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Wärmeleitfähigkeit

Wärmeleitfähigkeit

Jedes Gas hat eine bekannte Wärmeleitfähigkeit, d. h. wie gut die Wärme durch das Gas übertragen wird. Die Wärmeleitfähigkeit wird mit einem Sensor gemessen, der aus vier aufeinander abgestimmten Fäden besteht, die ihren Widerstand entsprechend der Wärmeleitfähigkeit des Gases, das sie passiert, ändern.
Die Wärmeleitfähigkeiten einiger Gase finden Sie in der nachstehenden Tabelle. Wärmeleitfähigkeiten von Gasen
GasWärmeleitfähigkeit
ACETYLEN4.400
AMMONIA5.135
ARGON3.880
KARBONDIOXID3.393
KOHLENMONOXID5.425
CHLORIN1.829
ETHAN4.303
ETHYLEN4.020
HELIUM33.60
HYDROGEN39.60
SCHWEFELWASSERSTOFF3.045
METHANE7.200
NEON10.87
NITRISCHES OXID5.550
NITROGEN5.680
EISENSTOFFOXID3.515
OXYGEN 5.700
SCHWEFELDIOXID1.950
 

Funktionsprinzip der Wärmeleitfähigkeitsanalyse

Der Sensor verwendet vier aufeinander abgestimmte Fäden, die ihren Widerstand je nach der Wärmeleitfähigkeit des Gases, das sie passiert, ändern. Diese vier Fäden sind in einer Wheatstone-Brücken-Konfiguration verbunden, wie in Abbildung 1 dargestellt. Abbildung 1. Wheatstone-Brücke des Wärmeleitfähigkeitsdetektors Wenn alle vier Widerstände gleich sind, ist VOUT gleich Null und die Brücke gilt als ausgeglichen. Beim Nullabgleich wird das Referenzgas über alle Glühfäden geleitet, die Widerstände sind gleich (weil die Glühfäden aufeinander abgestimmt sind) und die Brücke ist ausgeglichen. Wenn das Messgas über die Hälfte der Brücke geleitet wird, korreliert der Wert von VOUT mit dem Gehalt des Messgases in der Referenz. Der Detektor ist ein Katharometer mit vier Elementen, von denen sich zwei im Referenzgas und zwei im Messgas befinden (siehe Abbildung 2). Abbildung 2. Schnittdarstellung des Wärmeleitfähigkeitssensors. Die vier Elemente sind elektronisch in einer Brückenschaltung verbunden, durch die ein konstanter Strom fließt, um die Elemente zu erwärmen. Wenn jedes Element von demselben Gas umgeben ist, sind die Temperatur und damit der Widerstand jedes Elements ähnlich und die Brückenschaltung ist ausgeglichen. Abbildung 3. Elektrischer Schaltplan des Wärmeleitfähigkeitssensors. Wenn das zu messende Gas in den Messgasstrom eingeleitet wird, werden die beiden Katharometer-Elemente in diesem Gasstrom stärker abgekühlt als die beiden Elemente im Referenzgas. Die Brückenschaltung ist unsymmetrisch und erzeugt eine Signalspannung, die dem Messgasgehalt des Messgases entspricht. Diese Beziehung ist nichtlinear. Daher wird der programmierbare Gasanalysator Systech Illinois 542 bei Null, mittlerer und großer Spanne kalibriert und die Software linearisiert die Kurve mathematisch.

Theorie

Laden Sie die vollständige Diskussionsnotiz mit den Gleichungen für die Brückenspannung und die Wärmeleitfähigkeit herunter.

Anwendungen

Messung des Gasprobengehalts eines Proben-/Referenzgemischs durch Vergleich der Wärmeleitfähigkeit des Gemischs mit der einer Referenz. So ist die Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff etwa siebenmal höher als die von Stickstoff, so dass kleine Veränderungen leicht zu erkennen sind. Alle anderen gebräuchlichen Gase haben ähnliche Wärmeleitfähigkeiten wie Stickstoff, so dass die Messmethode ziemlich selektiv ist. Helium ist das einzige andere Gas mit einer Wärmeleitfähigkeit, die mit der von Wasserstoff vergleichbar ist. Andere Gase, die mit dieser Technik gemessen werden können, sind:
  • Kohlendioxid
  • Sauerstoff
  • Argon
  • Methan
  • Schwefeldioxid
  • Ammoniak
WARNUNG: Viele Sensoren dürfen nicht zur Messung von zündfähigen Gas/Luft- oder Gas/Sauerstoff-Gemischen verwendet werden. Der programmierbare Gasanalysator Systech Illinois 542 wird von Industriegasunternehmen, Metallwärmebehandlungsunternehmen und Ofenherstellern eingesetzt. Die Anwendungen reichen von der Herstellung hochreiner Gase bis zu Ofenatmosphären. DAS PDF HERUNTERLADEN UNSERE SYSTECH-PRODUKTE ANSEHEN