तापीय चालकता गैस विश्लेषक

गैस की तापीय चालकता

थर्मल कंडक्टिविटी गैस एनालाइजर एक ऐसा उपकरण है जो विभिन्न पदार्थों की अलग-अलग थर्मल कंडक्टिविटी के आधार पर मिश्रित गैसों की थर्मल कंडक्टिविटी को मापकर गैस संरचना का विश्लेषण करता है। यह सर्वविदित है कि ऊष्मा स्थानांतरण के तीन मूल तरीके हैं, अर्थात् ऊष्मा संवहन, ऊष्मा विकिरण और ऊष्मा चालन। हीट कंडक्शन गैस एनालाइजर में, ऊष्मा चालन द्वारा निर्मित ऊष्मा विनिमय का पूर्ण उपयोग किया जाता है, और ऊष्मा संवहन और ऊष्मा विकिरण के कारण होने वाली ऊष्मा हानि को यथासंभव कम किया जाता है।

तापीय चालकता पदार्थ की तापीय चालकता को दर्शाती है, और पदार्थ की तापीय चालकता के बीच संबंध को फोरियर नियम द्वारा वर्णित किया जा सकता है। जैसा कि चित्र 6-1 में दिखाया गया है, किसी पदार्थ में तापमान अंतर होता है, और स्थिर तापमान अक्ष दिशा के अनुदिश धीरे-धीरे घटता जाता है। अक्ष दिशा में दो बिंदु a और b लें, जिनके बीच की दूरी △x है। Ta और Tb क्रमशः दो बिंदुओं a और b के निरपेक्ष तापमान हैं। अक्ष दिशा के अनुदिश तापमान परिवर्तन की दर को अक्ष दिशा के अनुदिश किसी बिंदु का तापमान प्रवणता कहा जाता है। अक्ष दिशा में a और b के बीच एक छोटा सा क्षेत्रफल △s लिया जाता है। प्रयोग से यह देखा जा सकता है कि समय △t में, उच्च तापमान वाले बिंदु से छोटे क्षेत्रफल △s के माध्यम से ऊष्मा स्थानांतरण समय △t और तापमान प्रवणता △T/△x के समानुपाती होता है, और यह पदार्थ की प्रकृति से भी संबंधित होता है। समीकरण इस प्रकार है:

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सूत्र (6-1) ऊष्मा स्थानांतरण और संबंधित मापदंडों के बीच संबंध को दर्शाता है, जिसे फूरियर नियम कहा जाता है। सूत्र में ऋणात्मक चिह्न तापमान में कमी की दिशा में ऊष्मा स्थानांतरण को इंगित करता है, आनुपातिक गुणांक λ को ऊष्मा स्थानांतरण माध्यम की तापीय चालकता (जिसे थर्मल चालकता भी कहा जाता है) कहा जाता है।

तापीय चालकता पदार्थ का एक महत्वपूर्ण भौतिक गुण है, जो पदार्थ की ऊष्मा संवाहक क्षमता को दर्शाता है। विभिन्न पदार्थों की तापीय चालकता भी भिन्न होती है और यह उनकी संरचना, दाब, घनत्व, तापमान और आर्द्रता के साथ बदलती रहती है।

सूत्र (6-1) में प्राप्त किया जा सकता है:

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मिश्रित गैस की तापीय चालकता

मिश्रित गैस में मापे जाने वाले घटकों को छोड़कर बाकी सभी घटकों को पृष्ठभूमि गैस कहा जाता है, और पृष्ठभूमि गैस में विश्लेषण को प्रभावित करने वाले घटकों को हस्तक्षेप घटक कहा जाता है।

मिश्रित गैस में प्रत्येक घटक का आयतन अंश C1, C2, C3,…, Cn है। तापीय चालकता λ1, λ2, λ3,…, λn है। मापे जाने वाले घटक की मात्रा और तापीय चालकता C1 और λ1 हैं। तापीय चालकता विश्लेषक से मापन के लिए निम्नलिखित दो शर्तें पूरी होनी चाहिए।

①

पृष्ठभूमि गैस के प्रत्येक घटक की तापीय चालकता लगभग बराबर या बहुत करीब होनी चाहिए। जैसे:

λ2≈λ3≈λ4…≈λn

②मापे जाने वाले घटक की तापीय चालकता स्पष्ट रूप से पृष्ठभूमि गैस की तापीय चालकता से भिन्न होती है, और अंतर जितना अधिक होता है, तापीय चालकता उतनी ही बेहतर होती है।

λ1》λ2 या λ1《λ2

जब उपरोक्त दोनों शर्तें पूरी होती हैं:

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सूत्र में λ—मिश्रित गैस की तापीय चालकता

मिश्रित गैस में i घटक की तापीय चालकता

Ci—मिश्रित गैस में i घटक का आयतन अंश

सूत्र (6-5) दर्शाता है कि मिश्रित गैस की तापीय चालकता λ को मापकर घटक C1 की सामग्री प्राप्त की जा सकती है।

उपकरण की संरचना और कार्य सिद्धांत

ऊष्मा-संचालन गैस विश्लेषक की संरचना को दो भागों में विभाजित किया जा सकता है: ऊष्मा-संचालन डिटेक्टर और परिपथ। ऊष्मा चालकता डिटेक्टर (जिसे सामान्यतः ट्रांसमीटर कहा जाता है) एक ऊष्मा चालकता सेल और एक मापन ब्रिज से बना होता है। मापन ब्रिज की भुजा के रूप में ऊष्मा चालकता सेल ब्रिज से जुड़ा होता है, इसलिए ये दोनों अविभाज्य होते हैं। परिपथ भाग में वोल्टेज स्थिरीकरण विद्युत आपूर्ति, स्थिर तापमान नियंत्रक, सिग्नल प्रवर्धन परिपथ, रेखीयकरण परिपथ और आउटपुट परिपथ शामिल होते हैं।

ऊष्मा चालन सेल का कार्य सिद्धांत

गैस की तापीय चालकता बहुत कम होने के कारण, इसमें परिवर्तन भी कम होता है, इसलिए प्रत्यक्ष विधि से इसका सटीक मापन करना कठिन है। मिश्रित गैस की तापीय चालकता में परिवर्तन को अप्रत्यक्ष विधि द्वारा तापीय तत्व के प्रतिरोध मान में परिवर्तन के रूप में परिवर्तित किया जाता है, जिससे प्रतिरोध मान में परिवर्तन का सटीक मापन आसानी से किया जा सकता है।

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चित्र 6-2 ऊष्मा संवाहक सेल का कार्य सिद्धांत दर्शाता है। उच्च प्रतिरोधकता और उच्च तापमान गुणांक वाला एक प्रतिरोध तार, अच्छी ऊष्मा संवाहक क्षमता वाले एक बेलनाकार धातु के खोल के केंद्र में तनावग्रस्त और निलंबित किया जाता है। खोल के दोनों सिरों पर गैस के प्रवेश और निकास के लिए एक प्रवेश द्वार दिया गया है। सिलेंडर को मापी जाने वाली गैस से भरा जाता है, और प्रतिरोध तार को एक स्थिर धारा द्वारा गर्म किया जाता है।

क्योंकि प्रतिरोध तार से प्रवाहित होने वाली धारा स्थिर रहती है, इसलिए प्रति इकाई समय में प्रतिरोध पर उत्पन्न ऊष्मा भी स्थिर रहती है। जब परीक्षण की जाने वाली नमूना गैस धीमी गति से सेल से गुजरती है, तो प्रतिरोध तार पर मौजूद ऊष्मा गैस द्वारा ऊष्मा चालन के माध्यम से सेल की दीवार तक स्थानांतरित हो जाती है। जब गैस की ऊष्मा स्थानांतरण दर प्रतिरोध तार पर प्रवाहित होने वाली धारा की ऊष्मा दर के बराबर हो जाती है (इस अवस्था को ऊष्मीय संतुलन कहते हैं), तो प्रतिरोध तार का तापमान एक निश्चित मान पर स्थिर हो जाता है। यही संतुलन तापमान प्रतिरोध तार के प्रतिरोध को निर्धारित करता है। यदि मिश्रित गैस में मापे जाने वाले घटक की सांद्रता बदलती है, तो मिश्रित गैस की ऊष्मीय चालकता बदल जाती है, जिससे गैस की ऊष्मीय चालकता दर और प्रतिरोध तार का संतुलन तापमान भी बदल जाता है। अंततः इसके परिणामस्वरूप प्रतिरोध तार के प्रतिरोध में भी तदनुसार परिवर्तन होता है, इस प्रकार गैस की ऊष्मीय चालकता और प्रतिरोध तार के प्रतिरोध मान के बीच रूपांतरण होता है।

तार के प्रतिरोध और गैस मिश्रण की ऊष्मीय चालकता के बीच संबंध निम्न सूत्र द्वारा दिया जाता है (व्युत्पत्ति को छोड़ दिया गया है)।

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इस सूत्र में, Rn, R0-गर्म तार का प्रतिरोध tn(°C) (तापीय संतुलन में गर्म तार का तापमान) और 0°C पर प्राप्त किया जाता है।

a— गर्म तार का प्रतिरोध तापमान गुणांक

tc——थर्मल कंडक्टिविटी सेल की वायु सेल दीवार का तापमान

हीटिंग तार से प्रवाहित होने वाली धारा

λ—मिश्रित गैस की तापीय चालकता

K—गेज स्थिरांक, जो तापीय चालन सेल की संरचना से संबंधित एक स्थिरांक है।

सूत्र (6-6) दर्शाता है कि Rn और λ एकल-मान फ़ंक्शन हैं जब K, tc, और I स्थिर हैं।

गर्म फिलामेंट सामग्री में कई प्लैटिनम तारों (या प्लैटिनम इरिडियम तारों) का उपयोग किया जाता है। प्लैटिनम तारों में प्रबल संक्षारण प्रतिरोध, उच्च प्रतिरोध तापमान गुणांक और उच्च स्थिरता होती है। विश्लेषण की प्रतिक्रिया गति को बेहतर बनाने के लिए प्लैटिनम तार को नमूना गैस के साथ सीधे संपर्क में रखा जा सकता है। हालांकि, अपचायक गैस में प्लैटिनम तार आसानी से घिस जाता है और विघटित हो जाता है, जिससे प्रतिरोध मान में परिवर्तन होता है और कुछ मामलों में यह उत्प्रेरक की भूमिका भी निभाता है। इस कारण से, प्लैटिनम तार की सतह को आमतौर पर कांच की परत से ढका जाता है। कांच की परत से ढके ऊष्मा-संवेदनशील तत्व में प्रबल संक्षारण प्रतिरोध (क्लोरीन में हाइड्रोजन का मापन किया जा सकता है) और आसान सफाई के लाभ होते हैं, लेकिन कांच की परत की उपस्थिति गैस और प्लैटिनम तार के बीच ऊष्मीय संतुलन तक पहुंचने के समय में देरी करती है, इसलिए तत्व के गतिशील गुण थोड़े कमज़ोर होते हैं।

ऊष्मा संवाहक टैंक के निर्माण में तांबे का उपयोग किया जाता है। गैस के क्षरण को रोकने के लिए, भीतरी दीवार और ऊष्मा संवाहक पूल के गैस पथ पर सोने या निकल की परत चढ़ाई जा सकती है, और निर्माण के लिए स्टेनलेस स्टील का भी उपयोग किया जा सकता है।

ऊष्मा चालन सेल की संरचना का निर्माण

ऊष्मा चालन सेल की संरचना सीधी-मार्गीय, संवहन, विसरण, संवहन विसरण आदि प्रकार की होती है, जैसा कि चित्र 6-3 में दिखाया गया है।

(1) सीधे-सीधे

मापन कक्ष मुख्य गैस पथ के समानांतर स्थित है, और मुख्य गैस पथ की गैस मापन कक्ष में वितरित होती है। इस संरचना की प्रतिक्रिया गति तीव्र है और इसमें हिस्टैरेसिस कम है, लेकिन यह गैस प्रवाह दर के उतार-चढ़ाव से आसानी से प्रभावित हो जाती है।

(2) संवहन

मापन कक्ष मुख्य गैस पथ के प्रवेश द्वार से समानांतर रूप से जुड़ा होता है, और मापी जाने वाली गैस का एक छोटा सा हिस्सा मापन कक्ष में प्रवेश करता है (परिसंचरण पाइप के माध्यम से)। परिसंचरण पाइप में गैस गर्म होती है, जिससे ऊष्मा संवहन होता है, और गैस को परिसंचरण पाइप के निचले हिस्से से मुख्य गैस पथ की ओर तीर की दिशा में वापस धकेला जाता है। इसका लाभ यह है कि गैस प्रवाह में उतार-चढ़ाव का मापन पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है, लेकिन इसकी प्रतिक्रिया की गति धीमी होती है और इसमें विलंब अधिक होता है।

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(3) प्रसार

मुख्य गैस पथ के ऊपरी भाग में एक मापन कक्ष व्यवस्थित किया गया है, और मापी जाने वाली गैस विसरण क्रिया द्वारा मापन कक्ष में प्रवेश करती है। इस संरचना के लाभ यह हैं कि गैस प्रवाह दर के उतार-चढ़ाव से यह कम प्रभावित होती है, और आसानी से विसरित होने वाली हल्की द्रव्यमान वाली गैसों के लिए उपयुक्त है, लेकिन कम विसरण गुणांक वाली गैसों के लिए इसमें हिस्टैरेसिस अधिक होता है।

(4) संवहन प्रसार

विलंब को कम करने के लिए विसरण प्रकार के आधार पर प्रवाह पृथक्करण बनाने के लिए एक शाखा पाइप जोड़ा जाता है। जब नमूना गैस मुख्य गैस पथ से प्रवाहित होती है, तो गैस का एक भाग विसरण मोड में मापन कक्ष में प्रवेश करता है, और प्रतिरोध तार द्वारा गर्म होकर ऊपर की ओर गैस प्रवाह बनाता है। थ्रॉटल होल के अवरोध के कारण, वायु प्रवाह का केवल एक भाग थ्रॉटल होल के माध्यम से शाखा पाइप में प्रवेश करता है, ठंडा होकर नीचे की ओर बढ़ता है, और अंत में मुख्य वायु पथ में वापस चला जाता है। गैस प्रवाह सुपरहीटिंग गाइड टैंक की शक्ति में संवहन और विसरण दोनों गुण होते हैं, इसलिए इसे संवहन विसरण कहा जाता है। यह संरचना गैस के विपरीत प्रवाह की घटना को उत्पन्न नहीं कर सकती है, साथ ही विसरण कक्ष में गैस के संचय को भी रोकती है, जिससे नमूना गैस की एक निश्चित प्रवाह दर सुनिश्चित होती है। ऊष्मा चालन सेल नमूना गैस के दबाव और प्रवाह दर में परिवर्तन के प्रति असंवेदनशील होता है, और विलंब समय विसरण की तुलना में कम होता है। इन लाभों के कारण, संवहन विसरण प्रकार के ऊष्मा चालन सेल का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

मापने वाला पुल

उपरोक्त परिचय से हम देख सकते हैं कि थर्मल कंडक्टिविटी सेल का कार्य मिश्रित गैस में घटकों की सांद्रता को प्रतिरोध तार के प्रतिरोध मान में परिवर्तन के रूप में परिवर्तित करना है। प्रतिरोध को मापने के लिए ब्रिज का उपयोग बहुत सुविधाजनक है, और इसकी संवेदनशीलता और सटीकता अपेक्षाकृत उच्च है, इसलिए विभिन्न प्रकार के थर्मल कंडक्टिविटी गैस विश्लेषक लगभग सभी माप लिंक के रूप में ब्रिज का उपयोग करते हैं।

मापन ब्रिज में, ब्रिज के करंट उतार-चढ़ाव को कम करने या बाहरी परिस्थितियों में बदलाव के प्रभाव को कम करने के लिए, आमतौर पर मापन ब्रिज आर्म और संदर्भ ब्रिज आर्म को व्यवस्थित किया जाता है। मापन आर्म नमूना गैस प्रवाह का ऊष्मीय चालक सेल होता है, जबकि संदर्भ आर्म पैकेज संदर्भ गैस (या थ्रू संदर्भ गैस) का ऊष्मीय चालक सेल होता है, और दोनों की संरचनात्मक विमाएँ समान होती हैं। संदर्भ आर्म को ब्रिज आर्म पर मापन आर्म के बगल में रखा जाता है और यह निम्नानुसार कार्य करता है।

① प्रवाह और विकिरण के माध्यम से मापने वाली भुजा की ऊष्मा हानि लगभग संदर्भ भुजा के समान होती है, और दोनों एक दूसरे को संतुलित करते हैं, गर्म तार के प्रतिरोध में परिवर्तन मुख्य रूप से ऊष्मा चालन द्वारा निर्धारित होता है, अर्थात् गैस की ऊष्मा चालन क्षमता में परिवर्तन।

2. जब तापीय चालन सेल भुजा के तापमान में परिवर्तन परिवेश के तापमान में परिवर्तन के कारण होता है, तो संदर्भ भुजा और मापन भुजा एक ही दिशा में बदलती हैं, जो परस्पर एक दूसरे को संतुलित करती हैं और मापन परिणाम पर तापमान परिवर्तन के प्रभाव को कम करने में लाभकारी होती हैं।

③संदर्भ गैस सांद्रता को बदलकर, ब्रिज डिटेक्शन की निचली सीमा सांद्रता को बदला जाता है, जो उपकरण की माप सीमा को बदलने के लिए सुविधाजनक है।

ब्रिज संरचना और ब्रिज आर्म कॉन्फ़िगरेशन मोड में, एकल-आर्म श्रृंखला-संयोजित असंतुलित ब्रिज, एकल-आर्म समानांतर-संयोजित असंतुलित ब्रिज और डबल-आर्म श्रृंखला-समानांतर असंतुलित ब्रिज जैसे कई रूप होते हैं। चित्र 6-4 वर्तमान में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले डबल-आर्म श्रृंखला-समानांतर प्रकार के असंतुलित ब्रिज की संरचना को दर्शाता है। इसमें दो मापक ऊष्मा चालक सेल और दो संदर्भ ऊष्मा चालक सेल का उपयोग किया जाता है। चित्र में, Rm मापक आर्म का प्रतिरोध है, और Rs संदर्भ आर्म का प्रतिरोध है। दो मापक आर्म और दो संदर्भ आर्म को अंतराल पर व्यवस्थित करके एक डबल-आर्म श्रृंखला संरचना बनाई जाती है, और नमूना गैस बारी-बारी से श्रृंखला में लगे दो ऊष्मा चालक पूलों से होकर प्रवाहित होती है।

प्रारंभिक अवस्था में ब्रिज का आउटपुट इस प्रकार है:

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उपरोक्त सूत्र △Rm और △Uo के बीच संबंध दर्शाता है, और यह इस प्रकार के पुल की मापन संवेदनशीलता का भी सूचक है। समान संरचना वाले एकल-भुजा पुल की तुलना में, इसकी मापन संवेदनशीलता दोगुनी हो गई है।

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चित्र 6-5 एक डबल-आर्म सीरीज-पैरेलल प्रकार के असंतुलित ब्रिज में प्रयुक्त एक संयुक्त ताप चालन सेल है, जिसमें दो मापने वाले ताप चालन सेल और दो संदर्भ ताप चालन सेल होते हैं, जिनके लीड क्रमशः मापने वाले ब्रिज की चार भुजाओं से जुड़े होते हैं, और प्रत्येक ताप चालन सेल एक संवहन प्रसार प्रकार की संरचना को अपनाता है।

चारों ऊष्मा संवाहक कुंड उच्च ऊष्मा संवाहक क्षमता वाली धातु से बने हैं, जिससे मापन कुंड और संदर्भ कुंड का तापमान एक समान रहता है। परिवेश के तापमान में परिवर्तन होने पर भी चारों कुंडों की दीवारों पर इसका प्रभाव समान रहता है, जिससे मापन त्रुटि कम हो जाती है। उच्च परिशुद्धता की स्थिति में, तापमान नियंत्रण उपकरण का उपयोग करके संपूर्ण ऊष्मा संवाहक कुंड का तापमान स्थिर रखा जा सकता है।

तापीय चालकता डिटेक्टरों में प्रगति

थर्मल कंडक्टिविटी सेल का आंतरिक आयतन मिलीलीटर के क्रम का होता है, और माप की निचली सीमा लगभग 100ppm होती है। सेंसर प्रौद्योगिकी में प्रगति के साथ, सूक्ष्म थर्मल कंडक्टिविटी डिटेक्टर का उपयोग विदेशों में निर्मित थर्मल कंडक्टिविटी गैस विश्लेषक और थर्मल कंडक्टिविटी गैस क्रोमैटोग्राफ में किया जाता है। थर्मल कंडक्टिविटी सेल का आयतन सूक्ष्म स्तर तक बढ़ाया गया है, थर्मल तत्व भी सूक्ष्म है, जिससे निरीक्षण की संवेदनशीलता में काफी सुधार हुआ है। माप की निचली सीमा लगभग 10ppm, यहां तक कि 1ppm तक भी पहुंच सकती है, जैसा कि चित्र 6-6 में दिखाया गया है। इस प्रकार का पतला फिल्म प्रतिरोध सिलिकॉन वेफर पर अत्यंत पतले प्लैटिनम तार की अल्ट्रा-माइक्रो तकनीक लिथोग्राफी का उपयोग करके बनाया जाता है। चित्र से हम देख सकते हैं कि थर्मल कंडक्टिविटी सेल की संरचना विसरणशील है।

संपूर्ण मशीन सर्किट

CI2000-RQD ऊष्मा चालन प्रकार के हाइड्रोजन विश्लेषक के परिपथ का वर्णन कई पुस्तकों और शिक्षण सामग्री में किया जा चुका है। चांग ऐ इलेक्ट्रॉनिक्स कंपनी द्वारा निर्मित CI2000-RQD ऊष्मा चालन प्रकार के हाइड्रोजन विश्लेषक को उदाहरण के रूप में लेकर, हम ऊष्मा चालन प्रकार के गैस विश्लेषक के संपूर्ण परिपथ का संक्षिप्त परिचय देंगे।

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CI2000-RQD के परिपथ में माइक्रोप्रोसेसर और डिजिटल प्रोसेसिंग तकनीक का उपयोग किया गया है। संपूर्ण परिपथ चित्र 6-7 में दर्शाया गया है। चित्र में ऊष्मा चालन पूल संरचना संवहन विसरण प्रकार की है, और मापन ब्रिज की विद्युत आपूर्ति के लिए धारा स्रोत परिपथ का उपयोग किया गया है। व्हीटस्टोन ब्रिज का मापन संकेत सॉफ्टवेयर द्वारा नियंत्रित एम्पलीफायर को भेजा जाता है, जहां इसे प्रवर्धित किया जाता है और बटरवर्थ लो-पास फिल्टर द्वारा फ़िल्टर किया जाता है। इसके बाद, माइक्रोप्रोसेसर द्वारा नियंत्रित A/D रूपांतरण किया जाता है, और परिवर्तित डेटा को सॉफ्टवेयर द्वारा डिजिटाइज़ किया जाता है, जिसमें फ़िल्टरिंग, रैखिक प्रसंस्करण, स्केल रूपांतरण, त्रुटि गणना और तापमान एवं दाब के प्रभाव का प्रतिपूरण आदि शामिल हैं, और अंत में संकेत आउटपुट किया जाता है।

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आवेदन

थर्मल कंडक्टिविटी गैस एनालाइज़र दो मिश्रित गैसों (जिनकी थर्मल कंडक्टिविटी में बहुत बड़ा अंतर होता है) में से किसी एक घटक को मापने की एक प्रभावी विधि है। यह आविष्कार मुख्य रूप से H2 को मापने के लिए उपयोग किया जाता है, और CO2, SO2 और Ar की मात्रा मापने के लिए भी आमतौर पर उपयोग किया जाता है, और इसका अनुप्रयोग क्षेत्र व्यापक है। यहाँ कुछ विशिष्ट अनुप्रयोग दिए गए हैं:

अमोनिया संयंत्र से प्राप्त सिंथेटिक गैस में H2 की मात्रा का मापन

हाइड्रोजनीकरण संयंत्र में H2 की शुद्धता का मापन

भट्टी की द्रव गैस में CO2 की मात्रा का मापन

सल्फ्यूरिक एसिड और फॉस्फेट उर्वरक के उत्पादन प्रक्रिया में SO2 की मात्रा का मापन

वायु पृथक्करण उपकरण में आर्गन की मात्रा का मापन

हाइड्रोजन उत्पादन और ऑक्सीजन इलेक्ट्रोलाइसिस की प्रक्रिया के दौरान शुद्ध H2 में O2 और शुद्ध O2 में H2 का मापन

क्लोरीन उत्पादन प्रक्रिया में Cl2 में H2 का मापन

हाइड्रोकार्बन गैस में H2 की मात्रा का मापन

हाइड्रोजन-कूल्ड जनरेटर सेटों में H2 और CO2 की मात्रा की निगरानी

शुद्ध गैस उत्पादन में निगरानी, जैसे कि N2 में He, O2 में Ar, आदि।

माप त्रुटि विश्लेषण

ऊष्मीय-चालक गैस विश्लेषक एक प्रकार का विश्लेषण उपकरण है जिसकी चयनात्मकता कम होती है। यद्यपि उपकरण के डिजाइन और निर्माण में विभिन्न उपाय किए गए हैं, परिचालन स्थितियों को निर्दिष्ट किया गया है, और कुछ हस्तक्षेप कारकों के प्रभाव को कुछ हद तक कम या कमजोर किया गया है, फिर भी विश्लेषक की मूल त्रुटि आमतौर पर ±2% के भीतर होती है। इसका मुख्य कारण पृष्ठभूमि गैस संरचना का विश्लेषण परिणामों पर प्रभाव है।

औद्योगिक गैस क्रोमैटोग्राफ का थर्मल कंडक्टिविटी डिटेक्टर और थर्मल कंडक्टिविटी गैस एनालाइजर का डिटेक्टर एक जैसे होते हैं, लेकिन इनकी मापन सटीकता एनालाइजर से अधिक होती है। इसका कारण यह है कि क्रोमैटोग्राफिक कॉलम द्वारा नमूने को अलग करने के बाद, केवल एक घटक और वाहक गैस का मिश्रित द्विआधारी गैस ही थर्मल कंडक्टिविटी टैंक में प्रवेश करता है, जबकि थर्मल कंडक्टिविटी गैस एनालाइजर में ऐसा करना मुश्किल होता है। बैकग्राउंड गैस अक्सर कई गैसों का मिश्रण होती है, जिसका नमूना गैस की थर्मल कंडक्टिविटी पर अलग-अलग प्रभाव पड़ता है, और बैकग्राउंड गैस की संरचना में परिवर्तन होने पर यह प्रभाव और भी अधिक हो जाता है।

ऊष्मा-चालक गैस विश्लेषक की माप त्रुटि दो भागों से मिलकर बनी होती है: मूल त्रुटि और अतिरिक्त त्रुटि। मूल त्रुटि मापन सिद्धांत, संरचनात्मक विशेषताओं, प्रत्येक लिंक की सिग्नल रूपांतरण सटीकता और डिस्प्ले उपकरण की सटीकता द्वारा निर्धारित होती है। अर्थात्, यह विश्लेषक की वह त्रुटि है जो निर्दिष्ट परिस्थितियों में कार्य करते समय होती है। अतिरिक्त त्रुटि उपकरण के समायोजन, अनुचित उपयोग या बाहरी परिस्थितियों में परिवर्तन के कारण होती है। ऊष्मा-चालक गैस विश्लेषक की अतिरिक्त त्रुटि के मुख्य कारक हैं: मानक गैस की संरचना और सटीकता; घटकों, धूल और बूंदों की उपस्थिति से उत्पन्न होने वाली बाधाएँ; नमूना गैस का दबाव, प्रवाह दर और तापमान; और ब्रिज के प्रवाह में परिवर्तन।

मानक गैस की संरचना और परिशुद्धता का प्रभाव

अन्य विश्लेषणात्मक उपकरणों की तरह, तापीय-चालक गैस विश्लेषक को भी मानक गैस से नियमित रूप से अंशांकित करने की आवश्यकता होती है, लेकिन अंतर यह है कि तापीय-चालक गैस विश्लेषक को अधिक मानक गैस की आवश्यकता होती है। सिद्धांत रूप में, मानक गैस में पृष्ठभूमि गैस की संरचना और मात्रा मापी जाने वाली गैस के समान होनी चाहिए, जो वास्तविकता में संभव नहीं है। हालांकि, मानक गैस में पृष्ठभूमि गैस की तापीय चालकता मापी जाने वाली गैस के अनुरूप होनी चाहिए, अन्यथा अंशांकन परिणामों को संशोधित करना आवश्यक होगा। इसके अतिरिक्त, मानक गैस की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, त्रुटि उपकरण की मूल त्रुटि के आधे से अधिक नहीं होनी चाहिए।

नमूना गैस में हस्तक्षेप करने वाले घटकों की उपस्थिति में प्रभाव

नमूना गैस में हस्तक्षेप करने वाले घटकों की उपस्थिति अतिरिक्त त्रुटियों को उत्पन्न करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। उदाहरण के लिए, जब द्रव गैस में CO2 की मात्रा का विश्लेषण ऊष्मीय चालकता CO2 विश्लेषक द्वारा किया जाता है, तो द्रव गैस में SO2 हस्तक्षेप करने वाला घटक होता है, और इसकी ऊष्मीय चालकता CO2 की ऊष्मीय चालकता की आधी होती है। यदि द्रव गैस में SO2 की मात्रा 1% है, तो विश्लेषण परिणाम की त्रुटि लगभग 2% होगी। पृष्ठभूमि गैस में हस्तक्षेप करने वाले घटकों और माप पर उनके प्रभाव को समझना आवश्यक है। तालिका 6-2 मापी गई गैस में हस्तक्षेप करने वाले घटकों का हाइड्रोजन मात्रा माप के शून्य बिंदु पर प्रभाव दर्शाती है।

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