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Conductividad térmica

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Conductividad térmica

Conductividad térmica

Todos los gases tienen su propia conductividad térmica que le ayuda a entender lo bien que se mueve el calor a través de él. La conductividad térmica se mide mediante un sensor que emplea cuatro filamentos emparejados que cambian su resistencia en función de la conductividad térmica del gas que pasa por encima.   Las conductividades térmicas de varios gases comunes se enumeran en la siguiente tabla.
  Conductividad térmica de los gases más comunes
GasConductividad térmica
ACETYLENE4.400
AMONIA5.135
ARGÓN3.880
DIOXIDO DE CARBONO3.393
MONÓXIDO DE CARBONO5.425
CLORO1.829
ETHANE4.303
ETILENO4.020
HELIUM33.60
HIDRÓGENO39.60
SULFURO DE HIDRÓGENO3.045
METANO7.200
NEON10.87
ÓXIDO NÍTRICO5.550
NITRÓGENO5.680
ÓXIDO NITROSO3.515
OXÍGENO 5.700
DIÓXIDO DE AZUFRE1.950
 

Principio de funcionamiento del análisis de la conductividad térmica

El sensor utiliza cuatro filamentos emparejados que cambian de resistencia en función de la conductividad térmica del gas que pasa por encima. Los sensores y los filamentos están conectados en una configuración de "puente de piedra de trigo", como se muestra en la figura 1. Figura 1. Puente de Wheatstone del detector de conductividad térmica Cuando las cuatro resistencias son iguales, la VOUT es cero y el puente se considera equilibrado. Durante la puesta a cero, el gas de referencia pasa por todos los filamentos. Las resistencias serán las mismas porque los filamentos están emparejados y el puente está equilibrado. Cuando el gas de muestra pasa por la mitad del puente, el valor VOUT se correlaciona con el contenido del gas de muestra en la referencia.   El detector es un "catarómetro" de cuatro elementos, con dos elementos situados en el gas de referencia y dos elementos en el gas de muestra, como se muestra en la figura 2. Figura 2. Vista de corte del sensor de conductividad térmica. Los cuatro elementos están conectados electrónicamente en un circuito de puente y se hace pasar una corriente constante a través del puente para calentarlos. Si cada elemento está rodeado por el mismo gas, la temperatura -y por tanto la resistencia de cada elemento- será similar y el circuito del puente estará equilibrado. Figura 3. Esquema eléctrico del sensor de conductividad térmica. Cuando el gas de muestra se introduce en la corriente de gas de muestra, los dos elementos del catarómetro en la corriente se enfriarán en mayor medida que los dos elementos del gas de referencia. El circuito del puente estará desequilibrado, produciendo una tensión de señal relacionada con la composición del gas de muestra. Esta relación no es lineal. Como resultado, el analizador de gas programable Systech Illinois 542 se calibra en cero, en el intervalo medio y en el intervalo alto. Y el software linealiza matemáticamente la curva.

Teoría

Descargue la nota de discusión completa con el siguiente enlace para ver las ecuaciones que muestran la relación entre la salida de tensión del puente y la conductividad térmica.

Aplicaciones

  Medir el contenido de la muestra de gas de una mezcla muestra/referencia comparando la conductividad térmica de la mezcla con la de la referencia.   Por ejemplo, el hidrógeno tiene una conductividad térmica que es aproximadamente siete veces mayor que la del nitrógeno, por lo que los pequeños cambios se detectan fácilmente. Todos los demás gases comunes tienen conductividades térmicas similares al nitrógeno, por lo que el método de medición es bastante selectivo.   El helio es el único otro gas con una conductividad térmica comparable a la del hidrógeno.   Otros gases que pueden medirse con esta técnica son:
  • Dióxido de carbono
  • Oxígeno
  • Argón
  • Metano
  • Dióxido de azufre
  • Amoníaco
  ADVERTENCIA: una vez más, muchos sensores no pueden utilizarse para medir mezclas de gas/aire o gas/oxígeno si son potencialmente inflamables.   El analizador de gas programable Systech Illinois 542 es utilizado por empresas de gas industrial, empresas de tratamiento térmico de metales y fabricantes de hornos.   Las aplicaciones van desde la producción de gas de alta pureza hasta las atmósferas de los hornos.   En Industrial Physics, ayudamos a los fabricantes, laboratorios y líneas de producción a proteger la integridad de sus envases, productos y materiales proporcionándoles instrumentos de prueba e inspección de la más alta calidad. Para saber más sobre cómo podemos ayudarle, póngase en contacto con nosotros. DESCARGAR EL PDF VER NUESTROS PRODUCTOS SYSTECH