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Technical articles
更新時間：2018-01-17
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熱量傳遞的三種方式：熱對流、熱輻射、熱傳導。熱傳導系數是對物質導熱能力大小的量度，熱傳導系數很大的物體是優良的熱導體；而熱傳導系數小的是熱的不良導體或為熱絕緣體。
3.1相對熱傳導系數
氣體熱傳導系數的值很小，而且基本在同一數量級內，彼此相差并不十分懸殊，因此工程上通常采用“相對熱傳導系數”這一概念。所謂相對熱傳導系數是指各種氣體的熱傳導系數與相同條件下空氣熱傳導系數的比值。
幾種氣體在0℃時的相對熱傳導系數
氣體名稱
| 相對熱導率
|
氣體名稱
| 相對熱導率
|
| 空氣 | 1.000 | 一氧化碳 | 0.964 |
| 氫 | 7.130 | 二氧化碳 | 0.614 |
| 氧 | 1.015 | 二氧化硫 | 0.344 |
| 氨 | 0.998 | 氨 | 0.897 |
| 氦 | 5.91 | 甲烷 | 1.318 |
| 硫化氫 | 0.538 | 乙烷 | 0.807 |
從表中可以看出H2的導熱系數特別大，是一般氣體的7倍多。在測量時必須滿足以下兩個條件，一是待測組分的導熱系數與混合氣體中其他組分的導熱系數相差要大，越大越靈敏；另一個是要求其他各組分的導熱系數相等或十分接近。這樣混合氣體的導熱系數隨被測組分的體積含量變化而變化，因此只要測量出混合氣體的導熱系數便可得知被測組分的含量。在化肥企業中常用的氫含量分析儀采用的就是這個原理。
3.2熱導式氣體分析儀的基本原理
熱導式氣體分析儀是一種物理類的氣體分析儀表。它根據不同氣體具有不同熱傳導能力的原理，通過測定混合氣體導熱系數來推算其中某些組分的含量。這種分析儀表簡單可靠,適用的氣體種類較多,是一種基本的分析儀表。熱導式氣體分析儀的應用范圍很廣，除通常用來分析氫氣、氨氣、二氧化碳、二氧化硫和低濃度可燃性氣體含量外，還可作為色譜分析儀中的檢測器用以分析其他成分。本項目中采用的重慶川儀九廠的PA200—ROD。
由于氣體的熱傳導系數很小，它的變化量更小，所以很難用直接方法準確地測量出來。工業上多采用間接的方法，即通過熱導檢測器（又稱熱導池），實際應用中常把氣體熱傳導系數數的變化轉換為電阻的變化，再用電橋來測定。如下圖所示
熱導池原理圖
上圖是熱導池的示圖，把一根電阻率較大的而且溫度系數也較大的電阻絲，張緊懸吊在一個導熱性能良好的圓筒形金屬殼體的中心，在殼體的兩端有氣體進出口，圓筒內充滿待測氣體，電阻絲上通以恒定的電流加熱。由于電阻絲通過的電流是恒定的，電阻上單位時間內所產生的熱量也是定值。當待測樣品氣體以緩慢的速度通過池室時，電阻絲上的熱量將會由氣體以熱傳導的方式傳給池壁。當氣體的傳熱速率與電流在電阻絲上的發熱率相等時（這中狀態稱為熱平衡，電阻絲的溫度就會穩定在某一個數值上，這個平衡溫度決定了電阻絲的阻值。如果混合氣體中待測組分的濃度發生變化，混合氣體的熱導率也隨之變化，氣體的導熱速率和電阻絲的平衡溫度也將隨之變化，終導致電阻絲的阻值產生相應變化，從而實現了氣體熱導率與電阻絲阻值之間變化量的轉換。
的熱敏元件主要有半導體敏感元件和金屬電阻絲兩類。半導體敏感元件體積小、熱慣性小，電阻溫度系數大,所以靈敏度高,時間滯后小。在鉑線圈上燒結珠形金屬氧化物作為敏感元件，再在內電阻、發熱量均相等的同樣鉑線圈上繞結對氣體無反應的材料作為補償用元件。這兩種元件作為兩臂構成電橋電路，即是測量回路。半導體金屬氧化物敏感元件吸附被測氣體時，電導率和熱導率即發生變化，元件的散熱狀態也隨之變化。元件溫度變化使鉑線圈的電阻變化，電橋遂有一不平衡電壓輸出，據此可檢測氣體的濃度。
電橋原理圖
常用測量橋路圖一
常用測量橋路圖二
測量臂是樣品氣流通的熱導池，參比臂是封裝參比氣的熱導池。參比臂的作用如下：
測量臂通過對流和輻射作用散失的熱量與參比臂相差無幾，兩者相互抵消，則熱絲阻值變化主要取決于熱傳導，即氣體熱導能力的變化。當環境溫度變化引起熱導池臂溫度變化時，參比臂與測量臂同向變化，相互抵消，有利于削弱環境溫度變化對測量結果的影響。改變參比氣濃度，電橋檢測的下限濃度也隨之改變，便于改變儀器的測量范圍。
3.4的調整和維護注意事項
調校時應注意的問題：
1）分析期必定期校準。
2）分析期必須預熱至穩定。
3）橋壓和橋流要達到規定值。
3）標準氣中的背景氣熱導率要與實際被發行氣體的背景氣熱導率相同，否則要修正。
4）標準氣流速要等于工作時被測氣體流速。
5）要準確校準時，需多校幾點
對零點氣和量程氣的要求：
1）零點氣 待測組分濃度等于或略高于量程下限值，而且其背景氣組分應與工藝中背景氣組分性質相同或接近。
2）量程氣 待測組分濃度等于滿量程的90%或接近工藝控制指標濃度，而且其背景氣組分應與工藝中背景氣組分性質相同或接近。
熱絲電流大小對測量的影響：
增大熱絲電流可以提高熱導式分析器的靈敏度。但是電流加大后，熱絲溫度亦升高，從而增加了輻射熱損失，降低了精度。同時電流加大將減少熱絲壽命、增大噪聲、降低可靠性。所以熱絲電流選多大，是需要綜合考慮的。
“顯示儀表示值不穩”的處理方法:
具體的原因是檢測器溫控系統感溫元件故障。處理方法是在感溫元件與池體插孔的縫隙中填滿并塞緊鋁箔，以提高測溫元件的感溫靈敏度。
當前位置：
