Gasanalysator voor thermische geleidbaarheid
Thermische geleidbaarheid van gas
De thermische geleidbaarheidsgasanalysator is een instrument voor het analyseren van de gassamenstelling door de thermische geleidbaarheid van gasmengsels te meten, rekening houdend met de verschillende thermische geleidbaarheden van diverse stoffen. Het is algemeen bekend dat er drie basisvormen van warmteoverdracht zijn: warmteconvectie, warmtestraling en warmtegeleiding. In een warmtegeleidingsgasanalysator wordt de warmteoverdracht door warmtegeleiding optimaal benut en wordt het warmteverlies door warmteconvectie en warmtestraling zoveel mogelijk beperkt.
De thermische geleidbaarheid geeft de thermische geleidbaarheid van het materiaal aan, en de relatie tussen de thermische geleidbaarheid van het materiaal kan worden beschreven door de wet van Fourier. Zoals weergegeven in figuur 6-1, is er een temperatuurverschil in een stof, waarbij de ingestelde temperatuur geleidelijk afneemt in de richting van de x-as. Neem twee punten a en b in de richting van de x-as, met een onderlinge afstand van △x. Ta en Tb zijn respectievelijk de absolute temperaturen van de twee punten a en b. De veranderingssnelheid van de temperatuur in de richting van de x-as wordt de temperatuurgradiënt van een punt in de richting van de x-as genoemd. Een klein gebied △s wordt genomen tussen a en b in de verticale richting van de x-as. Uit het experiment blijkt dat de warmteoverdracht van een punt met hoge temperatuur door een klein gebied △s in de tijd △t evenredig is met de tijd △t en de temperatuurgradiënt △T/△x, en dat dit ook verband houdt met de aard van de stof. De vergelijking is:
De formule (6-1) geeft de relatie weer tussen de warmteoverdracht en de relevante parameters, wat de wet van Fourier wordt genoemd. Het minteken in de formule geeft aan dat de warmteoverdracht plaatsvindt in de richting van de temperatuurdaling. De evenredigheidscoëfficiënt λ wordt de thermische geleidbaarheid van het warmteoverdrachtsmedium genoemd.
Thermische geleidbaarheid is een van de belangrijkste fysische eigenschappen van materie, die het vermogen van materie om warmte te geleiden karakteriseert. De thermische geleidbaarheid van verschillende materialen verschilt ook en varieert met de samenstelling, druk, dichtheid, temperatuur en luchtvochtigheid.
In de formule (6-1) kan men verkrijgen:
De formule (6-1) geeft de relatie weer tussen de warmteoverdracht en de relevante parameters, wat de wet van Fourier wordt genoemd. Het minteken in de formule geeft aan dat de warmteoverdracht plaatsvindt in de richting van de temperatuurdaling. De evenredigheidscoëfficiënt λ wordt de thermische geleidbaarheid van het warmteoverdrachtsmedium genoemd.
Thermische geleidbaarheid is een van de belangrijkste fysische eigenschappen van materie, die het vermogen van materie om warmte te geleiden karakteriseert. De thermische geleidbaarheid van verschillende materialen verschilt ook en varieert met de samenstelling, druk, dichtheid, temperatuur en luchtvochtigheid.
In de formule (6-1) kan men verkrijgen:
Thermische geleidbaarheid van een gasmengsel
Alle componenten in het gasmengsel, behalve de componenten die gemeten moeten worden, worden achtergrondgas genoemd. De componenten in het achtergrondgas die de analyse beïnvloeden, worden interferentiecomponenten genoemd.
Het volumefractie van elk bestanddeel in het gasmengsel is C1, C2, C3, ..., Cn. De thermische geleidbaarheid is λ1, λ2, λ3, ..., λn. Het gehalte en de thermische geleidbaarheid van het te meten bestanddeel zijn C1 en λ1. Om met een thermische geleidbaarheidsanalysator te kunnen meten, moet aan de volgende twee voorwaarden worden voldaan.
①
De thermische geleidbaarheid van elk bestanddeel van het achtergrondgas moet ongeveer gelijk zijn of zeer dicht bij elkaar liggen. Zoals:
λ2≈λ3≈λ4…≈λn
②De thermische geleidbaarheid van het te meten onderdeel verschilt duidelijk van die van het omgevingsgas, en hoe groter het verschil, hoe beter de thermische geleidbaarheid.
λ1》λ2 of λ1《λ2
Wanneer aan bovenstaande twee voorwaarden is voldaan:
λ in de formule — thermische geleidbaarheid van het gasmengsel
Thermische geleidbaarheid van de i-de component in een gasmengsel
Ci——Volumefractie van component i in het gasmengsel
De formule (6-5) laat zien dat het gehalte van component C1 kan worden verkregen door de thermische geleidbaarheid λ van het gemengde gas te meten.
Samenstelling en werkingsprincipe van het instrument
De warmtegeleidende gasanalysator kan worden opgedeeld in twee delen: de warmtegeleidende detector en het circuit. De warmtegeleidende detector (ook wel zender genoemd) bestaat uit een warmtegeleidende cel en een meetbrug. De warmtegeleidende cel fungeert als brugarm van de meetbrug en is daarmee verbonden, waardoor de twee onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn. Het circuit omvat een spanningsstabiliserende voeding, een temperatuurregelaar, een signaalversterkingscircuit, een linearisatiecircuit en een uitgangscircuit.
Werkingsprincipe van een warmtegeleidingscel
Omdat de thermische geleidbaarheid van het gas erg klein is, is de variatie ervan ook klein, waardoor het moeilijk is om deze nauwkeurig te meten met een directe methode. De verandering in thermische geleidbaarheid van het gasmengsel wordt via een indirecte methode omgezet in een verandering in de weerstandswaarde van het thermische element, en deze verandering in weerstandswaarde kan eenvoudig en nauwkeurig worden gemeten.
Figuur 6-2 toont het werkingsprincipe van de warmtegeleidingscel. Een weerstandsdraad met een hogere soortelijke weerstand en een hogere temperatuurcoëfficiënt is gespannen en opgehangen in het midden van een cilindrische metalen behuizing met goede warmtegeleidende eigenschappen. Aan beide uiteinden van de behuizing bevinden zich een inlaat en een uitlaat voor gas. De cilinder is gevuld met het te meten gas en de weerstandsdraad wordt verwarmd door een constante stroom.
Omdat de stroom door de weerstandsdraad constant is, is de warmte die per tijdseenheid op de weerstand wordt gegenereerd ook constant. Wanneer het te testen gas langzaam door de cel stroomt, wordt de warmte op de weerstandsdraad door het gas via warmtegeleiding naar de celwand overgedragen. Wanneer de warmteoverdrachtssnelheid van het gas gelijk is aan de opwarmingssnelheid van de stroom door de weerstandsdraad (deze toestand wordt thermisch evenwicht genoemd), stabiliseert de temperatuur van de weerstandsdraad zich op een bepaalde waarde. Deze evenwichtstemperatuur bepaalt de weerstandswaarde van de weerstandsdraad. Als de concentratie van de te meten component in het gasmengsel verandert, verandert ook de thermische geleidbaarheid van het gasmengsel. Daarmee veranderen ook de thermische geleidbaarheid van het gas en de evenwichtstemperatuur van de weerstandsdraad, wat uiteindelijk resulteert in een overeenkomstige verandering van de weerstandswaarde van de weerstandsdraad. Zo ontstaat de omrekening tussen de thermische geleidbaarheid van het gas en de weerstandswaarde van de weerstandsdraad.
De relatie tussen de weerstand van de draad en de thermische geleidbaarheid van het gasmengsel wordt gegeven door de volgende formule (de afleiding is weggelaten).
In de formule wordt de weerstand van Rn, R0-de gloeidraad bij tn(°C)(de temperatuur van de gloeidraad in thermisch evenwicht) en bij 0°C verkregen.
a——Weerstandstemperatuurcoëfficiënt van de gloeidraad
tc—Temperatuur van de luchtcelwand van de thermische geleidingscel
I——Stroom die door de verwarmingsdraad loopt
λ——Thermische geleidbaarheid van het gasmengsel
K——Gage-constante, een constante die verband houdt met de structuur van de warmtegeleidingscel.
De formule (6-6) laat zien dat Rn en λ eenduidige functies zijn wanneer K, tc en I constant zijn.
Het gloeidraadmateriaal maakt gebruik van meerdere platina draden (of platina-iridium draden). Platina draden hebben een sterke corrosiebestendigheid, een grote temperatuurcoëfficiënt van de weerstand en een hoge stabiliteit. De platina draad kan blootgesteld worden aan en direct in contact komen met het monstergas, wat de reactiesnelheid van de analyse verbetert. De platina draad is echter gevoelig voor erosie en aantasting in het reducerende gas, wat leidt tot een verandering in de weerstandswaarde en in sommige gevallen ook een katalysatorfunctie vervult. Om deze reden wordt er meestal een glasfilm gebruikt om het oppervlak van de platina draad te bedekken. Het met glasfilm bedekte warmtegevoelige element heeft als voordelen een sterke corrosiebestendigheid (waterstof in chloor kan worden gemeten) en is gemakkelijk schoon te maken, maar de aanwezigheid van de glasfilm vertraagt de tijd die nodig is om thermisch evenwicht te bereiken tussen het gas en de platina draad, waardoor de dynamische eigenschappen van het element iets minder goed zijn.
Het materiaal dat gebruikt wordt voor de constructie van de warmtegeleidende tank is koper. Om corrosie door het gas te voorkomen, kan een laag goud of nikkel op de binnenwand en het gaskanaal van de warmtegeleidende tank worden aangebracht. Ook roestvrij staal kan worden gebruikt voor de fabricage.
Structuurvorming van de warmtegeleidingscel
De structuur van de warmtegeleidingscel is als volgt opgebouwd: rechtstreekse doorstroming, convectie, diffusie, convectie-diffusie, enzovoort, zoals weergegeven in figuur 6-3.
(1) Rechtstreeks
De meetkamer is parallel aan het hoofdgaskanaal, en het gas van het hoofdgaskanaal wordt naar de meetkamer geleid. De constructie heeft een snelle reactiesnelheid en een geringe hysteresis, maar is wel gevoelig voor schommelingen in de gasstroom.
(2) Convectie
De meetkamer is parallel verbonden met de inlaat van het hoofdgascircuit, en een klein deel van het te meten gas komt de meetkamer binnen (circulatiebuis). Het gas wordt in de circulatiebuis verwarmd, waardoor warmteconvectie optreedt. Deze warmte duwt het gas terug van het onderste deel van de circulatiebuis naar het hoofdgascircuit in de richting van de pijl. Het voordeel hiervan is dat schommelingen in de gasstroom weinig invloed hebben op de meting, maar de reactiesnelheid is traag en de vertraging is groot.
(3) Diffusie
Bovenaan het hoofdgaskanaal is een meetkamer aangebracht, waarin het te meten gas door diffusie binnenkomt. De voordelen van deze constructie zijn dat deze minder gevoelig is voor schommelingen in de gasstroom, waardoor deze geschikt is voor gassen met een lagere massa die gemakkelijk diffunderen, maar dat er een grotere hysteresis optreedt voor gassen met een lagere diffusiecoëfficiënt.
(4) Convectiediffusie
Een aftakleiding wordt toegevoegd om, naast het diffusietype, een stroomscheiding te creëren en zo de vertraging te verminderen. Wanneer het monstergas door het hoofdgaskanaal stroomt, komt een deel van het gas in diffusiemodus de meetkamer binnen en wordt daar verwarmd door de weerstandsdraad, waardoor een opwaartse gasstroom ontstaat. Door de vernauwing van de smoorklep komt slechts een deel van de luchtstroom via de smoorklep in de aftakleiding terecht, waar het afkoelt en naar beneden stroomt, om uiteindelijk in het hoofdgaskanaal te worden afgevoerd. De warmtegeleidingstank voor de oververhitting van de gasstroom combineert convectie en diffusie, vandaar de naam convectiediffusie. Deze constructie voorkomt terugstroming van het gas en voorkomt gasophoping in de diffusiekamer, waardoor een constante stroomsnelheid van het monstergas wordt gegarandeerd. De warmtegeleidingscel is ongevoelig voor veranderingen in druk en stroomsnelheid van het monstergas en de vertragingstijd is korter dan bij diffusie. Vanwege deze voordelen wordt de convectiediffusie-warmtegeleidingscel veelvuldig toegepast.
Meetbrug
Uit de bovenstaande inleiding blijkt dat de functie van de thermische geleidbaarheidssensor is om de verandering in de concentratie van de componenten in het gasmengsel om te zetten in een verandering in de weerstandswaarde van de weerstandsdraad. Het gebruik van een brugschakeling om de weerstand te meten is zeer handig en de gevoeligheid en nauwkeurigheid zijn relatief hoog. Daarom gebruiken de meeste thermische geleidbaarheidsgasanalysatoren een brugschakeling als meetelement.
In de meetbrug worden, om stroomschommelingen in de brug of de invloed van externe omstandigheden te verminderen, doorgaans een meetbrugarm en een referentiebrugarm geplaatst. De meetarm is de warmtegeleidende cel voor de monstergasstroom, de referentiearm is de warmtegeleidende cel voor het referentiegas in de behuizing (of het doorstroomreferentiegas). Beide armen hebben identieke afmetingen. De referentiearm is op de brugarm geplaatst, naast de meetarm, en functioneert als volgt.
①Het warmteverlies van de meetarm door stroming en straling is vrijwel gelijk aan dat van de referentiearm, en de twee heffen elkaar op. De verandering van de weerstand van de gloeidraad wordt hoofdzakelijk bepaald door de warmtegeleiding, dat wil zeggen de verandering van het warmtegeleidingsvermogen van het gas.
②Wanneer de temperatuurverandering van de warmtegeleidingscelarm wordt veroorzaakt door de temperatuurverandering van de omgeving, bewegen de referentiearm en de meetarm in dezelfde richting. Dit compenseert elkaar en is gunstig om de invloed van de temperatuurverandering op het meetresultaat te verminderen.
③Door de referentiegasconcentratie te wijzigen, verandert de onderste grenswaarde van de concentratie van de brugdetectie, waardoor het meetbereik van het instrument gemakkelijk kan worden aangepast.
In de brugconstructie en de configuratie van de brugarmen zijn er verschillende vormen, zoals een enkelarmige seriegeschakelde ongebalanceerde brug, een enkelarmige parallelgeschakelde ongebalanceerde brug en een dubbelarmige serie-parallelle ongebalanceerde brug. Figuur 6-4 toont de structuur van de dubbelarmige serie-parallelle ongebalanceerde brug, die tegenwoordig veel gebruikt wordt. Deze brug maakt gebruik van twee warmtegeleidende meetcellen en twee warmtegeleidende referentiecellen. In de figuur is Rm de weerstand van de meetarm en Rs de weerstand van de referentiearm. De twee meetarmen en de twee referentiearmen zijn met tussenruimte geplaatst om een dubbelarmige seriestructuur te vormen, waarbij het monstergas achtereenvolgens door de twee warmtegeleidende reservoirs stroomt.
De uitvoer van de brug in de begintoestand is:
Bovenstaande formule geeft de relatie weer tussen △Rm en △Uo, en is tevens een uitdrukking van de meetgevoeligheid van dit type brug. Vergeleken met een enkelarmige brug met dezelfde structuur is de meetgevoeligheid verdubbeld.
Figuur 6-5 toont een gecombineerde warmtegeleidingscel die wordt gebruikt in een ongebalanceerde brug van het type dubbele arm serie-parallel. Deze bestaat uit twee warmtegeleidingscellen voor metingen en twee warmtegeleidingscellen voor referentiemetingen. De aansluitingen hiervan zijn respectievelijk verbonden met de vier armen van de meetbrug, en elke warmtegeleidingscel heeft een convectie-diffusiestructuur.
De vier warmtegeleidende bassins zijn gemaakt van een metaal met goede warmtegeleidende eigenschappen, waardoor de temperatuur van het meetbassin en het referentiebassin gelijk blijft. Hierdoor wordt de invloed van temperatuurschommelingen op de wanden van de vier bassins gelijkmatig verdeeld, wat de meetfout minimaliseert. Met behulp van een temperatuurregelaar kan de temperatuur van het gehele warmtegeleidende bassin constant worden gehouden, zelfs bij zeer nauwkeurige metingen.
Vooruitgang in detectoren voor thermische geleidbaarheid
Het inwendige volume van de thermische geleidbaarheidscel is in de orde van milliliters, en de ondergrens van de meting ligt in de orde van 100 ppm. Met de vooruitgang in sensortechnologie wordt de micro-thermische geleidbaarheidsdetector gebruikt in in het buitenland geproduceerde gasanalysatoren en gaschromatografen voor thermische geleidbaarheid. Het volume van de thermische geleidbaarheidscel is vergroot tot microformaat, en het thermische element is eveneens micro, waardoor de gevoeligheid van de meting aanzienlijk is verbeterd. De ondergrens van de meting kan nu de orde van 10 ppm bereiken, of zelfs de orde van 1 ppm, zoals weergegeven in figuur 6-6. Dit type dunne filmweerstand is op een silicium wafer gemaakt met behulp van ultra-microlithografie van zeer dunne platina draden. Uit de figuur blijkt dat de structuur van de thermische geleidbaarheidscel diffuus is.
Het complete machinecircuit
Het circuit van de CI2000-RQD warmtegeleidingstype waterstofanalysator is in veel boeken en lesmaterialen beschreven. De CI2000-RQD warmtegeleidingstype waterstofanalysator van Chang Ai Electronics Company wordt als voorbeeld gebruikt om het volledige circuit van een warmtegeleidingstype gasanalysator kort toe te lichten.
In het circuit van de CI2000-RQD worden microprocessoren en digitale verwerkingstechnologie gebruikt. Het volledige circuit is weergegeven in figuur 6-7. De warmtegeleidingspool in de figuur is van het convectie-diffusietype, de voeding van de meetbrug maakt gebruik van een stroombroncircuit. Het meetsignaal van de Wheatstonebrug wordt naar een versterker gestuurd, die via software kan worden aangestuurd, om te worden versterkt en gefilterd door een Butterworth-laagdoorlaatfilter. Vervolgens wordt de A/D-conversie door een microprocessor aangestuurd. De geconverteerde gegevens worden vervolgens door de software verwerkt en gedigitaliseerd, inclusief filtering, lineaire verwerking, schaalconversie, foutberekening en compensatie voor de invloed van temperatuur en druk, enz., waarna het signaal uiteindelijk wordt uitgevoerd.
Toepassingen
De gasanalysator voor thermische geleidbaarheid is een effectieve methode voor het meten van één component in twee gasmengsels (met een zeer groot verschil in thermische geleidbaarheid). De uitvinding wordt voornamelijk gebruikt voor het meten van H₂, maar wordt ook veelvuldig gebruikt voor het meten van het gehalte aan CO₂, SO₂ en Ar, en heeft een breed toepassingsgebied. Hieronder volgen enkele typische toepassingen:
Meting van het H2-gehalte in synthesegas van een ammoniakfabriek
Zuiverheidsmeting van H2 in een hydrogeneringsinstallatie
Meting van het CO2-gehalte in rookgas van ovens
Meting van het SO2-gehalte in het productieproces van zwavelzuur en fosfaatkunstmest
Meting van het Ar-gehalte in een luchtseparatie-apparaat
Meting van O2 in zuivere H2 en H2 in zuivere O2 tijdens het proces van waterstofproductie en zuurstofelektrolyse.
Meting van H2 in Cl2 in het chloorproductieproces
Meting van het H2-gehalte in koolwaterstofgas
Monitoring van het H2- en CO2-gehalte in waterstofgekoelde generatorsets
Monitoring bij de productie van zuivere gassen, zoals He in N2, Ar in O2, enz.
Analyse van meetfouten
Een thermisch geleidende gasanalysator is een analyse-instrument met een lage selectiviteit. Hoewel er diverse maatregelen zijn genomen bij het ontwerp en de fabricage van het instrument, de bedrijfsomstandigheden zijn gespecificeerd en de invloed van bepaalde storende factoren tot op zekere hoogte is onderdrukt of verzwakt, ligt de basisfout van de analysator over het algemeen binnen ±2%. De voornaamste reden hiervoor is de invloed van de samenstelling van het achtergrondgas op de analyseresultaten.
De thermische geleidbaarheidsdetector van een industriële gaschromatograaf en de detector van een thermische geleidbaarheidsgasanalysator zijn identiek, maar de meetprecisie van de laatste is hoger. Dit komt doordat, nadat het monster door de chromatografische kolom is gescheiden, alleen een binair mengsel van één component en een draaggas de thermische geleidbaarheidstank binnenkomt. Dit is echter lastiger te realiseren in een thermische geleidbaarheidsgasanalysator. Het achtergrondgas is vaak een mengsel van meerdere gassen, die elk een verschillende invloed hebben op de thermische geleidbaarheid van het monstergas. Wanneer de samenstelling van het achtergrondgas verandert, neemt deze invloed toe.
De meetfout van een warmtegeleidende gasanalysator bestaat uit twee delen: de basisfout en de bijkomende fout. De basisfout wordt bepaald door het meetprincipe, de structurele kenmerken, de nauwkeurigheid van de signaalomzetting van elke schakel en de nauwkeurigheid van het display. Dit is de fout van de analysator wanneer deze onder de gespecificeerde omstandigheden werkt. De bijkomende fout wordt veroorzaakt door de afstelling van het instrument, onjuist gebruik of veranderingen in de externe omstandigheden. De belangrijkste factoren die bijdragen aan de bijkomende fout van een warmtegeleidende gasanalysator zijn: de samenstelling en nauwkeurigheid van het standaardgas; de aanwezigheid van storende componenten, stof en druppels; de druk, het debiet en de temperatuur van het monstergas; en veranderingen in de stroomsterkte van de brug.
Invloed van de samenstelling en precisie van het standaardgas
Een gasanalysator met thermische geleidbaarheid moet, net als andere analytische instrumenten, regelmatig gekalibreerd worden met een standaardgas. Het verschil is echter dat een gasanalysator met thermische geleidbaarheid meer standaardgas nodig heeft. In principe zouden de samenstelling en het gehalte van het achtergrondgas in het standaardgas gelijk moeten zijn aan die van het te meten gas. Dit is in de praktijk lastig te realiseren, maar de thermische geleidbaarheid van het achtergrondgas in het standaardgas moet wel overeenkomen met die van het te meten gas. Anders moeten de kalibratieresultaten gecorrigeerd worden. Bovendien mag de foutmarge van het standaardgas, om de nauwkeurigheid te garanderen, niet groter zijn dan de helft van de basisfout van het instrument.
Effecten in aanwezigheid van storende componenten in het monstergas
De aanwezigheid van storende componenten in het monstergas is een belangrijke factor die extra fouten kan veroorzaken. Bijvoorbeeld, wanneer het CO2-gehalte in rookgas wordt geanalyseerd met een CO2-analysator op basis van thermische geleidbaarheid, is SO2 in het rookgas een storende component. De thermische geleidbaarheid van SO2 is de helft van die van CO2. Als het SO2-gehalte in het rookgas 1% is, zal de fout in het analyseresultaat bijna 2% bedragen. Het is daarom noodzakelijk om de storende componenten in het achtergrondgas en hun invloed op de meting te begrijpen. Tabel 6-2 toont de invloed van de storende componenten in het gemeten gas op het nulpunt van de waterstofgehaltemeting.
Toepassingen
De gasanalysator voor thermische geleidbaarheid is een effectieve methode voor het meten van één component in twee gasmengsels (met een zeer groot verschil in thermische geleidbaarheid). De uitvinding wordt voornamelijk gebruikt voor het meten van H₂, maar wordt ook veelvuldig gebruikt voor het meten van het gehalte aan CO₂, SO₂ en Ar, en heeft een breed toepassingsgebied. Hieronder volgen enkele typische toepassingen:
Meting van het H2-gehalte in synthesegas van een ammoniakfabriek
Zuiverheidsmeting van H2 in een hydrogeneringsinstallatie
Meting van het CO2-gehalte in rookgas van ovens
Meting van het SO2-gehalte in het productieproces van zwavelzuur en fosfaatkunstmest
Meting van het Ar-gehalte in een luchtseparatie-apparaat
Meting van O2 in zuivere H2 en H2 in zuivere O2 tijdens het proces van waterstofproductie en zuurstofelektrolyse.
Meting van H2 in Cl2 in het chloorproductieproces
Meting van het H2-gehalte in koolwaterstofgas
Monitoring van het H2- en CO2-gehalte in waterstofgekoelde generatorsets
Monitoring bij de productie van zuivere gassen, zoals He in N2, Ar in O2, enz.
Analyse van meetfouten
Een thermisch geleidende gasanalysator is een analyse-instrument met een lage selectiviteit. Hoewel er diverse maatregelen zijn genomen bij het ontwerp en de fabricage van het instrument, de bedrijfsomstandigheden zijn gespecificeerd en de invloed van bepaalde storende factoren tot op zekere hoogte is onderdrukt of verzwakt, ligt de basisfout van de analysator over het algemeen binnen ±2%. De voornaamste reden hiervoor is de invloed van de samenstelling van het achtergrondgas op de analyseresultaten.
De thermische geleidbaarheidsdetector van een industriële gaschromatograaf en de detector van een thermische geleidbaarheidsgasanalysator zijn identiek, maar de meetprecisie van de laatste is hoger. Dit komt doordat, nadat het monster door de chromatografische kolom is gescheiden, alleen een binair mengsel van één component en een draaggas de thermische geleidbaarheidstank binnenkomt. Dit is echter lastiger te realiseren in een thermische geleidbaarheidsgasanalysator. Het achtergrondgas is vaak een mengsel van meerdere gassen, die elk een verschillende invloed hebben op de thermische geleidbaarheid van het monstergas. Wanneer de samenstelling van het achtergrondgas verandert, neemt deze invloed toe.
De meetfout van een warmtegeleidende gasanalysator bestaat uit twee delen: de basisfout en de bijkomende fout. De basisfout wordt bepaald door het meetprincipe, de structurele kenmerken, de nauwkeurigheid van de signaalomzetting van elke schakel en de nauwkeurigheid van het display. Dit is de fout van de analysator wanneer deze onder de gespecificeerde omstandigheden werkt. De bijkomende fout wordt veroorzaakt door de afstelling van het instrument, onjuist gebruik of veranderingen in de externe omstandigheden. De belangrijkste factoren die bijdragen aan de bijkomende fout van een warmtegeleidende gasanalysator zijn: de samenstelling en nauwkeurigheid van het standaardgas; de aanwezigheid van storende componenten, stof en druppels; de druk, het debiet en de temperatuur van het monstergas; en veranderingen in de stroomsterkte van de brug.
Invloed van de samenstelling en precisie van het standaardgas
Een gasanalysator met thermische geleidbaarheid moet, net als andere analytische instrumenten, regelmatig gekalibreerd worden met een standaardgas. Het verschil is echter dat een gasanalysator met thermische geleidbaarheid meer standaardgas nodig heeft. In principe zouden de samenstelling en het gehalte van het achtergrondgas in het standaardgas gelijk moeten zijn aan die van het te meten gas. Dit is in de praktijk lastig te realiseren, maar de thermische geleidbaarheid van het achtergrondgas in het standaardgas moet wel overeenkomen met die van het te meten gas. Anders moeten de kalibratieresultaten gecorrigeerd worden. Bovendien mag de foutmarge van het standaardgas, om de nauwkeurigheid te garanderen, niet groter zijn dan de helft van de basisfout van het instrument.
Effecten in aanwezigheid van storende componenten in het monstergas
De aanwezigheid van storende componenten in het monstergas is een belangrijke factor die extra fouten kan veroorzaken. Bijvoorbeeld, wanneer het CO2-gehalte in rookgas wordt geanalyseerd met een CO2-analysator op basis van thermische geleidbaarheid, is SO2 in het rookgas een storende component. De thermische geleidbaarheid van SO2 is de helft van die van CO2. Als het SO2-gehalte in het rookgas 1% is, zal de fout in het analyseresultaat bijna 2% bedragen. Het is daarom noodzakelijk om de storende componenten in het achtergrondgas en hun invloed op de meting te begrijpen. Tabel 6-2 toont de invloed van de storende componenten in het gemeten gas op het nulpunt van de waterstofgehaltemeting.
