Расчет измерительной схемы термокондуктометрического газоанализатора

1

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Московский энергетический институт

филиал в г. Смоленске

кафедра ПТЭ

Типовой расчет

Расчет измерительной схемы термокондуктометрического 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 80С. 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.

1

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 концентрациях 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.

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,

l- 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 l до (l + 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 li :

l=Cco₂ lco₂+CN lN₂ =Cco₂ lco₂+(- Cco) l_N2.

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

l=Cco₂ lco₂+(- Cco₂) l N₂ - l N₂=Cco₂ (lco₂-lN₂).

Если lco₂ и lN₂ 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 :

lв=lN₂ CN₂+lo₂ 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 для концентрации СО₂=10% и : lсм(CO₂+N₂)=lco₂ Cco₂+lN₂ 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:

Показания газоанализатора:

Множитель коррекции:

3.Теплопроводность продуктов горения в предположении полной конденсации водяных паров рассчитывается по формуле:

.

Для Ссо₂=10%:

Установка нуля осуществляется при заполнении измерительной камеры воздухом с теплопроводностью:

Значение температуры

Показания газоанализатора:

Множитель коррекции:

Для Ссо₂=5%:

Установка нуля осуществляется при заполнении измерительной камеры воздухом с теплопроводностью:

,

Значение температуры

Показания газоанализатора:

Множитель коррекции:

Список литературы

1.Теплотехнические измерения и приборы : Учебник для ВУЗов / Иванова Г.М.,Кузнецов Н. Д. ,Чистяков В. Ф.-М.: Энергоатомиздат,1984 .-232 с.

2. Кузнецов Н. Д. ,Чистяков В.C. Сборник задач и вопросов по теплотехническим измерениям и приборам : Учеб. пособие для ВУЗов -М.: Энергоатомиздат,1985 .- 328 с.