熱導(dǎo)池檢測器
同修 / 2022-07-13
熱導(dǎo)池檢測器
熱導(dǎo)池檢測器由于其結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度適中、穩(wěn)定性較好、線性范圍寬，而且適用于無機(jī)氣體和有機(jī)物，因而是目前應(yīng)用最廣泛的一種檢測器。它比較適合于常量分析或分析含有幾十個ppm以上的組分含量。
1.檢測原理
熱導(dǎo)池所以能夠作為檢測器，是依據(jù)不同的物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)系數(shù)。當(dāng)被測組分與載氣混合后，混合物的熱導(dǎo)系數(shù)，與純載氣的熱導(dǎo)系數(shù)大不相同。當(dāng)選用熱導(dǎo)系數(shù)較大的氣體(如H2、He)時，這種差異特別明顯。當(dāng)通過熱導(dǎo)池 池體的氣體組成及濃度發(fā)生變化時，就會引起池體上安裝的熱敏元件的溫度變化，由此產(chǎn)生熱敏元件阻值的變化，通過惠斯頓電橋進(jìn)行測量，就可由所得信號的大小得出量組分的含量。
2.熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)
熱導(dǎo)池是由池體、池槽(氣路通道)、熱絲三部分組成。熱導(dǎo)池池體多用銅塊或不銹鋼塊制成，可為立方形、長方形、圓柱形。池體稍大一些較好，這樣熱容量大、穩(wěn)定性好。
熱導(dǎo)池池槽多用直通式，其靈敏度高，響應(yīng)時間快(小于一秒)，但受載氣流速波動的影響。擴(kuò)散式對氣流波動不敏感，但響應(yīng)時間慢(大于10秒)，較多用于制備色譜儀。半擴(kuò)散式性能介于二者之間，也經(jīng)常使用，如圖15-20 I為直通式，II為擴(kuò)散式，III為半擴(kuò)散式。
熱導(dǎo)池的熱絲是熱敏元件，常選用阻值高(30～100歐)、電阻溫度系數(shù)大的金屬絲，如鉑、鎢、鎳絲。以使用鍍金鎢絲或鋏鎢絲(Re-W)最好。也可采用熱敏電阻(20～50千歐)或半導(dǎo)體三極管作為熱敏元件，其靈敏度高，但不夠穩(wěn)定，現(xiàn)使用較少。
熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)可如圖15-21所示。
由圖15-21看到，金屬熱導(dǎo)池是在金屬塊上鉆兩個平行的孔(即直通式池槽)，兩個孔內(nèi)各吊上一根鎢絲，兩根鎢絲的電阻值要相等，一個孔內(nèi)的鎢絲僅有載氣通過，叫做“參考臂”，另一個孔內(nèi)的鎢絲通過由色譜柱出來的樣品和載氣，叫做“測量臂”。由熱導(dǎo)池的參考臂和測量臂、池外的兩個電阻、電源和其它附件，就構(gòu)成惠斯頓電橋的線路，也就是熱導(dǎo)池的測量電路。如圖15-22所示。
熱導(dǎo)池的兩個臂分別為R1(參考臂)、R2(測量臂)；R3、R4，為固定電阻，其中R1=R2，R3=R4=nR1=nR2。
電源E為20~30伏晶體管直流穩(wěn)壓電源，通過橋路的電流約為100～200毫安。
分析時若載氣同時通過熱導(dǎo)池的兩個臂，因氣體的熱傳導(dǎo)情況一樣，電流通過橋路時滿足下述條件；
R1×R4=R2×R3
則電橋處于平衡狀態(tài)，此時MN端沒有電壓輸出，即△V=0。
當(dāng)有樣品通過測量臂時，由于氣體組成有變化，使被一定電流加熱的測量臂鎢絲溫度發(fā)生變化，即引起測量臂電阻值發(fā)生變化(△R)，此時測量臂和參考臂的阻值不相等，即R1≠R2+△R2，此時：R1×R4≠(R2+△R2)×R3電橋就失去平衡，在MN端有電壓(AV)輸出，由記錄器畫出色譜峰。此時輸出的電壓信號(色譜峰的面積或峰高)與樣品的濃度成正比。
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