RQD%20热导式气体分析仪

RQD 热导式气体分析仪

研发中心骆寅超

目录

1、RQD热导分析仪概述

2、热导测量原理及适用范围

3、热导传感器介绍

4、主机电路板讲解

5、常见问题分析

概述

热导式气体分析器是一种重要的物理式分析仪器之一，用来分析气体混合物中个组份的体积百分含量。它结构简单，性能稳定可靠，价格便宜，易于工程上的在线检测，是最早应用于工业现场的分析仪器，现在它广泛用于电站、化肥、空分、冶金等工程领域。是气体分析仪中最常用的一种分析仪器。

RQD的测量原理

热导气体分析器主要依据热量在传递过程中具有的热传导能力来对气体组分进行测量。

但由于气体的热导率很小，其变化量更小，所以很难用直接的方法测量出来。

工业上多采用简洁的方法，把气体热导率的变化转化为热敏元件电阻值的变化，来进行测量。

RQD 的测量对象

基于热导的测量原理，RQD 对测量对象有如下要求：

1、被测气体的热导率应与背景气的热导率相差较大。

2、背景气体应为单一组分气体，或者为多组分混合气体但各个组分的热导率相差不大。

λ＝λ1·c 1＋λ2·c 2＋λ3·c 3....

常见气体的热导率（0℃时）：

H 2：41.6

空气：5.83N 2：5.81O 2：5.89CO 2：3.50

Ar ：3.98

He ：34.8

CH4：7.21

目前我厂RQD 所能测量的组分为：N 2中H 2、空气中H 2、Ar 中H 2、O 2中Ar 、N 2中Ar 、空气中CO 2可以看出，都是两种热导率相差较大的组分间的测量。

例1：已知在合成氨生产中，进入合成塔的原料气的组成及大致浓度范围如下：

H2－－－70～74％N2－－－23～24％

O2－－－0.5％CH4－－－0.8％

CO，CO2－－－微量

欲分析其中的H2浓度，判断可否使用热导式分析仪？

1、计算背景气体的等效热导率：

λ＝λ1·c1＋λ2·c2＋λ3·c3....

λ＝5.81*0.958＋5.89*0.021＋7.21*0.033＋...

2、判断背景各种组分的热导率是否近似相等或十分接近

例2：分析空气中的CO2含量。

（1）在0℃环境下。

（2）在100℃环境下。

（3）在325℃环境下。

（4）背景气体中含有一定的SO

2

（1）0℃时：CO2－－－3.5 空气－－－5.38

λ

/λ空气＝0.603

CO2

（2）100℃时：λCO2/λ空气＝0.7

（3）325℃时：λCO2/λ空气＝1

（4）SO2的热导率与CO2非常接近，除非SO2的量非常少，否则不适宜用热导方法分析

我厂目前RQD的测量规格

热导池

热导池是热导式分析仪的核心部分。实现从热导

率到电信号的转换。下为其工作原理示意图：

1、（热敏）电阻丝：

电阻值随温度变化。

电阻率较大，温度系数较大，

张紧悬吊，恒定电流加热。

2、金属壳体：

导热性良好。保持恒温。

测量过程：

电阻丝通过恒定电流产生恒定

热量－－>热量通过气体热传导

的方式传给池壁－－>电阻丝达

到平衡温度－－>电阻丝阻值为

当前温度下的阻值。

热导池

热导池的性能直接决定分析仪表的精度。

除了尺寸大小外，热导池的结构形式对转换精度的影响也很大。

由于热敏电阻丝的平衡温度除了取决于气体的热导率外，还受以下四个因素的影响：

1、电阻丝轴向热传导造成的热量流失（沿电阻丝电路的流失）。

2、气体以对流的方式散失热量。

3、电阻丝与池壁之间以辐射的方式散失热量。

4、样气在池内升温带走的热量。

一个理想的热导池，应能够对气体除热传导以外的各种散热途径都有有效的抑制。

抑制方法

•1、电阻丝轴向热传导造成的热量流失（沿电阻丝电路的流失）。

抑制方法：减小电阻丝直径以及增加电阻丝

•2、气体以对流的方式散失热量。

抑制方法：保证一定灵敏度的情况下，减小电阻丝与池壁间的温度差，也可以缩小对流空间，即减小气室尺寸

•3、电阻丝与池壁之间以辐射的方式散失热量。

将电阻丝与池壁间的温度差控制在200℃以内即可忽略•4、样气在池内升温带走的热量。

无法消除，只能通过规定气压、气流来控制这种影

响，并通过其他途径（如调零电位器）来进行抵消。

热导池的结构尺寸经验性的结论：

△R

n ＝－KI2R

2a（λ

1

－λ

2

）/λ2△C

1

池长度：50～60mm 池半径：2.5～3.5mm 电阻丝外径：0.01～0.03mm

电阻丝冷电阻（0℃）：15～40Ω

热导池结构常数：2000以上

恒温温度：50～60℃

电阻丝电流（桥电流）：100～600mA

具体有以下几种结构

热导池的结构形式

直通式：允许样气以较大的流速流过主管道。反应速度快，滞后时间短。担受样气压力和流速的变化影响大。

对流式：受样气压力流速影响小，但反应速度慢，滞后大。

扩散式：对质量小，扩散系数大的气体效果好，但对扩散系数小的气体如CO2，滞后严重。

对流扩散：同时兼顾样气压力流速的影响和反应速度。我厂以及大多数热导气体分析仪都采用这种结构。