Министерство образование, науки и спорта Украины

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

РЕФЕРАТ

На тему: Измерительный преобразователь концентрации кислорода.

.

Выполнил:

Ст. гр. МИВТ-09-1

Прудский Е.

Харьков 2012

РЕФЕРАТ

Объем отчета 14 страницы

Количество изображений 2 рисунков

Количество частей отчета 3

Количество таблиц  0

Количество источников 3

Объект исследование этой работы: объектом является Измерительный преобразователь концентрации кислорода. Газоанализаторы и их принцип действия, работы, классификация.

СОДЕРЖАНИЕ

Вступление .

1.     Принцип действия.

2.     Устройство преобразования концентрации кислорода.

3.     Портативный газоанализатор кислорода

Список литературы

Вступление

Кислоро́д — элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы), второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, сатомным номером 8. Обозначается символом O (лат. Oxygenium). Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород (CAS-номер: 7782-44-7) при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O₂), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета.

Существуют и другие аллотропные формы кислорода, например, озон (CAS-номер: 10028-15-6) — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода (формула O₃).

Кислород — самый распространённый на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47,4 % массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 88,8 % (по массе), в атмосфересодержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,12 % по массе. Более 1500 соединений земной коры в своём составе содержат кислород.

Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле — около 65 %.

Газоанализа́тор — измерительный прибор для определения качественного и количественного состава смесей газов. Различают газоанализаторы ручного действия и автоматические. Среди первых наиболее распространены абсорбционные газоанализаторы, в которых компоненты газовой смеси последовательно поглощаются различными реагентами. Автоматические газоанализаторы непрерывно измеряют какую-либо физическую или физико-химическую характеристику газовой смеси или её отдельных компонентов. По принципу действия автоматические газоанализаторы могут быть разделены на 3 группы:

1.   Приборы, основанные на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов, называемых объёмно-манометрическими или химическими, определяют изменение объёма или давления газовой смеси в результате химических реакций её отдельных компонентов.

2.   Приборы, основанные на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоколориметрические, хроматографические и др.). Термохимические, основанные на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) газа, применяют главным образом для определения концентраций горючих газов (например, опасных концентраций окиси углерода в воздухе). Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости раствора, поглотившего этот газ. Фотоколориметрические, основанные на изменении цвета определённых веществ при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси, применяют главным образом для измерения микроконцентраций токсичных примесей в газовых смесях — сероводорода, окислов азота и др. Хроматографические наиболее широко используют для анализа смесей газообразных углеводородов.

3.   Приборы, основанные на чисто физических методах анализа (термокондуктометрические, денсиметрические, магнитные, оптические и др.). Термокондуктометрические, основанные на измерении теплопроводности газов, позволяют анализировать двухкомпонентные смеси (или многокомпонентные при условии изменения концентрации только одного компонента). При помощи денсиметрических газоанализаторов, основанных на измерении плотности газовой смеси, определяют главным образом содержание углекислого газа, плотность которого в 1,5 раза превышает плотность чистого воздуха. Магнитные 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. При помощи ультрафиолетовых газоанализаторов определяют содержание в газовых смесях галогенов, паров ртути, некоторых органических соединений.

На данный момент наиболее распространены приборы из двух последних группы, а именно электрохимические и оптические газоанализаторы. Такие приборы способны обеспечить контроль концентрации газов в режиме реального времени. Все приборы газового анализа также могут быть классифицированы:

·         по функциональным возможностям (индикаторы, течеискатели, сигнализаторы, газоанализаторы);

·         по конструктивному исполнению (стационарные, переносные, портативные);

·         по количеству измеряемых компонентов (однокомпонентные и многокомпонентные);

·         по количеству каналов измерения (одноканальные и многоканальные);

·         по назначению (для обеспечения безопасности работ, для контроля технологических процессов, для контроля промышленных выбросов, для контроля выхлопных газов автомобилей, для экологического контроля).

Однако, существуют приборы, которые, благодаря своей уникальной конструкции и программному обеспечению, способны в реальном времени проводить анализ нескольких компонентов газовой смеси одновременно (многокомпонентные газоанализаторы), при этом записывая в память полученную информацию. Такие газоанализаторы незаменимы в промышленности, где необходимо непрерывно получать информацию о выбросах или контролировать технологический процесс в режиме реального времени. Анализ проводится также и для компонентов, которые ранее можно было определить лишь другими методами ([например, общая концентрация углеводородов (в Журнале «Analytical Chemistry» Американского Химического Общества)и др.) в коррозивных газах и других агрессивных средах. Такие приборы, взависимости от исполнения, применяются и в качестве систем непрерывного мониторинга газов в промышленности, и в качестве портативных приборов для исследований или экологического мониторинга. Современные газоанализаторы высокого класса, кроме надежности и удобства в работе, имеют множество дополнительных функций, например:

·         Измерение дифференциального давления газа

·         Определение скорости и объемного расхода газового потока

·         Определение расхода газа/дизтоплива

·         Встроенную память

·         Беспроводной интерфейс для передачи данных на ПК

·         Статистическая обработка результатов

·         Расчет массового выброса загрязняющих веществ

·         Экология и охрана окружающей среды: определение концентрации вредных веществ в воздухе;

·         В системах управления двигателями внутреннего сгорания (например, лямбда-зонд) и регулирования горения котлов теплоэлектростанций;

·         На химически опасных производствах;

·         При определении утечек в холодильном оборудовании (так называемые фреоновые течеискатели);

·         При определении негерметичности газового и вакуумного оборудования (обычно используются гелиевые течеискатели);

·         На взрывоопасных и пожароопасных производствах для определения содержания горючих газов в процентах от НКПР;

·         В дайвинге для определения состава газовой смеси в баллонах для погружений;

·         В подвалах, колодцах, приямках перед проведением огневых работ.

1.     Принцип действия.

Принцип действия газоанализатора основан на линейно-колориметрическом методе - измерении длины окрашенного столбика в процессе просасывания через индикаторную трубку исследуемого воздуха. Подробное описание устройства прибора и техники проведения анализа дается в инструкции, приложенной к прибору.

Газоанализаторы представляют собой специальное оборудование, служащее для точного измерения количественного и качественного состава газов. Исходя из общего предназначения и принципу эксплуатации, газоанализаторы бывают автоматическими и ручными. Одним из самых распространенных видов ручного оборудования являются абсорбционные газоанализаторы. Принцип их действия сводится к тому, что компоненты газовой смеси в определенной последовательности поглощаются специальными реагентами. Стационарные газоанализаторы автоматического принципа действия осуществляют измерения на постоянной основе без перерыва. Они четко фиксируют все физико-химические характеристики измеряемой газовой смеси. При этом они позволяют добиться максимально точных результатов измерений при работе не только с веществом, но и с отдельными компонентами газов. 

Газоанализаторы метана бывают множества наименований и разновидностей исходя из принципа своего действия. Часть из них основываются на физических методах измерения, которые включают в себя использование вспомогательных химических реакций. Такое оборудование называют объёмно-манометрическим. Такие газоанализаторы метана позволяют максимально точно фиксировать любые изменения давления и объема, которые происходят в данной среде. Они четко фиксируют все реакции, которые осуществляют отдельные компоненты газовой смеси. 

Другие стационарные газоанализаторы основываются на физических принципах и методах анализа измерения среды. Они включают в себя дополнительные хроматографические, термохимические, фотоколориметрические и электрохимические процессы в зависимости от сферы применения и характера эксплуатации. Принцип действия их также разнится. Так, термохимические газоанализаторы основываются на измерениях уровня тепла во время горения газа. Чаще всего такое оборудование используется в тех случаях, когда необходимо измерить окись водорода в воздухе в случае подозрений на взрывоопасный уровень его концентрации. В основном такая работа ведется с горючими газами, и термохимические газоанализаторы в этом сильно помогают.

Также многие стационарные газоанализаторы базируются на сугубо физических методах исследования. К этой же категории устройств можно отнести те газоанализаторы, которые работают с помощью оптических и магнитных методов измерения.

Содержание компонентов в отработавших газах бензиновых двигателей определяется с помощью газоанализаторов, работающих на основе использования инфракрасного излучения. В таких газоанализаторах анализ содержания оксида, диоксида и углеводородов производится с помощью недисперсионных инфракрасных лучей. Физический смысл процесса заключается в том, что эти газы поглощают инфракрасные лучи с определенной длиной волны. Так, например, оксид углерода поглощает инфракрасные лучи с длиной волны 4,7 мкм, углеводороды - 3,4, а диоксид углерода - 4,25 мкм. Следовательно, с помощью детектора, чувствительного к инфракрасным лучам с определенной длиной волны, определяется степень их поглощения при прохождении анализируемой пробы, в результате чего становится возможным установление концентрации того или иного компонента.

Отработавшие газы с помощью мембранного насоса через газозаборный зонд поступают в отделитель конденсата, где оседает вода. Затем в фильтрах происходит очистка отработавших газов от твердых примесей, после чего газы поступают в измерительную камеру. Сравнительная камера заполнена инертным газом и закрыта. Источником инфракрасного излучения являются нихромные нагреватели, которые нагреваются до температуры около 700 °С. Отражаясь от параболических зеркал, поток инфракрасного излучения, периодически прерываемый обтюратором, приводимым во вращение от синхронного электродвигателя, проходит через рабочую и сравнительную камеры.

Обтюратор необходим для обеспечения ритмичного прерывания инфракрасного излучения рабочей и сравнительной камер. В рабочей камере происходит поглощение инфракрасного излучения определенного компонента отработавших газов в зависимости от его концентрации. В сравнительной же камере этого не происходит, и возникает разница температур и давлений в обеих камерах. Вследствие этого изменяется емкость мембранного конденсатора, расположенного между камерами лучеприемника. Сигнал с конденсатора подается на усилитель и далее на регистрирующий прибор. По такому принципу работают газоанализаторы типа ГИАМ 27-01, ЕТТ фирмы "Бош" и др.

    

2.     Устройство преобразования концентрации кислорода.

Газоанализаторы и течеискатели стационарные и портативные СО, СО2, метана - приборы газового контроля

Приборы, представленные в данном разделе каталога (такие как переносные газоанализаторы метана, течеискатель и другие), широко используются в коммунальном хозяйстве, нефтяной и газовой промышленности, при проведении лабораторных исследований и экологического контроля, а также во многих других отраслях промышленности для определения качественного и количественного состава смесей газов, контроля концентрации газов.

Все портативные и переносные газоанализаторы сертифицированы производителями в Российской Федерации, соответствуют ГОСТ и занесены в Госреестр средств измерений РФ. Все производители газоанализаторов предоставляют гарантию на свою продукцию.

Газоанализаторы, приборы, обеспечивающие контроль загазованности, необходимы для безопасной эксплуатации оборудования, работающего на природном газе, жидком топливе и других видах топлива, способных образовывать взрывоопасные смеси с кислородом. Эти приборы, производство которых ведется уже многие годы, своевременно оповестят Вас о том, что концентрация взрывоопасных смесей достигла установленного максимума и появилась угроза взрыва.

Большое количество предлагаемых переносных модификаций как отечественного, так и зарубежного производства позволит подобрать прибор газового контроля, подходящий под Ваши конкретные задачи.

Контролируемые газы:

Кислород (О₂₎, озон (О₃), водород (Н₂), угарный газ (СО), углекислый газ (СО₂), сероводород (Н₂S), диоксид серы (SO₂), хлор (Cl₂), аммиак (NH₃), фтор (F₂), фтористый водород (HF), озон (O₃), диоксид азота (NO₂), метан (CH₄), пропан (C₃H₈), водород (H₂), гексан (C₆H₁₄₎, пары углеводородов нефти и нефтепродуктов, органические растворители (сольвент, уайт-спирит, ацетон и пр.), хлоралкены (винилхлорид, три- и тетрахлорэтилен), спирты (кроме метанола), альдегиды (кроме формальдегида) и кетоны, сложные эфиры, этиленоксид и другие.

Переносные газоанализаторы (течеискатели). Области применения:

·         Оценка пригодности воздуха для дыхания при работе персонала в замкнутых пространствах, подземных коммуникациях (колодцах, коллекторах), хранилищах;

·         Переносные газоанализаторы служат для контроля утечек в местах хранения опасных газов, при их транспортировке, в районе трубопроводов и т.п.;

·         Работы по ремонту и очистке цистерн и нефтяных ёмкостей;

·         При изготовлении стеклопакетов;

·         Также переносные газоанализаторы (портативные) применяются при лабораторном анализе качества упаковки продуктов питания (остаточное содержание кислорода);

Стационарные газоанализаторы (течеискатели). Области применения:

·         В медицине, при контроле концентрации газов (например, кислорода и углекислого газа) в барокамерах и барозалах;

·         Помещения котельных (контроль содержания угарного, углекислого газа и метана);

·         Нефтехранилища и нефтебазы;

·         Канализационные насосные станции;

·         Аммиачные холодильные установки;

·         Гаражные комплексы и крытые автостоянки (контроль содержания угарного газа);

·         Сельское хозяйство (например, контроль содержания углекислого газа в инкубаторах, оранжереях, птичниках и теплицах);

·         Кроме того, течеискатель используется в химической промышленности (хранилища хлора, аммиака и других опасных газов, лабораторные исследования).

3.     Портативный газоанализатор кислорода

Портативный газоанализатор кислорода ПКГ-4-К

Газоанализатор кислорода ПКГ-4-К предназначен для контроля концентрации кислорода в помещениях и вне их. Области применения: экологический мониторинг, контроль микроклимата, медицина. Газоанализатор кислорода ПКГ-4-К выполняется в пластмассовом корпусе. В качестве чувствительного элемента используется электрохимический датчик концентрации кислорода, напряжение на выходе которого пропорционально концентрации кислорода. 

Достоинства:

• селективность измерений;
• возможность измерений в подвижных и неподвижных газовых средах;
• малое время готовности прибора после включения;
• возможность установки двух порогов звуковой и световой сигнализации (верхний и нижний);

Газоанализатор кислорода ПКГ-4-К имеет следующие модификации: 

• ПКГ-4-К-В – со встроенным датчиком;
• ПКГ-4-К-Н – с выносным датчиком (либо в пластмассовом, либо в металлическом корпусе);
• ПКГ-4-К-Н-П – с выносным зондом в металлическом корпусе в виде проточной камеры;
• ПКГ-4-К-К – с встроенным датчиком, с компрессором.

Технические характеристики: 

Забор пробы	конвекционный
Диапазон измеряемых концентраций, об. %	0 .. 30 (100*)
Абсолютная погрешность измерения О2 при температуре 20°С, %	± 0,4 (±1*)
Количество порогов сигнализации	2
Виды сигнализации	звуковой +индикаторный
Дискретность показаний, об. %	0,1
Срок службы датчика О2 со дня выпуска, не менее	5 лет
Время ?90 при 20°С не более, с	20
Время непрерывной работы от элементов группы Alkaline, не менее	1 год
Расстояние от прибора до выносного зонда не более, м	10
Климатические условия применения прибора:   температура окружающего воздуха, °С    атмосферное давление,    относительная влажность воздуха, % (без конденсации влаги)	+10 - +45 от 630 - 800 мм рт.ст. 98
Питание прибора Батарея LR03 (ААА)	3 В
Вес прибора, г, не более	200
Количество точек накопления статистики	2340
Габаритные размеры измерительного блока, мм	142x68x25
Связь с компьютером	RS 232

Реализована возможность работы газоанализатора с компьютером по интерфейсу RS 232. По желанию Заказчика вместе с прибором может поставляться комплект ПО для работы в комплексе с ПЭВМ типа IBM PC под Windows. 

Газоанализатор кислорода ПКГ-4-К зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений и допущен к применению в Российской Федерации в качестве измерительного средства.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Павленко В.А. Название: Газоанализаторы Год издания: 1965

2.    ГОСТ 13320-81 Газоанализаторы промышленные автоматические. Общие технические условия.

3.    Электронный источник http://www.eksis.ru/katalog-produktsii/2570.html