Учебный вопрос № 3. Определение содержания кислорода и азота в газовых смесях.

Газоанализаторы, применяемые для определения концентрации кислорода в газах, по принципу действия делятся на следующие группы:

термомагнитные;

деполяризационные;

термохимические;

химические.

В кислородной промышленности наибольшее распространение получили автоматические термомагнитные кислородные газоанализаторы. Отечественная промышленность изготавливает следующие типы термомагнитных газоанализаторов: МГК-4, МГК-6, МН-5132 и др.

Принцип действия термомагнитных кислородных газоанализаторов основан на более высокой (в 150 раз), чем у азота и других газов, магнитной восприимчивости кислорода. При внесении кислорода в магнитное поле его молекулы намагничиваются и начинают притягиваться магнитом. Магнитная восприимчивость кислорода сильно зависит от температуры, с повышением температуры она резко снижается.

Принцип действия термомагнитных газоанализаторов следующий: у стенок камеры холодные молекулы кислорода притягиваются магнитом, а около спирали теплые – не притягиваются. Холодные, двигаясь к полюсам магнита, выталкивают теплые из магнитного поля. В результате образующейся конвекции спираль охлаждается, а ее электрическое сопротивление падает, что в конечном итоге фиксируется вторичным прибором. Поскольку магнитными свойствами обладает лишь кислород, то интенсивность движения газа в камере будет зависеть лишь от содержания кислорода в смеси.

Деполяризационные газоанализаторы работают по следующему принципу. Если к двум электродам, погруженным в электролит, приложено некоторое напряжение, то величина тока в цепи быстро снижается почти до нуля в результате поляризации электродов. При наличии в электролите кислорода в результате диффузии он деполяризует электрод, при этом в цепи возникает так называемый диффузионный ток. Величина тока пропорциональна содержанию кислорода в электролите. Промышленность изготавливает два поляризационных газоанализатора ДПГ-5А-52 и ГДРП, которые используются для анализа кислорода.

Термохимический газоанализатор типа ТХГ-6А применяют для определения малых концентраций кислорода в газах. Принцип действия термохимического газоанализатора основан на измерении теплового эффекта реакции соединения кислорода с водородом в слое катализатора. Количество выделившегося при этой реакции тепла пропорционально количеству кислорода, прошедшего через катализатор.

В авиационно-технических частях определение концентрации кислорода и азота в газовых смесях осуществляют с помощью прибора ПАК и АУ2, принцип работы которого основан на химическом методе определения содержания кислорода и азота в кислородно-азотных газовых смесях. Работа прибора основана на методе Гемпеля, который заключается в поглощении кислорода медью в медно-аммиачном растворе с последующим измерением объема оставшегося газа.

Сущность метода определения концентрации азота основана на поглощении кислорода из газовой смеси щелочным раствором пирогаллола «А» с последующим измерением объема оставшегося не поглощенного азота. Определение процентного содержания азота в газе осуществляется методом поглощения кислорода раствором пирогаллола «А» в том случае, когда кислородно-азотная смесь содержит менее 20 % кислорода. При концентрации кислорода в смеси более 20 % применяется метод, при котором медь взаимодействует с кислородом и окись меди смывается медно-амиачным раствором.