Приборы для измерения состава жидких и газообразных сред Газоанализаторы

В процессах газоочистки, при анализе воздуха промышленных помещений на содержание в нем вредных для здоровья примесей, при анализе топочных газов и т. д. не обойтись без приборов — г а з о а н а л и з а т о р о в — которые позволяют количественно оценивать содержание интересующего компонента в газовой смеси.

Для проведения точного газового анализа обычно применя­ются лабораторные, а для непрерывных измерений в производст­венных условиях—автоматические газоанализаторы.

Газовый анализ возможен, если компонент, концентрация ко­торого в газовой смеси определяется, отличается от остальных компонентов по крайней мере одним свойством (чем отличие больше, тем измерение чувствительнее). Выбор метода газового анализа определяется контролируемым физико-химическим свойством анализируемого компонента. Методы газового анализа можно разделить на химические, физико-химические и физиче­ские.

Х и м и ч е с к и й а н а л и з основан на поглощении определенно­го компонента газовой смеси каким - либо веществом, вступающим в химическое соединение с данным компонентом, в то время как другие компоненты смеси не поглощаются (избирательное погло­щение) .

Ф и з и к о-х и м и ч е с к и й м е т о д базируется на различных химических реакциях, сопровождающихся тем или иным физиче­ским явлением (например, выделением тепла).

Ф и з и ч е с к и е м е т о д ы анализа основаны на определении какого-либо физического свойства анализируемого компонента смеси, отличающегося от этого же свойства других компонентов.

Наиболее распространены химические, термокондуктометрические, магнитные и оптические газоанализаторы.

Рис.1. Схема переносного химического газоанализатора:

1-фильтр; 2-гребенка; 3,5,7- поглотительные сосуды; 4- распределительная трубка; 6- резиновый мешочек; 8-резиновая трубка; 9- стеклянный цилиндр; 10-бюретка; 11-уравнительный сосуд; А-Г – краны.

Химические газоанализаторы выполняются главным образом в виде переносных неавтоматических приборов для периодиче­ских измерений процентного содержания одного или нескольких компонентов газовой смеси (по объему) в лабораторных или производственных условиях.

Схема газоанализатора для раздельного поочередного контро­ля трех компонентов газовой смеси (двуокиси углерода, кислоро­да и окиси углерода) приведена на рис.1.

Для анализа с помощью бюретки 10 емкостью 100 см³ отби­рается строго определенная порция газа; для уменьшения влия­ния температуры бюретка помещена в стеклянный цилиндр 9, наполненный водой. Внутренняя полость бюретки с помощью резиновой трубки 8 соединена с уравнительным сосудом 11, запол­ненным насыщенным раствором поваренной соли. При опускании уравнительного сосуда вода из бюретки перетекает в сосуд и, благодаря создавшемуся разрежению, через фильтр 1 в бюретку засасывается проба газа емкостью 100 см³. Затем кран А пере­крывают, кран Б открывают и уравнительный сосуд поднимают вверх. Благодаря этому газ по распределенной гребенке 2 посту­пает в поглотительный сосуд 3, заполненный раствором КОН, где поглощается СО₂. Для полного поглощения СО₂ газ прокачивают через сосуд 3 несколько раз (поднимая и опуская сосуд 11). Пос­ле этого с помощью бюретки измеряют оставшийся объем газа а рассчитывают количество СО2.

Затем открывают кран В, и оставшийся объем газовой смеси несколько раз пропускается через сосуд 5, заполненный раство­ренными в воде КОН и пирогаллолом С6Н₃(ОН)₃, где происходит поглощение О2. Вновь измеряют остаток смеси и рассчитывают количество О2 в 100 см³ смеси. После этого через кран Г в со­суд 7, заполненный растворенными в воде полухлористой медью СuCl2, хлористым аммонием NH4С1 и 25%-ным раствором аммиа­ка МН₃, пропускают оставшуюся смесь и производят аналогич­ные операции.

Для предохранения поглотительных растворов от соприкосно­вения с воздухом в газоанализаторе имеется резиновый мешо­чек 6, соединенный с сосудами распределительной трубкой 4.

Все детали прибора монтируются в деревянном футляре, удоб­ном для переноски.

Физико-химические газоанализаторы. Из большого числа при­боров этой группы рассмотрим принцип действия термохимичеcкого газоанализатора, основанного на использовании теплового эффекта химической реакции.

Термохимический газоанализатор. Электрическая схема прибора (рис.2) представляет собой неуравновешенный мост постоянного или переменного тока. Рабочий r1 и сравнительный r2 термометры сопротивления, помещенные соответственно в ра­бочую III и сравнительную II измерительные ячейки, включены в плечи моста, два других плеча которого образованы постоян­ными сопротивлениями г3 и r4 (сопротивление r5 служит для установки нуля прибора). В цепь питания моста включен реостат r₆ для установки силы тока и выключатель К.

Анализируемая газовая смесь I последовательно проходит че­рез обе ячейки: сравнительную и рабочую. Если она не содержит анализируемого компонента, то температура, а значит, и сопро­тивление термометров в обеих ячейках одинаковы. С появлением в газовой смеси анализируемого компонента на катализаторе V, засыпанном в рабочую ячейку, происходит экзотермическая реак­ция, причем количество тепла, выделяемого в результате реак­ции, пропорционально количеству анализируемого компонента прошедшего через рабочую ячейку в единицу времени. Под действием выделенного тепла температура в ячейке повышается, что вызывает изменение сопротивления термометра и разбаланс моста. В диагональ моста включен милливольтметр мВ, шкала которого градуируется в объемных процентах анализируемого компонента.

Газоанализаторы этого типа предназначены для контроля горючих газов в кислороде и содержания кислорода, а также окисиуглерода и водорода в горючих газах.

Рис.2. Электрическая схема термохимического газоанализатора:

I-вход газа;IIиIII– сравнительная и рабочая ячейки;IV– выход газа;

V– катализатор.