热导式气体分析仪在工业中的应用

　　在很多工业生产过程中，特别是在存在化学反应的生产过程中，仅仅根据温度、压力和流量等过程参数进行控制常常是不够的，例如在合成氨的生产过程中，仅仅控制合成塔的温度、压力、流量并不能保证最高的合成率，必须同时分析进气的化学成分，控制其中的H:与N:的最佳比例，才能获得较高的生产率。又如在锅炉的燃烧控制中，固定不变地控制燃料与助燃空气的比例，也不能得到最好的燃烧效果，由于燃料成分的变化，常常不是由于助燃空气太少，燃烧不充分而浪费燃料，就是由于助燃空气过多，白白地将大量的热量带走，造成能源的极大浪费。分析仪表不仅对保证生产的高质量、高效率是必要的，同时也是对保证职工的健康和安全生产所必需的。值得一提的是，由于被分析物料的千差万别与分析的物理或化学原理的多种多样性，就决定了分析仪表的种类之多是其它仪表所无法比拟的，本文仅就以最常用的热导式气体分析仪为例，做简要的说明。

　　1热导式气体分析仪的设计依据

　　热导式气体分析仪是一种物理式的气体分析仪，它是根据不同种类的气体具有不同的热传导能力这一特性来工作的，通过测定混合气体的导热系数，推算出其中某些组分的含量。在热力学中，热传导能力的强弱用“导热系数”来表示，经实验测定，气体中氢和氦的导热能力最强，气体的导热系数与气体的温度有关，在0℃时以空气的导热系数为基准的一些气体的相对导热系数如表1.

　　实验表明，将几种彼此之间无相互作用的气体混合在一起时，混合气体的导热系数近似等于各组分导热系数的数学平均值，即

　　如果混合气体仅由两种导热系数所构成，那么则有

　　即混合气体的导热系数与其两种组分的百分含量有单值关系。测定混合气体的导热系数便可推知其组分的含量。

　　2热导池的原理及构造

　　在实际的热导式气体分析仪中，由于直接测量气体的导热系数比较困难，通常将气体导热系数的变化，转化为电阻的变化，然后用平衡电桥或不平衡电桥来测定。其测量电桥的结构如图1.

　　R1, R3是测量气室内的电阻，R2,R4为参比室电阻，桥路由稳定的电源供电。理论的分析表明，热导池的灵敏度与加热电流的三次方成正比，所以使用中必须精确保持加热电流的稳定，桥路输出的不平衡电压V0是待测组分的函数，其读数可以用含量已知的标准样气进行标定。

　　热导池的构造如图2，其工作原理为:作为热敏元件的铂丝或钨丝的细电阻丝1被置于金属小室内，电阻丝上通一恒值电流，使其发热，被测的混合气体从中间进气管道通过，有一小部分混合气体经过节流孔进人测量小室2，由于电阻丝的温度高于混合气和小室壁的温度，电阻丝上的热量就经过混合气向室壁传递，由于热导池有恒温装置，因此热导池室壁的温度可以认为是恒定的，那么电阻丝的热平衡就由气体的导热系数所决定。例如混合气体的导热系数大时，电阻丝的散热条件就好，这样，电阻丝阻值的大小就反映了混合气体的导热系数，也就是反映了混合气体组成成分的变化。