热导式气体分析器测量原理

    1.热导池工作原理

    热导式分析器是通过对混合气体导热系数的测量来分析被测气体组分的百分含量。由于气体的导热系数都很小，直接测量有困难，常常是把测量导热系数的变化转换为测量随其变化的热敏元件的电阻变化。这就是将混合气体中被测组分的变化所引起总的导热系数的改变转化为电阻的变化，而电阻的变化是很容易测量的。

    在热导池中悬垂一根电阻丝作为热敏元件。它在0℃时的电阻值为R0，通过电流I后，电阻产生的热量向四周扩散。由于气体流量很小，被气体带走的热量也很少，可以忽略不计。热量主要是通过气体传向热导池壁。设壁温为tc，保持恒温不变(一般设有恒温控制装置)，电阻丝达到热平衡时的沮度为tn，此时电阻丝的电阻为Rn。如果混合气体的导热系数λ愈大，则散热愈大，在热平衡时温度tn就愈低，电阻值Rn愈小。反之，λ小，tn高，电阻值Rn大。这样。电阻Rn变化就反映了导热系数λ的变化情况。

    电阻丝热量的散热有以下几种方式：气体的热传导带走的热量；气体的热对流带走的热量；电阻丝的热辐射带走的热量；电阻丝向连接引线的热传导带走的热量；气体在热导池带走的热量。

    2.热导池的参数选择

    在以热导池为原理的分析仪器中，要求最大限度地做到所有热量都是通过气体热传导来传递的。因此在设计热导池结构时，要合理选择电阻丝的材质、热导池结构尺寸和气流的大小，以保证散热方式是以气体热传导方式进行的。

    (1)电阻丝的选择

    电阻丝的长度与直径的比L/d应在2000~3000倍以上，此时电阻丝向连接引线的热传导损失热量可以忽略不计。电阻丝一般选用长度为50~60mm的铂电阻丝，其直径为0.01~0.03mm，电阻值为40~45Ω比较合适。

    (2)热导池结构

    热导池的结构应为细长形，其直径大约为3~7mm，其壁与电阻丝很贴近，气流从下向上流，通过铂电阻丝使热对流方向与气流方向一致。这种做法的目的是让被测气流小而且稳定，以便减少气体热对流。热导池壁温度应该保持在50~60℃为宜。为了减少热辐射的损失，把电阻丝的温度与热导池壁的温度差不多控制在不超过200℃时，热辐射损失就会很小，可以忽略不计。

    (3)热导池工作电流

    由于热导池的灵敏度与工作电流的平方成正比，所以电流愈大愈灵敏，但是，电流过大时，热辐射和热对流在传热时的热损失也愈大。综合考虑以上因素，工作电流不能太大，一般选择热导池工作电流在100~200mA为宜。

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