热导式气体分析仪工作原理

　　核心原理：不同气体的热导率(导热系数)存在差异，利用混合气体的总导热能力随被测组分浓度变化，把气体浓度转化为电信号实现测量。

　　1、基础物理概念

　　热导率 λ：气体传导热量的能力。 不同气体导热能力不一样：比如氢气、氦气热导率远大于空气;二氧化碳、二氧化硫热导率比空气小。 当混合气体里某一组分含量改变，混合气体平均热导率就跟着改变。

　　适用场景：主要测 H₂、CO₂、Ar 等，多用于氢气纯度、二氧化碳含量分析。

　　2、仪器核心结构(热导池)

　　热导池内部装有铂丝 / 钨丝热敏元件，通电后元件发热。 热量散失三条途径：

　　气体热传导散热(主要有用信号)

　　热辐射散热

　　固体支架传导散热

　　设计上尽量抑制辐射、固体传导，让散热主要由被测气体带走。

　　热导池分两路：

　　测量气室：通入被测样气

　　参比气室：封入已知的标准气体(或通入参比气)，做温度补偿

　　两根热敏电阻丝接入惠斯通电桥，构成电桥的两个桥臂。

　　3、测量过程

　　给铂丝通恒定电流，铂丝发热达到一定温度。

　　样气流过测量气室，气体把铂丝热量带走。

　　如果被测组分浓度高 → 混合气体热导率大 → 铂丝散热快 → 温度下降 → 铂丝电阻变小

　　如果被测组分浓度低 → 散热慢 → 铂丝温度高 → 电阻变大

　　参比室气体成分固定，参比丝温度、电阻基本不变。

　　测量臂电阻发生变化，惠斯通电桥输出不平衡电压信号。

　　电桥输出电压大小和被测气体浓度成对应关系，标定后就可以直接读出气体浓度。

　　4、影响测量的干扰因素

　　温度：热导池本体温度波动会严重影响结果，所以仪器一般带恒温控温。

　　流量：样气流量过大过小，会改变气体带走热量，要求流量稳定。

　　背景气体组分：只有其他组分热导率接近，才能准确测某一组分;若多种组分热导率差异大，会产生交叉干扰。

　　压力变化也会轻微影响热传导，需保证压力稳定。

　　5、优缺点

　　优点：结构简单、可靠，不破坏被测气体，可测多种气体，能测高浓度;

　　缺点：选择性差，易受背景气体干扰;灵敏度对低浓度较差;需要恒温稳流。

　　典型应用：化肥合成氨测氢气、高炉煤气测 CO₂、氩气纯化、制氢装置氢气纯度在线分析。