ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Детекторы, основанные на измерении теплопроводности газов (катарометры) из "Автоматические детекторы газов" В основу всех физических принципов детектирования газов положено измерение какого-либо физического свойства определяемого вещества, отличающегося от аналогичного свойства газа-носителя. [c.16] Т епло проводность газовых смесей сдо-стато чиой для практики точностью подчиняется закону аддитивности. [c.18] Т еплопроводности некоторых газов приводятся в табл. 1. [c.18] В детекторах теплопроводности в качестве чувствительного элемента, реагирующего на изменение теплопроводности, применяются либо нагреваемые металлические нити, либо терморезисторы. Измерение обычно проводят путем сравнения электрических сопротивлений двух нагреваемых элементов, один из которых i к (рис. 3) находится в потоке газа-носителя (элемент сравнения), а другой —в потоке газов, выходящих из хроматографической колонки (измерительный элемент). Измерение сопротивлений производится, как правило, с помощью неравновесного моста. [c.18] Когда через измерительную камеру из хроматографической колонки начинает протекать бинарная смесь, состоящая из газа-носителя и какого-либо компонента анализируемой смеси, обладающая иной теплопроводностью, чем газ-носитель, изменяется скорость теплопотерь, в результате чего измерительный элемент изменяет свою температуру, что вызывает изменение его сопротивления и, следовательно, нарушает равновесие моста. [c.18] В измерительной диагонали моста появляется разбаланс, величина которого обычно измеряется и записывается с помощью компенсационного самописца. [c.18] Для того чтобы сигнал детектора зависел только от теплопроводности газовой смеси, протекающей через детектор, влияние других составляющих теплопередачи должно быть сведено к минимуму. Потеря тепла на излучение при температурах порядка 200—300°С (практические температуры нагрева проводника -в детекторах по теплопроводности) незначительна и составляет не более 1% от общего количества тепла [Л. И]. Концевые потери также ничтожно малы, так как обычно длина проводника во много раз больше его диаметра. Экспериментально установлено, что влияние конвекции, определяемой вторым членом выражения (8), может быть значительно снижено путем уменьшения диаметра канала камеры, вертикальным расположением проводника в камере, уменьшением непосредственного обдува проводника газовым потоком, а также (что наиболее эффективно) применением в качестве газа-носителя газов, имеющих большую теплопроводность, например водорода или гелия. [c.19] По формуле (11), зная коэффициенты теплопроводности компонентов анализируемой смеси и газа-носите-ля, можно приблизительно подсчитать чувствительность детектора к каждому компоненту анализируемой смеси. Однако такой расчет может быть только приближенным, так как практически невозможно при конструировании катарометров полностью освободиться от влияния конвекции, Это особенно заметно, когда в качестве газа-носителя используются воздух или азот. Поэтому для точных расчетов лучше использовать коэффициенты относительной чувствительности (определяются по отношению к чувствительности детектора к бутану или бензолу), определенные экспериментальным путем [Л. 13, 14]. Для некоторых вешеств значения коэффициентов относительной чувствительности приведены в приложении 1. [c.21] По принципу подвода анализируемого вещества к чувствительным элементам все катарометры мож но разделить на три типа проточные, диффузионные и проточно-диффузионные (рис. 4). [c.22] Проточные детекторы наиболее чувствительны к колебаниям расхода, однако они обладают наименьшей для катарометров постоянной времени (1 сек). В диффузионных катарометрах подвод анализируемого газа к чувствительному элем-енту осуществляется путем диффузии. Постоянная времени диффузионных катарометров зависит от длины и диаметра диффузионного канала, а также от коэффициента диффузии газа при данной температуре и давлении в ячейке. Диффузионные детекторы обладают наименьшей чувствительностью к расходу га-за-носителя, однако имеют большую постоянную времени (20 сек) и потому не находят применения. [c.22] Для увеличения чувствительности катарометра с металлическими нитями необходимо уменьшить диаметр металлической нити и увеличить ее длину. Однако значительная длина усложняет конструкцию детектора и затрудняет монтаж чувствительных элементов. Поэтому практические размеры элементов определяются прочностью нити и легкостью монтажа. Диаметр нити выбирается 0,025—0,125 мм. [c.23] Сигнал детектора увеличивается пропорционально температурному коэффициенту сопротивлен ия нити. Чаще всего нити катарометров изготовляются из -платины, сплава платины с родием и вольфрама. [c.23] Термо кондуктометрические детекторы с металлическими нитями, применяемые в выпускаемых хроматографах, обладают чувств ительностью 3—10 мв % объемн. и имеют постоянную времени 1—2 сек. Линейный динамический диапазон составляет 10 . Максимальная рабочая температура 450 °С. [c.23] Применяемые в катарометрах терморезисторы представляют собой шарики, имеющие диаметр 0,35—0,5 мм, изготовленные из окисей марганца, ко бальта или никеля. Иногда шарик покрывают тонким слоем стекла, что делает его инертным по отношению к окружающей газовой среде. Терморезисторы обладают большим отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, который почти на порядок больше, чем у металлических нитей. [c.23] Другим важным преимуществом термо резисторов является возможность сосредоточения в малом объеме большого сопротивления, что позволяет увеличить чувствительность детектора. Шарики терморезисторов монтируются на тонких проволочках. [c.23] Вернуться к основной статье