热导式气体分析仪器.ppt

空气
1.000
0.00253
氢
7.130
0.00261
氖
1.991
0.00256
氧
1.015
0.00303
氮
0.998
0.00264
一氧化碳
0.964
0.00262
氨
0.897
-
氩
0.685
0.00311
氧化亚氮
0.646
-
二氧化碳
0.614
0.00495
硫化氢
0.538
-
二氧化硫
0.344
-
氯
0.322
dQ
C
?
? 0 t c (1 ?
?tc ) ?
2? l
ln r c
式中， rc——热导池内壁半径。
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假定电阻丝 r=rw表面处的温度t=tw
dQ ? ? K (t ? t )
m
w
c
式中， λm——混合气体的平均导热系数；
? ? ? m
?
?0
1?
?
?t c
?
t ?(t
w
w
?
t) c
2? l K?
dt
dQ ? ? ? S
dr
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热平衡时各等温面的导热量相当， dQ值与r无关，则式变为
dQ dr ? dt ? ?
2? l r
dQ ? 0 t (1 ? ? t ) ? ? 2? l ln r ? C
式中， λ0——混合气体在0℃时的导热系数； β ——混合气体导热系数的温度系数；
对于热导池壁，当 r=rc时，t=tc，代入上式可得积分常数C为
严格地讲，热导式气体成分分析仪只能解决双组分气 体的含量分析，此时式（ 8.2.3）的具体形式为：
?m
?
?
C
1
1
?
? 2C 2
由于 C1+C2 =100% ? m ? ? 1C 1 ? ? 2 (1 ? C 1 )
C
?
? m
?
? 2
1
? 1
?
? 2
只要测出混合气体的导热系数，就可以根据两组分的导热系数 求得待测组分的含量。
对上式微分，可得
d? m
?
? 1
?
? 2
dC 1
仪器的灵敏度与两个组分导热系数之差成正比， 即两组分导热系数相差越大，仪器的灵敏度就越高。
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对于烟气和大多数多组分混合气 体，各组分之间满足：
（ 1 ）除待分析的组分外，其余组分的导热系数 相等或接近，即接近的程度越高，仪器的测量 精度越高。若个别气体的值与其它背景气体的 值相差较远时，则被视为干扰成分，在分析之 前要去掉。
? 一般R0的数值取大一些有利于灵敏度的提高。 ? 增大R0的方法有两个：
– 增大电阻丝的长径比， – 选用电阻率大的材料。
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（2）工作电流
? 由式（ 8.2.14）可见，工作电流 I的大小 与电阻丝阻值 R的关系很大，电流的大小 及稳定性将严重影响仪器的性能。
-
甲烷
1.318
0.00655
乙烷
0.807
0.00583
乙烯
0.735
0.00763
二乙醚 丙酮 汽油
0.543 0.406 0.370
0.00700 0.00720 0.00980
二氯甲烷 水蒸气
0.273 0.973 （100 0C时）
0.00530 0.00455 （ 100 0C时）
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r ln c
r w
K——与热导池尺寸有关的常数，称为热导池常数。
电阻丝的阻值是温度的函数
R
?
R 0
(1
?
?
t w
)
R ? R 0 (1 ? ? t c )
1?
?
I
2R 0
K? m
热导式ຫໍສະໝຸດ Baidu体分析仪热导池的特性方程
当电阻丝通过的电流 I和热导池的壁面温度 tc固定时， 电阻丝的阻值只与分析气体的导热系数有关。
? 根据传热学理论，在温场中的介质传导的热流量
dt
dQ ? ? ? dS
dn
通过介质微元等温面传导的热流量，不仅与等温面处温度 梯度有关，而且与介质的导热系数成正比。 导热系数标志着物质的导热能力。
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导热系数
? 对于不同的介质，导热系数的大小是不同的。
– 固体和液体的导热系数较大，气体的导热系数较小。
? 气体的导热系数通常与温度有关。当温度升高 时，分子运动加剧，导热系数随之增大。导热 系数与温度的关系可近似写成
? ? ? (1 ? ? t ) 0
β——介质导热系数的温度系数。
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表8.2.1 常见气体相对导热系数及温度系数
气体名称
相对导热系数（ 00 C时）
温度系数 /0C-1 （0~100 0C）
8.2 热导式气体分析仪器
8.2.1 基本原理 8.2.2 热导池（检测器） 8.2.3 测量电路 8.2.4 热导式气体分析仪的应用
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8.2.1 基本原理
? 对于多组分气体，由于组分含量不同，混合气 体导热能力将会发生变化。根据混合气体导热 能力的差异，就可以实现气体组分的含量分析。
（ 2 ）待分析组分与其余组分的导热系数相差很 大，以保证仪器有较高的灵敏度。
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8.2.2 热导池（检测器）
1. 热导池的工作原理 2. 影响热导池特性的因素 3. 热导池的结构
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1. 热导池的工作原理
图意示构结池导热
1-腔体； 2-电阻丝； 3-支承架； 4-绝缘； 5-引线； 6-气体出口； 7-气体入口
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混合气体的导热系数
? 由所含组分气体的导热系数共同决定的。对于彼此之 间无相互作用的多组分气体，其导热系数可近似地认 为是各组分导热系数按组成含量的加权平均值，即
n
? ? m ?
? iCi
i ?1
根据混合气体导热系数与各组分导热系数之间的关系， 就可以实现多组分气体的含量分析。
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测量电阻丝阻值，便可对多组分气体待测组分的含量分析。
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新型热导式分析仪
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硅传感器热导池原理图
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2. 影响热导池特性的因素
（1）电阻丝的参数 （2）工作电流 （3）腔壁温度的影响 （4）其它散热的影响
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（1）电阻丝的参数
? 由式（ 8.2.14）可见，电阻丝的初始电阻 R0，电 阻丝材料的电阻温度系数的数值及其稳定性， 对检测器的灵敏度和精度都有很大的影响。
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当电阻元件通过电流 I时，电阻吸收的功率将全部转换成热量
dQ ? I 2 R
此热流量一方面使电阻元件本身温度升高，另一方面也向周围散失。 电阻元件向外散失的热量主要是靠热导池内气体的导热。 当通过电阻元件的电流，气体成分以及热导池壁面温度一定时， 电阻元件温度上升到某一数值后，便会出现电源供给的热量与气体 的导热量相平衡的情况，以后电阻元件的温度以及热导池内的温场 分布都将保持不变。 热平衡时热导池内的温场为一系列同轴圆柱等温面。 对于半径为 r的等温面，单位时间气体的导热量为