Основные понятия об измерениях и измерительных приборах

Термохимический газоанализатор ТХГ-5
Ушбу газоанализатор кислород таркибидаги ёнувчи компонентларни аниқлашга мўлжалланган. Ўлчов асбобининг ишлаши ёнувчи газларнинг кислород билан каталитик реакцияси натижасидаги иссиқлик эффектини ўлчашга асосланган.
ТХГ-5 термокимёвий газоанализаторнинг газ схемаси 91- расмда келтирилган. Газ аралашмаси газни тайёрлаш блоки 1, мембранали сарф ростлагичи 2 ва ротаметр 3 орқали моноблок шаклида ишланган ўлчаш блокига 4 берилади. Газ заруратга қараб электр иситгичда иситилиб, аввал солиштириш камерасига 6 берилади ва бу ердан у инерт масса билан тўлдирилган стакан 8 орқали ишчи камерага 7 ўтади. Бу ерда каталитик оксидланиш реакцияси кетмайди. Температура солиштириш қаршилик термометри 10 ёрдамида ўлчанади. Газ ишчи камера 7 орқали катализатор билан тўлдирилган стакан 9га ўтади. Бу ерда каталитик оксидланиш реакцияси кетади ва ёнувчи модда миқдорига пропорционал равишда температура ўзгаради. Температура ишчи қаршилик термометри 11 ёрдамида ўлчанади. Қаршилик термометрлари 10 ва 11 кўприк схемасининг икки ёндош елкаларига уланган.

Расм 91.
ТХГ-5 термокимёвий газоанализаторнинг электр схемаси 92-расмда келтирилган. ТХГ-5 термокимёвий газоанализаторида автоматик мувозанат кўприги ишлатилган.

Расм 92.
Ушбу термокимёвий газоанализаторлар электролитик водород таркибидаги кислородни аниқлашда, электролитик кислород таркибидаги водородни аниқлашда ва сувли генератор газидаги кислород миқдорини аниқлашда ишлатилади.
Асосий хатолиги ўлчаш чегарасининг 5% миқдорида.
ФИЗИК ГАЗОАНАЛИЗАТОРЛАР
Физик газоанализаторларга, газларнинг таркибига кирувчи компонентнинг қайсидир физик хусусиятининг боршқа компонентларнинг шу физик хусусиятларидан сезиларли фарқланишидан фойдаланиб аниқлашга асосланган ўлчов асбоблари киради.
Уларга термокондуктометрик, магнит и оптик газоанализаторлар киради.


ТЕРМОКОНДУКТОМЕТРИК ГАЗОАНАЛИЗАТОРЛАР
Термокондуктометрик газоанализаторларнинг ишлаши, камерага жойлаштирилган ва ток билан иситилаётган ўтказгичнинг электр қаршилигини шу камерадаги тахлил қилинаётган газнинг иссиқлик ўтказувчанлигига боғлиқлигига асосланган.
Агар газ таркибидаги бир компонентнинг иссиқлик ўтказувчалиги бошқа компонентларнинг иссиқлик ўтказувчанлигидан катта фарқ қилса, унда газ аралашмасининг иссиқлик ўтказувчанлиги газдаги шу компонент миқдори билан аниқланади. Хар хил газларнинг солиштирма иссиқлик ўтказувчанлиги хар хил бўлади. Масалан: N- 0,996; H₂-7,13; Cl-0,322 ва шундай газлар аралашмаларини топиш мумкинки, унда аралашманинг иссиқлик ўтказувчанлигининг ўзгариши аниқланаётган компонент миқдорининг ўзгаришига боғлиқ бўлсин.
Газларнинг иссиқлик ўтказувчанлиги температура ўзгариши билан ўзгаради (расм 93). Бази бир газлар учун теипература ортиши билан уларнинг иссиқлик ўтказувчанликлари яқинлашиб боради ва маълум температураларда улар тенглашадилар. Баъзи газларнинг хаво билан аралашмалари учун солиштирма иссиқлик ўтказувчанлиги бир хил бўлган температуралари қуйидагича:

H2O	NH3	C2H2	C2H4	SO2
200^0C	63^0C	100^0C	120^0C	450^0C

Шундай қилиб, ушбу температураларда бу бинар аралашмаларни тахлил қилиб бўлмайди. Аммо, бу температураларда уч компонентли аралашмаларни тахлил қилиш мумкин ва бунда, аралашма иссиқлик ўтказувчанлигининг ўзгариши учинчи компонент миқдорининг ўзгаришига боғлиқ бўлади. Масалан: 200⁰С да хаво таркибидаги хар хил газларнинг миқдорини унинг намлиги қандай бўлишига қарамай аниқлаш мумкин.

Расм 93.
Лекин ҳамма вақт ҳам бу усулни қўллаш мумкин эмас. Газларнинг иссиқлик ўтказувчанлиги ўзгариши ошиб бориб, қайсидир нуқтадан бошлаб у камайишни бошласа, ёки тескари, камайиб бориб кейин ортса, бунда газ аралашмаси иссиқлик ўтказувчанлигининг бир хил қийматига хар хил концентрациялар тўғри келади (расм 93). Бундай газ аралашмалари учун ушбу усулдан қисқа ўлчаш диапазонларида фойдаланиш мумкин.
Термокондуктометрик газоанализаторларнинг ўлчаш камераси, ўқи бўйича металл сим тортилган металл цилиндри кўринишидаги камера бўлиб, бу сим бир вақтнинг ўзида ҳам иситгич ва ҳам сезгир элемент вазифасини бажаради (расм 94). Таркиби аниқланаётган газ ўтказилаётган икки ишчи камералар (R₁ ва R₃) кўприк схемесининг қарама-қарши томонларига уланган бўлиб, қолган икки елкасига хаво билан тўлдирилган камералар (R₂ ва R₄) уланган.

Расм 94.
Агар газ аралашмасининг иссиқлик ўтказувчанлиги хавонинг иссиқлик ўтказувчанлигидан фарқли бўлса, унда, ишчи камералардаги симларнинг температураси ва электр қаршиликлари улардан фарқли бўлади. Бунда, кўприк схемаси диоганалидан ўтаётган ток газ аралашмасидаги ўлчанаётган компонент миқдорининг ўзгаришига боғлиқ бўлади:
I =
Бу ерда:
I – кўприк ўлчаш диоганалидаги ток миқдори;
I₀ – кўприк манбаа занжиридаги ток миқдори;
R- кўприк елкалари қаршилиги;
ΔR – электр қаршилиги ўзгариши;
R_мв –милливольтметр қаршилиги.
Бу тенгламадан кўриниб турибдики, ўлчаш диоганалидан ўтаётган токнинг миқдори фақат ΔR га, яъни газ аралашмасидаги аниқланаётган компонент миқдорига боғлиқ бўлиши учун, I₀ = const бўлиши керак.
Бундан ташқари, ўлчаш диоганалидан ўтаётган токнинг миқдорини ўлчаш ячейкаси девори ва симнинг температурасидан боғлиқлигини қуйидагича ифодалаш мумкин:
I= k [(T_H - T_CT) – (T_Ho - T_CTо)];
Бу ерда,
k – ўлчов асбоби ўзгармас коэффициенти;
T_H , T_CT – ишчи камера девори ва симнинг температураси;
T_Ho ,T_CTо – солиштириш камераси девори ва симининг температураси.
Ёки, бу тенгламани қуйидагича ёзиш мумкин,
I= k[(T_H – T_Но) – (T_СТ - T_CTо)]
Ушбу тенгламадан кўриниб турибдики, ўлчаш диоганалидан ўтаётган токнинг миқдори газ аралашмасидаги аниқланаётган компонент миқдорига боғлиқ (I = F (T_H)) бўлиши учун, ишчи ва солиштириш камералари деворлари температуралари бир хил бўлиши керак, яъни, (T_СТ - T_CTо) = 0.
Термокондуктометрик газоанализаторларнинг асосий хатолик манбаалари қуйидагилар:
1. Атроф мухит температурасининг ўзгариши (ишчи ва солиштириш камералари деворлари температураларининг ўзгаришига сабаб бўлади);
2. Кўприк манбаа кучланишининг ўзгариши;
3. Газнинг берилиш тезлигининг ўзгариши;
4. Аниқланмаётган компонентлар миқдорлари нисбатларининг ўзгариши.
Атроф иухит температураси ўзгаришини газоанализатор кўрсатишига таъсирини йўқотиш учун моноблок термостатланади. Манбаа кучланиши феррорезонанс стабилизаторлар ёрдамида стабилланади ёки нисбатан мукаммал бўлган компенсацион схемалардан фойдаланилади. Газ аралашмаси сарфи ҳам стабилланади. Ушбу газоанализаторларда замонавий мукаммал компенсацион схемалардан фойдаланилади.
Бу схема икки (А ва Б) номувозанат кўприкларидан ташкил топган бўлиб, уларга манбаа ўзгармас ток занжиридан трансформатор Тр орқали берилади (расм 95). Кўприк елкалари платина симлари жойланган баллончалардан ташкил топган. Икки ишчи елкалар (1 ва 3) орқали таркиби аниқланаётган газ аралашмаси ўтказилади. Қолган 2, 4, 6, 8 елкаларга шкала бошланишига мос бўлган концентрацияли газ тўлдирилган ва 5 ва 7 елкаларга шкаланинг охирига мос бўлган концентрацияли газ тўлдирилган бўлади.

Расм 95.

Солиштириш кўпригининг ўлчаш диоганалига реахорд R_р уланган бўлиб, унинг движоги ва А кўприкнинг «а» чўққиси потенциометрнинг электрон кучайтиргичига ЭУ уланган. ЭК га келаётган фарқ сигнал таъсирида реверсив двигател (юритгич) ротори айланиб реахорд R_р сургичини А кўприк чўққиларидаги («а» ва «в») кучланишни Б кўприк чўққиларидаги («в» ва «г») потенциаллар фарқининг бир қисми билан мувозанатлагунча силжитади. Ўлчашда солиштириш принципи қўллангани учун газоанализатор кўрсатишига манбаа кучланишининг ва атроф мухит температураси ўзгаришининг таъсири йўқ.

Газ аралашмасидаги ўлчанаётган компонент миқдорини унинг солиштирма иссиқлик ўтказувчанлиги бўйича ўлчаш асосан бинар газ аралашмалари учун яроқли. Кўп компонентли газ аралашмалари учун бу усулни агар миқдори аниқланмаётган компонентларнинг ҳаммасининг солиштирма иссиқлик ўтказувчанлиги бир хил (бир-бирига жуда яқин) ўлчанаётган компонентнинг солиштирма иссиқлик ўтказувчанлиги эса улардан фарқли бўлганда, ёки миқдори аниқланмаётган компонентларнинг миқдорлари нисбати ўзгармаганда қўлланилади. Газ намлигининг ўзгариши ҳам солиштирма иссиқлик ўтказувчанлигининг ўзгаришига сабаб бўлади. Шунинг учун газлар тахлил қилишдан аввал қуритилади.
Аналитик ўлчов асбоблари ГСКБ да қиймати аниқланмайдиган компонентлар миқдорларининг нисбатининг ўзгаришини компенсацияловчи ўлчаш схемаларини ишлаб чиқди (расм 96).

Расм 96.
I ва II кўприклар аввалги чизмага ўхшаш. III ва IV кўприклар I кўприкга ўхшаш, аммо уларнинг ўхшаш елкаларидан оқаётган токлар бир-биридан фарқли. III ва IV кўприкларнинг шундай ишлаш режимларини топиш мумкинки, уларнинг ўлчаш диоганалларида ҳосил бўлаётган потенциаллар фарқи миқдорлари аниқланмаётган компонентлар концентрациялари билан аниқлансин. Бу фарқни компенсацияловчи сигнал сифатида фойдаланиб, миқдорлари аниқланмаётган компонентлар концентрациялари ўзгариши таъсирини йўқотиш мумкин.
Агар I кўприкда ҳосил бўлаётган, миқдорлари аниқланаётган ва аниқланмаётган компонентлар концентрациялари ўзгаришига мос потенциаллар фарқини қуйидагича ифодаласак,
ΔU_I = a C_uк + в C_нк
III ва IV кўприклар учун шундай режимларни топсак,
ΔU_III = Δ U_I = аС_uк+ в C_нк
ΔU_IV = a C_uк + 2в C_нк
Унда, уларнинг фарқи, ΔU_IV - ΔU_III = в C_Hк бўлади, яъни, у аниқланмаётган компонентлар концентрацияларига мос бўлади. Ўлчанаётган катталик:
ΔU_I – (ΔU_IV - ΔU_III) = a C_uк
Электрон кучайтиргичга миқдори аниқланаётган компонент концентрацияси ўзгаришига мос сигнал беоилади.
Термокондуктометрик газоанализатор ТХГ–4, газлар таркибидаги Н₂; О₂; NH₃; SO₂ миқдорини аниқлашда ишлатилади. Ушбу газоанализаторнинг газ схемаси 97-расмда келтирилган.

Расм 97.
1- тозалаш фильтри; 2 – нинали вентиль; 3 – ротаметр; 4 – ўлчаш моноблоки; 5 – ишчи ячейка; 6 – солиштириш ячейкаси; 7 – контактли термометр.
Ўлчаш моноблоки термостатланган. Контактли термометр ёрдамида моноблокда белгиланган температура ушлаб турилади. Газоанализаторнинг электр схемаси қуйида келтирилган (расм 98).

Расм 98.
Синтетик аммиак ишлаб чиқаришда водородни азот ва водород аралашмаси таркибидаги миқдорини аниқлашда ишлатилади. Асосий хатолиги ±2%;

Водородни карбит печи гази таркибидаги миқдорини (0-20%) аниқлашда ишлатилади. Асосий хатолиги ±5%;
NH₂ ни аммиак-хаво аралашмаси таркибидаги миқдорини аниқлашда ишлатилади. Асосий хатолиги ±5%;
SO₂ ни сульфат кислотаси ишлаб чиқаришдаги печи гази таркибидаги миқдорини аниқлашда ишлатилади (0-10; 0-15%). Асосий хатолиги ±5%;