热导分析仪的测量原理

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1、热导式分析仪检测原理学习概念阐述测量原理适用范围及工业应用维护注意要点2021/9/1什么是热导分析仪热导式气体分析仪是一种物理式分析器。它结构简单，性能稳定，价格便宜，易于工程上的在线检测，是气体分析仪中最常用的一种。热导分析仪检测原理热导式气体分析仪用来分析混合气体中某一组分（待测组分）的含量。它是根据混合气体中待测组分含量的变化，引起混合气体总的导热系数变化这一物理特性来进行测量的。由于气体的导热系数很小，直接测量困难，因此工业上常常把导热系数的变化转化成热敏原件阻值得变化，从而可由测得的电阻值的变化，得知待测组分含量的多少。2021/9/1气体热

2、导热系数（又称导热率）在热力学中用导热率（亦导热系数）来描述物质的热传导，传热快的物质导热率大。气体的导热率随温度的变化而变化，即：下图是各气体在0℃与100℃时的导热系数λ相对导热系数λ/λ0（相对于空气为0℃时的导热系数之比）和导热率温度系数β值。因此利用上式可以求得各种温度下的气体导热系数。（相关参数由下图表查阅可得）2021/9/12021/9/11cal=4.18J混合气体的导热系数实验结果表明，互不发生化学反应的气体混合物的导热系数可由下式计算：式中λ--混合气体的导热系数λi--对应于百分含量为Ci的组分的热导率Ci--混合气体中第i组分的

3、百分含量。2021/9/1当被测混合气体中某组分的导热系数与其他各组分的导热系数有显著差别，并且其他组份的平均导热系数在测量中保持恒定时，则上是可简化为：式中λ--混合气体的导热系数；λ1,C1--待测组分的导热系数及百分含量；λ2---其他组份的平均导热系数。因此，热导气体分析仪就是利用各种气体导热系数的差异和导热系数与含量的关系来进行测量分析的。由此可以推出被测组分的浓度与混合气体的热导率之间的关系为：2021/9/1待测混合气体必须满足哪些条件，才能用热导式气体分析仪进行分析？设各组分的体积分数分别是C1、C2、C3、...、Cn,热导率分别为λ1

4、、λ2、λ3、...、λn，待测组分的含量和热导率为C1，λ1.则必须满足以下条件，才能用热导式分析仪进行测量。（1）背景气体各组分的热导率必须近视相等或十分接近。即λ1≈λ2≈λ3≈...≈λn（2）待测组分的热导率与背景气体各组分的热导率相差很大满足上面两个条件时：根据：可推导出被测组分浓度跟混合气体各组分热导率的关系。即：=λ1C1+λ2C2+...+λnCn≈λ1C1+λ2(1-C1)C1=(λ-λ1)/(λ1-λ2)2021/9/12021/9/1可以看出，当待测组分的导热系数与混合气体中其他组分的导热系数相差较大，其他各组分的导热系数相等或十

5、分接近时，可以通过待测组分的导热系数与混合气体中其他组分的导热系数测量出被测组分的浓度的大小。如果不满足上述两个条件，可以采取预处理的方法除去不满足条件的气体，使剩下的背景气体满足要求。如分析烟道中的CO2的含量，已知烟道气体的组分为CO2、N2、CO、SO2、H2、O2以及水蒸汽等，由表中可知，SO2和H2的热导率相差太大，应在预处理时除去，其他气体的热导率相近，并与被测气体CO2的热导率差别较大。热导池结构热导池原理图2021/9/1测量方法热导池是用导热性好的金属制成的圆柱形腔体，腔体中垂直悬挂一根热敏电阻元件，一般为铂丝。电阻元件与腔体保持良好的

6、绝缘。电阻元件通过两端的引线通以恒定电流I，使之维持一定的温度tn。tn高于室壁温度tc，被测气体由热导池下面入口进入，从上面出口流出，热导池的热敏电阻既是加热元件也是测量元件，电阻丝上产生的热量通过混合气体向室壁传递。假设是利用热导池测量混合气体中H2的浓度，当浓度增加时，混合气体的平均热导率增加，电阻丝产生的热量通过气体传导给室壁的热量也会增加，电阻丝的温度tn就会下降，从而使电阻丝的阻值下降。即可通过测量电阻丝的阻值的大小就可以间接得知混合气体中H2的浓度。2021/9/1热导式气体分析仪通常采用四个热导池，他们的四根电阻丝组成一个典型的惠斯登电桥

7、，如下图所示:测量气室桥臂电阻为R1＝R3，室内通以测量气体，参考气室桥臂电阻为R2＝R4，室内通以被测气体的下限含量气体，当下限值为零时，参考气室中一般为空气。四个气室是连体结构，所处的环境条件如温度、压力、流量等完全一样。当流过测量气室的被测组分的浓度和参考气室中标准气样的浓度相等时，电桥输出为零。当流过测量气室的被测组分的浓度发生变化，电阻R1、R3发生变化电桥失去平衡，输出电压的大小就代表了被测组分的浓度。2021/9/1热导池构造2021/9/1为了进一步克服电源电压波动和环境温度变化等因素对测量带来的误差，还可以采用双电桥检测电路，如图所示。

8、双电桥检测电路中除了测量电桥Ⅰ外还增加了一个参考电桥Ⅱ，测量电桥Ⅰ上面已经阐述过