10069

2.6. Приборы для анализа составов газов

Газоанализаторы – это средства измерений, применяемые в различных отраслях промышленности (включая тепловую энергетику) для анализа соста-

вов газов (в том числе воздуха).

2.6.1. Объемные химические газоанализаторы

Объемные химические газоанализаторы предназначены для измерения концентрации в смеси газов диоксида углерода, сероводорода, диоксида серы,

кислорода, оксида углерода, водорода, непредельных и предельных углеводо-

родов и азота. О содержании измеряемого компонента судят по изменению объема газовой смеси по результатам избирательного поглощения, каталитиче-

ского окисления или сжигания определенного компонента. Для поглощения во-

дорода и оксида углерода используется щелочной раствор полухлористой меди.

Кислород поглощается щелочным раствором пирогаллола.

Принципиальная схема объемного химического газоанализатора предна-

значенного для измерения двух компонентов газовой смеси: СО2 и О2 (рис. 2.14а). Прибор состоит из измерительной бюретки 1, соединенной с гребенкой

2, к которой подключаются два поглотительных сосуда 3, 4. Сосуд 3 заполнен раствором едкого калия и используется для поглощения СО2, сосуд 4 содержит щелочной раствор пирогаллола для поглощения О2. Так как, второй раствор по-

глощает СО2, в процессе проведения замеров в первую очередь определяют именно содержание СО2 и только потом кислорода. Внутри мерной бюретки находится сообщающаяся с атмосферой трубка 5, которая используется для контроля давления пробы газа после поглощения определяемого компонента.

Отбор пробы при открытом кране 9 и прокачивание газа через прибор осущест-

вляется резиновой грушей 6. Напорный сосуд 7 с запирающей жидкостью опу-

щен, газ через трубку 5 выталкивается в атмосферу. При подъеме напорного со-

суда 7 запирающая жидкость при достижении конца трубки 5 отсекает от атмо-

сферы пробу газа необходимого объема. В двух других положениях крана 8

61

проба газа в мерной бюретке 1 сообщается с сосудами 3, 4. Фильтр 10 служит для очистки газа. В качестве запирающей используется жидкость, не погло-

щающая компоненты анализируемой газовой смеси. Для этого применяются насыщенные растворы поваренной соли или хлористого кальция.

Преимуществами данной методики измерения является возможность из-

мерения широкого круга компонентов газовых смесей, анализа многокомпо-

нентных газовых смесей и простота их устройства. К недостаткам метода отно-

сятся: низкая точность анализа; периодичность действия; необходимость час-

той замены реактивов; сложность применения принципа для создания автома-

тических приборов.

2.6.2. Термокондуктометрические газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы – это приборы для анализа состава газовых смесей, основанные на измерении их теплопроводности. Тер-

мокондуктометрические газоанализаторы относятся к группе тепловых газо-

анализаторов, к которым также относятся термохимические. Для измерения те-

плопроводности газовой смеси используется нагреваемый током проводник,

помещенный в камеру, заполненную анализируемой смесью. Если теплоотдача от проводника к стенкам камеры в основном осуществляется в результате теп-

лопроводности, то имеет место следующая зависимость:

где Q – количество теплоты, отдаваемое проводником, Вт; l, d – длина и диа-

метр проводника, м; D – диаметр камеры, м; λ – теплопроводность смеси газов,

Вт/м·°C; tп, tc – температуры проводника и стенок камеры соответственно.

При постоянных и известных значениях отдаваемой проводником тепло-

ты Q и температуры стенок камеры tc, зависящей от температуры окружающей среды, теплопроводность газовой смеси будет однозначно определять темпера-

туру проводника и как результат его сопротивление. В качестве проводника ис62

пользуют проволоку из металла, обладающего высоким температурным коэф-

фициентом электрического сопротивления и химической стойкостью (платина,

вольфрам, никель, тантал и др.). Схема наиболее распространенных типов чув-

ствительного элемента представлена на рисунке 2.14б: с открытой платиновой спиралью – 5; с остеклованной платиновой спиралью – 6. В стеклянном корпусе

1 к платиновым токоподводам 2 подпаяна платиновая спираль 3 открытая или остеклованная 4. Чувствительный элемент второго типа защищен от агрессив-

ных воздействий среды, однако имеет большую инерцию.

2.6.3. Магнитные газоанализаторы

Магнитные газоанализаторы – это приборы для анализа состава газов, в

которых концентрация определяемого компонента измеряется по изменению магнитных свойств смеси, её магнитной восприимчивости.

Данные газоанализаторы применяют для определения содержания кисло-

рода в объеме газовых смесей, т.к. он обладает наибольшей магнитной воспри-

имчивостью, т.е. относится к парамагнитным газам. Магнитная восприимчи-

вость кислорода зависит от давления и снижается с ростом температуры. Изме-

нение объемной магнитной восприимчивости газовой смеси позволяет опреде-

лить концентрацию кислорода при постоянной температуре и давлении.

Наиболее распространенным методом измерения магнитной восприимчи-

вости смеси газов является метод, основанный на термомагнитной конвекции.

На рисунке 2.14в показана схема чувствительного элемента кислородомера и его размещение между полюсами магнита в преобразователе с внешней маг-

нитной конвекцией [3]. Чувствительный элемент представляет собой платино-

вую проволоку 1, намотанную на стеклянный капилляр 2, покрытую остеклени-

ем 3. Концы спирали подпаяны к токовводам 4. Кислородосодержащий газ,

протекающий по трубке, втягивается в магнитное поле, при этом он нагревается от резистора R1 и его магнитная восприимчивость снижается. Холодный газ вы-

талкивает нагретый, создавая поток магнитной конвекции, охлаждающий рези-

63

стор R1. Для обеспечения одинаковых условий теплоотдачи резистор R2 разме-

щен внутри немагнитного медного блока 6.

2.6.4. Оптические газоанализаторы

Оптические газоанализаторы – это измерительные приборы в которых концентрация определяемого компонента находится путем измерения оптиче-

ских свойств газовой смеси, к основным из которых относятся показатели пре-

ломления, спектрального поглощения и излучения, спектральная плотность и пр.

Оптические газоанализаторы по принципу действия классифицируются на: инфракрасного и ультрафиолетового поглощения; фотоколориметрические;

люминесцентные; ослабления видимого излучения.

Более подробно рассмотрим метод инфракрасного поглощения, который основан на зависимости ослабления монохроматического излучения при про-

хождении через камеру, заполненную анализируемым газом от его концентра-

цией. Для применения данного метода необходимо, чтобы определяемый ком-

понент имел спектр поглощения, отличающийся от спектров поглощения дру-

гих компонентов исследуемой газовой смеси.

Принципиальная схема оптико-акустического приемника инфракрасного излучения представлена на рис. 2.14г [3]. Источником 1 создается постоянное излучение, которое с помощью вращающегося диска с отверстиями 2 и свето-

фильтром 3 преобразуется в пульсирующее монохроматическое излучение.

Анализируемый компонент, находящийся в камере 4, поглощает излучение, при этом в камере возникают пульсации температуры, как следствие и давления.

Пульсации давления воспринимаются микрофонным чувствительным элемен-

том 5, являющимся конденсатором, образованным подвижной мембраной и не-

подвижной пластиной. Под действием давления мембрана перемещается, вы-

зывая из-за колебаний зазора δ, мм, изменение емкости конденсатора C. Дан-

ные об изменении емкости передаются на вторичный преобразователь, на кото-

ром отображается концентрация компонента смеси.

64

Рис. 2.14. Приборы для анализа состава газов. Химический (а): 1 – измерительная бюретка; 2 – гребенка; 3, 4 – поглотительные сосуды; 5 – трубка; 6 – резиновая груша; 7 – напорный сосуд; 8, 9 – краны; 10 – фильтры. Термокондуктометрический, чувствительный элемент (б): 1 – стеклянный корпус; 2 – платиновый токоподвод; 3, 4 – открытая и платиновая спирали; 5 – элемент с открытой платиновой спиралью; 6 – элемент с остеклованной платиновой спиралью. Магнитный (в): 1 – платиновая проводка; 2 – стеклянный капилляр; 3 – стеклянное покрытие; 4 – токоввод; 5 – постоянный магнит; 6 – немагнитный медный блок; 7 – труба. Оптический, оптико-акустический лучеприемник (г): 1 – источник; 2 – диск с отверстиями; 3 – светофильтр; 4 – камера; 5 – чувствительный элемент

65

2.7.Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы

1)Опишите принцип работы биметаллического термометра.

2)Самостоятельно изучите ГОСТ-ы [10, 11]. Проанализируйте указанные

вних основные нормативные параметры, характеризующие термопреобразова-

тели сопротивления и термопары.

3)Что такое коэффициент преобразования термопары?

4)Изложите принцип работы дилатометрического термографа.

5)Самостоятельно изучите конструкцию и принцип работы психромет-

ров Крелля и Августа. Чем их конструкция отличается от аспирационного пси-

хрометра Ассмана?

6) Изучите в ходе самостоятельной работы конструкцию и принцип рабо-

ты современных электролитических, керамических, сорбционных и оптиче-

ских, емкостных и резистивных гигрометров.

7) Дайте классификацию и опишите конструкцию динамических, стати-

ческих анемометров. Дополнительно изучите конструкцию и принцип работы современных электроанемометров.

8) Исследуйте принцип работы узлов учета тепловой энергии индивиду-

альных тепловых пунктов, с применением ультразвуковых расходомеров.

9)Опишите конструкцию и принцип работы микроманометра ММН.

10)Самостоятельно изучите конструкцию и принцип работы сильфонных

имембранных манометров, а также барометров Види и Бурдона.

11)Дайте принципиальную схему поплавкового уровнемера и принцип его работы? Для чего необходим уравновешивающий груз в его конструкции.

12)Что такое нониус? Какова его конструкция и назначение?

13)Самостоятельно рассмотрите принцип действия и конструкцию фо-

токолориметрических, электрических и хроматографических газоанализаторов.

66

Глава 3. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА

ВПОМЕЩЕНИЯХ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

Вданной главе рассмотрены общие сведения о требованиях к параметрам микроклимата в обслуживаемой зоне помещений жилых и общественных зда-

ний, согласно действующим требованиям и методикам указанным в ГОСТ [16].

3.1. Требования к параметрам микроклимата

Допустимые параметры микроклимата – это сочетание значений показа-

телей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухуд-

шение самочувствия и понижение работоспособности при усиленном напряже-

нии механизмов терморегуляции и не вызывают повреждений или ухудшения состояния здоровья.

Оптимальные параметры микроклимата – это сочетание значений показа-

телей микроклимата, которое при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при ми-

нимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся в помещении.

К обязательным для поддержания параметрам микроклимата в помеще-

ниях жилых и общественных зданий относятся:

1)температура внутреннего воздуха, tв, °C;

2)скорость движения внутреннего воздуха, vв, м/с;

3)относительная влажность внутреннего воздуха, φв, %;

4)результирующая температура помещения, tsu, °C;

5)локальная асимметрия результирующей температуры, tasu, °C.

Локальная асимметрия результирующей температуры должна быть не бо-

лее tasu = 2,5 °C для оптимальных и tasu = 3,5 °C для допустимых показателей.

В различных точках обслуживаемой зоны жилых и общественных зданий допускается (рис. 3.1): перепад температуры воздуха tв ≤ 2 °C для оптималь-

ных и tв ≤ 3 °C для допустимых параметров; перепад результирующей темпе67

ратуры помещения по высоте обслуживаемой зоны tsu ≤ 2 °C; изменение ско-

рости движения воздуха vв ≤ 0,07 м/с для оптимальных и vв ≤ 0,1 для допус-

тимых параметров; изменение относительной влажности воздуха Δφв ≤ 7 % для оптимальных и Δφв ≤ 15 % для допустимых параметров.

Значения оптимальных и допустимых параметров микроклимата в поме-

щениях жилых и общественных зданиях представлены в таблице 3.1.

Рис. 3.1. Схема нормирования допустимых перепадов параметров микроклимата в обслуживаемой зоне помещений жилых и общественных зданий: 1 – шаровой термометр; 2 – отопительный прибор

Таблица 3.1 Оптимальные и допустимые параметры микроклимата в помещениях жилых, общественных

и административных зданий

Окончание таблицы 3.1

68

Примечание:

1 – оптимальные параметры микроклимата;

2 – допустимые параметры микроклимата;

3 – значения указанные в скобках;

4 – величина не нормируется; 5 – для общественных и административных зданий указана категория помещений согласно ГОСТ

[16].

3.2. Методы контроля параметров микроклимата

69

Измерение параметров микроклимата в холодный период года требуется выполнять при температуре наружного воздуха не выше tн = –5 °C. В теплый период года измерение показателей микроклимата следует выполнять при тем-

пературе наружного воздуха не ниже tн = 15 °C. Не допускается поводить изме-

рения при безоблачном небе в светлое время суток.

Измерение температуры, влажности и скорости движения воздуха следу-

ет проводить в обслуживаемой зоне на высоте: 0,1, 0,4 и 1,7 м от поверхности пола для детских дошкольных учреждений; 0,1, 0,6 и 1,7 м от поверхности пола

– при пребывании людей в помещении преимущественно в сидячем положении; 0,1, 1,1, 1,7 м от поверхности пола – в помещениях, где люди преимущественно стоят или ходят; в центре обслуживаемой зоны и на расстоянии 0,5 м от внут-

ренней поверхности наружных стен и стационарных отопительных приборов –

впомещениях указанных в таблице 3.2.

Впомещениях площадью более 100 м2 измерение температуры, влажно-

сти и скорости движения воздуха следует проводить на равновеликих участках,

площадь которых не должна превышать 100 м2.

Температуру внутренних поверхностей стен, перегородок, пола и потолка измеряют в центре их оси симметрии. При наличии в конструкции ограждений световых проемов или наличии рядом с ними отопительных приборов темпера-

туру на внутренней поверхности измеряют в центре участков, образованных линиями, продолжающими грани откосов светового проема, а также в центре остекления и отопительного прибора.

Результирующую температуру помещения tsu определяют либо расчет-

ным путем, либо по результатам измерений шаровым термометром с диамет-

ром сферы dсф = 150 мм, при подвижности наружного воздуха vв < 0,2 м/с. При определении tsu расчетным путем измерение температуры воздуха проводят в центре помещения на высоте 0,6 м от поверхности пола для помещений с пре-

быванием людей в положении сидя и на высоте 1,1 м в помещениях с пребыва-

нием людей в положении стоя.

70