Пламеннно-ионизационные газоанализаторы. 
Технические измерения и приборы

Действие ионизационных газоанализаторов основано на зависимости электрической проводимости ионизированных газов от их состава. Появление в газе примесей оказывает дополнительное воздействие на образование ионов или на их подвижность и, следовательно, рекомбинацию (от ре… и позднелаг. combinatio — соединение). Возникающее мри этом изменение УЭП пропорционально содержанию примесей.

Все ионизационные газоанализаторы содержат проточную ионизационную камеру, на электроды которой налагают определённую разность потенциалов. Эти приборы широко применяют для контроля микропримесей в воздухе, а также в качестве детекторов в газовых хроматографах. К наиболее распространённым ионизационным газоанализаторам относят пламенноионизационный, аэрозольно-ионизационный, к менее распространённым — на основе сечения ионизации, электронозахватные, фотоионизационные и др.

Пламенно-ионизационный метод анализа применяют как для контроля взрывоопасности газовых смесей, так и для определения суммарного содержания углеводородов на уровне токсических концентраций (10−10 ⁵ — 1%).

Принцип действия пламенно-ионизационных газоанализаторов основан на явлении ионизации органических веществ в водородном пламени (см. п. 8.4). При горении чистого водорода почти не образуется ионов, поэтому его УЭП чрезвычайно низка. При появлении в пламени органических веществ происходит их ионизация и УЭП пламени резко возрастает.

Пламенно-ионизационный преобразователь представляет собой горелку, помещённую в электрическое поле.

Одним из измерительных электродов является горелка /, на которую от источника ЭДС подаётся постоянное напряжение 60 — 300 В, а вторым — тонкостенный цилиндр (коллектор) 2, соосный с горелкой 1. Горелку делают из нержавеющей стали, гитана, а коллектор — из благородного металла (платина, золото, титан). В камеру 3 наряду с водородом и контролируемой газовой смесыо поступает также воздух для поддержания горения и предотвращения конденсации воды, являющейся продуктом сгорания водорода. Появление тока обусловлено разрядом на электродах положительных и отрицательных носителей заряда, образовавшихся в ходе реакции. Ионизационный ток (510 ^х — 5−10"' А) усиливается усилителем 4 (рис. 10.17).

Рис. 10.17. Пламенно-ионизационный преобразователь:

• 1 — горелка; 2 — коллектор; 5 — ионизационная камера;
• 4 — усилитель; 5 — вторичный прибор

Универсальность пламенно-ионизационного преобразователя при контроле довзрывных концентраций обусловлена тем, что его чувствительность пропорциональна теплоте условной реакции типа C_xH_y0₂Cl_z + F_VN_W —+ хС0₂ + ———- Н₂ + zHCl +.

w

+ vHF + — N₂. Теплота этой реакции меньше теплоты сгорания, причем разность соответствует теплоте образования одного из продуктов сгорания — воды. Для большей части органических веществ теплота условной реакции пропорциональна теплоте сгорания и, следовательно, чувствительность прибора связана с нижним пределом воспламенения (НПВ).

Для небольшого количества простейших органических веществ (НСНО, НСООН), а также для ряда практически важных неорганических горючих веществ (Н₂, NH3, H₂S, СО) чувствительность прибора равна нулю. Для контроля довзрывиых концентраций этих веществ пламенно-ионизационный метод не применяют.

Быстродействие пламенно-ионизационных газоанализаторов определяется временем прохождения контролируемого газа по коммуникациям.

Пламенно-ионизационный газоанализатор (рис. 10.18) предназначен для измерения суммарного содержания углеводородов в выбросах промышленных предприятий и выхлопных газах поршневых и газотурбинных установок. Он имеет диапазон измерений 0 — 50, 0 — 100, 0 — 200, 0 — 500, 0 — 1.000, 0 — 2.000, 0 — 5.000, 0 — 10.000 мг/м³, предел допускаемой приведённой погрешности — 20% от верхнего предела диапазона. Температура анализируемой смеси на входе газоанализатора до 199 °C, содержание влаги до 100 г/м³. Время установления показаний составляет не более 5 секунд.

Рис. 10.18. Пламенно-ионизационный газоанализатор.