Principio de analizadores de gas y diferentes tipos

Principio del analizador de gases

Analizadores de gas son instrumentos analíticos de procesos que miden la composición del gas. En muchos procesos de producción, especialmente en procesos de producción 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 analizados y la variedad de principios de análisis, hay muchos tipos de analizadores de gases. Se utilizan comúnmente analizadores de gas de conductividad térmica, analizadores de gas electroquímicos y analizadores de absorción infrarroja.

Los sensores de gas se utilizan principalmente para detectar los tipos de gases existentes en el medio ambiente. Los sensores de gas son sensores utilizados para detectar la composición y el contenido de los gases. En general, se cree que la definición de sensores de gas se basa en la clasificación de los objetivos de detección, es decir, cualquier sensor utilizado para detectar la composición y la concentración de gas se llama sensor de gas, independientemente de si utiliza métodos físicos o métodos químicos. 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. Según el principio de que diferentes gases tienen una conductividad térmica diferente, calcula el contenido de algunos componentes midiendo la conductividad térmica del gas mixto. Este tipo de instrumento analítico es simple y confiable, aplicable a muchos tipos de gases, y es un instrumento analítico básico. Sin embargo, es difícil medir directamente la conductividad térmica del gas, por lo que, de hecho, el cambio de conductividad térmica del gas a menudo se convierte en el cambio de resistencia y luego se mide con un puente. Los elementos sensibles al calor del analizador de gas de conductividad térmica incluyen principalmente elementos sensibles a los semiconductores y cables de resistencia de metal. El elemento sensible al semiconductor tiene un pequeño volumen, una pequeña inercia térmica y un coeficiente de resistencia de gran temperatura, por lo que tiene una alta sensibilidad y un pequeño retraso de tiempo. El óxido de metal en forma de perla se sinteriza en la bobina de platino como un elemento sensible, y luego la misma bobina de platino con igual resistencia interna y valor calorífico se enrolla con un material que no reacciona al gas como un elemento de compensación. Estos dos componentes forman un circuito de puente como dos brazos, que es el circuito de medición. Cuando el elemento sensible al óxido de metal semiconductor absorbe el gas medido, la conductividad eléctrica y la conductividad térmica cambiarán, y el estado de disipación de calor del elemento también cambiará en consecuencia. El cambio de temperatura del elemento cambia la resistencia de la bobina de platino, y el puente tiene 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 gases inflamables de baja concentración, también pueden usarse como detectores en analizadores cromatográficos para analizar otros componentes.

2. Tipo magnético térmico

El principio es utilizar la propiedad física de la susceptibilidad magnética particularmente alta del oxígeno en los componentes del gas de combustión para medir el contenido de oxígeno en el gas de combustión. El oxígeno es un gas paramagnético (un gas que puede ser atraído por un campo magnético se llama gas paramagnético), y se atrae en un campo magnético no homogéneo y fluye a un lugar con un campo magnético más fuerte. Aquí hay un cable de calentamiento, de modo que la temperatura del oxígeno aquí aumenta y la susceptibilidad magnética disminuye, por lo que la fuerza de atracción magnética disminuye y las moléculas de oxígeno sin calefacción con una mayor susceptibilidad magnética detrás del empuje y descarga del campo magnético, lo que resulta en el fenómeno de "Convección termomagnética " o "Viento magnético ". 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 sensible al calor (alambre de platino) se usa no solo como la resistencia de los dos brazos del puente desequilibrado, sino también como el cable de resistencia de calentamiento, un gradiente de temperatura aparece bajo la acción del viento magnético, es decir, el La temperatura del brazo del puente en el lado de la entrada es más baja que la del puente lateral de salida. temperatura del brazo. El puente desequilibrado generará un valor de voltaje correspondiente de acuerdo con el contenido de oxígeno en la muestra de gas.

El analizador de oxígeno termomagnético tiene las ventajas de estructura simple, fabricación fácil y ajuste.

3. Fórmula electroquímica

Un instrumento de análisis de gas químico. Mide la composición del gas basada en los cambios en la cantidad de iones causados ​​por reacciones químicas o cambios en la corriente eléctrica. Para mejorar la selectividad, evite que la superficie del electrodo de medición se tiñe y mantenga el rendimiento del electrolito, generalmente se usa una estructura de diafragma. Los analizadores electroquímicos de uso común incluyen electrólisis de potencial constante y batería galvánica. El principio de funcionamiento del analizador electrolítico de potencial constante es aplicar un potencial específico en el electrodo, y el gas medido producirá electrólisis en la superficie del electrodo. Mientras se mida el potencial aplicado al electrodo, se puede determinar el potencial electrolítico específico del gas medido, de modo que el instrumento tenga la capacidad de seleccionar e identificar el gas que se mide. El analizador de batería galvánica electroliza el gas medido difundido en el electrolito a través del diafragma, y ​​mide la corriente de electrólisis formada para determinar la concentración del gas medido. La selectividad a los gases con diferentes potenciales de electrólisis se logra cambiando el voltaje interno en la superficie del electrodo seleccionando diferentes materiales de electrodo y electrolitos.

4. Tipo de absorción infrarroja

Un instrumento analítico que funciona de acuerdo con la absorción selectiva de rayos infrarrojos de diferentes longitudes de onda por gases de diferentes componentes. Medir este espectro de absorción puede identificar el tipo de gas; La medición de la intensidad de absorción puede determinar la concentración del gas que se mide. El analizador infrarrojo tiene una amplia gama de aplicaciones. No solo puede analizar los componentes de gas, sino también analizar los componentes de la solución. Tiene alta sensibilidad, respuesta rápida, indicación continua en línea y también puede formar un sistema de ajuste. La parte de detección del analizador de gas infrarrojo comúnmente utilizado en la industria está compuesta por 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 las rutas de luz simultáneamente o alternativamente en un cierto período a través de la placa de corte de luz. Después de que el gas a medir se introduce en la cámara de medición, se absorbe la luz con la longitud de onda específica del gas, reduce así el flujo luminoso que pasa a través de la ruta óptica de la cámara de medición y entra en la cámara de gas infrarroja que recibe el infrarrojo. . Cuanto mayor sea la concentración de gas, menos es el flujo luminoso que ingresa a la cámara de gas infrarroja; Mientras que el flujo luminoso que pasa a través de la cámara de referencia es constante, el flujo luminoso que ingresa a la cámara de gas infrarroja también es constante. Por lo tanto, cuanto mayor sea la concentración de gas medida, mayor es la diferencia en el flujo luminoso que pasa a través de la cámara de medición y la cámara de referencia. Esta diferencia de flujo luminoso se proyecta a la cámara de aire que recibe infrarrojos con una cierta amplitud de vibración periódica. La cámara de gas receptora se divide en dos mitades mediante una película de metal con un grosor de varios micras. El gas del componente medido con una concentración relativamente alta está sellado en la cámara, lo que puede absorber todos los rayos infrarrojos entrantes en el rango de longitud de onda de absorción, de modo que el flujo luminoso pulsante se convierte en el cambio periódico de temperatura en un cambio de cambio de cambio presión según la ecuación de estado gaseoso, y luego detectado por un sensor capacitivo, lo que indica la concentración del gas a medir después de la amplificación. Además de los sensores capacitivos, los sensores de infrarrojos cuánticos que también detectan rayos infrarrojos también se pueden usar, y se utilizan filtros de interferencia infrarroja para la selección de longitud de onda y los láseres ajustables se utilizan como fuentes de luz para formar un nuevo analizador de gas infrarrojo de estado sólido. Este analizador puede completar la medición de la concentración de gas con solo una fuente de luz, una cámara de medición y un sensor infrarrojo. Además, si se usa un disco de filtro equipado con múltiples longitudes de onda diferentes, la concentración de cada gas en el gas multicomponente se puede medir por separado al mismo tiempo.

Similar al principio de los analizadores infrarrojos, existen analizadores ultravioleta, analizadores colorimétricos fotoeléctricos, etc., que también se utilizan ampliamente en la industria.