熱導式氣體分析儀

熱量傳(chuan) 遞的三種方式：熱對流、熱輻射、熱傳(chuan) 導。熱傳(chuan) 導係數是對物質導熱能力大小的量度，熱傳(chuan) 導係數很大的物體(ti) 是優(you) 良的熱導體(ti) ；而熱傳(chuan) 導係數小的是熱的不良導體(ti) 或為(wei) 熱絕緣體(ti) 。

3.1相對熱傳(chuan) 導係數

氣體(ti) 熱傳(chuan) 導係數的值很小，而且基本在同一數量級內(nei) ，彼此相差並不十分懸殊，因此工程上通常采用“相對熱傳(chuan) 導係數”這一概念。所謂相對熱傳(chuan) 導係數是指各種氣體(ti) 的熱傳(chuan) 導係數與(yu) 相同條件下空氣熱傳(chuan) 導係數的比值。

幾種氣體(ti) 在0℃時的相對熱傳(chuan) 導係數

從(cong) 表中可以看出H₂的導熱係數特別大，是一般氣體(ti) 的7倍多。在測量時必須滿足以下兩(liang) 個(ge) 條件，一是待測組分的導熱係數與(yu) 混合氣體(ti) 中其他組分的導熱係數相差要大，越大越靈敏；另一個(ge) 是要求其他各組分的導熱係數相等或十分接近。這樣混合氣體(ti) 的導熱係數隨被測組分的體(ti) 積含量變化而變化，因此隻要測量出混合氣體(ti) 的導熱係數便可得知被測組分的含量。在化肥企業(ye) 中常用的氫含量分析儀(yi) 采用的就是這個(ge) 原理。

3.2熱導式氣體(ti) 分析儀(yi) 的基本原理

熱導式氣體(ti) 分析儀(yi) 是一種物理類的氣體(ti) 分析儀(yi) 表。它根據不同氣體(ti) 具有不同熱傳(chuan) 導能力的原理，通過測定混合氣體(ti) 導熱係數來推算其中某些組分的含量。這種分析儀(yi) 表簡單可靠,適用的氣體(ti) 種類較多,是一種基本的分析儀(yi) 表。熱導式氣體(ti) 分析儀(yi) 的應用範圍很廣，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(ti) 含量外，還可作為(wei) 色譜分析儀(yi) 中的檢測器用以分析其他成分。本項目中采用的重慶川儀(yi) 九廠的PA200—ROD。

由於(yu) 氣體(ti) 的熱傳(chuan) 導係數很小，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(ye) 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(ti) 熱傳(chuan) 導係數數的變化轉換為(wei) 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係數也較大的電阻絲(si) ，張緊懸吊在一個(ge) 導熱性能良好的圓筒形金屬殼體(ti) 的中心，在殼體(ti) 的兩(liang) 端有氣體(ti) 進出口，圓筒內(nei) 充滿待測氣體(ti) ，電阻絲(si) 上通以恒定的電流加熱。由於(yu) 電阻絲(si) 通過的電流是恒定的，電阻上單位時間內(nei) 所產(chan) 生的熱量也是定值。當待測樣品氣體(ti) 以緩慢的速度通過池室時，電阻絲(si) 上的熱量將會(hui) 由氣體(ti) 以熱傳(chuan) 導的方式傳(chuan) 給池壁。當氣體(ti) 的傳(chuan) 熱速率與(yu) 電流在電阻絲(si) 上的發熱率相等時（這中狀態稱為(wei) 熱平衡，電阻絲(si) 的溫度就會(hui) 穩定在某一個(ge) 數值上，這個(ge) 平衡溫度決(jue) 定了電阻絲(si) 的阻值。如果混合氣體(ti) 中待測組分的濃度發生變化，混合氣體(ti) 的熱導率也隨之變化，氣體(ti) 的導熱速率和電阻絲(si) 的平衡溫度也將隨之變化，終導致電阻絲(si) 的阻值產(chan) 生相應變化，從(cong) 而實現了氣體(ti) 熱導率與(yu) 電阻絲(si) 阻值之間變化量的轉換。

的熱敏元件主要有半導體(ti) 敏感元件和金屬電阻絲(si) 兩(liang) 類。半導體(ti) 敏感元件體(ti) 積小、熱慣性小，電阻溫度係數大,所以靈敏度高,時間滯後小。在鉑線圈上燒結珠形金屬氧化物作為(wei) 敏感元件，再在內(nei) 電阻、發熱量均相等的同樣鉑線圈上繞結對氣體(ti) 無反應的材料作為(wei) 補償(chang) 用元件。這兩(liang) 種元件作為(wei) 兩(liang) 臂構成電橋電路，即是測量回路。半導體(ti) 金屬氧化物敏感元件吸附被測氣體(ti) 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(ti) 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(yu) 參比臂相差無幾，兩(liang) 者相互抵消，則熱絲(si) 阻值變化主要取決(jue) 於(yu) 熱傳(chuan) 導，即氣體(ti) 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(yu) 測量臂同向變化，相互抵消，有利於(yu) 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，便於(yu) 改變儀(yi) 器的測量範圍。

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(yu) 實際被發行氣體(ti) 的背景氣熱導率相同，否則要修正。

4）標準氣流速要等於(yu) 工作時被測氣體(ti) 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   待測組分濃度等於(yu) 或略高於(yu) 量程下限值，而且其背景氣組分應與(yu) 工藝中背景氣組分性質相同或接近。

2）量程氣   待測組分濃度等於(yu) 滿量程的90%或接近工藝控製指標濃度，而且其背景氣組分應與(yu) 工藝中背景氣組分性質相同或接近。

熱絲(si) 電流大小對測量的影響：

增大熱絲(si) 電流可以提高熱導式分析器的靈敏度。但是電流加大後，熱絲(si) 溫度亦升高，從(cong) 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(si) 壽命、增大噪聲、降低可靠性。所以熱絲(si) 電流選多大，是需要綜合考慮的。

“顯示儀(yi) 表示值不穩”的處理方法:

具體(ti) 的原因是檢測器溫控係統感溫元件故障。處理方法是在感溫元件與(yu) 池體(ti) 插孔的縫隙中填滿並塞緊鋁箔，以提高測溫元件的感溫靈敏度。