Сферы использования газоанализаторов для воздуха рабочей зоны. Газоанализаторы - что это такое и зачем они нужны Что измеряют газоанализатором

Газоанализаторы - приборы, измеряющие содержание (концентрацию) одного или нескольких компонентов в газовых смесях. Каждый газоанализатор предназначен для измерения концентрации только определенных компонентов на фоне конкретной газовой смеси в нормированных условиях. Наряду с использованием отдельных газоанализаторов создаются системы газового контроля, объединяющие десятки таких приборов.

Газоанализаторы классифицируют по типу на пневматические, магнитные, электрохимические, полупроводниковые и др.

Термокондуктометрические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава.

Термокондуктометрические газоанализаторы не обладают высокой избирательностью и используются, если контролируемый компонент по теплопроводности существенно отличается от остальных, напр. для определения концентраций Н 2 , Не, Аг, СО 2 в газовых смесях, содержащих N 2 , О 2 и др. Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов по объему.

Термохимические газоанализаторы. В этих приборах измеряют тепловой эффект химической реакции, в которой участвует определяемый компонент. В большинстве случаев используется окисление компонента кислородом воздуха; катализаторы - марганцевомедный (гопкалит) или мелкодисперсная Pt, нанесенная на поверхность пористого носителя. Изменение т-рыпри окислении измеряют с помощью металлич. или полупроводникового терморезистора. В ряде случаев пов-сть платинового терморезистора используют как катализатор. Величинасвязана с числом молейМ окислившегося компонента и тепловым эффектомсоотношением:, где k-коэф., учитывающий потери тепла, зависящие от конструкции прибора.

Магнитные газоанализаторы. Этот тип применяют для определения О 2 . Их действие основано на зависимости магнитной восприимчивости газовой смеси от концентрации О 2 , объемная магнитная восприимчивость которого на два порядка больше, чем у большинства остальных газов. Такие газоанализаторы позволяют избирательно определять О 2 в сложных газовых смесях. Диапазон измеряемых концентраций 10 -2 - 100%. Наиболее распространены магнитомех. и термомагн. газоанализаторы.

В магнитомеханических газоанализаторах измеряют силы, действующие в неоднородном магн. поле на помещенное в анализируемую смесь тело (обычно ротор).

Более точны газоанализаторы, выполненные по компенсационной схеме. В них момент вращения ротора, функционально связанный с концентрацией О 2 в анализируемой смеси, уравновешивается известным моментом, для создания которого используются магнитоэлектрич. или электростатич. системы. Роторные газоанализаторы ненадежны в промышленных условиях, их сложно юстировать.

Пневматические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости плотности и вязкостигазовой смеси от ее состава. Изменения плотности и вязкости определяют измеряя гидромех. параметры потока. Распространены пневматические газоанализаторы трех типов.

Газоанализаторы с дроссельными преобразователями измеряют гидравлич. сопротивление дросселя (капилляра) при пропускании через него анализируемого газа. При постоянном расходе газа перепад давления на дросселе - ф-ция плотности (турбулентный дроссель), вязкости (ламинарный дроссель) или того и другого параметра одновременно.

Струйные газоанализаторы измеряют динамич. напор струи газа, вытекающего из сопла. Их используют, например, в азотной промышленности для измерения содержания Н 2 в азоте (диапазон измерения 0-50%), в хлорной промышленности - для определения С1 2 (0-50 и 50-100%). Время установления показаний этих газоанализаторов не превышает неск. секунд, поэтому их применяют также в газосигнализаторах довзрывныхконцентраций газов и паров некоторых в-в (напр., дихлорэтана, винилхлорида) в воздухе пром. помещений.

Инфракрасные газоанализаторы. Их действие основано на избйрательном поглощении молекулами газов и паров ИК-излучения в диапазоне 1-15 мкм. Это излучение поглощают все газы, молекулы к-рых состоят не менее чем из двух различных атомов. Высокая специфичность молекулярных спектров поглощения различных газов обусловливает высокую избирательность таких газоанализаторов и их широкое применение в лабораториях и промышленности. Диапазон измеряемыхконцентраций 10 -3 -100%. В дисперсионных газоанализаторах используют излучение одной длины волны, полученное с помощью монохроматоров (призмы, дифракц. решетки). В недисперсионных газоанализаторах, благодаря особенностям оптич. схемы прибора (применению светофильтров, спец. приемников излучения и т.д.), используют немонохроматич. излучение.

Ультрафиолетовые газоанализаторы. Принцип их действия основан на избирательном поглощении молекулами газови паров излучения в диапазоне 200-450 нм. Избирательность определения одноатомных газов весьма велика. Двух- и многоатомные газы имеют в УФ-области сплошной спектр поглощения, что снижает избирательность их определения. Однако отсутствие УФ-спектра поглощения у N 2 , O 2 , СО 2 и паров воды позволяет во многих практически важных случаях проводить достаточно селективные измерения в присут. этих компонентов. Диапазон определяемыхконцентраций обычно 10 -2 -100% (для паров Hg ниж. граница диапазона 2,5-10 -6 %).

Ультрафиолетовые газоанализаторы применяют гл. образом для автоматического контроля содержания С1 2 , О 3 , SO 2 , NO 2 , H 2 S, C1O 2 , дихлорэтана, в частности в выбросах промышленных предприятий, а также для обнаружения паров Hg, реже Ni (СО) 4 , в воздухе помещений.

Люминесцентные газоанализаторы. Вхемилюминесцентных газоанализаторах измеряют интенсивностьлюминесценции, возбужденной благодаря химической реакции контролируемого компонента с реагентом в твердой, жидкой или газообразной фазе. Пример - взаимод. NO с О 3 , используемое для определения оксидов азота:

N0 + 0 3 -> N0 2 + + 0 2 -> N0 2 + hv + 0 2

Фотоколориметрические газоанализаторы. Эти приборы измеряют интенсивность окраски продуктов избират. р-ции между определяемым компонентом и специально подобранным реагентом. Реакцию осуществляют, как правило, в растворе (жидкостные газоанализаторы) или на твердом носителе в виде ленты, таблетки, порошка (соотв. ленточные, таблеточные, порошковые газоанализаторы).

Фотоколориметрич. газоанализаторы применяют для измерения концентраций токсичных примесей (напр.,оксидов азота, О 2 , С1 2 , CS 2 , O 3 , H 2 S, NH 3 , HF, фосгена, ряда орг. соед.) в атмосфере пром. зон и в воздухе пром. помещений. При контроле загрязнений воздуха широко используют переносные приборы периодического действия. Большое число фотоколориметрич. газоанализаторов применяют в качестве газосигнализаторов.

Электрохимические газоанализаторы . Их действие основано на зависимости между параметром электрохим. системы и составом анализируемой смеси, поступающей в эту систему.

В кондуктометрических газоанализаторах измеряется электропроводность р-ра при селективном поглощении им определяемого компонента. Недостатки этих газоанализаторов - низкая избирательность и длительность установления показаний при измерении малых концентраций. Кондуктометрические газоанализаторы широко применяют для определения О 2 , СО, SO 2 , H 2 S, NH 3 и др.

Ионизационные газоанализаторы. Действие основано на зависимости электрической проводимости газов от их состава. Появление в газе примесей оказывает дополнительное воздействие на процесс образования ионов или на их подвижность и, следовательно, рекомбинацию. Возникающее при этом изменение проводимости пропорционально содержанию примесей.

Все ионизационные газоанализаторы содержат проточную ионизац. камеру, на электроды которой налагают определенную разность потенциалов. Эти приборы широко применяют для контроля микропримесей в воздухе, а также в кач-ве детекторов в газовых хроматографах.

Приборы, с помощью которых производят анализ смесей газов с целью установления их качественного и количественного состава, называют газоанализаторами .

По принципу действия они могут быть разделены на три основных группы.

1. Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов определяют изменение объёма или давления газовой смеси в результате химических реакций её отдельных компонентов.

2. Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоколориметрические и др.). Термохимические основаны на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) газа. Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости электролита, поглотившего этот газ. Фотоколориметрические основаны на изменении цвета определённых веществ, при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси.

3. Приборы, действие которых основано на чисто физических методах анализа (термокондуктометрические, термомагнитные, оптические и др.). Термокондуктометрические основаны на измерении теплопроводности газов. Термомагнитные газоанализаторы применяют главным образом для определения концентрации кислорода, обладающего большой магнитной восприимчивостью. Оптические газоанализаторы основаны на измерении оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовой смеси.

Газоанализаторы можно разделить на несколько типов в зависимости от выполняемых задач – это газоанализаторы горения, газоанализаторы для определения параметров рабочей зоны, газоанализаторы для контроля за технологическими процессами и выбросами, газоанализаторы для очистки и анализа воды и т.п., так же они делятся по конструктивному исполнению на портативные, переносные и стационарные, по количеству измеряемых компонентов (может быть измерение какого-то одного вещества или нескольких), по количеству каналов измерения (одноканальные и многоканальные), по функциональным возможностям (индикаторы, сигнализаторы, газоанализаторы).

Газовые анализаторы горения предназначены для наладки и контроля котлов, печей, газовых турбин, горелок и других топливосжигающих установок. Позволяют также проводить мониторинг выбросов углеводородов, оксидов углерода, азота, серы.

Газоанализаторы (газосигнализаторы, детекторы газов) для контроля параметров воздуха рабочей зоны. Отслеживают наличие опасных газов и паров в рабочей зоне, в помещении, шахтах, колодцах, коллекторах.

Газоанализаторы стационарные - предназначены для контроля состава газа при технологических измерениях и контроля выбросов в металлургии, энергетики, нефтехимии, цементной промышленности. Газоанализаторы измеряют содержание кислорода, оксиды азота и серы, фреона, водорода, метана и других веществ.

Фирмы, предлагающие газоанализаторы на российском рынке: Kane International (Великобритания), Testo GmbH (Германия), ФГУП «Аналитприбор» (Россия), Eurotron (Италия), ООО «Дитангаз» (Россия).

Средства измерений, применяемые в различных отраслях промышленности, научных исследованиях для анализа состава газов , называются газоанализаторами . На основе непрерывного автоматического контроля состава газов осуществляется управление химико-технологическими процессами, связанными с получением и использованием газов в металлургии, коксохимическом производстве, нефтепереработке, газовой промышленности. При сжигании органических топлив на тепловых электрических станциях автоматические газоанализаторы используются для контроля за процессом горения и определения требуемого избытка воздуха. Не менее важные функции возложены на приборы газового анализа, работающие в системах, обеспечивающих безопасное функционирование технологических объектов. К числу таких приборов относятся газоанализаторы, измеряющие концентрацию водорода в системе охлаждения турбогенераторов, в газах сдувок аппаратов с радиоактивным теплоносителем на АЭС и т.п.

В последние годы в связи с усилением внимания к охране окружающей среды расширилось производство и использование газоанализаторов, предназначенных для контроля содержания вредных примесей в газовых выбросах промышленных предприятий и электрических станций, в воздухе производственных помещений и атмосфере. Так, в соответствии с ГОСТ 17.2.3.01-86 для контроля за качеством воздуха населенных пунктов осуществляется периодическое измерение концентрации таких основных загрязняющих веществ, как сернистый газ, оксид углерода, оксид и диоксид азота, пыль.

Для измерения концентрации одного из компонентов газовой смеси используется то или иное физико-химическое свойство этого газа, отличающееся от свойств остальных газов. Чем резче это отличие и чем оно специфичнее, тем выше чувствительность метода и проще осуществляется подготовка пробы газа. Разнообразие используемых в газоанализаторах методов измерения обусловлено обширностью анализируемых компонентов газовых смесей и широким диапазоном изменения их концентраций.

Подавляющее большинство промышленных автоматических газоанализаторов предназначено для измерения концентрации одного компонента в смеси газов. В этом случае смесь газов рассматривается как бинарная, в которой определяемый компонент влияет на измеряемое физико-химическое свойство смеси, а остальные компоненты, независимо от их состава и концентрации, не влияют и считаются вторым компонентом смеси.

Существуют газоанализаторы , предназначенные для анализа различных составляющих многокомпонентных газовых смесей, в большинстве случаев эти приборы используются в лабораторной практике. Газоанализаторы градуируются в % по объему, г/м 3 , мг/л. Первая единица измерения является более удобной, поскольку процентное содержание компонентов газовой смеси сохраняется при изменении температуры и давления. При измерении малых концентраций используется единица млн -1 (ррm), составляющая одну часть на миллион частей анализируемого газа или 0,0001 %, и млрд -1 (ppb) - одну часть на миллиард. Воспроизведение единиц измерения концентрации компонентов газовых смесей производится с помощью аттестованных эталонных газовых смесей.

Существующая классификация газоанализаторов основывается на физико-химических свойствах, положенных в основу измерения концентрации определяемых компонентов смеси, и включает следующие основные группы приборов: механические, тепловые, магнитные, оптические, электрические, хроматографические и масс-спектрометрические.

Газоанализаторы в отличие от средств измерения температуры, давления представляют собой установки, содержащие кроме измерительного преобразователя (приемника) ряд устройств, обеспечивающих отбор, подготовку и транспортирование пробы газа через прибор. Наиболее распространенные типы этих устройств рассмотрены в конце главы. Для газоанализаторов характерно разделение на две группы приборов. В первую группу входят измерительные приборы, во вторую - индикаторы, сигнализаторы, детекторы утечки газов. Приборы второй группы часто являются переносными, более простыми по конструкции и имеют меньшее число вспомогательных устройств.

Основными производителями газоанализаторов в РФ и странах ближнего зарубежья являются ПО «Аналитприбор» (г. Смоленск), АО «Химлаборприбор» (г. Клин Московской обл.), фирма «Циркон» (г. Москва), ЗАО «Эконом» (г. Москва), АО «Цвет» (г. Дзержинск Нижегородской обл.), «Биоаналитические системы и сенсоры»

Газоанализаторы - это оборудование, которое помогает точно измерять качественный и количественный состав газа. Принцип действия газоанализатора не очень сложный, но у каждого вида оборудования есть свои особенности. Лучше всего эти моменты может отразить схема газоанализатора. В этой статье мы рассмотрим как общий принцип действия, так и работу некоторых моделей газоанализаторов.

Общий принцип работы

Принцип действия основан на поглощении особыми реагентами составляющих веществ. Это происходит в особой последовательности. Если принцип действия автоматический, то измерение происходит постоянно, а, значит, никаких перерывов не происходит. Это удобно тем, что физико-химические показатели газовой смеси фиксируются точно, что также возможно и при взаимодействии с отдельными компонентами вещества.

Анализ различных газовых смесей используют предприятия металлургической, химической и теплогенерирующей промышленностях. Данные, которые дают понять о количестве определенных компонентов, нужны для управления процессом для того, чтобы впоследствии его оптимизировать и отладить его работу.

Газоизмерительное оборудование включает в себя модели разных типов. Они отличаются друг от друга некоторыми параметрами и принципом работы.

Их работа основана на том, что теплопроводность газовой смеси зависит от того, какие компоненты входят ее состав. Такой газоанализатор имеет следующие основные детали:

1. Измерительная ячейка в виде цилиндрического канала, который сделан из материала высокой теплопроводности и заполнен анализируемым газом.
2. Нагревательный элемент, который располагается внутри канала и запитан от источника напряжения.

Ячейка заполняется воздухом. Если значение тока стабильное, то нагревательный элемент будет иметь определенную температуру, в таком случае тепло, полученное элементом, и тепло, которое оно отдает материалу канала, будут между собой равны.

Если канал заполнен не воздухом, а газом, который отличается теплопроводностью, нагревательный элемент будет иметь другую температуру. В том случае, если теплопроводность газа превышает теплопроводность воздуха, температура элемента будет ниже, если же не превышает, а становится ниже, то температура элемента повысится.

Оптические устройства

Основа работы данного типа устройства заключается в том, что поток излучения поглощается различными газами селективным путем. В инфракрасной части спектра обычно осуществляется изменение селективного поглощения, так как именно в это месте наблюдается селективность поглощения.

Такой газоанализатор имеет:

1. Источник инфракрасного излучения;
2. Камеры двух оптических каналов, который отличаются лишь внутренним содержанием: сравнительная камера заполнена чистым воздухом, а рабочая камера постоянно продувает контролируемую газовую смесь; поток инфракрасного излучения поступает в эти камеры.
3. Фильтровальные камеры.

Поток излучения при проходе через объем второй, рабочей камеры, теряет часть энергии. Такого не происходит при переходе через сравнительную камеру. Оба потока излучения после этого попадают в фильтровальные камеры, где находятся неизмеряемые компоненты смеси газа. В этом месте энергия, соответствующая спектру, поглощается полностью.

Термохимические газоанализаторы

Такие устройства определяют энергию выделяемого тепла тогда, когда в смеси газов проходит химическая реакция. Принцип работы основан на процессе окисления газовых компонентов. Однако, применяются дополнительные катализаторы, такие как мелкодисперсная платина и марганцево-медный катализатор.

Специальный терморезистор помогает измерить возникающую температуру. Этот прибор меняет свое сопротивление, что зависит от температуры, что способствует изменению проходящего тока.

Электрохимические газоанализаторы

Такая модель предназначена для того, чтобы определять токсические газы. Ее особенность в том, что она может использоваться во взрывоопасных зонах. Это устройство компактное, энергосберегающее и малочувствительное к механическим воздействиям.

Основой работы данных газоанализаторов является явление электрохимической компенсации. Это означает, что выделяется специальный реагент, реагирующий с каким-то определенным компонентом смеси. Есть несколько типов электрохимических газоанализаторов:

• потенциометрические; их цель – измерять отношение напряженности поля;
• электро-кондуктометрические; они реагируют на изменения напряженности и тока;
• гальванические; чувствительны к изменению электропроводности.

Как видим, принцип работы газоанализаторов не сложен, однако один тип устройства отличается от другого, так как преследует различные цели. Газоанализаторы – полезные устройства, позволяющие определить состояние газа на данный момент в помещении, что позволит поддерживать здоровье человека на приемлемом уровне.

Приборы, с помощью которых производят анализ смесей газов с целью установления их качественного и количественного состава, называют газоанализаторами.

По принципу действия они могут быть разделены на три основных группы.

1. Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов определяют изменение объёма или давления газовой смеси в результате химических реакций её отдельных компонентов.
2. Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоколориметрические и др.). Термохимические основаны на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) газа. Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости электролита, поглотившего этот газ. Фотоколориметрические основаны на изменении цвета определённых веществ, при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси.
3. Приборы, действие которых основано на чисто физических методах анализа (термокондуктометрические, термомагнитные, оптические и др.). Термокондуктометрические основаны на измерении теплопроводности газов. Термомагнитные газоанализаторы применяют главным образом для определения концентрации кислорода, обладающего большой магнитной восприимчивостью. Оптические газоанализаторы основаны на измерении оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовой смеси.

Газоанализаторы можно разделить на несколько типов в зависимости от выполняемых задач - это газоанализаторы горения, газоанализаторы для определения параметров рабочей зоны, газоанализаторы для контроля за технологическими процессами и выбросами, газоанализаторы для очистки и анализа воды и т.п., так же они делятся по конструктивному исполнению на портативные, переносные и стационарные, по количеству измеряемых компонентов (может быть измерение какого-то одного вещества или нескольких), по количеству каналов измерения (одноканальные и многоканальные), по функциональным возможностям (индикаторы, сигнализаторы, газоанализаторы).

Газовые анализаторы горения предназначены для наладки и контроля котлов, печей, газовых турбин, горелок и других топливосжигающих установок. Позволяют также проводить мониторинг выбросов углеводородов, оксидов углерода, азота, серы.

Газоанализаторы (газосигнализаторы, детекторы газов) для контроля параметров воздуха рабочей зоны. Отслеживают наличие опасных газов и паров в рабочей зоне, в помещении, шахтах, колодцах, коллекторах.

Газоанализаторы стационарные - предназначены для контроля состава газа при технологических измерениях и контроля выбросов в металлургии, энергетики, нефтехимии, цементной промышленности. Газоанализаторы измеряют содержание кислорода, оксиды азота и серы, фреона, водорода, метана и других веществ.

Фирмы, предлагающие газоанализаторы на российском рынке: Kane International (Великобритания), Testo GmbH (Германия), ФГУП «Аналитприбор» (Россия), Eurotron (Италия), ООО «Дитангаз» (Россия).