基于微流热导的气体分析仪设计与研究.pdf

年
仪来术与传惑器
第12期
Instrument Technique and Sensor
No.12
基于微流热导的气体分析仪设计与研究
陈明奇,程明曹',刘虎2,陆春宇,刘宏飞
南京工业大学自动化与电气工程学院,江苏南京211816;2.南京分析仪器厂有限公司,江苏南京210039)
摘要:根据不同组分气体的热导系数不同,设计了基于徽流热导传感器的在线气体分析仪。介绍了分析仪的主要组
成工作模块,并对仪器的工作状态进行了分析研究。实验室的在线测试表明,该仪器可用于中氫气的全量程检测,及
中二氧化碳等气体的检测。该仪器具有体积小,系统误差低,长期稳定工作的特点,为新产品的研发提供了基础。
关键词:徽流热导;温度控制;信号调理;全量程检测
中图分类号:TP212
文献标识码:A
文章编号:1002-1841(2014)12-0018-04
Design and Research of Gas Analyzer Based on Micro-flow Thermal Conductivity
CHEN Ming-qi, CHENG Ming-xia0 LIU Hu, LU Chun-yu, LU Hong-fei
(1. College of Automation and Electrical Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 211816, China
2. Nanjing Analytical Instrument Factory Co, Ltd, Nanjing 210039, China)
Abstract: As dif rent gases have ifferen hemal con ivy ients, this paper designed the gas analyzer based on mi-
cro-mlow thermal conductivity. The main work modules of the analyzer were introduced and the working conditions of the analyzer
were analyzed. The resulting measurement data in the laboratory show that the analyzer can be used for full-scale measurements of
hydrogen, the carbon dioxide and other gases. The analyzer system is small in size, high in accuracy and able to adapt to long-term
work, thus providing the basis for the development of new products
Key words: micro-fow thermal conductivity; temperature control signal conditioning; full-seale measurements
0引言
(1)粗脱水处理。在使用过程中,检测气体中若含有水分,
设计的气体分析仪以热导传感器为基础,检测样品气体的会腐蚀微流传感器的管道,影响使用寿命,存在安全隐患,故使
组分含量。图1为仪器的组成示意框图。样品气体经过预处理用干燥剂进行气体脱水处理。
后送人微流传感器中,传感器变化的电压信号经调理电路送
2)除杂质处理。待测气体中通常混有少量的杂质气体,
单片机转换为数字信号并进行数据处理,同时单片机控制传感由于热导分析仪以热导系数为基准点,混入杂质气体的热导系
器的外部温控电路,以确保传感器测量时温度恒定。最终将处数与检测气体的不同,影响测量结果的准确性,故采用脱氧剂、
理好的数据通过界面进行显示,仪器配有键盘,实现人机对话,脱氯剂等配以催化剂,进行杂质气体的处理。
改变操作参数,适应用户对不同组分和不同组分含量的分析检
(3)细脱水和细除杂处理。再次使用脱水和除杂方法,确
测要求。分析仪具有灵敏度高,响应快,精度高,长期稳定的特保待测气体中不含有杂质气体和水分。
性。由于分析仪体积小,便于携带,适于现场取样和工业在线检
(4)样品流量的恒定与调节。在工业生产中,当送入在线
测
分析仪的待测气体流量不恒定时,往往影响传感器的正常检
测。因此在仪器上设计了样品气体的流量调节和稳定环节。
气体排空
预处理」十微流传感器电有,〉调理电圖
同时在检测回路设计上采取措施,以减小分析流量微小变化对
于检测精度的影响。
2检测原理与传感器选择
样品气体
外部抱电〈mA单片机据处电)晨与a
2.1检测原理
由多种气体组成的混合气体,且彼此无化学反应,其热导
图1分析仪似器流程
系数约为各个组分热导系数的算术平均值,即
入=A1C1+入2C
样品流路的设计
式中:为混合气体的热导系数;A:为各组分的热导系数,C:为
用于工业装置中的流程气体受运行环境影响,往往含有颗各组分的体积含量。
粒,水份等杂质。必须经过预处理后才能送入微流传感器。所
当混合气体中的某一种气体的含量发生变化时,混合气体
设计预处理模块的主要包括如下功能:
的热导系数必然变化。当待测气体为单一组分气体,且背景气
体为氮气时,其热导系数分别为A1,A2,气体分数为C1,C2,由
收稿日期:2013-10-30收修改稿日期:2013-11-26
上式得,该待测气体的热导系数为