Расчет измерительной схемы термокондуктометрического газоанализатора

Министерство общего и профессионального

образования

Российской Федерации

Московский энергетический институт

филиал в г. Смоленске

кафедра ПТЭ

Типовой расчет

Расчет измерительной схемы газоанализатора.

Преподаватель: Бодин Н.Л.

Студент: Андреев В.А.

Вариант: 1

Группа: ЭО-00

Смоленск

2002

Типовой расчет

1.Задание к расчету: Анализ содержания углекислого газа СО в продуктах горения осуществляется термокондуктометрическим газоанализатором.

Измерительная схема газоанализатора представляет собой неуравновешенный мост, образованный четырьмя чувствительными элементами из платиновой проволоки с сопротивлением при 0 С . Зависимость сопротивления от температуры имеет вид , где =0.00392( ). Мост питается стабилизированным током I ,мА, при этом температура элементов и (рис.1), находящихся в азоте, равна 80С. Разность потенциалов в измерительной диагонали моста измеряется милливольтметром с бесконечно большим входным сопротивлением. Внутренний диаметр измерительной камеры ; диаметр чувствительного элемента, расположенного по оси камеры, d, мм, его длина l, равна 20 мм, температура стенок камеры .

Значения параметров , I, d, смотри в исходных данных.

Схема моста.

ИП - измерительный прибор (милливольтметр постоянного тока)

- стабилизированное напряжение питания

Газоанализатор градуируется по синтетической смеси CO2+N2, в которой концентрация СО2+Сi соответствует заданному значению диапазона шкалы.

Предполагается, что количество теплоты, передаваемой от чувствительного элемента к стенке камеры, одинаково при любой газовой смеси и, что передача теплоты осуществляется только за счет теплопроводности, а температура стенок постоянна и равна. . Теплопроводность газов определяется при температуре .

Установка нуля газоанализатора осуществляется при заполнении измерительной камеры воздухом, при этом температура чувствительного элемента , .

Задачи расчета.

1.Рассчитать напряжение на измерительной диагонали моста при концинтрациях СО :

Сi=0; 0,2 ; 0,4 ; 0,6 ; 0,8 ; 1 .

В составе синтетической градуировочной смеси ( - верхнее значение диапазона концентрации).

2. Рассчитать множитель К1 коррекции показаний ИП при измерении в продуктах сгорания, состав которых задан в таблице1. К1 рассчитать для = и для =0,5

3. Для тех же точек шкалы рассчитать множитель коррекции ИП К2 при условии полного сжигания водорода в контролируемой смеси газов. При этом на величину исходной концентрации водорода увеличивается количество паров воды.

4. Выполнить в одних координатах графики по п.п.1;2;3.

5. Исходные данные:

Таблица 1.

, Oм

I, мA d, мм

4 180 0,025

Диап.Ссо2 Сн2о, % Со2, % СN2, % Сн2, %

0-10 20 2,5 67 0,5

Расчетная часть.

1.Необходимо установить связь между содержанием СО и напряжением в измерительной диагонали моста. Количество теплоты, передаваемой в единицу времени от чувствительного элемента к стенке камеры за счет теплопроводности, определяется выражением.

где - температура нити чувствительного элемента,

*- теплопроводность газовой смеси при .

Такое же количество теплоты выделяется в чувствительном элементе :

Таким образом, температура нити будет определяться выражением:

Изменение сопротивления проводника при изменении теплопроводности смеси от * до (l + *):

, или

.

Если в схеме (см. рис.1) всегда выполняется условия и , то изменение напряжения на измерительной диагонали моста (при бесконечно большом сопротивлении милливольтметра):

, (1)

Так как градуировка газоанализатора производится по синтетической смеси СО2+N2 , то для выявления уравнения шкалы нужно установить зависимость между теплопроводностью синтетической смеси и содержанием СО2 в ней.

Теплопроводность смеси следующим образом зависит от концентрации компонентов Сi и их теплопроводностью *i :

*=Cco2 *co2+CN *N2 =Cco2 *co2+( - Cco) *N2.

Если в качестве исходной принять теплопроводность азота (теплопроводность синтетической смеси с нулевым содержанием СО ), то:

*=Cco2 *co2+( - Cco2) * N2 - * N2=Cco2 (*co2-*N2).

Если *co2 и *N2 подставить в выражение (1), то получим уравнение шкалы.

Вид этого уравнения показывает, что зависимость изменения напряжения на измерительной диагонали U от содержания СО2 в газовой смеси имеет нелинейный характер. Определим значения U при 0 ; 2 ; 4 ; 6 ; 8 ; 10 % СО2.

При Ссо2=0 : U=0.

При Cco2=2%

При Cco2=4% : .

При Cco2=6% : .

При Cco2=8% : .

При Cco2=10% : .

2.Рассчитаем множитель коррекции показаний измерительного прибора для Ссо2= и Ссо2=0,5 .

Определяем значения теплопроводности компонентов газовой смеси при .

Для воздуха : *в=*N2 CN2+*o2 Co2=

=

Объем продуктов горения в газоанализаторе уменьшается за счет практически полной конденсации водяных паров. При этом несколько уменьшается процентное содержание других компонентов. Теплопроводность смеси в этом случае будет определяться выражением:

Определяем теплопроводность синтетических смесей СО2+N2 *см(CO2+N2)=*co2 Cco2+*N2 CN2

Оценим погрешность показаний газоанализатора, отградуированного на смеси СО2+N2 ,при измерении СО2 в продуктах горения газа. Для этого оценим значения температуры нити для различных смесей. Для смеси СО2+N2 :

Для продуктов горения:

Если предположить, что изменение температуры нити относительно ее температуры в воздухе (нулевая концентрация СО2) пропорционально концентрации СО2, то показания газоанализатора, отградуированного на смеси СО2+N2 при Ссо2=10%, будут:

Таким образом, показания газоанализатора, отградуированного на смеси СО2+N2 ,в реальных условиях задачи, надо умножить на множитель .

Для Ссо2=0,5Св=5%.

Рассчитаем значение теплопроводности для смеси:

Рассчитаем тепопроводность синтетической смеси CO2+N2 :

.

Значение температуры нити для смеси СО2+N2 :

.

Для продуктов горения: