Міністерство освіти Російської Федерації

Магнітогорський Державний Технічний Університет ім Г.І. Носова

Кафедра Промислової Кібернетики та систем управління.

Курсова робота.

З дисципліни: Технічні вимірювання та прилади.

На тему: Контроль якості згоряння палива в методичних нагрівальних печах.

Виконав

Студент групи Ем-00-1

Остапенко Д.В.

Повірив

Сергєєв О.І.

Магнітогорськ 2002

Зміст

Зміст 1

Вступ 2

Літературний огляд. 7

Методи визначення 7
термохімічних метод. 7

Газоаналізатори ОТІ-2, ГХЛ-1, ГХЛ-2. 9
Електрохімічні методи 9

полярографічних метод 9

Кулонометрічесій метод. 14

потенціометричні метод. 14

Використання твердих електролітів. 15

Автоматичний аналізатор кисню 151ЕХО2 17

Використання паливних елементів. 19
Оптичні методи. 19

Оптико-акустичні газоаналізатори 19
Macс-спектрометричний метод 20
Магнітні методи. 22

термомагнітного метод. 22

Прилад Газоаналізатор АГ0011 28

Магнітопневматіческій метод. 30
Використання напівпровідникових чутливих елементів 32
Хроматографічний метод 34

Метод прямого вимірювання поглинання (оптико-абсорбції метод) 36

Основи методу 36
Загальні принципи та закономірності 36
Основні способи підвищення чутливості і селективності 36

Апаратура 38
Джерела зондуючого випромінювання 38
Приймачі випромінювання 40
Схеми абсорбційних газоаналізаторів 40

Формула винаходу патенту № 2109269 46

Газоаналізатор ПЕМ-2М 47

Автоматизований стаціонарний пост контролю (АСПК) 47

Введення

У прокатних цехах російських підприємств в даний час працюєблизько 240 методичних нагрівальних печей. До кінця 60-х років будувалинайбільш прості по конструкції і відносно дешеві толкательние печі.
Коли вони перестали задовольняти вимогам прокатного виробництва,почався перехід на печі з крокуючим подом (дрібносортна і дротяні стани)і крокуючі балками (листові стани), які хоч трохи складніше ідорожче, але позбавлені недоліків толкательних печей. [1]

Наприкінці 70-х років будівництво нових толкательних печейприпинилося, крім добудови в існуючих пічних відділеннях. До новихстанам будували тільки печі з механізованим подом. До 80-х роківметалургія розвивалася в основному екстенсивно: будувалися нові стани танові печі, а старі залишалися в колишньому стані. У 80-х роках почаласяреконструкція печей з виведенням з ладу застарілих прокатних станів; в 90-хроках вона припинилася. У результаті поряд із сучасними печами змеханізованим подом збереглися старі дво-і трьохзонний печі безнижнього обігріву, перекатні, без рекуператорів, з керамічними іголчастим рекуператори, з інжекційних пальниками. Приблизно 80%пічного парку складають толкательние печі. З них майже третина не маєрекуператорів і стільки ж печей з керамічним рекуператором; печей зголчастим - приблизно 12%. Середня температура підігріву повітря вголчастих рекуператора 200 "С, а в керамічних - 340 ° С. Печі зкерамічними рекуператором і інжекційні пальниками становлять 10% істільки ж печей перекатні, з похилим і лекальні подом. Середній термінслужби цих печей більш 40 років. Звичайно, в період реструктуризаціїметалургійного виробництва багато хто з цих печей разом зі станами будутьвиведені з експлуатації.

Методичні печі призначені для нагрівання металу перед прокаткою івідносяться до печей безперервної дії. За час нагрівання заготовкипоступово переміщуються через всю піч від входу до виходу. [2]

Методична піч складається з робочого простору, де відбуваєтьсяспалювання палива і нагрівання металу, і ряду систем: опалення,транспортування заготовок, охолодження елементів печі, управління тепловимрежимом і ін Розглянемо для приклад! пятізонную топкатепьную методичнупіч, зображення поздовжнього розрізу її наведено на рис. 1.
Найменування печі відповідає числу опалювальних зон. Підлягають нагрівузаготовки подаються до завантажувального вікна 1 печі за допомогою рольгангу завантаження
2 і заштовхують та піч штовхачем. Заготівлі на малюнку не показані, вонилежать в печі впритул одна до іншої, стикаючись бічними гранями. Томупри заталківаніі в піч черговий заготовки всі заготовки переміщуютьсяуздовж печі. Одночасно з вікна видачі 3 на приймальний рольганг 4 видаєтьсянагріта заготовка.

Робочий простір печі розбито на зони: зону методичну 5,верхню і нижню перші зварювальні зони 6 і 7, верхню та нижню другузварювальні зони і 9, томільную зону 10. Всі зони, крім методичної,оснащені пальниками I1, у яких спалюється паливо (змішаний газ,природний газ, мазут).

Заготівлі нагріваються поступово (методичні), перемішала, спочаткучерез неопалюваних методичну зону (зону попереднього нагрівання). детемпература порівняно низька, потім через зварювальні (нагрівальні)зони з високою температурою, де відбувається швидке нагрівання металу, ітомільную зону, в якій здійснюється ловлення - вирівнювання температурпо перетину заготовки. У методичній і зварювальних зонах заготівліпереміщаються по водоохолоджуваних подовими трубах 12, я в томільной - помонолітної подині 13.

Продукти згоряння рухаються в печі назустріч руху металу, віддаючийому значну частину тепла (останнім часом розробляютьсяметодичні печі, в яких напрямок руху продуктів збігається вдеяких зонах з напрямком руху металу, однак вони не отрималиширокого розповсюдження), З методичної зони вони надходять в рекуператор
14, де нагрівають повітря, що подається в зони для горіння (в деякихметодичних печах в рекуператора нагрівають також і газ).

Далі продукти згоряння в багатьох сучасних методичних печахподаються в котли-утилізатори, де частина їх тепла використовується для виробленняпари, після чого вони відводяться в димар.

Hа рис. 1 зображена схема одного з можливих варіантів методичноїпечі. Методичні печі можуть відрізнятися числом опалювальних зон, формоюробочого простору, способами переміщення металу, підведення палива таповітря, спалювання палива, а також за розмірами і продуктивності, вувазі нагрівається металу, по типу обслуговуваних станів і ряду іншихознак. Нижче розглядаються в основному ті особливості різнихметодичних печей, які впливають на створення систем автоматичногоуправління нагріванням металу в них.

Число опалювальних зон у методичної печі може дорівнювати 2, 3, 4,
5, 6, 7 н більше. Двох зонні печі без томільной зони застосовують для нагріваннятонких заготовок (до ОЛ-0, 15 м). У багатозонних печах ділянка з високоютемпературою розтягнутий на велику довжину, що дозволяє форсовано грітиметал і забезпечувати високу продуктивність. Кожна зона опаленняоснащується локальними системами автоматичного регулювання (САР)температури та режиму горіння. Зі збільшенням числа зон в печі відповіднозбільшується число локальних САР та управління розподіломтемпературного режиму по довжині печі стає більш гнучким.

Методична піч, схема якої зображена на рис. 1, має верхні танижні зони. У таких печах метал гріється з двох сторін: зверху н знизу,що підвищує рівномірність нагріву заготовки по товщині. Недоліком такихпечей є наявність у них водоохолоджуваних подових труб, що призводить допояви темних (холодних) плям на заготовках в місцях їх контакту зтрубами і до збільшення витрат палива. Тому застосовуються такожметодичні печі тільки з верхнім обігрівом. Зазвичай для верхніх і нижніхзон проектують однакові САР температури. Однак у нижніх зонах гіршеумови для вимірювання температури. Тому, як правило, системирегулювання в них працюють менш ефективно. Іноді для нижніх зондоводиться створювати спеціальні САР. Рис1

Завданням цих систем є забезпечення економічного спалюванняпалива, досягнення найкращих умов теплообміну факела з металом ікладкою і підтримку в печі газової атмосфери певного складу.
Зазначені завдання вирішуються шляхом спрямованого зміни співвідношення повітря -паливо (З), автоматична стабілізація якого дозволяє поліпшитиякість нагрівання металу, зменшити питомі витрати палива, чад іокалінообразованне.

У печах з ннжекціоннимі пальниками відбувається саморегулювання Со,потрібну установку якого встановлюють, змінюючи при налагодженні положенняповітряних клапанів перед пальниками. Якщо при повністю відкритих клапанахповітря все ж таки недостатньо, то зменшують розміри газових сопел абопереходять на спалювання газу зі зниженою теплотою згоряння.

У печах з дутьевих пальниками регулювання здійснюють шляхомпримусової зміни витрати повітря при змінах витрати паливаабо З (схеми з ведучим паливом). Набагато рідше зустрічаються схеми з ведучимповітрям. Підтримує заданий значення Зі забезпечують локальні системирегулювання, що використовують в якості вхідної інформації безперервновимірювані витрати палива і повітря. Величину З встановлюють за допомогоювиносного Задатчики, отградуірованного або безпосередньо в одиницях З
(м3/м3), або в одиницях коефіцієнта витрати повітря, що визначається якставлення виміряного витрати повітря до теоретичного, необхідному дляповного спалювання виміряного витрати палива.

При помітному відхиленнях барометричного або надлишкового тиску ітемператури палива або повітря від розрахункових в свідчення витратоміріввводять відповідну поправку для приведення до стандартних умов.
Зазвичай враховують тільки відхилення температури.

Динаміка об'єкта регулювання, яким а даному випадку єділянка трубопроводу між діафрагмою і регулюючим органом (PO),аппроксіміруемий з достатнім ступенем точності ланкою чистогозапізнювання і аперіодіческій ланкою першого порядку, характеризується Т0 =
0,2-0,8 і Та = 0,6-1,5 с і залежить головним чином від витрати і ємностіділянки трубопроводу, імпульсних ліній і датчиків. Коефіцієнт передачі поканалу витрата-положення P.O. визначається видаткової характеристикою івихідним положенням регулюючої поворотної заслінки і пов'язаний істотнонелінійної залежністю з вимірюваним витратою. Наявність значних люфтівв зчленуванні P.O. з І.М. обумовлює різке відміну коефіцієнтівпередачі по каналу витрата-положення І.М. при малих і великих переміщенняхостаннього.

У таких умовах задовільну якість регулювання досягаєтьсяпри використанні ПІ-регуляторів зі зниженим коефіцієнтом передачіпропорційної частини або при використанні чистих І-регуляторів.
Налаштування регуляторів виконується за відомими методиками при витратах,рівних 60 ... 80% від максимальних. Так як при малих витратах в системірегулювання з'являється схильність до автоколивання, а при великих --процес регулювання затягується, необхідна зміна динамічнихнастройок регулятора в міру зміни витрати. При значному зниженнівитрат (нижче 30% від максимального) різко знижується точність їх вимірювання,а отже, і регулювання Со. При подальшому зниженні витратвитратоміри стають практично нечутливими, і помилка впідтриманні заданого значення Зі може скласти 100% і більше. Крім того,через різке зниження швидкостей витікання з пальників перемішування паливаі повітря стає недостатнім і якість спалювання палива погіршується.
У цьому випадку доцільно перейти на роботу з підвищеним Со, припинившизниження витрати повітря при досягненні деякого граничного значення,визначається експериментально для кожної мін. ' "Такий перехід виправданий,так як різке зниження витрат (теплового навантаження) здійснюють, якправило, щоб швидко знизити температуру в робочому просторі. Робота знадлишком повітря тільки прискорить цей процес. Збільшення чадукомпенсується винятком небезпеки оплавлення нагрівається метала, Притривалій роботі з такою низькою тепловим навантаженням доцільно перейтина дистанційне керування температурою робочого простору і процесомгоріння, відключивши ряд пальників в кожній зоні.

Якісне регулювання заданого значення Зі по вимірюютьсявитрат навіть при досить великих теплових навантаженнях ще не гарантуєекономімого спалювання палива та сталості складу продуктів горіння всерединіпечі.

Неконтрольовані зміни теплоти згоряння палива, особливо приопаленні змішаним газом, призводять до коливань дійсного значення
Со. які можуть досягати значної величини. Для усунення цихколивань у систему регулювання вводять імпульс від калориметр, безперервновимірювального теплоту згоряння палива.

Дійсне кількість повітря, що надходить у піч, можевідрізнятись від обчисленого. Ця відмінність обумовлена втратами на ділянкахповітропроводи розташованих поза діафрагми, і ефекту в лягти холодногоповітря з навколишнього простору. Кількість втрачається повітря можебути орієнтовно оцінений при теплотехнічних випробуваннях печі.
Кількість підсмоктується повітря залежить від тиску в пічному просторіі збільшується при зниженні теплового навантаження. Використовуючи цю залежність,можна сформувати коректує імпульс, що викликає зниження заданогоЗі значення у відповідності із зменшенням теплового навантаження (зменшеннямвитрати повітря або палива). Введення такого імпульсу, а також обліквтрачається повітря дозволяють знизити вплив цих факторів, але не усуватийого повністю. Крім того, в принеси експлуатації печі кількість втрачаєтьсяповітря до залежність між кількістю підсмоктується повітря і тепловоїнавантаження змінюються.

Досить точно про склад атмосфери печі (повноті спалювання палива)можна судити за результатами аналізу продуктів згоряння, що відбираються в кінціпечі, або для печей великої потужності в кінці кожної зони. За знайденомузмісту О2, СО, Н2, СН4 і N2 може бути розрахований дійснийкоефіцієнт витрати повітря. Різниця між розрахованим і заданимзначенням з'явиться коригувальним сигналом регулятору Со. Застосуваннязазначеного способу вимагає забезпечення показності проб продуктівзгоряння, що відбираються для автоматичного аналізу, рішення завдання очищення таохолодження проби, а також мінімуму запізнювань в імпульсної лінія івласне газоаналізаторі. Динамічні характеристики сучаснихавтоматичних газоаналізаторів на порядок більше динамічниххарактеристик об'єкта управління, що приводить при безпосередньомуЗі регулювання за результатами аналізу: до великих і знакозміннимдинамічним похибок. Представницький імпульс може бути сформованийтільки по великій кількості окремих вимірювань і, характеризуючи тенденціюзміни дійсного значення Со, може використовуватися в якостікоригуючого сигналу.

Якщо в печі здійснюється повне спалювання палива, то доситьконтролювати тільки зміст O2 в продуктах горіння. Такий аналізможе бути виконаний з достатньою швидкодією і без застосування складнихпристроїв відбору та підготовки проби за допомогою датчика з твердимелектролітом (твердоелектролітной осередки), що пропускає іони О2. Е.р.с.,розвивається дат »ком, залежить від його температури і концентрація О2,максимальна чутливість досягається, коли ця концентрація близька донулю. Для датчика, виконаного з цирконію, допустима робоча температурадорівнює 2000 ° С, що дозволяє мати у своєму розпорядженні його в будь-якій ділянці трактугазів, що відходять, а також і безпосередньо в робочому просторі печі,поблизу факела. У першому випадку температуру, а отже, іградіровочную характеристику датчика стабілізують за допомогоюдодаткового електропідігріву по сигналу ТП, змонтованої в одномукорпусі з датчиком. У другому випадку датчик одночасно використовується длястабілізації температури робочого простору (його ТП підключається на вхідрегулятора палива) і для регулювання Со. При цьому регулювання Зпочинається після того, як температура датчика та робочого просторудосягає заданого значення.

Малі розміри і високу швидкодію датчика з твердим електролітомдозволяють здійснити контроль якості спалювання палива не тільки в кожнійзоні, а й у кожній пальнику н значно розширити діапазон роботи системирегулювання Со, одночасно спрощуючи цю систем??.

Щоб зменшити короткочасні коливання Со, пов'язані ззапізненням показань витратомірів або з припиненням регулювання,викликаним відхиленням температури датчика від заданого значення, в системуможе бути введений імпульс від виконавчого механізму (І.М.),переміщує регулюючим органом (Р.О.) на трубопроводі палива.
Підключений через диференціатор до регулятора витрати повітря цей імпульсзабезпечує одночасний поворот обох PO, що призведе доодночасного зміни витрат палива і повітря. Залишилося відхиліть
Зі від заданого значення буде усунуто за сигналами витратомірів абосигналу, що вийшов на задану температуру датчика з твердим електролітом.

Управління спалюванням палива може вити здійснено також за допомогоюекстремальних систем регулювання, в яких у результаті безперервногопошуку визначається значення Со, що забезпечує максимальну при даномувитраті

рис2 палива температуру в області, контрольованій датчиком. На рис. 2показана принципова схема локальної системи, що дозволяє реалізуватиописані вище способи управління режимом спалювання палива.

Вимірювання витрати повітря виконується за допомогою діафрагми/ідифманометра 1 (ДМ-Е). Поправка до показаннями витратоміра формується здопомогою ТП 2 (ТХА-151), що нормують перетворювача 3 (Ш-72) та блокунелінійного перетворення 4 (БНП). Обчислення витрати повітря,приведеного до нормальних умов, виконується блоком множення 5 (БВО),сигналізація досягнення мінімального витрати, ще забезпечуєстійку роботу пальників - блоком б (БСГ).

Величина заданого З встановлюється на виносному Задатчики 7 (рзд),вихідний сигнал якого додається до сигналами корекції в суматоріблоку 8 (БВО). Там же здійснюється поділ обчисленого витрати повітряна Скоригована значення Со. Витрата палива вимірюється за допомогою діафрагми 11 і дифманометра 9 (ДМ-Е). Для формування імпульсу,зменшує запізнювання, служать датчик положення вала І.М. 10 (МЕВ
25/100) при P.O. IV

і диференціатор 11 (ЕД). За допомогою перетворювача 12 (БНП)реалізується залежність, відповідно до якої змінюються параметридинамічного настроювання регулятора 13 (РБІ-3) при зміні тепловоїнавантаження. Для переходу на дистанційне керування служить блок 14 (Бру-У),з'єднаний через пускач 75 (ПРБ-74) з двигуном 16 (МЕВ 25/100),переміщують P.O. III.

Теплота згоряння палива контролюється датчиком 17 (КГ-7093.01),коригувальний імпульс формується у вторинному приладі 18 (КГ-7093.02).
Корекція завдання при зміні теплового навантаження здійснюється за допомогоюблоку 19 (БНП). Коригувальний імпульс за змістом Про ^ в продуктахзгоряння зони печі V може надходити в залежності від положенняперемикача 111 або від комплекту, що складається з пристрою відбору тапідготовки проби 20, автоматичного газового аналізатора 21 (МН-5106) іінтегратора 22 (БПІ), або від датчика з твердим електролітом 23 в комплектіз перетворювачем 24 (Циркон), або, нарешті, від датчика 25,розташованого в полум'я пальника VI, і перетворювача 26. В останньомувипадку ТП датчика 25 через перетворювач 27 підключається на вхідрегулятора температури робочого простору. Задана концентрація О2 вмісці встановлення відповідного датчика вводиться за допомогою Задатчики 28
(Рзд).

Екстремальне регулювання виконується за допомогою датчика 29 (ТЕРА-50)та екстремального регулятора 30 (Ерб), що підключається через ключі 111 і П2 досуматори блоку 8 або через ключ П2 безпосередньо до блоку 14 взалежно від типу вихідного сигналу регулятора 30.

При перекладі перемикача Я в положення а, Ъ і d елементи схеми 1, 2,
3, 4, 5, 6, 7, дільник блоку 8, елементи 9, 17, 18, 19, 20, 21 і 22безпосередньо в регулюванні можуть не брати участь.

Налагодження системи на об'єкті полягає у визначенні вихідних параметрівдинамічного настроювання регулятора 13, що виконується за відомими методиками напідставі кривої розгону, знятої при тепловій навантаженні близько 70-80% відмаксимальної; налаштування блоку 12 для забезпечення постійного характеруперехідного процесу в широкому діапазоні зміни теплового навантаження іналаштування блоку 19 за результатами газового аналізу для забезпеченняпостійного складу атмосфери печі. Всі інші елементи проходятьпопередню приладову налагодження відповідно до інструкцій по їхексплуатації до установки на об'єкті і періодично повіряється внадалі.

При. спалюванні палива одна з головних проблем - забезпеченняоптимального співвідношення між кількістю що подаються в топку палива таповітря.
Для кожної конкретної установки існує оптимальний надлишок повітря,який відповідає найбільш економічному протікання процесу спалювання.
Нестача повітря при горінні сприяє утворенню токсичних продуктівнеповного згоряння, викликає перевитрату палива. Надлишок повітря такожпризводить до перевитрати палива на нагрів зайвого повітря в складігазів, що відходять. В обох випадках спалювання палива супроводжується підвищенимвикидом в атмосферу високотоксичних оксидів азоту. Одним з найбільшдостовірних способів визначення надлишку повітря є аналіз газовоїcмесі, який залишає камеру згоряння, а саме визначення концентраціїкисню в топкових газах. Відповідно до «Інструкції з проектуванняі безпечної експлуатації факельних установок для горючих газів і пар »повинен здійснюватися автоматичний контроль за концентрацією кисню вгазах, що скидаються на факел. Концентрація кисню в такій газової сумішіне повинна перевищувати? 2% (об.).

Літературний огляд.

Методи визначення

Відомі такі методи визначення концентрації молекулярногокисню: хімічні, електрохімічні, з використанням паливнихелементів, термокондуктометріческій, акустичний, пневматичний,іонізаційний, оптичні, мас-спектрометричний, магнітні, звикористанням напівпровідникових чутливих елементів,хроматографічні. [3]

термохімічних метод.

Метод заснований на вимірюванні теплового ефекту екзотермічноїхімічної реакції, в якій бере участь обумовлений компонент проби АГС.

Підвищення температури, що визначається значенням теплового ефектуреакції, пропорційно концентрації пального (визначеного) компонента.
Для визначення-концентрації кисню цим методом використовують реакціювзаємодії кисню з воднем:

О2 + 2Н2 = 2Н2О + 4,84364-105 Дж.

Процес стаціонарного безполуменевими горіння відбувається на крупинкахмелкораздробленного каталізатора з розвинутою поверхнею, через якийпросасивается проба АГС. Температура поверхні, яка в даному випадкує вимірюваної фізичної величиною, не залежить від істинної кінетикикаталітичної реакції, тобто від активності каталізатора.

Теоретично підвищення температури за рахунок реакції дорівнює:

T-T0 = C (Q0/nCv) (1) де Т - температура поверхні; Т0 - температура середовища; С --концентрація пального (визначеного) компонента; Q0 - теплота реакції; п --число молекул в одиниці об'єму; Cv - молекулярна теплоємність припостійному обсязі.

Значення Q0 постійно, п залежить від тиску і певною мірою відтемператури, Cv - функція складу проби АГС.

Підвищення температури на 1,0% (об.) кисню має скласти: Т02 =
161 ° С.

Проте практично підвищення температури значно нижче за рахуноквтрат тепла і становить 20-25% від теоретичного.

Розрізняють два варіанти термохімічних методу аналізу складу.

У першому варіанті обумовлений компонент проби АГС згораєбезпосередньо на чутливому елементі (ЧЭ), в якості якого, якправило, використовують терморезистор. Терморезистор є одночаснокаталізатором або покритий шаром каталізатора; підвищення температури А /терморезистор є функцією концентрації визначається компонентапроби АГС:

(2) де К - коефіцієнт, що характеризує конструкцію реакційного об'єму;
(- Коефіцієнт, що характеризує повноту згоряння; С - концентраціявизначуваного компонента; q - теплота його згоряння.

У другому варіанті пробу АГС пропускають через камеру, і на насипномушарі каталізатора протікає реакція, у результаті якої підвищується йоготемпература, яка є функцією концентрації визначається компонентапроби АГС:

(7) де Q - витрата проби АГС; а і b - коефіцієнти, що враховують характертеплообміну в реакційній зоні.

Температуру каталізатора можна виміряти, наприклад, термопарою,порівняльний спай якій міститься в потоці АГС до каталізатора, авимірювальний спай - безпосередньо в каталізаторі.

Для термохімічних газоаналізатора необхідно як матеріалдля ЧЭ використовувати матеріал із значним температурним коефіцієнтомопору (ТКС). Зазвичай застосовують платину, тому що вона має високухімічної інертністю, порівняно високим ТКС, лінійною залежністю ТКСвід температури (до 1200 ° С). Поєднання високої каталітичної активності зхімічної інертністю дозволяє також широко використовувати платину вЯк матеріал для ЧЭ термохімічних газоаналізаторів, одночасновиконують роль каталізатора.

В якості чутливого елемента застосовують хімічно чистийплатинову дріт ПЛ-3, що володіє оптимальними властивостями по випаровуваннюі рекристалізації. Для стабілізації каталітичних властивостей поверхніплатини чутливий елемент після виготовлення піддають спеціальнійобробці - старіння і активації.

Дротяні чутливі елементи мають ряд недоліків, тому вданий час створені чутливі елементи на носіях, де функціїтерморезистор і нагрівача розділені частково або повністю.

Вимірювальні осередку термохімічних газоаналізатора наведені нарис. 3.

Рис. 3. Вимірювальні осередку термохімічних газоаналізатора: а - без каталізатора: 1 - платинова нитка; 2 - держатель; 3 --вимірювальна комірка; б - чутливий елемент розташований в каталізаторі: 1 --чутливий елемент; 2 - вимірювальна комірка; 3 - каталізатор; 4 --термостат; в - чутливий елемент розташований в керамічній трубці; 1 --камера; 2 - каталізатор; 3-електрична спіраль; 4 - чутливийелемент; 5 - керамічна трубка

В осередку (рис. 3, а) проба АГС проходить через вимірювальну комірку 3,в якій розміщений ЧЭ у вигляді платинової нитки 1, укріпленої на власниках
2. Платинова нитка нагрівається електричним струмом до температури, приякій відбувається реакція. Виділилася теплота згоряння підвищуєтемпературу нитки, збільшення температури пропорційно концентраціївизначеного компонента. Підвищення температури вимірюється по змініопору нитки, включеної, як правило, в схему електричногочетирехплечего мосту.

В осередку (рис. 3, б) передбачено використання каталізатора 3, вякому розміщений ЧЭ 1. Зазвичай така вимірювальна комірка 2 розміщується втермостаті 4. При протіканні проби АГС через вимірювальну комірку накаталізаторі відбуваються відповідна реакція, що супроводжуєтьсявиділенням тепла. Зміна температури каталізатора вимірюється ЧЭ. Такийтип вимірювальної комірки реалізований в газоаналізаторі ТХГ-5, девикористовуються дві вимірювальні осередку: робочий, через яку пропускаютьпробу АГС, і порівняльна з інертним газом.

Осередок (рис. 3, в) являє собою камеру 1, що обігріваютьсяелектричної спіраллю 3. У камері розташована керамічна трубка 5, частиназовнішньої поверхні якої вкрита каталізатором 2. У керамічній трубцізнаходиться ЧЭ 4, що вимірює її температуру. Такий тип вимірювальної коміркивикористовують при створенні газоаналізатора на кисень у азоті.

Для забезпечення термохімічних ефекту до гатунку АГС додаютьводень, який є допоміжним газом для протікання реакції Н 1/2О2 =
Н2О.

У вимірювальну комірку поміщена порцеляновий трубка, обігріваєтьсяелектричним струмом. Каталітичне спалювання водню відбувається навимірювальних спаях термостолбіков ( «10 термопар, з'єднанихпослідовно).

Переваги термохімічних методу: висока чутливість іможливість визначати концентрації практично всіх горючих газів і парів.
Недоліки - вірогідність отруєння чутливого елементакаталітичними отрутами, а також потреба у допоміжному газі.

Численні термохімічні сигналізатори та газоаналізаторивикористовують для визначення довзривних концентрацій горючих газів, а такожгорючих компонентів у відхідних газах теплових об'єктів. Оскількинеобхідною умовою протікання окисної реакції є наявністькисню в пробі АГС, метод дозволяє визначати концентраціюмолекулярного кисню в суміші з горючими газами.

Газоаналізатори ОТІ-2, ГХЛ-1, ГХЛ-2.

Призначені для роздільного визначення концентрації кислотних газів
(СО2 SО2, H2S та ін), кисню і монооксиду вуглецю, суми ненасиченихвуглеводнів (СnH2n) і водню в межах від 0 до 100% (об.). Крімтого, за допомогою цих газоаналізаторів визначають суму граничнихвуглеводнів (СnН2n +2).

Газоаналізатори ГХЛ-1 і ГХЛ-2 - нові об'ємно-хімічнігазоаналізатори. У ГХЛ-1 передбачено використання стисненого повітря дляпрокачування проби АГС, в ГХЛ-2 - прокачування ручна.

У порівнянні з ОТІ-2 ці газоаналізатори більш зручні в експлуатації,забезпечують високу точність аналізу, дозволяють знизити енерговитрати ічас аналізу.

Електрохімічні методи

З електрохімічних методів аналізу складу газів для визначенняконцентрації молекулярного кисню найбільшого поширення набулиполярографічних, кондуктомеричного, кулонометріческій іпотенціометричні методи аналізу.

полярографічних метод

Заснований на поляризації навантаженого в електроліт індикаторного абодопоміжного електрода при накладенні напруги від зовнішнього абовнутрішнього джерела.

Під поляризацією електрода розуміють зміна значення рівноважногоелектродного потенціалу при проходженні через електрод постійногоелектричного струму. Інтенсивність цього процесу оцінюють за значенням
, Що відповідає різниці між рівноважним потенціалом іпотенціалом поляризованого електрода.

Напруга Е, прикладена до ланцюга, розподіляється в ній відповіднодо закону Ома. Стосовно до полярографічних комірці це означає, що вкожен даний момент значення накладається на електроди поляризаційнихнапруги дорівнює сумі стрибків потенціалу на аноді і катоді, атакож падіння напруги в розчині електроліту Ir:

(3) де I - струм, що проходить через полярографічних клітинку; r
- Опір розчину електроліту.

Залежно від того, буде поляризующий електрод катодом абоанодом електролітичної комірки, причиною поляризації з'являться різнівідновлювальні або відповідно окислювальні процеси, яківикличуть зрушення потенціалу електрода відповідно в негативну абопозитивний бік.

При поляризується аноді щільність струму порівняно велика на катодіі дуже мала на аноді. У цьому випадку потенціал анода приймають зануль і він служить початком відліку для потенціалу катода. Тоді попереднєрівність можна записати наступним чином:

(4)

При малій силі струму (А), що протікає через полярографічнихкомірку, і опорі розчину електроліту, що не перевищує кілька кОм,падіння напруги в розчині складе кілька мВ. Тому практично

(5)

Якщо забезпечити достатньо високу електропровідність (малеопір) розчину, то можна вважати, що числове значенняполяризаційних напруги одно потенціалу поляризаційних електрода.

При неполярізующемся катоді щільність струму порівняно велика нааноді і дуже мала на катоді. У цьому випадку потенціал катода приймають зануль і він служить початком відліку для потенціалу анода. При анодногополяризації

(6) тобто потенціал анода залежить від напруги, поданого наполярографічних клітинку.

Всякий процес, в тому числі і процес поляризації електрода, можебути зображений у вигляді графіка, на якому координати відповідають основнимзмінним, що характеризує перебіг цього процесу.

У полярографії такими змінними є що накладається на електродинапруга і електричний струм, що проходить у ланцюзі полярографічних осередки.

Графік, який характеризується залежністю струму від напруги, називаютьвольт-амперною характеристикою. У полярографії такий графік називаютьполяризаційною кривої або полярограм-мій та описують відоізм?? неннимрівнянням Нернста:

(7) де Е - різниця між рівноважним потенціалом та потенціаломполяризованого електрода; R - газова стала; Т-абсолютнатемпература; п - число електронів, що беруть участь у сумарнійелектрохімічної реакції; F - число Фарадея; I - струм, що проходить черезполярографічних клітинку; IД - дифузійний струм.

На рис. 4 представлена полярограмма розчину, який містить одинобумовлений компонент. При накладанні на електроди збільшується різниціпотенціалів через електроліт, в якому розчинений обумовлений компонентпроби АГС, протікає невеликий електричний струм. Однак при поляризаціїіндикаторного електрода струм швидко збільшується, досягає постійного
(граничного) значення, що не залежить від потенціалу електрода.

Ділянка 1 полярограмми, на якому струм зростає, називаютьполярографічних хвилею, а ділянка 2 - майданчиком дифузійного струму.

Рис. 4. Ампер-вольтні характеристика полярографічних осередку

Рис. 5. Схема плолярографа:

1 - анод (шар ртуті на дні комірки); 2 - електроліт; 3 - катод (ртутнийкрапельний електрод); 4 - Мікроамперметри; 5 - реостат; 6 - джерело живлення

Потенціал електрода при поляризаційних струмі, що дорівнює половиніграничного струму називають потенціалом напівхвилі. Потенціал напівхвилі
- Важлива характеристика речовини, тому що кожна речовина внаслідок своїхструктурних особливостей відновлюється при певній його значенні.
За потенціалом напівхвилі визначають вид речовини, а щодо граничного струму
(висоті полярографічних хвилі) - його концентрацію в розчині електролітуполярографічних осередки.

На рис. 5 зображена схема полярографія, що складається зполярографічних осередку, пристрої для подачі потенціалу - джерелахарчування 6, реостата 5 і мікроамперметра 4.

полярографічних осередок є скляну посудину зелектролітом 2. В осередку поміщені два електроди: катод 3 і анод 1. Катод --ртутний крапельний електрод - має малу поверхню, через яку приелектрохімічному відновлення протікають великі струми. Внаслідок цьогопотенціал катода відрізняється від рівноважного потенціалу, необхідного дляпроведення електрохімічної реакції, тобто відбувається поляризація катода.

Як анода (електрода порівняння) застосовують хлор-срібний,каломельного електроди або електрод з великою поверхнею, часто шар ртуті
1, що знаходиться на дні комірки. Велика поверхня електрода порівняння потрібнадля зняття явища поляризації.

Напруга (2-4 В) від зовнішнього джерела живлення 6 через реостат 5подається на ртутні електроди полярографічних осередки. Струм, що проходитьчерез осередок, вимірюють Мікроамперметри 4, а напруга, що подається наклітинку, регулюють переміщенням движка на реостати 5 від нуля (крайнєнижнє положення) до максимуму (крайнє верхнє положення).

При електролізі відбуваються наступні процеси: перенесення деполярізатораз розчину на поверхню електрода, електрохімічна реакція, виділеннякінцевих продуктів реакції на поверхню