Politechnika Opolska w Opolu Wydział: Elektrotechnika i Automatyka Kierunek: Automatyka i Robotyka					Data: 06.01.1999
Autorzy:	Łukasz Iwoński
	Mateusz Różycki				nr ćw.
					9
Temat:	Badanie analizatora termokonduktometrycznego

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, zasady działania i metod sprawdzania analizatora gazów typu ATZ, oraz wyznaczenie podstawowych charakterystyk przy pomocy tego analizatora.

Ponadto należy zapoznać się z analizatorem

Schemat elektryczny układu

Przebieg ćwiczenia

Pomiar zawartości CO₂ w balonie w funkcji czasu

Charakterystyka dynamiczna nadajnika przy U = 420 mV

CO2 %	t [s]	CO2 %	t [s]	CO2 %	t [s]
0,1	33	1,2	59	2,3	88
0,2	37	1,3	61	2,4	91
0,3	39	1,4	63	2,5	96
0,4	42	1,5	65	2,6	101
0,5	44	1,6	68	2,7	106
0,6	46	1,7	70	2,8	111
0,7	48	1,8	73	2,9	118
0,8	51	1,9	76	3,0	128
0,9	53	2,0	78	3,1	149
1,0	55	2,1	81	3,2	153
1,1	57	2,2	85	3,3	196

Charakterystyka statyczna zależności wskazań w stanie ustalonym od prądu mostka

I [mA]	360	380	400	420	440	460	480
CO2 %	1.4	1.6	2.0	2.4	2.8	3.1	3.7

Charakterystyka statyczna zależności wskazania w stanie ustalonym od przepływu w torze pomiarowym

Q [litr/godz]	CO2 %
Qmax	2,3
Qmax - 1/2	2,0
Qnom	1,8
Qnom - 1/2	1,7
Qmin	1,6

Charakterystyka dynamiczna układu pomiarowego U = 420 mV

CO2 %	t [s]
0,1	88
0,2	105
0,3	126
0,4	150
0,5	176
0,6	228

Charakterystyka statyczna zależna od kąta odchylenia komory pomiarowej od pionu.

­­α °	CO2 %	­­α °	CO2 %
0	+ 1,2	100	- 9,0
10	+ 3,1	110	- 8,6
20	- 4,2	120	- 8,2
30	- 4,5	130	- 7,6
40	- 6,2	140	- 6,6
50	- 7,4	150	- 5,1
60	- 8,2	160	- 3,4
70	- 8,7	170	+ 0,9
80	- 9,1	180	+ 1,7
90	- 9,2

Wnioski

Metoda analizy CO₂ polega na wykorzystaniu różnicy między wartościami przewodności cieplnej CO₂ i powietrza. Pomiar jest oparty na zasadzie niezrównoważonego mostka Wheatostone'a, którego ramionami są grzejniki z drutu platynowego, umieszczonego parami w komorze mierniczej i porównawczej. Ilość ciepła odprowadzanego z grzejników w komorze mierniczej, a więc temperatura i rezystancja są funkcjami stężenia CO₂. Przez miernik płynie prąd, proporcjonalny do procentowej zawartości CO₂ w analizowanym gazie. Analizator termokonduktometryczny należy do grupy analizatorów nie selektywnych, ponieważ nie rozróżnia składu analizowanej mieszaniny, lecz jej zmianę przewodności cieplnej.

Przeprowadzona analiza CO₂ podczas wykonywania ćwiczenia laboratoryjnego pozwoliła na wyznaczenie następujących charakterystyk gazu:

• Charakterystyka dynamiczna nadajnika przy U=420mV (Pomiar zawartości CO₂ w balonie),

• Charakterystyka statyczna zależności wskazań w stanie ustalonym od prądu mostka,

• Charakterystyka statyczna zależności wskazania w stanie ustalonym od przepływu w torze pomiarowym,

• Charakterystyka dynamiczna układu pomiarowego U = 420 mV.

• Charakterystyka statyczna zależna od kąta odchylenia komory pomiarowej od pionu.

Wszystkie charakterystyki są zgodne z teoretycznymi co wskazuje na poprawność wykonanego ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest poznanie analizatora gazu typu ATZ. Analizator gazu typu ATA jest zaliczany do analizatorów gazu nieselektywnych, co jest spowodowane tym, że stężenie gazu jest określane po jego przewodności termicznej (na podstawie tylko przewodności termicznej nie można stwierdzić jaki składnik analizowanej mieszaniny jest powodem zmiany przewodności cieplnej), co może powodować błędy przy pomiarze stężenia różnych gazów. Rzadko mierzona próbka zawiera jeden gaz, zazwyczaj mierzymy mieszaniny gazów (w ćwiczeniu mierzyliśmy zawartość CO₂ w gazie wydychanym przez człowieka z którego większość to CO₂ ). Przeciętna zawartość CO₂ w płucach człowieka wynosi około 3,3 [ % ].

Podczas badania wartość CO₂ w gazie wydychanym przez jednego z kolegów wskazania analizatora ustabilizowały się na poziomie 3,3 [ % ] co można uznać za wynik poprawnie przeprowadzonego doświadczenia. Opóźnienie z jakim działa analizator jest spowodowane zasadą działania analizatorów termokonduktometrycznych (gazy w komorach muszą osiągnąć odpowiednią temperaturę, aby pomiar był właściwy). Opóźnienie to obserwujemy na charakterystyce nr.1 (charakterystyka dynamiczna nadajnika).

Na charakterystyce nr.2 widzimy, że wraz ze wzrostem prądu mostka wskazania analizatora rosną co w głównej mierze jest związane ze wzrostem temp. w komorze co zwiększa błąd pomiarowy, gdyż występuje oddziaływanie innych składników mieszaniny (które zaczynają w znaczącym stopniu wpływać na przewodność cieplną mieszaniny) .

Charakterystyka nr.5 przedstawia zależność wskazań analizatora od kąta odchylenia od pionu komory pomiarowej. Jest to spowodowane konwekcją j naturalną mieszaniny, która powoduje straty (minimalne przy ustawieniu pionowym, a maksymalne przy kącie 90⁰ , dla kąta 180⁰ zwrot konwekcji naturalnej jest przeciwny do kierunku przepływu gazu).

Analizator ATZ jest nieskomplikowanym przyrządem do pomiaru zawartości gazu w mieszaninie (co jest zaletą), ale charakteryzuje go duża inercja przy wskazaniach wyników pomiarów i z tego względu nie powinien być stosowany tam gdzie jest konieczny natychmiastowy odczyt. Dodatkową wadą jest to, że nie jest to analizator selektywny co może być powodem wielu błędnych wskazań.

---