Лекция 25.

План:

25.1 Термомагнитный метод измерения состава газа.

25.2 Электрохимические газоанализаторы

 

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

 

1 – кольцевая камера, 2 – ротаметр, 3 – горизонтальная трубка, 4 – магнит, АП – автоматический потенциометр, Б – источник постоянного тока

 

 

Газовая смесь, просасываемая через прибор водоструйным насосом (эжектором), поступает в кольцевую камеру 1 из немагнитного материала. Расход газа через камеру поддерживается постоянным с помощью встроенного в прибор ротаметра 2, пропускающего избыточную часть газа в обход камеры. Кольцевая камера соединена посредине горизонтальной трубкой 3, внутри которой помещены одинаковые активные плечи R1 и R4 неуравновешенного моста, изготовленные из тонкой платиновой проволоки. Протекающим током эти плечи нагреваются до 200 оС.

Два других плеча моста (R2 и R3), выполненные из манганина, имеют постоянные сопротивления. Реостат R5 служит для установки электрического нуля прибора. Питание моста производится от источника постоянного тока Б с реостатом R6 для регулировки тока. В другую диагональ включен автоматический потенциометр АП со шкалой, градуированной в процентах О2.

На левом конце горизонтальной трубки снаружи расположены полюса постоянного магнита 4, создающего здесь неоднородное магнитное поле.

Проходящий около этого конца трубки относительно холодный газ, обладающий высоким значением магнитной восприимчивости, частично втягивается в магнитное поле, вытесняя из трубки через правый ее конец подогретый активными плечами газ, имеющий более низкое значение магнитной восприимчивости. Т.о., в кольцевой камере возникает термомагнитная конвекция, создающая в горизонтальной трубке направленный поток исследуемого газа («магнитный ветер»), скорость которого зависит от содержания в нем О2.

При движении газовой смеси через трубку плечо моста R1 охлаждается сильнее, чем плечо R4, т.к. омывается более холодным газом. В связи с этим оно имеет меньшее электрическое сопротивление, что приводит к нарушению равновесия моста и отклонению указательной стрелки (пера) потенциометра. Разбаланс моста будет тем сильнее, чем больше содержится в дымовых газах О2.

25.2 Принцип действия электрохимического газоанализатораоснован на использовании свойств высокотемпературной гальванической ячейки, обладающей кислородоионной проводимостью и являющейся чувствительным элементом прибора.

Чувствительный элемент преобразователя (гальваническая ячейка) состоит из твердого электролита 1, выполненного в виде пробирки из двуокиси циркония (ZrO2) и окиси иттрия (Y2O3), и платиновых электродов 2 и 3, нанесенных на наружную и внутреннюю поверхности электролита.

Выводами электродов служат платиновые провода 4, причем для контакта с наружным электродом провод охватывает его несколькими витками, а с внутренним – прижимается к нему в виде пучка керамической трубкой 5.

Наружный электрод (положительный) ячейки омывается дымовыми газами, а внутренний (отрицательный) – атмосферным воздухом (сравнительным газом), непрерывно отсасываемым через трубку 5.

Будучи помещена в газоход, гальваническая ячейка развивает эдс, зависящую от температуры газов и парциального давления содержащегося в них кислорода.

Для контроля за температурой ячейки внутрь помещен термоэлектрический термометр 6 типа ТХА. Ячейка обогревается электронагревателем 7, поддерживающим постоянную температуру 800 оС. Патрубок 8 преобразователя присоединяется к шунтовой трубе котлоагрегата.

Вырабатываемая преобразователем э.д.с. измеряется вторичным прибором ВП со шкалой, градуированной в процентах содержания О2 в дымовых газах. В качестве вторичного прибора газоанализатора применяется автоматический показывающий и самопишущий потенциометр типа КСП, подключенный соединительной линией 9 к зажимам преобразователя.

Регулирование температуры чувствительного элемента преобразователя производится с помощью термоэлектрического термометра 6, связанного удлиняющими проводами 10 с двухпозиционным автоматическим регулятором температуры РТ. Последний состоит из регулирующего прибора 11 и промежуточного электромагнитного реле 12, управляющих работой электронагревателя 7. регулирующим прибором служит показывающий и регулирующий магнитоэлектрический милливольтметр или автоматический потенциометр с регулирующим устройством.