Газоанализатор — что это такое?
Газоанализатор (анализатор газов, газовый детектор, газосигнализатор) (англ. gas detector, gas analyzer, gas monitor) – контрольно-измерительное устройство, предназначенное для измерения состава и количества концентраций одного измеряемого газа или группы измеряемых газов и паров в газовоздушной смеси.
В газоанализаторах на чувствительный элемент (ячейку, сенсор) подаётся газовая смесь. Многокомпонентные переносные газоанализаторы объединяют несколько сенсоров на разные газы, размещённых в одном корпусе. Стационарные приборы могут иметь несколько выносных блоков датчиков на определённые компоненты.
Часто анализаторами газов называют не только средства измерений, но такие приборы, как течеискатели, индикаторы и сигнализаторы.
Существуют 2 вида газоанализаторов зависимости от исполнения: ручные и автоматические. Вариантом ручного газоанализатора является абсорбционная модель, в которой применяется технология поглощения газовой среды реагентами. Автоматические анализаторы газов, как правило, работают по технологии построения физико-химической либо физической характеристики одного газового компонента или всей газовой смеси.
На сегодня самыми распространёнными являются автоматические газоанализаторы.В зависимости от принципа работы они могут делиться на три основных группы:
1. Газоанализаторы, принцип измерения которых базируется на физических методах анализа, содержащих вспомогательные химические реакции. При помощи данных приборов можно измерить объём или давление газовоздушной смеси в результате химических реакций её составляющих компонентов. 2.
- Фотоколориметрические газоанализаторы контролируют изменение цвета конкретных газов и паров, при их взаимодействии с контролируемым компонентом газовоздушной смеси.
- С помощью электрохимических газоанализаторов определяют массовую концентрацию газа в смеси по показателям электрической проводимости электролита, который поглотил этот газ.
- Термохимические приборы газового анализа выполняют измерение теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) определённого газового компонента.
3. Газоанализаторы, выполняющие измерения на чисто физических методах анализа (оптические, термокондуктометрические, термомагнитные, и др.).
- Оптические осуществляют измерение оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовоздушной смеси.
- Термокондуктометрические выполняют измерение теплопроводности газов.
- Основным назначением термомагнитных газоанализаторов является осуществление функции измерения концентрации кислорода со значительной магнитной восприимчивостью.
Производителями газоанализаторов в настоящее время применяются практически все из указанных методов газового анализа, но наибольшее распространение получили электрохимические приборы, как наиболее дешёвые, универсальные и простые. Минусы данного метода: невысокая избирательность и точность измерения; небольшой срок службы (до 3 – 4 лет) газочувствительных датчиков, подверженных влиянию агрессивных сред и высоких концентраций.
Все существующие на данный момент газоаналитические устройства классифицируются, исходя из конструктивных и технологических деталей:
— по количеству каналов измерения (точек контроля) (одноканальные и многоканальные); — по количеству контролируемых газов (однокомпонентные и многокомпонентные); — по конструктивному исполнению (индивидуальные, стационарные, переносные); — по функциональным возможностям (течеискатели, газоанализаторы, индикаторы, сигнализаторы); — по назначению (для мониторинга воздуха рабочей зоны, для анализа промвыбросов, для контроля техпроцессов, для контроля выхлопных газов автомобилей на дизельном и бензиновом двигателях, для экологического мониторинга).
Газоанализаторы электрохимические
Электрохимические газоанализаторы. Приборы этого типа основаны на изменении электропроводности поглотительных растворов при поглощении анализируемого компонента газовой смеси. На этом принципе работают приборы для определения окиси и двуокиси углерода, сернистого ангидрида, аммиака, хлористого водорода и др.[ …]
Газоанализатор оксидов азота, работающий на электрохимическом принципе, позволяет определить N0 и N02 с Сн на уровне 1 мг/м3 в присутствии аммиака, диоксида углерода, паров воды и некоторых ЛОС (нитросоединений и аминов). Однако эта методика менее чувствительна, чем хемилюминесцен-тное определение оксидов азота (Сн равен 0,1 мг/м3, см. главы I и III) [6].[ …]
Электрохимические газоанализаторы нашли широкое применение для определения в газовых смесях кислорода, следов водяных паров и микроколичеств сернистых и сероорганических соединений.[ …]
Электрохимические датчики (автоматические газоанализаторы) на основе ИСЭ могут непрерывно (в системе мониторинга) контролировать изменение содержания сероводорода в атмосферном воздухе (например, в непосредственной близости от газоперерабатывающего комплекса) и подавать сигнал тревоги в случае опасного превышения концентрации этого токсичного газа.[ …]
Электрохимические газоанализаторы обладают низкой избирательностью (влияют неизмеряемые компоненты, в частности, оксиды азота и др.), малым быстродействием (до 5 мин), большой погрешностью (до 50% в начале шкалы), а периодическая замена ячейки с последующей калибровкой прибора усложняет их эксплуатацию.[ …]
Электрохимические газоанализаторы. Из электрохимических методов анализа для создания автоматических газоанализаторов наиболее широко используют кулонометрический и кондуктометри-ческий методы.[ …]
Газоанализатор состоит из газового и измерительного блоков. Блоки установлены в одном корпусе. В газовом блоке размещены элементы газоподготовки и электрохимическая ячейка. В измерительном блоке расположена электронная схема, с помощью которой обеспечивается потенциостатический режим электрохимической ячейки и измерение тока электрохимического окисления оксида углерода. В газовом блоке установлены фильтр воздуха, химический фильтр, электрохимическая ячейка, побудитель расхода газа и увлажнитель. В измерительном блоке установлены блоки питания, потенциостат, отсчетное устройство и трансформатор.[ …]
Газоанализатор «Палладий-МП 1» предназначен для измерения содержания оксида углерода в воздухе рабочей зоны и представляет собой автоматический электрохимический непрерывного действия переносной показывающий и сигнализирующий (со звуковой и световой сигнализацией) прибор. Принцип действия газоанализатора основан на методе потенциостатической амперо-метрии, заключающемся в измерении тока электрохимического окисления оксида углерода на рабочем электроде ячейки. При окислении углерода на рабочем электроде ячейки, находящемся при заданном потенциале, протекает реакция окисления кислородом оксида углерода до диоксида углерода. Электрод сравнения в реакции не участвует, имеет постоянный потенциал в растворе электролита и служит в качестве точки отсчета при задании потенциала рабочего электрода. Газоанализатор имеет взрывозащищенное исполнение и является восстанавливаемым однофункциональным прибором. Питание газоанализатора осуществляется от встроенного источника питания (батарея типа «Корунд»). Достоинствами прибора являются малые масса (не более 0,3 кг) и габариты (70X125X28 мм), широкий диапазон измеряемых концентраций оксида углерода (0—200 мг/м3) и возможность работы в широком интервале температур окружающей среды (от —10 до 50 °С).[ …]
На смену электрохимическим газоанализаторам, предназначенным для определения концентрации оксида серы (IV) в атмосферном воздухе, пришли приборы, реализующие пламен-но-фотометрический метод.[ …]
Из других электрохимических газоанализаторов воздуха следует упомянуть «Миндаль», предназначенный для обнаружения в воздухе чрезвычайно токсичных паров HCN (синильная кислота имеет запах миндаля). Этот прибор контролирует содержания HCN в воздухе рабочей зоны в интервале 0—1,5 мг/м3 с погрешностью ±10%.[ …]
Сравнивая электрохимические и оптико-акустические газоанализаторы для определения окиси углерода в атмосфере, можно сделать вывод, что благодаря устойчивости к вибрациям, компактности и высокой чувствительности приборы первого типа могут быть особенно полезны в переносном или транспортируемом варианте для обследования больших территорий, проведения под-факельных наблюдений и других работ, требующих перемещения прибора. В свою очередь оптико-акустические газоанализаторы, как более селективные и точные, предпочтительнее для измерений в одной точке.[ …]
В последние годы электрохимические методы несколько утратили свое былое значение для определения атмосферных загрязнений. Это обусловлено прежде всего тем, что получили развитие такие физико-химические методы, как газовая хроматография, атомно-абсорбционная и плазменная эмиссионная спектроскопия, хромато-масс-спектрометрия, нейтронный активационный метод анализа, высокоэффективная жидкостная хроматография, хемилюминесцентные и флуоресцентные методы, и т. д. Меньшая чувствительность, а иногда и селективность, сложность идентификации определяемых соединений в смесях, значительное мешающее влияние примесей ограничивают применение электрохимических методов исследователями, изучающими загрязнения атмосферного воздуха. Вместе с тем технические достижения, сравнительная дешевизна и простота приборов, удобство их эксплуатации позволяют успешно применять электрохимические методы на практике. Особенно широкое применение электрохимические методы нашли при систематическом контроле состояния атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны в лабораториях АЭС, в заводских лабораториях и лабораториях сети наблюдения и контроля загрязнений природной среды Государственного комитета СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды. С целью автоматизации процессов измерения созданы различные газоанализаторы с электрохимическим детектированием. Перспективным становится создание аналитических приборов, сочетающих предварительное разделение сложных химических смесей и последующее электрохимическое детектирование индивидуальных соединений.[ …]
Основные элементы газоанализатора типа «Атмосфера» — датчик, блок питания, блок зарядный, самопишущий потенциометр, самопишущий милливольтметр, преобразователь. Датчик газоанализатора выполнен в виде переносного блока, состоящего из двух съемных узлов — измерительного устройства и усилителя, которые крепятся к лицевой панели. В измерительном устройстве смонтирована пневматическая схема, а в узле усилителя — электрическая. Технические характеристики выпускаемых в нашей стране электрохимических газоанализаторов типа «Атмосфера», ГКП-1, «Миндаль» и «Палладий-М» приведены в табл. 8.2.[ …]
Кулонометрические газоанализаторы являются наиболее эффективными из всех газоанализаторов, работающих на электрохимическом принципе, и позволяют определять в воздухе такие ингредиенты, как S02, HCl, CI2, HF, О3, HCN. В зависимости от конструкции электрохимической ячейки, электронной схемы и состава поглотительного раствора предел обнаружения по диоксиду серы колеблется от 10 до 100 мкг/м3 [558]. При этом, используя селективные ловушки при отборе проб воздуха, можно снизить мешающее влияние 03, NO2, H2S и С12.[ …]
Не менее перспективен электрохимический метод для создания автоматических газоанализаторов, так как при этом обеспечивается определение большого количества компонентов (оксиды серы, углерода, азота, сероводород и др.) на единой аппаратной основе и не требуется наличия конвертора, как во флуоресцентных газоанализаторах.[ …]
Родственным ему является газоанализатор «Атмосфера-11М», предназначенный для определения в тех же средах токсичных и сильных окислителей — озона и хлора в интервале содержаний 0—1 мг/м3 с погрешностью ±20%. В основе действия газоанализатора лежит реакция озона и хлора с бромидом натрия с образованием брома, который затем количественно элек-тровосстанавливается на измерительном электроде. Возникающий при этом электрический ток является мерой концентрации озона или хлора, причем электрохимическая ячейка работает в режиме гальванического элемента.[ …]
Определенным достижением в электрохимическом приборостроении с использованием кулонометрического и полярографического методов является разработка базовой конструкции электролитической ячейки, работающей в гальваническом режиме. В настоящее время все отечественные электрохимические газоанализаторы для анализа атмосферы работают в гальваническом режиме, при котором ячейка не требует внешнего питающего напряжения благодаря установке между измерительным и вспомогательным электродами ионообменной мембраны. Другой важный момент — работа ячейки с непроточным электролитом. Такая конструкция ячейки оказалась возможной [137] благодаря тому, что при электрохимическом определении веществ происходит непрерывная регенерация реактивного раствора.[ …]
Для периодической калибровки газоанализатора в нем предусмотрен внутренний эталонный генератор озона 5, представляющий собой ртутную лампу, которая при определенных токе питания, температуре и расходе чистого воздуха генерирует 0,13—0,16 мг/м3 озона. Контроль концентрации генерируемого озона осуществляется электрохимическим способом.[ …]
Благодаря перечисленным факторам электрохимический метод газового анализа практически не имеет конкуренции при создании переносных приборов, а также газоанализаторов для оснащения передвижных лабораторий, эксплуатируемых в условиях ограничения мощности питания.[ …]
Эго объясняется сравнительной простотой электрохимических газоанализаторов, их низкой чувствительностью к механическим воздействиям, малыми габаритами и массой, незначительным электропотреблением.[ …]
В табл. 19 приведены характеристики некоторых электрохимических газоанализаторов.[ …]
Установка (рис. Принцип действия установки основан на дозировании микроколичеств Б02 или Н25 в поток воздуха и последующем непрерывном автоматическом анализе поверочной смеси с помощью электролитической ячейки, работающей в кулонометрическом режиме. Поскольку в такой ячейке химические и электрохимические реакции протекают количественно, то концентрацию БОг или Н25 (сжигаемого в специальной печи до Б02) можно рассчитать по току ячейки на основании закона Фарадея.[ …]
Для анализа газовых смесей применяют электрические газоанализаторы, действие которых основано на изменении какого-либо электрического свойства газа или жидкости, с которой газ прореагировал. В качестве показателей, характеризующих содержание измеряемого компонента, используют различный уровень ионизации отдельных газов под действием одного и того же ионизатора (ионизационные газоанализаторы), или изменение вольт-амперной характеристики элемента в зависимости от концентрации определяемого газа (электрохимические газоанализаторы), или изменение удельной электрической проводимости раствора смеси электролитов от концентрации соединений, образующихся при взаимодействии определяемого газового компонента с находящимся в избытке раствором определенного электролита (электрокондуктометрические газоанализаторы).[ …]
Таким образом, наиболее перспективным принципом для электрохимических газоанализаторов окиси углерода в атмосферном воздухе в настоящее время является непосредственное окисление ее на электродах из благородных металлов. Особенно интересны металлизированные мембранные электроды благодаря сравнительно небольшому расходу драгоценного металла и простоте конструкции.[ …]
На принципе потенциометрической кулонометрии основана работа газоанализатора «Атмосфера-1М», предназначенного для определения содержания диоксида серы и сероводорода в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны промышленных предприятий. При определении ¡50г используют его реакцию с йодом, приводящую к образованию йодоводорода, который затем электроокисляется на измерительном электроде электрохимической ячейки. Электрический ток является мерой концентрации определяемого компонента.[ …]
Рассчитанную концентрацию сравнивают с показаниями проверяемого газоанализатора. Они не должны быть ниже значения, определенного по химическому методу. В противном случае электрохимическая ячейка подлежит перезарядке. Перед проверкой дозатор должен по крайней мере 5—6 ч проработать вхолостую (т. е. при непрерывном пропускании воздуха).[ …]
Следующим этапом в развитии методов автоматического контроля явились электрохимические методы. Известны кулонометрические газоанализаторы для определения РТО2 в воздухе, основанные на непрерывном поглощении последнего непосредственно в электролит, содержащий иодиды (бромиды) металлов [107—109].[ …]
При непрерывной работе ГКП-1 иногда может уменьшиться чувствительность электрохимической ячейки, и прибор будет давать заниженные показания. Для проверки исправности газоанализатора используется дозатор сернистого газа, позволяющий сравнить показания проверяемого газоанализатора с контрольным прибором или с результатами химического определения.[ …]
За рубежом ведущие приборостроительные фирмы разрабатывают и выпускают газоанализаторы, сигнализаторы и системы газового анализа различных типов для контроля содержания химических веществ в воздухе [33, 336—338]. В основу работы таких приборов положены традиционные физико-химические методы: оптические, электрохимические, термохимические и ионизационные. Для контроля вредных веществ в воздухе и промышленных выбросах используют в основном инфракрасный, ультрафиолетовый, флуоресцентный и хемилюминесцентный методы. Электрохимические методы в основном используют для создания переносных приборов и индивидуальных дозиметров.[ …]
В настоящее время на основе устройства В. 3. Альперина разработан серийный электрохимический газоанализатор «Атмосфера II» — автоматический промышленный переносный показывающий прибор периодического действия, предназначенный для определения содержания озона и хлора в атмосфере. Он имеет два диапазона измерения озона 0 … 0,1 и 0 . . . 0,5 мг м 3, класс точности 20, время начала реагирования не более 1 мин, а время переходного процесса в ячейке 7 мин [69].[ …]
Для анализа атмосферного воздуха на окись азота фирмой «Бекман» разработан электрохимический газоанализатор [33], действие которого основано на окислении окиси азота озоном с последующим определением образующейся двуокиси. Последняя определяется по известной реакции с иодидом с образованием элементного иода, который затем восстанавливается на платиновом рабочем электроде. Угольный вспомогательный электрод обеспечивает работу ячейки в гальваническом режиме. В качестве электролита используется буферный раствор, содержащий иодид калия. Озон для окисления окиси азота получают с помощью УФ-генератора. В приборе предусмотрено устранение мешающего влияния озона, сернистого ангидрида, сероводорода, меркашга-пов, органических сульфидов, аммиака и двуокиси азота. Установка нуля осуществляется с помощью угольного фильтра. Прибор имеет три диапазона измерения определяемой концентрации N0: 0—0,26, 0—0,65 и 0—1,3 мг/м3. Погрешность измерения 5%.[ …]
Для анализа серусодержащих соединений в атмосферном воздухе в основном применяются электрохимические газоанализаторы, так как электрохимические методы обеспечивают необходимую чувствительность измерений и имеют простое аппаратурное оформление. Эти методы состоят в измерении соответствующих свойств электролита после его взаимодействия с определяемым газом, причем измерению подлежат такие свойства, как электропроводность (кондуктометрия), потенциал (потенциометрия), ток (полярография и кулонометрия).[ …]
В некоторых случаях определение газов или их оксидов осуществляют в автоматическом режиме. Газоанализаторы для определения оксидов азота, работающие на электрохимическом принципе, описаны в работах [558—560]. Определению оксидов азота N0 и 1М02 на уровне 1 мг/м3 не мешают примеси в воздухе аммиака, нитрометана, нитробензола, анилина, диоксида углерода и паров воды, однако эти газоанализаторы менее чувствительны по сравнению с хемилюминесцентными газоанализаторами, позволяющими определять оксиды азота на уровне 0,1 мг/м3. Анализатор паров аммиака [561] работает в непрерывном режиме при прокачивании 60 л/ч атмосферного воздуха через электрохимическую ячейку с двумя электродами из серебра и платины, разделенную пористым кварцевым цилиндром. Предел обнаружения паров аммиака — 0,15 мг/м3.[ …]
Газоаналитическая установка ГАУ-1 предназначена для аттестации смесей оксида углерода с воздухом в концентрациях от 0,3 до 400 мг/м1 , в частности для поверки газоанализаторов «Палладий-1» и «1 М» (воздух производственных помещений) и «Палладий-2М» (атмосферный воздух) [180]. Принцип действия установки основан на измерении тока электрохимического окисления оксида углерода на поляризованном гидрофобизи-рованном электроде. Окисление оксида углерода определяется чувствительностью электрода и концентрацией оксида углерода. Важным преимуществом метода, используемого в установке, является то, что по своей сущности он не нуждается в поверке другими средствами, поскольку в его основе лежит закон электролиза Фарадея. Кроме того, при работе на установке отсутствует проблема нуль-газа. Установка прошла государственную метрологическую аттестацию и широко используется для аттестации поверочных газовых смесей.[ …]
Контроль за содержанием оксида углерода в воздухе может быть осуществлен также с помощью хорошо зарекомендовавшего себя отечественного автоматического электрохимического прибора “Палладий”, завод-изготовитель ПО “Аналитприбор”. В зависимости от назначения и области применения выпускаются различные типы прибора. Так, газоанализатор “Палладий-МП1” предназначен для контроля воздуха рабочей зоны, работает в диапазоне 0-200 мг/м3; “Палладий – МД1” – воздуха производственных помещений, в диапазоне 0-40, 0-400 мг/м3; “Г1алладий-А”, “Палладий-3” могут быть использованы для контроля атмосферного воздуха жилой зоны при работе на диапазоне 0-20 мг/м3. Погрешность измерения указанных приборов находится в пределах 5-10%.[ …]
Перед началом испытаний была выполнена ревизия штатных приборов щита управления и схемы измерений, необходимой для контроля расходов, температур и давлений по топливному, газовоздушному и пароводяному трактам котла. Состав дымовых газов на содержание 02, СО, Ю2, ЙОх контролировался переносным автоматическим газоанализатором типа Теэ -ЗЗ (Германия) с электрохимическими датчиками. Доля рециркуляции дымовых газов определялась путем измерения аэродинамического сопротивления конвективной шахты.[ …]
В зависимости от температуры изменяются и электрическая проводимость воды, и диффузионные свойства веществ, в ней содержащихся. Поэтому температура существенно влияет на величину предельного диффузионного тока. Например, в датчиках приборов ЭГ-152-003, АКВА-Л и АКВА-С с повышением температуры на 1 °С, при прочих равных условиях, ток растет на 2,5—5,0%. Следовательно, одной из важных задач при конструировании или использовании электрохимических газоанализаторов на кислород является температурная компенсация.[ …]
Настоящая книга систематизирует современные методы (химические, физико-химические и физические), позволяющие контролировать содержание наиболее распространенных и вредных загрязнителей атмосферы. Книга написана ведущими советскими специалистами и состоит из двух основных частей. В первой части излагаются главным образом методы анализа наиболее распространенных газообразных примесей атмосферного воздуха. Вторая часть посвящена рассмотрению существующих газоанализаторов, их назначению и описанию принципов их действия. Описаны газоанализаторы универсального характера и электрохимические газоанализаторы специального назначения. Последние отличаются портативностью, простотой манипуляций, что позволяет легко осуществить их автоматизацию, непрерывность действия и обеспечивает длительность работы при одной заправке.[ …]
