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熱量傳遞的三種方式：熱對(duì)流、熱輻射、熱傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)系數(shù)是對(duì)物質(zhì)導(dǎo)熱能力大小的量度，熱傳導(dǎo)系數(shù)很大的物體是優(yōu)良的熱導(dǎo)體；而熱傳導(dǎo)系數(shù)小的是熱的不佳導(dǎo)體或?yàn)闊峤^緣體。
3.1相對(duì)熱傳導(dǎo)系數(shù)
氣體熱傳導(dǎo)系數(shù)的優(yōu)良值很小，而且基本在同一數(shù)量級(jí)內(nèi)，彼此相差并不十分懸殊，因此工程上通常采用“相對(duì)熱傳導(dǎo)系數(shù)”這一概念。所謂相對(duì)熱傳導(dǎo)系數(shù)是指各種氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)與相同條件下空氣熱傳導(dǎo)系數(shù)的比值。
從表中可以看出H2的導(dǎo)熱系數(shù)特別大，是一般氣體的7倍多。在測(cè)量時(shí)必須滿足以下兩個(gè)條件，一是待測(cè)組分的導(dǎo)熱系數(shù)與混合氣體中其他組分的導(dǎo)熱系數(shù)相差要大，越大越靈敏；另一個(gè)是要求其他各組分的導(dǎo)熱系數(shù)相等或十分接近。這樣混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨被測(cè)組分的體積含量變化而變化，因此只要測(cè)量出混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)便可得知被測(cè)組分的含量。在化肥企業(yè)中常用的氫含量分析儀采用的就是這個(gè)原理。
3.2熱導(dǎo)式氣體分析儀的基本原理
熱導(dǎo)式氣體分析儀是一種物理類的氣體分析儀表。它根據(jù)不同氣體具有不同熱傳導(dǎo)能力的原理，通過測(cè)定混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)來推算其中某些組分的含量。這種分析儀表簡單可靠,適用的氣體種類較多,是一種基本的分析儀表。熱導(dǎo)式氣體分析儀的應(yīng)用范圍很廣，除通常用來分析氫氣、氨氣、二氧化碳、二氧化硫和低濃度可燃性氣體含量外，還可作為色譜分析儀中的檢測(cè)器用以分析其他成分。本項(xiàng)目中采用的重慶川儀九廠的PA200—ROD熱導(dǎo)式氣體分析儀。
由于氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)很小，它的變化量更小，所以很難用直接方法準(zhǔn)確地測(cè)量出來。工業(yè)上多采用間接的方法，即通過熱導(dǎo)檢測(cè)器（又稱熱導(dǎo)池），實(shí)際應(yīng)用中常把氣體熱傳導(dǎo)系數(shù)數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，再用電橋來測(cè)定。如下圖所示
熱導(dǎo)池原理圖
上圖是熱導(dǎo)池的示圖，把一根電阻率較大的而且溫度系數(shù)也較大的電阻絲，張緊懸吊在一個(gè)導(dǎo)熱性能良好的圓筒形金屬殼體的中心，在殼體的兩端有氣體進(jìn)出口，圓筒內(nèi)充滿待測(cè)氣體，電阻絲上通以恒定的電流加熱。由于電阻絲通過的電流是恒定的，電阻上單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量也是定值。當(dāng)待測(cè)樣品氣體以緩慢的速度通過池室時(shí)，電阻絲上的熱量將會(huì)由氣體以熱傳導(dǎo)的方式傳給池壁。當(dāng)氣體的傳熱速率與電流在電阻絲上的發(fā)熱率相等時(shí)（這中狀態(tài)稱為熱平衡，電阻絲的溫度就會(huì)穩(wěn)定在某一個(gè)數(shù)值上，這個(gè)平衡溫度決定了電阻絲的阻值。如果混合氣體中待測(cè)組分的濃度發(fā)生變化，混合氣體的熱導(dǎo)率也隨之變化，氣體的導(dǎo)熱速率和電阻絲的平衡溫度也將隨之變化，*終導(dǎo)致電阻絲的阻值產(chǎn)生相應(yīng)變化，從而實(shí)現(xiàn)了氣體熱導(dǎo)率與電阻絲阻值之間變化量的轉(zhuǎn)換。
熱導(dǎo)式氣體分析儀的熱敏元件主要有半導(dǎo)體敏感元件和金屬電阻絲兩類。半導(dǎo)體敏感元件體積小、熱慣性小，電阻溫度系數(shù)大,所以靈敏度高,時(shí)間滯后小。在鉑線圈上燒結(jié)珠形金屬氧化物作為敏感元件，再在內(nèi)電阻、發(fā)熱量均相等的同樣鉑線圈上繞結(jié)對(duì)氣體無反應(yīng)的材料作為補(bǔ)償用元件。這兩種元件作為兩臂構(gòu)成電橋電路，即是測(cè)量回路。半導(dǎo)體金屬氧化物敏感元件吸附被測(cè)氣體時(shí)，電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率即發(fā)生變化，元件的散熱狀態(tài)也隨之變化。元件溫度變化使鉑線圈的電阻變化，電橋遂有一不平衡電壓輸出，據(jù)此可檢測(cè)氣體的濃度。
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