מנתח גז מוליכות תרמית

מוליכות תרמית של גז

מנתח גז מוליכות תרמית הוא מכשיר לניתוח הרכב הגז על ידי מדידת המוליכות התרמית של גזים מעורבים בהתאם למוליכות התרמית השונה של חומרים שונים. ידוע היטב שישנן שלוש דרכים בסיסיות להעברת חום, כלומר הסעת חום, קרינת חום והולכת חום. במנתח גז מוליכות חום, חילופי החום שנוצרים על ידי הולכת החום מנוצלים במלואם, ואובדן החום הנגרם על ידי הסעת החום וקרינת החום מדוכא ככל האפשר.

מוליכות תרמית מציינת את מוליכות תרמית החומר, ואת הקשר ביניהן ניתן לתאר באמצעות חוק פורייה. כפי שמוצג באיור 6-1, קיים הפרש טמפרטורה בחומר, וטמפרטורת ההתקשות יורדת בהדרגה לאורך כיוון ה-ox. ניקח שתי נקודות a ו-b בכיוון ה-ox, המרווח ביניהן הוא △x. Ta ו-Tb הן הטמפרטורות המוחלטות של שתי נקודות a ו-b בהתאמה. קצב שינוי הטמפרטורה לאורך כיוון ה-ox נקרא גרדיאנט הטמפרטורה של נקודה לאורך כיוון ה-ox. נלקח שטח קטן △s בין a ל-b בכיוון האנכי של ה-ox. באמצעות הניסוי ניתן לראות שבזמן △t, מעבר החום מנקודה בטמפרטורה גבוהה דרך שטח קטן △s הוא פרופורציונלי לזמן △t ולגרדיאנט הטמפרטורה △T/△x, והוא קשור גם לאופי החומר. המשוואה היא:

הנוסחה (6-1) מייצגת את הקשר בין העברת החום לפרמטרים הרלוונטיים, הנקראת חוק פורייה. הסימן השלילי בנוסחה מציין את העברת החום בכיוון ירידת הטמפרטורה, המקדם הפרופורציונלי λ נקרא מוליכות תרמית של תווך העברת החום (נקראת גם מוליכות תרמית).

מוליכות תרמית היא אחת התכונות הפיזיקליות החשובות של חומר, המאפיינת את יכולתו של חומר להוליך חום. המוליכות התרמית של חומרים שונים גם היא שונה, ומשתנה בהתאם להרכב, ללחץ, לצפיפות, לטמפרטורה וללחות.

בנוסחה (6-1) ניתן לקבל:

הנוסחה (6-1) מייצגת את הקשר בין העברת החום לפרמטרים הרלוונטיים, הנקראת חוק פורייה. הסימן השלילי בנוסחה מציין את העברת החום בכיוון ירידת הטמפרטורה, המקדם הפרופורציונלי λ נקרא מוליכות תרמית של תווך העברת החום (נקראת גם מוליכות תרמית).

מוליכות תרמית היא אחת התכונות הפיזיקליות החשובות של חומר, המאפיינת את יכולתו של חומר להוליך חום. המוליכות התרמית של חומרים שונים גם היא שונה, ומשתנה בהתאם להרכב, ללחץ, לצפיפות, לטמפרטורה וללחות.

בנוסחה (6-1) ניתן לקבל:

מוליכות תרמית של גז מעורב

כל הרכיבים מלבד הרכיבים שיש למדוד בגז המעורב נקראים גז רקע, והרכיבים המשפיעים על הניתוח בגז הרקע נקראים רכיבי הפרעה.

שבר הנפח של כל רכיב בגז המעורבב הוא C1, C2, C3,…, Cn. המוליכות התרמית היא λ1, λ2, λ3,…, λn. התכולה והמוליכות התרמית של הרכיב המיועד למדידה הם C1 ו-λ1. יש לעמוד בשני התנאים הבאים כדי למדוד באמצעות מנתח מוליכות תרמית.

①  

המוליכות התרמית של כל רכיב בגז הרקע חייבת להיות שווה בקירוב או קרובה מאוד. כך:

λ2≈λ3≈λ4…≈λn

②מוליכות התרמית של הרכיב המיועד למדידה שונה באופן ברור מזו של גז הרקע, וככל שההבדל גדול יותר, כך המוליכות התרמית טובה יותר.

λ1》λ2 או λ1《λ2

כאשר שני התנאים הנ"ל מתקיימים:

λ בנוסחה - מוליכות תרמית של גז מעורב

מוליכות תרמית של רכיב i בגז מעורב

Ci——חלק נפחי של הרכיב i בגז המעורב

הנוסחה (6-5) מראה שניתן לקבל את תכולת הרכיב C1 על ידי מדידת המוליכות התרמית λ של הגז המעורב.

הרכב ועקרון פעולה של המכשיר

ניתן לחלק את הרכב מנתח הגזים המוליכים חום לשני חלקים: גלאי מוליך החום והמעגל. גלאי המוליכות התרמית (הנקרא בדרך כלל משדר) מורכב מתא מוליכות תרמית וגשר מדידה, כאשר תא המוליכות התרמית, כזרוע הגשר של גשר המדידה, מחובר בגשר, כך ששניהם בלתי נפרדים. חלק המעגל כולל ספק כוח לייצוב מתח, בקר טמפרטורה קבועה, מעגל הגברת אות, מעגל ליניאריזציה ומעגל פלט.

עקרון הפעולה של תא הולכת חום

מכיוון שהמוליכות התרמית של הגז קטנה מאוד, השונות שלה קטנה יותר, ולכן קשה למדוד אותה במדויק בשיטה הישירה. שינוי המוליכות התרמית של הגז המעורב מומר לשינוי בערך ההתנגדות של האלמנט התרמי בשיטה העקיפה, וקל למדוד במדויק את השינוי בערך ההתנגדות.

איור 6-2 מציג את עקרון הפעולה של תא מוליך חום. חוט התנגדות בעל התנגדות גדולה יותר ומקדם טמפרטורה גדול יותר נמתח ותלוי במרכז קליפה מתכתית גלילית בעלת ביצועי הולכת חום טובים. שני קצוות הקליפה מצוידים בפתח כניסה ויציאה של גז, הגליל מתמלא בגז המיועד למדידה, וחוט ההתנגדות מחומם על ידי זרם קבוע.

מכיוון שהזרם שעובר דרך חוט ההתנגדות קבוע, גם החום הנוצר ביחידת זמן על ההתנגדות קבוע. כאשר גז הדגימה הנבדק עובר דרך התא במהירות איטית, החום על חוט ההתנגדות מועבר לדופן התא על ידי הגז בדרך של הולכת חום. כאשר קצב העברת החום של הגז שווה לקצב החימום של הזרם על חוט ההתנגדות (מצב זה נקרא שיווי משקל תרמי), טמפרטורת חוט ההתנגדות תהיה יציבה בערך מסוים, טמפרטורת שיווי משקל זו קובעת את התנגדות חוט ההתנגדות. אם ריכוז הרכיב הנמדד בגז המעורב משתנה, המוליכות התרמית של הגז המעורב משתנה, קצב המוליכות התרמית של הגז וטמפרטורת שיווי המשקל של חוט ההתנגדות ישתנו גם הם, ובסופו של דבר יביא לשינוי המתאים בהתנגדות חוט ההתנגדות, ובכך תתבצע המרה בין המוליכות התרמית של הגז לערך ההתנגדות של חוט ההתנגדות.

הקשר בין התנגדות החוט למוליכות התרמית של תערובת הגז ניתן על ידי הנוסחה הבאה (הגזירה מושמטת)

בנוסחה מתקבלת ההתנגדות של Rn, R0 - חוט חם ב- tn(°C) (טמפרטורת החוט החם בשיווי משקל תרמי) וב- 0°C.

א——מקדם טמפרטורת התנגדות של חוט חם

tc——טמפרטורת דופן תא האוויר של תא המוליכות התרמית

זרם זורם דרך חוט החימום

λ——מוליכות תרמית של גז מעורב

K——קבוע גייג', שהוא קבוע הקשור למבנה תא ההולכה התרמית

הנוסחה (6-6) מראה ש-Rn ו-λ הן פונקציות בעלות ערך יחיד כאשר K, tc ו-I קבועים.

חומר הפילמנט החם משתמש במספר חוטי פלטינה (או חוטי אירידיום פלטינה), לחוטי הפלטינה עמידות חזקה בפני קורוזיה, מקדם טמפרטורה גבוה ויציבות גבוהה. ניתן לחשוף את חוט הפלטינה ולבוא במגע ישיר עם גז הדגימה כדי לשפר את מהירות התגובה של הניתוח. עם זאת, חוט הפלטינה קל להישחק ולהתבלות בגז המחזר, מה שגורם לשינוי בערך ההתנגדות ובמקרים מסוימים גם משחק תפקיד של זרז. מסיבה זו, בדרך כלל משתמשים בסרט זכוכית כדי לכסות את פני השטח של חוט הפלטינה. לאלמנט הרגיש לחום המכוסה בסרט זכוכית יש יתרונות של עמידות חזקה בפני קורוזיה (ניתן למדוד מימן בכלור) וניקוי קל, אך קיומו של סרט זכוכית מעכב את זמן ההגעה לשיווי משקל תרמי בין הגז לחוט הפלטינה, ולכן המאפיינים הדינמיים של האלמנט מעט גרועים.

החומר המשמש לייצור גוף מיכל מוליכת החום הוא נחושת. על מנת למנוע קורוזיה של הגז, ניתן לצבוע שכבת זהב או ניקל על הדופן הפנימית ועל נתיב הגז של מיכל מוליכת החום, וניתן להשתמש גם בפלדת אל-חלד לייצור.

היווצרות מבנה של תא הולכת חום

מבנה תא הולכת החום הוא ישר-דור, הסעה, דיפוזיה, דיפוזיה של הסעה וכן הלאה, כפי שמוצג באיור 6-3.

(1) ישר

תא המדידה מקביל לנתיב הגז הראשי, והגז של נתיב הגז הראשי מופץ לתא המדידה. למבנה מהירות תגובה מהירה והיסטרזיס קטנה, אך הוא מושפע בקלות מתנודות קצב זרימת הגז.

(2) הסעה

תא המדידה מחובר במקביל לכניסת נתיב הגז הראשי, וחלק קטן מהגז המיועד למדידה נכנס לתא המדידה (צינור המחזור). הגז מתחמם בצינור המחזור, מה שגורם להסעת חום, ודוחף את הגז לחזור מהחלק התחתון של צינור המחזור לנתיב הגז הראשי בהתאם לכיוון החץ. היתרון הוא שלתנודות זרימת הגז יש השפעה מועטה על המדידה, אך מהירות התגובה שלו איטית וההשהיה גדולה.

(3) דיפוזיה

תא מדידה ממוקם בחלקו העליון של נתיב הגז הראשי, והגז המיועד למדידה נכנס לתא המדידה באמצעות פעולת דיפוזיה. יתרונותיו של מבנה זה הם פחות מושפעים מתנודות קצב זרימת הגז, והוא מתאים לגזים בעלי מסה קלה יותר שקל לפזר אותם, אך בעלי היסטרזיס גדול יותר עבור גזים בעלי מקדם דיפוזיה קטן יותר.

(4) דיפוזיה של הסעה

צינור הסתעפות נוסף ליצירת הפרדת זרימה על בסיס סוג הדיפוזיה כדי להפחית את ההשהיה. כאשר גז הדגימה זורם מנתיב הגז הראשי, חלק מהגז נכנס לתא המדידה במצב דיפוזיה, ומחומם על ידי חוט ההתנגדות ליצירת זרימת גז עולה. עקב הגבלת חור המצערת, רק חלק מזרימת האוויר נכנס לצינור ההסתעפות דרך חור המצערת, מקורר ומוזז כלפי מטה, ולבסוף משוחרר לנתיב האוויר הראשי. כוחו של מיכל ההנחיה של חימום-על של זרימת הגז כולל גם הסעה וגם דיפוזיה, ולכן זה נקרא דיפוזיה של הסעה. המבנה אינו יכול לייצר את תופעת זרימת הגז ההפוכה, אלא גם למנוע הצטברות גז בתא הדיפוזיה, ובכך להבטיח שלגז הדגימה יהיה קצב זרימה מסוים. תא הולכת החום אינו רגיש לשינוי הלחץ וקצב הזרימה של גז הדגימה, וזמן ההשהיה קצר יותר מזה של הדיפוזיה. בשל היתרונות, תא הולכת החום מסוג הסעה ודיפוזיה נמצא בשימוש נרחב.

גשר מדידה

מהמבוא לעיל, אנו יכולים לראות שתפקידו של תא המוליכות התרמית הוא לשנות את ריכוז הרכיבים בגז המעורב לשינוי ערך ההתנגדות של חוט ההתנגדות, השימוש בגשר למדידת ההתנגדות נוח מאוד, והרגישות והדיוק גבוהים יחסית, כך שסוגים שונים של מנתחי גז מוליכות תרמית כמעט מאמצים את הגשר כקישור המדידה.

בגשר המדידה, על מנת להפחית את תנודות הזרם של הגשר או את השפעת שינוי התנאים החיצוניים, זרוע גשר המדידה וזרוע גשר הייחוס מסודרות בדרך כלל, כך שזרוע המדידה היא התא המוליך התרמי של זרימת גז הדגימה, זרוע הייחוס היא התא המוליך התרמי של גז הייחוס של החבילה (או גז הייחוס העובר), ולשניהם מידות מבניות זהות. זרוע הייחוס ממוקמת על זרוע הגשר הסמוכה לזרוע המדידה ופועלת כדלקמן.

① אובדן החום של זרוע המדידה דרך הזרימה והקרינה כמעט זהה לזה של זרוע הייחוס, והשניים מקזזים זה את זה, שינוי ההתנגדות של החוט החם נקבע בעיקר על ידי הולכת החום, כלומר, השינוי ביכולת הולכת החום של הגז.

②כאשר שינוי הטמפרטורה של זרוע תא ההולכה התרמית נגרם עקב שינוי טמפרטורה של הסביבה, זרוע הייחוס וזרוע המדידה משתנות באותו כיוון, דבר המקזז הדדית ומועיל להחלשת השפעת שינוי הטמפרטורה על תוצאת המדידה.

③על ידי שינוי ריכוז גז הייחוס, משתנה ריכוז הגבול התחתון של גילוי הגשר, דבר הנוח לשינוי טווח המדידה של המכשיר.

במבנה הגשר ובמצב תצורת זרוע הגשר, ישנן מספר צורות כגון גשר לא מאוזן בעל זרוע אחת המחובר בטור, גשר לא מאוזן בעל זרוע אחת המחובר במקביל וגשר לא מאוזן בעל זרועות כפולות בטור מקבילי. איור 6-4 מציג את מבנה הגשר הלא מאוזן בעל הזרועות הכפולות בטור מקבילי, הנמצא בשימוש נפוץ כיום. הוא משתמש בשני תאי מדידה למוליכי חום ושני תאי ייחוס למוליכי חום. באיור, Rm הוא ההתנגדות של זרוע המדידה, Rs הוא ההתנגדות של זרוע הייחוס. שתי זרועות המדידה ושתי זרועות הייחוס מסודרות במרווחים ליצירת מבנה טורי בעל זרועות כפולות, וגז הדגימה זורם דרך שתי בריכות מוליכות החום בטור בתורו.

הפלט של הגשר במצב ההתחלתי הוא:

הנוסחה לעיל היא הקשר בין △Rm ו- △Uo, והיא גם ביטוי לרגישות המדידה של גשר מסוג זה. בהשוואה לגשר בעל זרוע אחת בעל אותו מבנה, רגישות המדידה הוכפלה.

איור 6-5 מציג תא הולכת חום משולב המשמש בגשר לא מאוזן מסוג טורי-מקבילי בעל שני זרועות, שני תאי הולכת חום למדידה ושני תאי הולכת חום לייחוס, כאשר חוטיהם מחוברים בהתאמה לארבע זרועות גשר המדידה, וכל תא הולכת חום מאמץ מבנה מסוג הסעה ודיפוזיה.

ארבע בריכות מוליכות החום עשויות מחומר מתכתי בעל ביצועי הולכת חום טובים, כך שטמפרטורת בריכת המדידה ובריכת הייחוס יכולה להיות באותה טמפרטורה, וכאשר טמפרטורת הסביבה משתנה, ההשפעה על ארבעת דפנות הבריכה שווה, ובכך מפחיתה את שגיאת המדידה. ניתן להשתמש במכשיר בקרת הטמפרטורה כדי לשמור על טמפרטורת בריכת הולכת החום כולה קבועה במצב של דיוק מדידה גבוה.

התקדמות בגלאי מוליכות תרמית

הנפח הפנימי של תא המוליכות התרמית הוא בסדר גודל של מיליליטר, וגבול המדידה התחתון הוא בסדר גודל של 100ppm. עם התקדמות טכנולוגיית החיישנים, גלאי מוליכות תרמית מיקרו נמצא בשימוש במנתחי גז מוליכות תרמית ובכרומטוגרף גז מוליכות תרמית המיוצר בחו"ל. נפח תא המוליכות התרמית שודרג במיקרו, וגם האלמנט התרמי הוא מיקרו, ובכך משפר מאוד את רגישות הבדיקה. גבול המדידה התחתון יכול להגיע לסדר גודל של 10ppm, ואפילו לסדר גודל של 1ppm, כפי שמוצג באיור 6-6. התנגדות שכבה דקה זו נוצרת על פרוסת סיליקון באמצעות ליתוגרפיה בטכנולוגיית אולטרה-מיקרו של חוט פלטינה דק מאוד. מהאיור ניתן לראות שמבנה תא המוליכות התרמית הוא דיפוזיה.

מעגל מכונה שלם

המעגל של מנתח המימן מסוג הולכת חום CI2000-RQD הוצג בספרים ובחומרי הוראה רבים. מנתח המימן מסוג הולכת חום CI2000-RQD המיוצר על ידי חברת האלקטרוניקה של צ'אנג איי משמש כדוגמה כדי להציג בקצרה את המעגל המלא של מנתח גז מסוג הולכת חום.

מיקרו-מעבד וטכנולוגיית עיבוד דיגיטלי משמשים במעגל של CI2000-RQD. המעגל כולו מוצג באיור 6-7. מבנה מאגר הולכת החום באיור שייך לסוג דיפוזיה של הסעה, ספק הכוח של גשר המדידה משתמש במעגל מקור זרם. אות המדידה של גשר Wheatstone נשלח למגבר שניתן לשלוט בו באמצעות תוכנה, והוא מוגבר וסונן באמצעות מסנן מעביר נמוכים של Butterworth, לאחר מכן המרת A/D נשלטת על ידי מיקרו-מעבד, לאחר מכן הנתונים המומרים מעובדים על ידי התוכנה לדיגיטציה, כולל סינון, עיבוד ליניארי, המרת קנה מידה, חישוב שגיאות ופיצוי על השפעת טמפרטורה ולחץ וכו', ולבסוף מוציאים את האות.

יישומים

מנתח גז מוליכות תרמית הוא שיטה יעילה למדידת רכיב אחד בשני גזים מעורבים (עם הבדל גדול מאוד במוליכות תרמית). ההמצאה משמשת בעיקר למדידת H2, והיא נפוצה גם למדידת תכולת CO2, SO2 ו-Ar, ויש לה טווח יישומים רחב. להלן מספר יישומים אופייניים:

מדידת תכולת H2 בגז סינתזה ממפעל אמוניה

מדידת טוהר H2 במפעל הידרוגנציה

מדידת תכולת CO2 בגז פליטה של ​​תנור

מדידת תכולת SO2 בתהליך ייצור של חומצה גופרתית ודשן פוספט

מדידת תכולת ארדן במכשיר להפרדת אוויר

מדידת O2 ב-H2 טהור ו-H2 ב-O2 טהור במהלך תהליך ייצור המימן ואלקטרוליזה של חמצן

מדידת H2 ב-Cl2 בתהליך ייצור כלור

מדידת תכולת H2 בגז פחמימני

ניטור תכולת H2 ו-CO2 במערכות גנרטורים מקוררות מימן

ניטור בייצור גז טהור, כגון He ב-N2, Ar ב-O2 וכו'.

ניתוח שגיאות מדידה

מנתח גזים מוליכי חום הוא סוג של מכשיר ניתוח בעל סלקטיביות נמוכה. למרות שננקטו צעדים שונים בתכנון וייצור המכשיר, תנאי ההפעלה צוינו, והשפעתם של גורמי הפרעה מסוימים דוכאה או נחלשה במידה מסוימת, אך השגיאה הבסיסית של המנתח היא בדרך כלל בטווח של ±2%. הסיבה העיקרית היא השפעת הרכב הגז ברקע על תוצאות הניתוח.

גלאי המוליכות התרמית של כרומטוגרף גז תעשייתי וגלאי מנתח גז מוליכות תרמית זהים, אך דיוק המדידה גבוה יותר. הסיבה לכך היא שלאחר שהדגימה מופרדת על ידי העמודה הכרומטוגרפית, רק הגז המעורב הבינארי של רכיב בודד וגז נשא נכנס למיכל המוליכות התרמית, אך קשה לעשות זאת במנתח גז מוליכות תרמית. גז הרקע הוא לרוב תערובת של גזים מרובים, אשר יהיו בעלי דרגות השפעה שונות על המוליכות התרמית של גז הדגימה, וכאשר הרכב גז הרקע משתנה, ההשפעה גדולה יותר.

שגיאת המדידה של מנתח גז מוליך חום מורכבת משני חלקים: השגיאה הבסיסית והשגיאה הנוספת. השגיאה הבסיסית נקבעת על ידי עקרון המדידה, מאפיין המבנה, דיוק המרת האות של כל קישור ודיוק מכשיר התצוגה. כלומר, שגיאת המנתח כאשר הוא פועל בתנאים שצוינו. השגיאה הנוספת נובעת מהתאמת המכשיר, שימוש לא נכון או שינוי בתנאים חיצוניים. הגורמים העיקריים לשגיאה הנוספת של מנתח גז מוליך חום הם: הרכב ודיוק הגז הסטנדרטי; הפרעה בנוכחות רכיבים, אבק וטיפות; הלחץ, קצב הזרימה והטמפרטורה של גז הדגימה; השינויים בזרם הגשר.

השפעת הרכב ודיוק של גז סטנדרטי

מנתח גז מוליך תרמי, כמו מכשירים אנליטיים אחרים, צריך להיות מכויל באופן קבוע עם גז סטנדרטי, אך ההבדל הוא שמנתח גז מוליך תרמי דורש יותר גז סטנדרטי. באופן עקרוני, ההרכב והתכולה של גז הרקע בגז הסטנדרטי צריכים להיות זהים לאלו של הגז הנמדד, דבר שקשה להשיג בפועל, אך המוליכות התרמית של גז הרקע בגז הסטנדרטי צריכה להיות עקבית עם זו של הגז הנמדד, אחרת יש לתקן את תוצאות הכיול. בנוסף, כדי להבטיח את דיוק הגז הסטנדרטי, השגיאה לא צריכה להיות יותר ממחצית השגיאה הבסיסית של המכשיר.

השפעות בנוכחות רכיבים מפריעים בגז הדגימה

קיומם של רכיבי הפרעה בגז הדגימה הוא גורם חשוב ליצירת שגיאות נוספות. לדוגמה, כאשר תכולת ה-CO2 בגז הפליטה מנתחת על ידי מנתח מוליכות תרמית CO2, ה-SO2 בגז הפליטה הוא רכיב ההפרעה, והמוליכות התרמית שלו היא 1/2 מהמוליכות התרמית של CO2. אם תכולת ה-SO2 בגז הפליטה היא 1%, שגיאת תוצאת הניתוח תהיה כמעט 2%. יש להבין את רכיבי ההפרעה בגז הרקע ואת השפעתם על המדידה. טבלה 6-2 מציגה את השפעת רכיבי ההפרעה בגז הנמדד על נקודת האפס של מדידת תכולת המימן.

יישומים

מנתח גז מוליכות תרמית הוא שיטה יעילה למדידת רכיב אחד בשני גזים מעורבים (עם הבדל גדול מאוד במוליכות תרמית). ההמצאה משמשת בעיקר למדידת H2, והיא נפוצה גם למדידת תכולת CO2, SO2 ו-Ar, ויש לה טווח יישומים רחב. להלן מספר יישומים אופייניים:

מדידת תכולת H2 בגז סינתזה ממפעל אמוניה

מדידת טוהר H2 במפעל הידרוגנציה

מדידת תכולת CO2 בגז פליטה של ​​תנור

מדידת תכולת SO2 בתהליך ייצור של חומצה גופרתית ודשן פוספט

מדידת תכולת ארדן במכשיר להפרדת אוויר

מדידת O2 ב-H2 טהור ו-H2 ב-O2 טהור במהלך תהליך ייצור המימן ואלקטרוליזה של חמצן

מדידת H2 ב-Cl2 בתהליך ייצור כלור

מדידת תכולת H2 בגז פחמימני

ניטור תכולת H2 ו-CO2 במערכות גנרטורים מקוררות מימן

ניטור בייצור גז טהור, כגון He ב-N2, Ar ב-O2 וכו'.

ניתוח שגיאות מדידה

מנתח גזים מוליכי חום הוא סוג של מכשיר ניתוח בעל סלקטיביות נמוכה. למרות שננקטו צעדים שונים בתכנון וייצור המכשיר, תנאי ההפעלה צוינו, והשפעתם של גורמי הפרעה מסוימים דוכאה או נחלשה במידה מסוימת, אך השגיאה הבסיסית של המנתח היא בדרך כלל בטווח של ±2%. הסיבה העיקרית היא השפעת הרכב הגז ברקע על תוצאות הניתוח.

גלאי המוליכות התרמית של כרומטוגרף גז תעשייתי וגלאי מנתח גז מוליכות תרמית זהים, אך דיוק המדידה גבוה יותר. הסיבה לכך היא שלאחר שהדגימה מופרדת על ידי העמודה הכרומטוגרפית, רק הגז המעורב הבינארי של רכיב בודד וגז נשא נכנס למיכל המוליכות התרמית, אך קשה לעשות זאת במנתח גז מוליכות תרמית. גז הרקע הוא לרוב תערובת של גזים מרובים, אשר יהיו בעלי דרגות השפעה שונות על המוליכות התרמית של גז הדגימה, וכאשר הרכב גז הרקע משתנה, ההשפעה גדולה יותר.

שגיאת המדידה של מנתח גז מוליך חום מורכבת משני חלקים: השגיאה הבסיסית והשגיאה הנוספת. השגיאה הבסיסית נקבעת על ידי עקרון המדידה, מאפיין המבנה, דיוק המרת האות של כל קישור ודיוק מכשיר התצוגה. כלומר, שגיאת המנתח כאשר הוא פועל בתנאים שצוינו. השגיאה הנוספת נובעת מהתאמת המכשיר, שימוש לא נכון או שינוי בתנאים חיצוניים. הגורמים העיקריים לשגיאה הנוספת של מנתח גז מוליך חום הם: הרכב ודיוק הגז הסטנדרטי; הפרעה בנוכחות רכיבים, אבק וטיפות; הלחץ, קצב הזרימה והטמפרטורה של גז הדגימה; השינויים בזרם הגשר.

השפעת הרכב ודיוק של גז סטנדרטי

מנתח גז מוליך תרמי, כמו מכשירים אנליטיים אחרים, צריך להיות מכויל באופן קבוע עם גז סטנדרטי, אך ההבדל הוא שמנתח גז מוליך תרמי דורש יותר גז סטנדרטי. באופן עקרוני, ההרכב והתכולה של גז הרקע בגז הסטנדרטי צריכים להיות זהים לאלו של הגז הנמדד, דבר שקשה להשיג בפועל, אך המוליכות התרמית של גז הרקע בגז הסטנדרטי צריכה להיות עקבית עם זו של הגז הנמדד, אחרת יש לתקן את תוצאות הכיול. בנוסף, כדי להבטיח את דיוק הגז הסטנדרטי, השגיאה לא צריכה להיות יותר ממחצית השגיאה הבסיסית של המכשיר.

השפעות בנוכחות רכיבים מפריעים בגז הדגימה

קיומם של רכיבי הפרעה בגז הדגימה הוא גורם חשוב ליצירת שגיאות נוספות. לדוגמה, כאשר תכולת ה-CO2 בגז הפליטה מנתחת על ידי מנתח מוליכות תרמית CO2, ה-SO2 בגז הפליטה הוא רכיב ההפרעה, והמוליכות התרמית שלו היא 1/2 מהמוליכות התרמית של CO2. אם תכולת ה-SO2 בגז הפליטה היא 1%, שגיאת תוצאת הניתוח תהיה כמעט 2%. יש להבין את רכיבי ההפרעה בגז הרקע ואת השפעתם על המדידה. טבלה 6-2 מציגה את השפעת רכיבי ההפרעה בגז הנמדד על נקודת האפס של מדידת תכולת המימן.