loading

Máy phân tích khí dẫn nhiệt

Độ dẫn nhiệt của khí

Máy phân tích khí dẫn nhiệt là một thiết bị dùng để phân tích thành phần khí bằng cách đo độ dẫn nhiệt của hỗn hợp khí dựa trên độ dẫn nhiệt khác nhau của các chất khác nhau. Người ta biết rằng có ba phương thức truyền nhiệt cơ bản, đó là đối lưu nhiệt, bức xạ nhiệt và dẫn nhiệt. Trong máy phân tích khí dẫn nhiệt, sự trao đổi nhiệt hình thành do dẫn nhiệt được tận dụng tối đa, đồng thời sự mất nhiệt do đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt được giảm thiểu đến mức tối đa.

Độ dẫn nhiệt biểu thị độ dẫn nhiệt của vật liệu, và mối quan hệ giữa độ dẫn nhiệt của vật liệu có thể được mô tả bằng định luật Fourier. Như thể hiện trong Hình 6-1, có sự chênh lệch nhiệt độ trong một chất, và nhiệt độ cài đặt giảm dần dọc theo hướng ox. Lấy hai điểm a và b theo hướng ox, khoảng cách giữa chúng là △x. Ta và Tb lần lượt là nhiệt độ tuyệt đối của hai điểm a và b. Tốc độ thay đổi nhiệt độ dọc theo hướng ox được gọi là độ dốc nhiệt độ của một điểm dọc theo hướng ox. Lấy một diện tích nhỏ △s giữa a và b theo hướng thẳng đứng của ox. Thông qua thí nghiệm, có thể thấy rằng trong thời gian △t, sự truyền nhiệt từ một điểm có nhiệt độ cao qua một diện tích nhỏ △s tỷ lệ thuận với thời gian △t và độ dốc nhiệt độ △T/△x, và nó cũng liên quan đến bản chất của chất. Phương trình là:

Máy phân tích khí dẫn nhiệt 1

Công thức (6-1) biểu thị mối quan hệ giữa sự truyền nhiệt và các thông số liên quan, được gọi là định luật Fourier. Dấu âm trong công thức cho biết sự truyền nhiệt theo hướng giảm nhiệt độ, hệ số tỉ lệ λ được gọi là độ dẫn nhiệt của môi trường truyền nhiệt (còn gọi là độ dẫn nhiệt).

Độ dẫn nhiệt là một trong những tính chất vật lý quan trọng của vật chất, đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của vật chất. Độ dẫn nhiệt của các vật liệu khác nhau cũng khác nhau và thay đổi theo thành phần, áp suất, mật độ, nhiệt độ và độ ẩm.

Trong công thức (6-1) có thể thu được:

 2.jpg

 3.jpg

Công thức (6-1) biểu thị mối quan hệ giữa sự truyền nhiệt và các thông số liên quan, được gọi là định luật Fourier. Dấu âm trong công thức cho biết sự truyền nhiệt theo hướng giảm nhiệt độ, hệ số tỉ lệ λ được gọi là độ dẫn nhiệt của môi trường truyền nhiệt (còn gọi là độ dẫn nhiệt).

Độ dẫn nhiệt là một trong những tính chất vật lý quan trọng của vật chất, đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của vật chất. Độ dẫn nhiệt của các vật liệu khác nhau cũng khác nhau và thay đổi theo thành phần, áp suất, mật độ, nhiệt độ và độ ẩm.

Trong công thức (6-1) có thể thu được:

Máy phân tích khí dẫn nhiệt 4

Độ dẫn nhiệt của hỗn hợp khí

Tất cả các thành phần ngoại trừ các thành phần cần đo trong hỗn hợp khí được gọi là khí nền, và các thành phần có ảnh hưởng đến quá trình phân tích trong khí nền được gọi là các thành phần gây nhiễu.

Tỷ lệ thể tích của mỗi thành phần trong hỗn hợp khí là C1, C2, C3,…、Cn..độ dẫn nhiệt là λ1, λ2, λ3,…、λn. Hàm lượng và độ dẫn nhiệt của thành phần cần đo là C1 và λ1. Hai điều kiện sau phải được đáp ứng để đo bằng máy phân tích độ dẫn nhiệt.

①  

Độ dẫn nhiệt của mỗi thành phần trong khí nền phải xấp xỉ bằng nhau hoặc rất gần bằng nhau. Ví dụ:

λ2≈λ3≈λ4…≈λn

② Độ dẫn nhiệt của bộ phận cần đo rõ ràng khác với độ dẫn nhiệt của khí nền, và sự khác biệt càng lớn thì độ dẫn nhiệt càng tốt.

λ1》λ2 hoặc λ1《λ2

Khi hai điều kiện trên được thỏa mãn:

Máy phân tích khí dẫn nhiệt 5

λ trong công thức — độ dẫn nhiệt của hỗn hợp khí

Độ dẫn nhiệt của thành phần i trong hỗn hợp khí

Ci—Tỷ lệ thể tích của thành phần i trong hỗn hợp khí

Công thức (6-5) cho thấy hàm lượng của thành phần C1 có thể được xác định bằng cách đo độ dẫn nhiệt λ của hỗn hợp khí.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhạc cụ

Cấu tạo của máy phân tích khí dẫn nhiệt có thể được chia thành hai phần: bộ phận dò dẫn nhiệt và mạch điện. Bộ phận dò dẫn nhiệt (thường được gọi là bộ phát) bao gồm một tế bào dẫn nhiệt và một cầu đo, tế bào dẫn nhiệt được kết nối với cầu đo như một nhánh của cầu đo, do đó hai phần này không thể tách rời. Phần mạch điện bao gồm nguồn điện ổn định điện áp, bộ điều khiển nhiệt độ không đổi, mạch khuếch đại tín hiệu, mạch tuyến tính hóa và mạch đầu ra.

Nguyên lý hoạt động của tế bào dẫn nhiệt

Do độ dẫn nhiệt của khí rất nhỏ, sự thay đổi của nó cũng nhỏ, nên rất khó đo chính xác bằng phương pháp trực tiếp. Sự thay đổi độ dẫn nhiệt của hỗn hợp khí được chuyển đổi thành sự thay đổi giá trị điện trở của phần tử nhiệt bằng phương pháp gián tiếp, và sự thay đổi giá trị điện trở này dễ dàng được đo chính xác hơn.

Máy phân tích khí dẫn nhiệt 6

Hình 6-2 mô tả nguyên lý hoạt động của tế bào dẫn nhiệt. Một dây điện trở có điện trở suất và hệ số nhiệt độ lớn hơn được căng và treo ở trung tâm của một vỏ kim loại hình trụ có khả năng dẫn nhiệt tốt. Hai đầu của vỏ được trang bị một cửa nạp và một cửa thoát khí. Ống trụ được nạp đầy khí cần đo, và dây điện trở được đốt nóng bằng dòng điện không đổi.

Vì dòng điện chạy qua dây điện trở là không đổi, nên nhiệt lượng sinh ra trên dây điện trở trong một đơn vị thời gian cũng không đổi. Khi khí cần kiểm tra đi qua buồng đo với tốc độ chậm, nhiệt lượng trên dây điện trở được truyền đến thành buồng đo bởi khí theo phương dẫn nhiệt. Khi tốc độ truyền nhiệt của khí bằng tốc độ sinh nhiệt của dòng điện trên dây điện trở (trạng thái này được gọi là cân bằng nhiệt), nhiệt độ của dây điện trở sẽ ổn định ở một giá trị nhất định, nhiệt độ cân bằng này quyết định điện trở của dây điện trở. Nếu nồng độ của chất cần đo trong hỗn hợp khí thay đổi, độ dẫn nhiệt của hỗn hợp khí thay đổi, tốc độ dẫn nhiệt của khí và nhiệt độ cân bằng của dây điện trở cũng sẽ thay đổi, cuối cùng dẫn đến điện trở của dây điện trở thay đổi tương ứng, từ đó thực hiện được sự chuyển đổi giữa độ dẫn nhiệt của khí và giá trị điện trở của dây điện trở.

Mối quan hệ giữa điện trở của dây dẫn và độ dẫn nhiệt của hỗn hợp khí được cho bởi công thức sau (phần chứng minh được lược bỏ):

Máy phân tích khí dẫn nhiệt 7

Trong công thức này, điện trở của dây nóng Rn, R0 ở tn(°C) (nhiệt độ của dây nóng ở trạng thái cân bằng nhiệt) và ở 0°C được tính toán.

a——Hệ số nhiệt độ điện trở của dây nóng

tc——Nhiệt độ của thành tế bào khí của tế bào dẫn nhiệt

Dòng điện chạy qua dây đốt nóng

λ——Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp khí

K—Hằng số Gage, là một hằng số liên quan đến cấu trúc của tế bào dẫn nhiệt.

Công thức (6-6) cho thấy Rn và λ là các hàm đơn trị khi K, tc và I là hằng số.

Vật liệu dây tóc nóng sử dụng nhiều dây bạch kim (hoặc dây bạch kim-iridium), dây bạch kim có khả năng chống ăn mòn mạnh, hệ số nhiệt độ điện trở lớn và độ ổn định cao. Dây bạch kim có thể được để lộ và tiếp xúc trực tiếp với khí mẫu để cải thiện tốc độ phản hồi của phân tích. Tuy nhiên, dây bạch kim dễ bị ăn mòn và hư hỏng trong khí khử, gây ra sự thay đổi giá trị điện trở và trong một số trường hợp còn đóng vai trò là chất xúc tác. Vì lý do này, màng thủy tinh thường được sử dụng để phủ lên bề mặt dây bạch kim. Phần tử nhạy nhiệt được phủ màng thủy tinh có ưu điểm là khả năng chống ăn mòn mạnh (có thể đo được hydro trong clo) và dễ làm sạch, nhưng sự tồn tại của màng thủy tinh làm chậm thời gian đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt giữa khí và dây bạch kim, do đó đặc tính động của phần tử hơi kém.

Vật liệu dùng để chế tạo thân bình dẫn nhiệt là đồng. Để ngăn ngừa sự ăn mòn do khí, một lớp vàng hoặc niken có thể được mạ lên thành trong và đường dẫn khí của bình dẫn nhiệt, và thép không gỉ cũng có thể được sử dụng để chế tạo.

Cấu trúc hình thành của tế bào dẫn nhiệt

Cấu trúc của tế bào dẫn nhiệt là dạng thẳng, đối lưu, khuếch tán, đối lưu khuếch tán, v.v., như thể hiện trong Hình 6-3.

(1) Thẳng xuyên suốt

Buồng đo được đặt song song với đường dẫn khí chính, và khí từ đường dẫn khí chính được phân phối đến buồng đo. Cấu trúc này có tốc độ phản ứng nhanh và độ trễ nhỏ, nhưng dễ bị ảnh hưởng bởi sự dao động của lưu lượng khí.

(2) Đối lưu

Buồng đo được nối song song với cửa hút của đường dẫn khí chính, và một phần nhỏ khí cần đo đi vào buồng đo (ống tuần hoàn). Khí được làm nóng trong ống tuần hoàn, gây ra hiện tượng đối lưu nhiệt, và đẩy khí quay trở lại từ phần dưới của ống tuần hoàn về đường dẫn khí chính theo chiều mũi tên. Ưu điểm là sự dao động của lưu lượng khí ít ảnh hưởng đến phép đo, nhưng tốc độ phản ứng chậm và độ trễ lớn.

Máy phân tích khí dẫn nhiệt 8

(3) Khuếch tán

Buồng đo được bố trí ở phần trên của đường dẫn khí chính, và khí cần đo đi vào buồng đo thông qua quá trình khuếch tán. Ưu điểm của cấu trúc này là ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động của lưu lượng khí, phù hợp với các loại khí có khối lượng nhẹ, dễ khuếch tán, nhưng lại có độ trễ lớn hơn đối với các loại khí có hệ số khuếch tán nhỏ hơn.

(4) Khuếch tán đối lưu

Một ống nhánh được thêm vào để tạo thành sự phân tách dòng chảy dựa trên nguyên lý khuếch tán nhằm giảm độ trễ. Khi khí mẫu chảy từ đường dẫn khí chính, một phần khí đi vào buồng đo theo chế độ khuếch tán và được làm nóng bởi dây điện trở để tạo thành dòng khí đi lên. Do sự hạn chế của lỗ tiết lưu, chỉ một phần luồng khí đi vào ống nhánh qua lỗ tiết lưu, được làm mát và di chuyển xuống dưới, cuối cùng được thải vào đường dẫn khí chính. Hệ thống dẫn nhiệt siêu nhiệt dòng khí có cả đối lưu và khuếch tán, nên được gọi là đối lưu khuếch tán. Cấu trúc này không tạo ra hiện tượng dòng khí ngược, đồng thời tránh được sự tích tụ khí trong buồng khuếch tán, đảm bảo khí mẫu có lưu lượng nhất định. Buồng dẫn nhiệt không nhạy cảm với sự thay đổi áp suất và lưu lượng khí mẫu, và thời gian trễ ngắn hơn so với khuếch tán. Nhờ những ưu điểm này, buồng dẫn nhiệt kiểu đối lưu khuếch tán được ứng dụng rộng rãi.

Cầu đo

Từ phần giới thiệu ở trên, ta có thể thấy chức năng của tế bào dẫn nhiệt là chuyển đổi nồng độ các thành phần trong hỗn hợp khí thành sự thay đổi giá trị điện trở của dây điện trở. Việc sử dụng cầu chỉnh lưu để đo điện trở rất tiện lợi, độ nhạy và độ chính xác tương đối cao, do đó hầu hết các loại máy phân tích khí dẫn nhiệt đều sử dụng cầu chỉnh lưu làm khâu đo.

Trong cầu đo, để giảm thiểu sự dao động dòng điện của cầu hoặc ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện bên ngoài, thường bố trí nhánh cầu đo và nhánh cầu tham chiếu. Nhánh đo là buồng dẫn nhiệt của dòng khí mẫu, nhánh tham chiếu là buồng dẫn nhiệt của khí tham chiếu trong bao bì (hoặc khí tham chiếu xuyên qua), và cả hai có kích thước cấu trúc giống hệt nhau. Nhánh tham chiếu được đặt trên nhánh cầu liền kề với nhánh đo và hoạt động như sau.

①Lượng nhiệt mất đi của nhánh đo thông qua dòng chảy và bức xạ gần như tương đương với nhánh tham chiếu, và hai nhánh này bù trừ cho nhau, sự thay đổi điện trở của dây nóng chủ yếu được xác định bởi sự dẫn nhiệt, tức là sự thay đổi khả năng dẫn nhiệt của khí.

② Khi sự thay đổi nhiệt độ của nhánh cảm biến dẫn nhiệt là do sự thay đổi nhiệt độ môi trường gây ra, nhánh tham chiếu và nhánh đo sẽ thay đổi cùng chiều, điều này giúp bù trừ lẫn nhau và làm giảm ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ đến kết quả đo.

③Bằng cách thay đổi nồng độ khí tham chiếu, nồng độ giới hạn dưới của phép đo cầu nối sẽ thay đổi, giúp dễ dàng thay đổi phạm vi đo của thiết bị.

Trong cấu trúc cầu và cấu hình tay đòn cầu, có một số dạng như cầu không cân bằng mắc nối tiếp một tay đòn, cầu không cân bằng mắc song song một tay đòn và cầu không cân bằng mắc nối tiếp-song song hai tay đòn. Hình 6-4 là cấu trúc của cầu không cân bằng kiểu mắc nối tiếp-song song hai tay đòn thường được sử dụng hiện nay. Nó sử dụng hai buồng dẫn nhiệt đo và hai buồng dẫn nhiệt tham chiếu. Trong hình, Rm là điện trở của tay đòn đo, Rs là điện trở của tay đòn tham chiếu. Hai tay đòn đo và hai tay đòn tham chiếu được bố trí cách nhau để tạo thành cấu trúc mắc nối tiếp hai tay đòn, và khí mẫu chảy qua hai bể dẫn nhiệt mắc nối tiếp lần lượt.

Kết quả đầu ra của mạch cầu ở trạng thái ban đầu là:

Máy phân tích khí dẫn nhiệt 9

Công thức trên thể hiện mối quan hệ giữa △Rm và △Uo, đồng thời cũng là biểu thị độ nhạy đo của loại cầu đo này. So với cầu đo một nhánh có cấu trúc tương tự, độ nhạy đo đã tăng gấp đôi.

Máy phân tích khí dẫn nhiệt 10

Hình 6-5 là một mạch dẫn nhiệt kết hợp được sử dụng trong cầu đo không cân bằng kiểu nối tiếp-song song hai nhánh, gồm hai mạch dẫn nhiệt đo và hai mạch dẫn nhiệt tham chiếu, các đầu dây của chúng được kết nối lần lượt vào bốn nhánh của cầu đo, và mỗi mạch dẫn nhiệt đều có cấu trúc kiểu khuếch tán đối lưu.

Bốn bể dẫn nhiệt được làm bằng vật liệu kim loại có khả năng dẫn nhiệt tốt, nhờ đó nhiệt độ của bể đo và bể tham chiếu có thể ở cùng một nhiệt độ. Khi nhiệt độ môi trường thay đổi, ảnh hưởng lên thành của bốn bể là như nhau, do đó giảm thiểu sai số đo. Thiết bị điều khiển nhiệt độ có thể được sử dụng để giữ cho nhiệt độ của toàn bộ bể dẫn nhiệt không đổi trong điều kiện độ chính xác đo cao.

Những tiến bộ trong công nghệ cảm biến dẫn nhiệt

Thể tích bên trong của buồng dẫn nhiệt có kích thước cỡ mililit, và giới hạn đo thấp nhất vào khoảng 100 ppm. Với sự tiến bộ của công nghệ cảm biến, bộ dò dẫn nhiệt siêu nhỏ đã được sử dụng trong máy phân tích khí dẫn nhiệt và máy sắc ký khí dẫn nhiệt sản xuất ở nước ngoài. Thể tích của buồng dẫn nhiệt được nâng cấp lên kích thước siêu nhỏ, phần tử nhiệt cũng được thu nhỏ, do đó cải thiện đáng kể độ nhạy của phép đo, giới hạn đo thấp nhất có thể đạt đến cỡ 10 ppm, thậm chí cỡ 1 ppm, như thể hiện trong Hình 6-6. Loại điện trở màng mỏng này được chế tạo trên tấm silicon bằng cách sử dụng công nghệ in thạch bản siêu nhỏ của dây bạch kim rất mỏng. Từ hình vẽ, ta có thể thấy cấu trúc của buồng dẫn nhiệt là dạng khuếch tán.

Toàn bộ mạch máy

Mạch điện của máy phân tích hydro dẫn nhiệt CI2000-RQD đã được giới thiệu trong nhiều sách và tài liệu giảng dạy. Máy phân tích hydro dẫn nhiệt CI2000-RQD do Công ty Điện tử Chang Ai sản xuất được lấy làm ví dụ để giới thiệu ngắn gọn toàn bộ mạch điện của máy phân tích khí dẫn nhiệt.

Máy phân tích khí dẫn nhiệt 11

Mạch của CI2000-RQD sử dụng vi xử lý và công nghệ xử lý số. Toàn bộ mạch được thể hiện trong Hình 6-7. Cấu trúc bể dẫn nhiệt trong hình thuộc loại khuếch tán đối lưu, nguồn cấp điện cho cầu đo sử dụng mạch nguồn dòng. Tín hiệu đo của cầu Wheatstone được gửi đến bộ khuếch đại có thể điều khiển bằng phần mềm để khuếch đại và lọc bằng bộ lọc thông thấp Butterworth, sau đó quá trình chuyển đổi A/D được điều khiển bởi vi xử lý, tiếp theo dữ liệu đã chuyển đổi được xử lý bằng phần mềm để số hóa, bao gồm lọc, xử lý tuyến tính, chuyển đổi thang đo, tính toán sai số và bù ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất, v.v., và cuối cùng xuất ra tín hiệu.

Máy phân tích khí dẫn nhiệt 12

Ứng dụng

Máy phân tích khí dẫn nhiệt là một phương pháp hiệu quả để đo một thành phần trong hai loại khí hỗn hợp (với sự khác biệt rất lớn về độ dẫn nhiệt). Phát minh này chủ yếu được sử dụng để đo H2, và cũng thường được sử dụng để đo hàm lượng CO2, SO2 và Ar, và có phạm vi ứng dụng rộng rãi. Dưới đây là một số ứng dụng điển hình:

Đo hàm lượng H2 trong khí tổng hợp từ nhà máy sản xuất amoniac

Đo độ tinh khiết của H2 trong nhà máy hydro hóa

Đo hàm lượng CO2 trong khí thải lò nung

Đo hàm lượng SO2 trong quá trình sản xuất axit sulfuric và phân bón phosphat.

Đo hàm lượng Ar trong thiết bị tách khí

Đo lượng O2 trong H2 tinh khiết và H2 trong O2 tinh khiết trong quá trình sản xuất hydro và điện phân oxy.

Đo lượng H2 trong Cl2 trong quá trình sản xuất clo

Đo hàm lượng H2 trong khí hydrocarbon

Giám sát hàm lượng H2 và CO2 trong các tổ máy phát điện làm mát bằng hydro

Giám sát trong quá trình sản xuất khí tinh khiết, ví dụ như He trong N2, Ar trong O2, v.v.

Phân tích sai số đo lường

Máy phân tích khí dẫn nhiệt là một loại thiết bị phân tích có độ chọn lọc kém. Mặc dù đã có nhiều biện pháp được thực hiện trong thiết kế và chế tạo thiết bị, các điều kiện hoạt động đã được xác định rõ ràng và ảnh hưởng của một số yếu tố gây nhiễu đã được giảm thiểu hoặc làm suy yếu ở một mức độ nào đó, nhưng sai số cơ bản của máy phân tích thường nằm trong khoảng ±2%. Nguyên nhân chính là do ảnh hưởng của thành phần khí nền đến kết quả phân tích.

Đầu dò độ dẫn nhiệt của máy sắc ký khí công nghiệp và đầu dò của máy phân tích khí dẫn nhiệt về cơ bản là giống nhau, nhưng độ chính xác đo của đầu dò độ dẫn nhiệt cao hơn so với đầu dò của máy phân tích khí dẫn nhiệt. Lý do là sau khi mẫu được tách bằng cột sắc ký, chỉ có hỗn hợp khí nhị phân gồm một thành phần và khí mang mới đi vào buồng đo độ dẫn nhiệt, nhưng điều này khó thực hiện hơn trong máy phân tích khí dẫn nhiệt. Khí nền thường là hỗn hợp nhiều loại khí, sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến độ dẫn nhiệt của khí mẫu, và khi thành phần khí nền thay đổi, ảnh hưởng này càng lớn.

Sai số đo của máy phân tích khí dẫn nhiệt bao gồm hai phần: sai số cơ bản và sai số cộng thêm. Sai số cơ bản được xác định bởi nguyên lý đo, đặc tính cấu trúc, độ chính xác chuyển đổi tín hiệu của từng khâu và độ chính xác của thiết bị hiển thị. Tức là, sai số của máy phân tích khi hoạt động trong điều kiện quy định. Sai số cộng thêm là do hiệu chỉnh thiết bị, sử dụng không đúng cách hoặc thay đổi điều kiện bên ngoài. Các yếu tố chính gây ra sai số cộng thêm của máy phân tích khí dẫn nhiệt là: thành phần và độ chính xác của khí chuẩn; sự nhiễu loạn do sự hiện diện của các thành phần, bụi và giọt chất lỏng; áp suất, lưu lượng và nhiệt độ của khí mẫu; sự thay đổi dòng điện của cầu chỉnh lưu.

Ảnh hưởng của thành phần và độ chính xác của khí chuẩn

Máy phân tích khí dẫn nhiệt, giống như các thiết bị phân tích khác, cần được hiệu chuẩn thường xuyên bằng khí chuẩn, nhưng điểm khác biệt là máy phân tích khí dẫn nhiệt cần nhiều khí chuẩn hơn. Về nguyên tắc, thành phần và hàm lượng khí nền trong khí chuẩn phải giống với khí cần đo, điều này rất khó đạt được trên thực tế, nhưng độ dẫn nhiệt của khí nền trong khí chuẩn phải phù hợp với khí cần đo, nếu không kết quả hiệu chuẩn cần phải được hiệu chỉnh. Ngoài ra, để đảm bảo độ chính xác của khí chuẩn, sai số không được vượt quá một nửa sai số cơ bản của thiết bị.

Ảnh hưởng khi có mặt các thành phần gây nhiễu trong khí mẫu

Sự hiện diện của các thành phần gây nhiễu trong khí mẫu là một yếu tố quan trọng gây ra các lỗi bổ sung. Ví dụ, khi phân tích hàm lượng CO2 trong khí thải bằng máy phân tích CO2 dẫn nhiệt, SO2 trong khí thải là thành phần gây nhiễu, và độ dẫn nhiệt của nó bằng 1/2 độ dẫn nhiệt của CO2. Nếu hàm lượng SO2 trong khí thải là 1%, sai số của kết quả phân tích sẽ gần 2%. Cần phải hiểu rõ các thành phần gây nhiễu trong khí nền và ảnh hưởng của chúng đến phép đo. Bảng 6-2 cho thấy ảnh hưởng của các thành phần gây nhiễu trong khí đo đến điểm 0 của phép đo hàm lượng hydro.

Máy phân tích khí dẫn nhiệt 13

Ứng dụng

Máy phân tích khí dẫn nhiệt là một phương pháp hiệu quả để đo một thành phần trong hai loại khí hỗn hợp (với sự khác biệt rất lớn về độ dẫn nhiệt). Phát minh này chủ yếu được sử dụng để đo H2, và cũng thường được sử dụng để đo hàm lượng CO2, SO2 và Ar, và có phạm vi ứng dụng rộng rãi. Dưới đây là một số ứng dụng điển hình:

Đo hàm lượng H2 trong khí tổng hợp từ nhà máy sản xuất amoniac

Đo độ tinh khiết của H2 trong nhà máy hydro hóa

Đo hàm lượng CO2 trong khí thải lò nung

Đo hàm lượng SO2 trong quá trình sản xuất axit sulfuric và phân bón phosphat.

Đo hàm lượng Ar trong thiết bị tách khí

Đo lượng O2 trong H2 tinh khiết và H2 trong O2 tinh khiết trong quá trình sản xuất hydro và điện phân oxy.

Đo lượng H2 trong Cl2 trong quá trình sản xuất clo

Đo hàm lượng H2 trong khí hydrocarbon

Giám sát hàm lượng H2 và CO2 trong các tổ máy phát điện làm mát bằng hydro

Giám sát trong quá trình sản xuất khí tinh khiết, ví dụ như He trong N2, Ar trong O2, v.v.

Phân tích sai số đo lường

Máy phân tích khí dẫn nhiệt là một loại thiết bị phân tích có độ chọn lọc kém. Mặc dù đã có nhiều biện pháp được thực hiện trong thiết kế và chế tạo thiết bị, các điều kiện hoạt động đã được xác định rõ ràng và ảnh hưởng của một số yếu tố gây nhiễu đã được giảm thiểu hoặc làm suy yếu ở một mức độ nào đó, nhưng sai số cơ bản của máy phân tích thường nằm trong khoảng ±2%. Nguyên nhân chính là do ảnh hưởng của thành phần khí nền đến kết quả phân tích.

Đầu dò độ dẫn nhiệt của máy sắc ký khí công nghiệp và đầu dò của máy phân tích khí dẫn nhiệt về cơ bản là giống nhau, nhưng độ chính xác đo của đầu dò độ dẫn nhiệt cao hơn so với đầu dò của máy phân tích khí dẫn nhiệt. Lý do là sau khi mẫu được tách bằng cột sắc ký, chỉ có hỗn hợp khí nhị phân gồm một thành phần và khí mang mới đi vào buồng đo độ dẫn nhiệt, nhưng điều này khó thực hiện hơn trong máy phân tích khí dẫn nhiệt. Khí nền thường là hỗn hợp nhiều loại khí, sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến độ dẫn nhiệt của khí mẫu, và khi thành phần khí nền thay đổi, ảnh hưởng này càng lớn.

Sai số đo của máy phân tích khí dẫn nhiệt bao gồm hai phần: sai số cơ bản và sai số cộng thêm. Sai số cơ bản được xác định bởi nguyên lý đo, đặc tính cấu trúc, độ chính xác chuyển đổi tín hiệu của từng khâu và độ chính xác của thiết bị hiển thị. Tức là, sai số của máy phân tích khi hoạt động trong điều kiện quy định. Sai số cộng thêm là do hiệu chỉnh thiết bị, sử dụng không đúng cách hoặc thay đổi điều kiện bên ngoài. Các yếu tố chính gây ra sai số cộng thêm của máy phân tích khí dẫn nhiệt là: thành phần và độ chính xác của khí chuẩn; sự nhiễu loạn do sự hiện diện của các thành phần, bụi và giọt chất lỏng; áp suất, lưu lượng và nhiệt độ của khí mẫu; sự thay đổi dòng điện của cầu chỉnh lưu.

Ảnh hưởng của thành phần và độ chính xác của khí chuẩn

Máy phân tích khí dẫn nhiệt, giống như các thiết bị phân tích khác, cần được hiệu chuẩn thường xuyên bằng khí chuẩn, nhưng điểm khác biệt là máy phân tích khí dẫn nhiệt cần nhiều khí chuẩn hơn. Về nguyên tắc, thành phần và hàm lượng khí nền trong khí chuẩn phải giống với khí cần đo, điều này rất khó đạt được trên thực tế, nhưng độ dẫn nhiệt của khí nền trong khí chuẩn phải phù hợp với khí cần đo, nếu không kết quả hiệu chuẩn cần phải được hiệu chỉnh. Ngoài ra, để đảm bảo độ chính xác của khí chuẩn, sai số không được vượt quá một nửa sai số cơ bản của thiết bị.

Ảnh hưởng khi có mặt các thành phần gây nhiễu trong khí mẫu

Sự hiện diện của các thành phần gây nhiễu trong khí mẫu là một yếu tố quan trọng gây ra các lỗi bổ sung. Ví dụ, khi phân tích hàm lượng CO2 trong khí thải bằng máy phân tích CO2 dẫn nhiệt, SO2 trong khí thải là thành phần gây nhiễu, và độ dẫn nhiệt của nó bằng 1/2 độ dẫn nhiệt của CO2. Nếu hàm lượng SO2 trong khí thải là 1%, sai số của kết quả phân tích sẽ gần 2%. Cần phải hiểu rõ các thành phần gây nhiễu trong khí nền và ảnh hưởng của chúng đến phép đo. Bảng 6-2 cho thấy ảnh hưởng của các thành phần gây nhiễu trong khí đo đến điểm 0 của phép đo hàm lượng hydro.

Điều chỉnh, bảo trì và sửa chữa máy phân tích khí dẫn nhiệt.
kế tiếp
Đề xuất dành cho bạn
không có dữ liệu
không có dữ liệu
Liên hệ với chúng tôi
CHANG AI là một doanh nghiệp công nghệ cao hàng đầu thế giới trong lĩnh vực phân tích và phát hiện khí, cam kết cung cấp cho khách hàng các sản phẩm phân tích và phát hiện khí đạt tiêu chuẩn quốc tế cùng các giải pháp trọn gói.
Thông tin liên hệ
Số fax: +86-21-33275656
Điện thoại: +86-21-51692285 / +86-21 400 700 8817
Địa chỉ: Số 97, Trung tâm Quốc tế Qibao WanKe, Ngõ 1333, Đường Xinlong, Quận Minhang, Thượng Hải, PR Trung Quốc. 201101
Customer service
detect