Principio y tipos de instrumentos de análisis de gas

¿Qué es un analizador de gas?

Analizadores de gas son analizadores de procesos que miden los componentes de gas. En muchos procesos de producción, especialmente aquellos con reacciones químicas, el control automático basado en parámetros físicos como la temperatura, la presión y el flujo a menudo no es suficiente. Debido a la amplia variedad de gases que se analizan y la variedad de principios de análisis, existen muchos tipos de instrumentos de análisis de gas. Se utilizan comúnmente analizadores de gases de conductividad térmica, analizadores de gas electroquímicos y analizadores de absorción infrarroja.

El principio del analizador de biogás

El sensor de gas se usa principalmente para detectar el tipo de gas existente en el medio ambiente. El sensor de gas es un sensor utilizado para detectar la composición y el contenido del gas. En general, se cree que la definición de un sensor de gas se basa en la clasificación del objetivo de detección, es decir, cualquier sensor utilizado para detectar la composición y la concentración de gas se denomina sensor de gas, sin importar si utiliza un método físico o un método químico. Por ejemplo, los sensores que detectan el flujo de gas no se consideran sensores de gas, pero los analizadores de gas de conductividad térmica son sensores de gas importantes, aunque a veces usan aproximadamente el mismo principio de detección.

Tipos de analizadores de gas

1. Conductividad térmica

Un instrumento de análisis de gas físico, que calcula el contenido de ciertos componentes midiendo la conductividad térmica de los gases mixtos de acuerdo con el principio de diferente conductividad térmica de diferentes gases; Este tipo de instrumento analítico es simple y confiable, y es adecuado para una variedad de gases. Es un instrumento analítico básico. Sin embargo, es difícil medir directamente la conductividad térmica del gas, por lo que, de hecho, el cambio en la conductividad térmica del gas a menudo se convierte en un cambio de resistencia y luego se mide por un puente.

Los elementos térmicos del analizador de gas de conductividad térmica incluyen principalmente elementos sensibles a semiconductores y cables de resistencia de metal. El elemento sensible a los semiconductores tiene un pequeño volumen, una pequeña inercia térmica y un coeficiente de resistencia de gran temperatura, por lo que tiene alta sensibilidad y un pequeño retraso de tiempo. Cuando el elemento sensible al óxido de metal semiconductor adsorbe el gas medido, la conductividad eléctrica y la conductividad térmica cambiarán, y el estado de disipación de calor del elemento también cambiará. El cambio de temperatura del elemento cambia la resistencia de la bobina de platino, y el puente genera una salida de voltaje desequilibrada, que puede detectar la concentración del gas.

Los analizadores de gas de conductividad térmica tienen una amplia gama de aplicaciones. Además del análisis habitual de hidrógeno, amoníaco, dióxido de carbono, dióxido de azufre y bajas concentraciones de gases combustibles, también se puede utilizar como detector en analizadores cromatográficos para analizar otros componentes.

2. termomagnético

El principio es utilizar la propiedad física de la susceptibilidad magnética extremadamente alta del oxígeno en los componentes del gas de combustión para determinar el contenido de oxígeno en el gas de combustión; El oxígeno es un gas paramagnético (el gas que puede ser atraído por un campo magnético se llama gas paramagnético). Se siente atraído en el campo magnético desigual y fluye al lugar donde hay un campo magnético fuerte. Aquí hay un alambre de calentamiento eléctrico, que aumenta la temperatura de oxígeno y reduce la susceptibilidad magnética, reduciendo así la fuerza atractiva del campo magnético, empujando las moléculas de oxígeno sin calefacción con una mayor susceptibilidad magnética para liberar el campo magnético, produciendo "convección termomagnética "o " Viento magnético "Fenómeno.

Bajo cierta presión de muestra de gas, temperatura y caudal, el contenido de oxígeno en la muestra de gas se puede medir midiendo el tamaño del viento magnético. Dado que el elemento térmico (alambre de platino) actúa como las dos resistencias de brazo del puente del puente desequilibrado y el cable de resistencia de calentamiento, se genera un gradiente de temperatura bajo la acción del viento magnético, es decir, la temperatura del brazo del lado de admisión del brazo de admisión es más bajo que el del puente lateral de escape. . temperatura del brazo. El puente desequilibrado generará el valor de voltaje correspondiente de acuerdo con el contenido de oxígeno en la muestra de gas. El analizador de oxígeno magnético térmico tiene una estructura simple y es fácil de fabricar y ajustar.

3. Electroquímico

Un tipo químico. Mide la composición del gas de acuerdo con el cambio de la cantidad de iones o el cambio actual causado por la reacción química. Para mejorar la selectividad, evitar la superficie del electrodo de medición de la contaminación y mantener el rendimiento del electrolito, generalmente se usa la estructura del diafragma. Hay dos tipos de analizadores electroquímicos comúnmente utilizados: electrólisis de potencial constante y células galvánicas. El principio de funcionamiento del analizador electrolítico de potencial constante es aplicar un potencial específico en el electrodo, y el gas bajo prueba producirá electrólisis en la superficie del electrodo. El medidor tiene la capacidad de identificar selectivamente el gas que se mide.

El analizador de células Galvani electroliza el gas a medir que se difunde en el electrolito a través del diafragma y mide la corriente electrolítica resultante para determinar la concentración del gas a medir. La selectividad a los gases con diferentes potenciales de electrólisis se logra cambiando el voltaje interno de la superficie del electrodo seleccionando diferentes materiales de electrodo y electrolitos.

4. Tipo de absorción infrarroja

Es un instrumento analítico que funciona de acuerdo con la absorción selectiva de diferentes longitudes de onda de los rayos infrarrojos por diferentes componentes del gas. La medición del espectro de absorción puede identificar el tipo de gas; La medición de la intensidad de absorción puede determinar la concentración del gas medido. El analizador infrarrojo tiene una amplia gama de usos. No solo puede analizar la composición del gas, sino también la composición de la solución. Tiene alta sensibilidad, respuesta rápida, indicación continua en línea, y también puede formar un sistema de regulación.

La parte de detección comúnmente utilizada en la industria consta de dos sistemas ópticos paralelos con la misma estructura. Uno es la sala de medición y la otra es la sala de referencia. Las dos cámaras abren y cierran la ruta óptica simultáneamente o alternativamente dentro de un cierto período a través de la placa de corte óptico. Después de que se introduce el gas a medir se introduce en la cámara de medición, se absorbe la luz de la longitud de onda única del gas que se debe medir, reduciendo así el flujo luminoso que ingresa a la cámara infrarroja que recibe la cámara a través de la ruta óptica de la cámara de medición. Cuanto mayor sea la concentración de gas, menos es el flujo luminoso que ingresa a la cámara receptora infrarroja; El flujo luminoso de la cámara es constante, y el flujo luminoso que ingresa a la cámara receptora infrarroja también es constante.

Por lo tanto, cuanto mayor sea la concentración del gas que se mide, mayor es la diferencia en el flujo luminoso que pasa a través de la cámara de medición y la cámara de referencia. Esta diferencia en el flujo luminoso se proyecta en el airbag de recepción infrarroja con la amplitud de una cierta vibración periódica. La cámara de gas receptor se divide en dos mitades mediante una película de metal con un grosor de varios micras, y el gas del componente medido se sella en la cámara, lo que puede absorber todos los rayos infrarrojos incidentes en el rango de longitud de onda de absorción, de modo que el pulsador El flujo de luz se convierte en un cambio periódico de temperatura, que se puede ajustar de acuerdo con el gas. La ecuación de estado se convierte en un cambio de presión, que luego es detectado por un sensor capacitivo, que se amplifica para indicar la concentración del gas que se mide.

Además de los sensores capacitivos, los sensores de infrarrojos cuánticos que también detectan directamente los rayos infrarrojos también se pueden usar, los filtros de interferencia infrarroja se utilizan para la selección de longitud de onda y los láseres sintonizables se utilizan como fuentes de luz para formar un nuevo analizador de gas infrarrojo de estado sólido. El analizador solo necesita uno de la fuente de luz, una cámara de medición y un sensor infrarrojo pueden completar la medición de la concentración de gas. Además, si se utilizan múltiples filtros de diferentes longitudes de onda, la concentración de cada gas en un gas múltiple se puede medir simultáneamente. Similar al principio de los analizadores infrarrojos, también hay analizadores ultravioleta, analizadores colorimétricos fotoeléctricos, etc., que también se utilizan ampliamente en la industria.

5. Análisis infrarrojo no dispersivo

El analizador de gas infrarrojo no dispersivo adopta la combinación de dos tecnologías de análisis espectral no dispersivas, filtro de banda estrecha y método de correlación de filtro de gas, que es adecuado para diferentes rangos de medición de gases. El método de correlación del filtro puede medir gases de bajo rango y evitar efectivamente la interferencia cruzada. Esta tecnología única puede eliminar la interferencia cruzada de gases débilmente absorbentes como CO y gases de alta absorción de CO2. La luz infrarroja emitida por la fuente de calor se filtra mediante un filtro giratorio, lo que hace que una serie de señales pulsadas pasen directamente a través de la celda que contiene el gas de muestra. A medida que la rueda del filtro gira, el detector de estado sólido refleja los cambios de la señal y amplifica la señal para la salida y la pantalla.