Сорбционно-кондуктометрический газоанализатор.

(Рис. 24) [31]

Рис. в). В его работе используется эффект изменения электропроводимости слоя адсорбента. Основной элемент - тонкая пластина 1, размером от 3*3 до 10*10 мм из кварца или кварц-фторопласта. С одной стороны на поверхности пластины методом планарной технологии наносятся гребешки 2 и 3 - металлические электроды. С обратной стороны на пластину той же технологией наносится нагреватель 7. Поверх гребешков наносится слой адсорбента. Гребешковая конструкция используется для уменьшения сопротивления слоя. В процессе работы с помощью нагревателя, питающегося от стабилизированного источника напряжения 6, вся пластина нагревается до температуры 200-250С. Когда в потоке анализируемого газа появляется определяемый компонент, он адсорбируется на пленке адсорбента 4. Это приводит к изменению электрического сопротивления между соседними зубцами гребешков. Общее электрическое сопротивление (электропроводимость) измеряется с помощью автоматического омметра 5, и служит мерой концентрации определяемого компонента. Это сопротивление составляет несколько десятков или сотен МОм. Причем газы, которые способны отдавать электроны (донорные), при поглощении уменьшают сопротивление пленки, а газы, способные забирать электроны увеличивают сопротивление пленки. Определяемые концентрации от 10-2 до 10-4 % об. С помощью таких устройств в настоящее время определяют концентрации вредных отравляющих веществ.

Испарительный анализатор. (Рис. 25) [32]

Принцип действия основан на т. н. психрометрическом эффекте - при испарении некоторой жидкости, ее температура уменьшается. Обычно эти анализаторы используются для измерения концентрации влаги в воздухе. Различают абсолютную и относительную влажность. Абсолютная влажность (А) определяется концентрацией паров воды в воздухе. Чаще используется понятие относительной влажности, под которой понимают отношение абсолютной влажности к абсолютной влажности, соответствующей насыщению (предельно возможной концентрации влаги) Ан при данной температуре и давлении, выраженное в %. Большой вес имеет температура, поэтому относительная влажность всегда сообщается вместе с информацией о температуре, при которой она измерена. φ = А/Ан *100. В данном анализаторе в камере 1 размещены сухой 2 и влажный или мокрый 3 термометры. Они имеют одинаковые характеристики. Обычно это платиновые термометры. Влажный термометр опутан пористым чулком 4 из текстиля. В процессе работы, с помощью побудителя расхода 5, через камеру 1 создается поток воздуха, стабилизированный по расходу, причем воздух поступает через пористый фильтр 12, где очищается от пыли. Температура сухого термометра всегда соответствует температуре поступающего в камеру 1 воздуха. А температура влажного термометра, при постоянной скорости воздуха, зависит еще от влажности последнего. С поверхности чулка 4, происходит испарение влаги, причем интенсивность испарений увеличивается с уменьшением влажности воздуха. Т.о., сопротивление сухого термометра остается постоянным, а влажного уменьшается. Разность температур сухого и мокрого термометров называется психрометрической разностью температур. Относительная влажность определяется по экспериментальной зависимости, которая обычно задается в виде графиков и таблиц. φ = f[(tH – a)/(tC – б)], где: а и б = const. Эта формула используется в вычислительном устройстве 11 для определения относительной влажности. Вычислительное устройство представляет собой сложную мостовую схему, которая выполняет все операции и учитывает текущую температуру. Для снабжения чулка 4 водой в приборе используется система автоматической подачи воды, состоящая из емкости 6, резервуара 9 и трубок 7 и 8. До тех пор, пока уровень жидкости 6 находится выше открытого конца 10 трубки 7, переток жидкости из резервуара в емкость не происходит. Когда уровень жидкости опускается ниже открытого конца трубки, воздух из камеры 1 по трубке 10 направляется в паровое пространство резервуара 9, и в этом пространстве давление становится равным атмосферному. Под действием гидростатического давления столба воды в трубке 8, последняя из резервуара 9 начинает перетекать в емкость, следовательно уровень увеличивается, следовательно, скоро она станет выше конца 10 и течение еще продолжается до тех пор, пока в паровом пространстве резервуара 9 не создастся разряжение, равное гидростатическому давлению. Диапазон измерений: от 10 до 100 % отн влажн. Класс точности 4-5. Время реакции: до 120 сек.

Конденсаторный Анализатор. (Рис. 26) [33]

В данном анализаторе используется явление образования росы на охлаждаемой поверхности в том случае, когда концентрация влаги в исследуемом газе превышает концентрацию, соответствующую насыщению. Через камеру 1 непрерывно прокачивается анализируемый газ (напр. воздух), содержащий пары воды. С помощью измерительно-управляющего устройства 10 к полупроводниковой термопаре 2 подается некоторое напряжение. В соответствии с эффектом Пельсье, один торец данной термопары охлаждается. Луч света от лампочки 6 через оптическую систему 4 направляется к поверхности зеркальца 3, а затем отражается от нее и воспринимается через оптическую систему 5 фотоприемником 7. Если на поверхности 3 пары воды не конденсируются, то измерительное управляющее устройство продолжает подачу напряжения к термопаре 2. Когда в процессе уменьшения температуры зеркальца на его поверхности появляется конденсат (иней), отражающая способность зеркальца резко уменьшается. В этом случае, сигнал от фотоприемника уменьшается и устр-во 10 уменьшает сигнал к термопаре 2. Поступающими потоками газа зеркальце нагревается и иней исчезает. Таким образом, с помощью устройства 10, температура зеркальца поддерживается равной температуре, при которой на его поверхности образуется иней-роса. Поэтому такой анализатор называют анализатором точки росы. Температура зеркальца автоматически измеряется с помощью терморезистора 8 и потенциометра 9. Диапазон измерения: -80 - +30С. Погрешность абсолютная: 0,5С. Чем меньше температура точки росы, тем меньше концентрация влаги в анализируемом воздухе. Подобные устройства используется также для измерения точки росы газов в магистральных газопроводах. В данном случае изменяется точка росы по углеводородам, что характеризует качество очистки газов от тяжелых углеводородов.

Диэкометрические анализаторы. (Рис. 27, 28) [34]

Принцип действия этих анализаторов основан на измерении диэлектрической проницаемости анализируемой среды, заполняющей конденсатор или проталкивающей через него. Емкость плоского конденсатора описывается выражением (1): C = ξS/d. (1), где: ξ – диэлектрическая проницаемость среды находящейся в конденсаторе; S – площадь обкладки конденсатора; d – расстояние между обкладками. При d=const, S=const, С зависит только от ξ. В большинстве жидких сред ξ=несколько единиц, а ξ воды = 81. Этот факт используется для селективного измерения концентрации воды в газообразных и жидких средах. Анализатор концентрации влаги в газовых средах. Рис. а). Работает следующим образом: через камеру 1 с постоянным расходом прокачивается анализируемый газ. В камере расположен специальный конденсатор, который состоит из алюминиевой проволочки 2 d=2 мм, которая покрыта тонким слоем окиси алюминия (адсорбент). Поверх этого слоя намотана никелевая спираль 4. Конденсатор включен в схему электрического неуравновешенного моста в качестве одного из плеч. Смежное плечо для балансировки содержит переменную емкость С и резистор R. Мост питается переменным током от источника питания ИП. Когда в анализируемой среде изменяется концентрация паров воды, последние адсорбируются в слой окиси алюминия. При этом увеличивается емкость конденсатора, что вызывает разбаланс неуравновешенного моста, который после выпрямления измеряется милливольтметром или потенциометром 5. Диапазон измерений: 0 - 10-10. 0 - 10-4 % об. Класс точности 5-10. Анализатор концентрации воды в нефти. Рис. б). Содержит два цилиндрических конденсатора: измерительный (Си) и сравнительный (Сср). Измерительный конденсатор находится непосредственно в трубопроводе в камере 2, выполняется виде сетки, что необходимо для исключения попадания механических примесей в пространство между обкладками. Сравнительный конденсатор расположен в проточной емкости 4. Эти конденсаторы включены в соответствующие контура электронных генераторов 3 и 5, которые создают электрические колебания соответствующей частоты, причем частота колебаний генератора 3 определяется как диэлектрической проницаемостью нефти, так и содержанием в ней воды, а частота колебаний генератора 5 зависит в основном от диэлектрической проницаемости нефти. Последняя может, меняться на несколько единиц, в зависимости от месторождения, что необходимо учитывать. В камеру 4 нефть поступает после очистки от воды в устройстве 6, кот. представляет собой фильтр. Эти устройства имеют заметную инерцию 10-20 мин, которая связана с процессами очистки. Разность частот колебаний генераторов 3 и 5 формируется в смесителе 7, сигнал с выхода которого посылается на частотомер. Если концентрация воды в нефти составляет несколько десятков процентов, то сравнительный конденсатор не используется. Диапазон измерений: 0-3%, 0-100% об. воды. Класс точности: 5 - 1.