ом.

й Время выхода на 90 %-ное показание — 1,5 с. Температура окру­ жающей среды должна быть в пределах 10— 45 °С. При создании пламенно-ионизационного анализатора типа Fidam at для конт­ роля окружающей среды фирма Siemens использовала свой опыт разработки пламенно-ионизационного детектора для газовой хро­ матографии [2]. Анализатор общего содержания углеводородов Fidamat установлен в 19-дюймовом корпусе и состоит из трех кон­ структивных частей:

анализатора с пламенно-ионизационным детектором, фильтром, насосом с обогреваемой головкой для подачи анализируемого газа, регулятором давления анализируемого газа и других принадлеж­ ностей;

выдвижного блока регулятора температуры обогрева линии подачи газа (при наличии необходимости) с диапазоном настройки 110— 200 °С;

измерительного усилителя, индикатора, устройства контроля наличия пламени и регулятора температуры аналитического блока.

В стандартном исполнении минимальный диапазон измерения прибора составляет 0— 1 р р т по метану;

предлагается еще более узкий диапазон измерения 0— 0,2 р р т. Так как при этом требуется 3 П / р П. П р о ф о с а, т. 3.

особенно стабильное соотношение расходов анализируемого газа и водорода, возможность использования этого диапазона для непре­ рывного анализа сомнительна. Однако чувствительность пламенно­ ионизационного детектора настолько велика, что работа в диапа­ зоне 0— 1 р р т не вызывает затруднений. Переключатель диапазона (с поворотной головкой) позволяет в зависимости от типа прибора устанавливать ступенчато диапазоны измерений до 2000 и даже до 10 000 р р т.

Дополнительно можно десятикратно увеличивать чувствитель­ ность прибора изменением объема пробы при помощи встроенного игольчатого вентиля. Нулевую точку устанавливают при подаче чистого (синтезированного) воздуха. Для снижения запаздывания анализируемый газ продувается, минуя детектор по байпасной линии. Время выхода на 90 %-ное показание 1,5 с. Расход сжигае­ мого газа 30 мл/мин, расход воздуха 800 мл/мин при избыточном давлении 0,5 бар. Выходной сигнал — постоянный ток величиной 0 (4)— 20 мА;

погрешность 1 % от диапазона измерения.

Анализатор суммы углеводородов типа MSA фирмы Auergesell schaft (Берлин) представляет собой пламенно-ионизационный дат­ чик, работающий при избыточном давлении газа. Минимальный диапазон измерения 0— 4 р р т по метану. При помощи переключа­ теля можно выбрать любой из пяти поддиапазонов измерения в в пределах 0— 1200 р р т. Водород и воздух подаются на горелку через регулятор, а анализируемый газ поступает через капилляр.

В байпасной линии регулируется давление анализируемого газа и измеряется его расход. При расходе анализируемого газа 2— 10 л/мин давление перед капилляром достаточно постоянно и обе­ спечивает поступление в горелку 10 см3/мин газа. Гарантированная погрешность 1 % от диапазона измерения, дрейф нуля 1 % в сутки. Выходной сигнал — напряжение постоянного тока вели­ чиной в несколько милливольт, обеспечивает подключение само­ пишущего потенциометра.

Фирма Beckmann Instruments G m bH (Мюнхен, Ф РГ ) выпускает две модели аналогичного анализатора суммы углеводородов:

работающий при нормальной температуре и высокотемпературный (для диапазона 100— 200 °С) для углеводородов с высокой темпе­ ратурой кипения.

Фирма Ratfisch— Instrumente (Мюнхен, Ф РГ) выпускает пла­ менно-ионизационный анализатор типа R5/55 с плавно переклю­ чаемыми диапазонами измерения в пределах от 1 р р т до 10 % (объемн.) Н а 19-дюймовой стойке размещены 2 выдвижных блока— электронный и газового обеспечения. Линии подачи анализируе­ мого газа, включая корпус мембранного насоса, обогреваются до 200 °С. Ряд фирм выпускает анализаторы суммы углеводоро­ дов — например, Bendix ( U R К), Monitop Labs (Kontron), Meloy Labs (Techmation), Thermo— Electron (Nukletron).

Фирма Fa. J. & Sieger (Пул, Англия) через фирму Zellweger Uster (Мюнхен, Ф РГ) поставляет переносный батарейный прибор типа Gas— Тес для измерения следов газа при контроле утечек из подземных газопроводов для транспортировки углеводородов (городской газ, природный газ и др.). Прибор разработан фирмой Sieger. Через перемещаемый над землей отборный зонд анализи­ руемый воздух всасывается в пламенно-ионизационный детектор.

Благодаря малому запаздыванию системы в пределах 3 с проверя­ ющий может перемещаться вдоль трубопровода быстрым шагом.

Водород для горелки поступает из маленького баллона, установ­ ленного под прибором. Давление водорода в баллоне при работе в течение 1 ч понижается на 2 бар. Выбор начального давления в баллоне позволяет обеспечить работу прибора в течение недели с учетом того, что остаточное давление в баллоне должно быть не менее 7 бар. Анализируемый воздух используется также для сж и­ гания водорода. Поэтому этот прибор нельзя использовать для контроля атмосферы, содержащей инертные газы.

Прибор типа Gas— Тес через громкоговоритель или головные телефоны дает звуковой сигнал. Нулевой точке соответствует частота сигнала 5 Гц. Частота сигнала увеличивается пропорцио­ нально концентрации углеводородов. Измеренная концентрация показывается также встроенным индикатором. При помощи элект­ ронной схемы шкала прибора преобразована в логарифмическую и растянута до 10 ООО р р т по метану. Порог обнаружения 1 р р т.

Для приборов течеискателей не нужны точные показания, так как колебания давления атмосферы влияют на скорость утечки. В осо­ бых случаях выходной сигнал можно подать на самопишущий при­ бор. Питание прибора осуществляется от заряжаемой батареи, заряда которой достаточно для работы в течение примерно 12 ч.

Напряжение, прикладываемое к коллекторному электроду дат­ чика, поступает от трех последовательно включенных 30-вольто вых сухих элементов, емкость которых обеспечивает работу при­ бора в течение нескольких месяцев. Напряжение элементов пи­ тания можно проверить имеющимся в приборе показывающим прибором. Общий вес прибора типа Gas— Тес составляет 3,75 кг.

Подобный переносный батарейный прибор для обнаружения следов углеводородов в выхлопных газах или поиска мест утечки выпускает фирма M FU — Meptechnik G m bH (Мюнхен, Ф РГ).

Минимальный диапазон измерения этого прибора составляет 0— 2 р р т в специальном и 0— 10 р р т в обычном исполнении. При помощи переключателя диапазон измерения можно расширить тремя 10-кратными ступенями вплоть до 1000 крат. Горелка пла­ менно-ионизационного детектора потребляет примерно 5— 10 мл/мин особо чистого водорода, что при емкости баллона 0,27 л и начальном давлении 150 бар обеспечивает работу прибора в течение ~ 20 ч. Анализируемый воздух одновременно исполь­ зуется для сжигания водорода: при этом через игольчатый вентиль всегда можно перемешивать другие анализируемые газы. Питание прибора осуществляется от встроенного никель-кадмиевого акку­ 3* мулятора, ограничивающего время работы ~ 8 ч;

общий вес при­ бора 5 кг.

Выше приведены были лишь некоторые из уже применяющихся промышленных приборов. Так как область измерения общего со­ держания углеводородов сравнительно молода, следует ожидать появления новых приборов, возможно также во взрывобезопасном исполнении, что при использовании водородного пламени, оче­ видно, нелегко осуществить. При поиске утечек природного газа удается снизить число ошибочных измерений, связанных с нали­ чием следов бензина и масла, с 90 до 10 %, если анализируемый газ.пропускать через специальный катализатор, дожигающий все углеводороды, за исключением метана, до диоксида углерода.

Имеются пламенно-ионизационные детекторы, выполненные в виде простых газовых хроматографов. Такой прибор не только опреде­ ляет концентрацию углеводородов, но дополнительно отделяет один или несколько компонентов (например, С Н 4, СО, С2Н 4, СЯН 2) с указанием их концентрации и специально приспособлен для контроля воздуха.

3.10.8. Оптические методы ' 3.10.3.1. В В Е Д Е Н И Е Ценность и значение оптических методов в аналитической технике и измерении концентраций основаны на строго определенном взаимодействии между светом, являющимся электромагнитным из­ лучением., и веществом. Для понимания большинства оптических методов измерения достаточно волнового описания оптических явлений, в то время как квантовое описание в практической измери­ тельной технике может оказаться беспомощным.

Электромагнитная волна характеризуется скоростью с, ча­ стотой v, длиной волны 1 и амплитудой колебаний А. Частота и длина волны связаны зависимостью v = с/К.

Скорость распространения света в вакууме 2,997... X 101 см/'с, в то время как в веществе скорость света меньше;

соответственно меньше длина волны. Наиболее часто применяемыми единицами измерения в оптике являются нанометр [нм, 10- м], микрометр [мкм, 10~в м ], а также (в спектроскопии) ангстрем [А, Ю“1 м].

Для измерения частоты вместо единицы герц [Гц] в большинстве случаев используется число волн на 1 см (волновое число), так как указание частоты в герцах приводит к неудобно большим -шслам (более ;

01 Гц).

Понятие «свет» относится к видимой области длин волн электро Мггнитного излучения, заключенных между 380 и 760 нм. Опти­ ческие методь охватывают также ультрафиолетовую часть спектра с длинами волн от 50 до 400 нм (из которых вследствие поглощения кислородом воздуха технически легко доступна лишь область Я. 2 0 нм) и инфракрасную часть с длинами волн от 0,8 до 300 мкм.

f /ои этом в техническом отношении важной является область сX 50 мкм. Примыкающее к оптическому диапазону коротко­ волновое рентгеновское излучение и длинноволновое микроволно­ вое излучение не считаются оптической областью, так как для sthx видов излучения не применимы оптические законы прелом­ ления, отражения и др.

Электромагнитное излучение возникает при переходе носителя заряда с более высокого энергетического уровня на более низкий.

Под влиянием электромагнитного излучения носитель заряда с низ­ кого уровня энергии может переходить на более высокий уровень, логлощая это излучение. Возможные уровни энергии в атоме или молекуле и вытекающее отсюда число возможных скачков энер ' дискретно и ограничено, т. е. взаимодействие между излуче­ и нием и веществом является специфичным и строго определенным процессом, Поэтому оптические, методы анализа являются очень специфическими методами (эмиссионные и абсорбционные спект оы). Переходы электронов в атомах с одного энергетического уров­ ня на другой наблюдаются в ультрафиолетовой и видимой обла­ сти излучения (спектра). Переходы между уровнями колебаний ' атомными связями) в молекулах наблюдаются в видимой и близ­ кой к инфракрасной области до длин волн 15 мкм. Переходы между 7оовнями вращения (групп молекул) наблюдаются в длинновол­ новой (инфракрасной) области и распространяются вплоть до области микроволн.

Если электромагнитная волна данной частоты проходит через : юстранство с разномерно распределенной материей, параметры Вилкы (скорость распространения и амплитуда) могут изменяться, как частота является неизменным параметром. Изменение ак ости выоажаетсг коэффициентом преломления, изменение с я плмтудьг — коэффициентом поглощения. Эти две величины свя л ;

-ы между собой частотой абсорбции в атомах и молекулах и по­ лом у могут быть представлены в виде комплексного коэффициента п зеломлекия. Если на пути волны находится тело с негомогенным, а изотропным распределением материи (линейное, круговое двой преломление), д;

:я точного математического описания состоя i i волны приходится вводить несколько комплексных коэффи ;

• л:-н?ов преломления.

.

Согласно уравнениям Максвелла решение волнового уравне­ ния для свето-электрического возбуждения U в момент времени и(кТ)- (on * -* з ре г гор ноя форме имеет вид и — Ае ', где А — мак - Ф ная амплитуда;

г — путь;

К = 2п/%: ® — круговая ча~ ' ' чя происходит абсообция, т е. волна ослабляется, нужно s мгь комплексный вектор К == Кг -Ь /Г Решение волнового /С мулятора, ограничивающего время работы ~ 8 ч;

общий вес при­ бора 5 К Г.

Выше приведены были лишь некоторые из уже применяющихся промышленных приборов. Так как область измерения общего со­ держания углеводородов сравнительно молода, следует ожидать появления новых приборов, возможно также во взрывобезопасном исполнении, что при использовании водородного пламени, оче­ видно, нелегко осуществить. При поиске утечек природного газа удается снизить число ошибочных измерений, связанных с нали­ чием следов бензина и масла, с 90 до 10 %, если анализируемый газ пропускать через специальный катализатор, дожигающий все углеводороды, за исключением метана, до диоксида углерода.

Имеются пламенно-ионизационные детекторы, выполненные в виде простых газовых хроматографов. Такой прибор не только опреде­ ляет концентрацию углеводородов, но дополнительно отделяет один или несколько компонентов (например, С Н 4, СО, С2Н 4, С2Н 2) с указанием их концентрации и специально приспособлен для контроля воздуха.

3.10.3. Оптические методы ' 3.10.3.1. В В Е Д Е Н И Е Ценность и значение оптических методов в аналитической технике и измерении концентраций основаны на строго определенном взаимодействии между светом, являющимся электромагнитным из­ лучением, и веществом. Для понимания большинства оптических методов измерения достаточно волнового описания оптических явлений, в то время как квантовое описание в практической измери­ тельной технике может оказаться беспомощным.

Электромагнитная волна характеризуется скоростью с, ча­ стотой v, длиной волны X и амплитудой колебаний А. Частота и длина волны связаны зависимостью v = с/%.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.