Среди используемых в настоящее время методов измерения концентраций газов в воздухе и технологических смесях метод, в основе которого лежит измерение концентрации газа по его теплопроводности, получил широкое распространение. Под теплопроводностью понимают процесс передачи количества тепла в единицу времени на единицу расстояния. За единицу теплопроводности λ принят: 1Вт/м*0К. В практике используется также: 1ккал/м*ч*0С. Теплопроводность газов практически не зависит от давления. С увеличением температуры теплопроводность газов увеличивается, что связано с увеличением количества соударений молекул газа между собой. В небольших диапазонах измерения теплопроводность газовой смеси λ обладает свойством аддитивности и зависит от концентраций компонентов, составляющих данную смесь:

Λсмеси = С1λ1+ С2λ2 + …+ Сnλn,

где: С1, С2, Сn - концентрации компонентов газовой смеси;

λ1, λ2, λn - теплопроводности компонентов.

С увеличением значений теплопроводностей компонентов газовой смеси, значение общей теплопроводности смеси имеет сложную зависимость и определяется, как правило, опытным путём.

Теплопроводности газов лежат в широком диапазоне значений, однако среди газов имеются такие, чья теплопроводность резко отличается от остальных. К таким газам относятся водород и гелий. По этой причине газоанализаторы на водород, основанный на его аномально высокой теплопроводности, получили исключительно широкое распространение. Чувствительными элементами в газоанализаторах, основанных на принципе теплопроводности, являются платиновые или платиново-иридиевые нити диаметром 0,02-0,05 мм, изготовленные в виде пружинки и закреплённые в измерительной камере. Достаточно широко используются чувствительные элементы, представляющие собой остеклованную спираль, изготовленную из платиновой проволоки длиной 2 см, диаметром 0,02 см, с сопротивлением и нагревателем. Теплоотдача от чувствительного элемента к стенкам камеры зависит от теплопроводностей газовой смеси в камере. При изменении концентрации измеряемого компонента происходит изменение теплоотдачи и изменяется температура чувствительного элемента, что в свою очередь приводит к изменению электрического сопротивления. Теплоотдача W платиновой нити за счёт теплопроводности газовой смеси выражается уравнением:

W = Aλсм(tн - tст),

где: А - тепловая константа камеры;

λсм - теплопроводность газовой смеси;

tн , tст - температуры нити стенки и камеры.

Выходное напряжение U такого чувствительного элемента в общем виде выражается соотношением:

U = KR2I2Uпитλсм - 1,

где: К - конструктивный коэффициент;

R - электрическое сопротивление чувствительного элемента в установившемся режиме;

I - величина тока, проходящего через чувствительный элемент;

Uпит - напряжение питания;

Λсм - теплопроводность газовой смеси в установившемся режиме.

В газоанализаторах обычно измерение концентрации осуществляется методом сравнения теплопроводностей исследуемой и сравнительной газовых смесей. Для этого в конструкции газоанализатора предусмотрены две газовые камеры: измерительная и сравнительная. В измерительную газовую камеру подаётся исследуемая газовая смесь, а в сравнительную газовую камеру стандартный газ. Для обеспечения нормальной работы газоанализаторы расходы газов через обе камеры должны быть одинаковыми.

Существуют и широко применяются газоанализаторы, в которых исследуемая газовая среда не прокачивается через камеры, а лишь соприкасается с чувствительными элементами. У таких газоанализаторов чувствительные элементы сравнительной камеры находятся в атмосфере стандартного газа, а камера герметично закрыта. Недостатком газоанализаторов такого типа является их чувствительность к движению воздуха. Поэтому они должны размещаться в местах, где отсутствует движение воздуха и обязаны иметь на входе в измерительную камеру сетку, обеспечивающую диффузионный заход газовой смеси.

Еще статьи по теме

Проблемы парникового эффекта и разрушение озонового слоя
Современное человечество живет в эпоху небывалого развития научно-технического прогресса, сопровождающегося активным воздействием на природную среду. И хотя в последние десятилетия принимаются меры по ее охране и оздоровлению, тем не менее ...

Развитие фирмы в условиях олигополистического рынка
Особенностью существования фирмы в рыночных условиях является то, что она находится в постоянной взаимосвязи с другими производителями. Это находит выражение, прежде всего, в рыночной конкуренции. Интенсивность, степень этого взаимодействи ...