Анализаторы влажности газов серии 5800

Анализаторы моделей 5800 и 5830 предназначены, главным образом, для определения влажности в лабораторных условиях. Они используют пьезокристаллический принцип, основанный на анализе изменения частоты колебаний кварцевого кристалла.

Анализаторы оснащаются генератором влажности для проверки правильности показаний на потоке, а также проведения калибровки анализатора в автоматическом режиме. Стандартно анализаторы предназначены для настольной установки, однако, возможно исполнение для монтажа в стойку 19".

Области применения: газоразделение, производство, хранение и транспортировка этилена и пропилена, производство фторуглеродов, защитные и инертные газы, криогенное газоразделение, контроль качества газов в баллонах, газы травления и допирования, атмосфера печей отжига

Особенности

  • Быстрый отклик
  • Высокая чувствительность и низкая погрешность
  • Проверка правильности показаний на потоке и автокалибровка
Основные технические характеристики
Диапазон измеренияот 0...100 до 0...1000 ppmv
Погрешность*±20 ppbv или ±5% показания, что больше*
Параметры пробыдавление: 50...700 кПа; температура: 0...100°С
Габариты, мм432х132х381 (настольный вариант)
Масса, кг17

* - по данным Изготовителя

Часто задаваемые вопросы:

В каких единицах измеряется влажность в пьезокристаллических анализаторах?

Ответ на вопрос может быть полезен пользователям анализаторов серии 3050, модели 5000, серии 5800, серии 5900UHP.

Принцип измерения анализаторов основан на том, что частота колебаний пъезокристалла зависит от его массы, которая, в свою очередь, связана с адсорбцией какого - либо вещества на его поверхности. По этой причине анализаторы, в основе которых лежит данный принцип, в научной литературе именуются кварцевыми микровесами (QCM – quartz crystal microbalance). Математически связь между изменением частоты колебаний и увеличением массы дается уравнением Зауэрбрея. Масса адсорбированного вещества, в данном случае воды, зависит от ее концентрации в газе в соответствии с изотермой адсорбции. Изменение частоты колебаний с помощью калибровочного полиноминального уравнения можно связать с концентрацией воды в газе, измеряемой в единицах ppm, мг/м3 или моль/л и называемыми абсолютными единицами измерения влажности.

Какие факторы определяют погрешность измерения?

Ответ на вопрос может быть полезен пользователям анализаторов серии 3050, модели 5000, серии 5800, серии 5900UHP.

Масса адсорбированных молекул воды на поверхности пьезокристалла определяется изотермой, и для правильного измерения необходимо поддерживать измерительной ячейке постоянную температуру и давление. В силу неравновесности измерения также необходимо чтобы расход газа через ячейку был постоянным и фиксированным.

Измерительная ячейка в QCM анализаторах находится в термостатируемом с высокой точностью блоке, а давление либо фиксируется редуктором противодавления на избыточной величине 104 кПа (в модели 5000), либо измеряется датчиком давления и корректируется на стандартное абсолютное давление 101 кПа (в анализаторе 3050).

Расход газа регулируется вручную контроллерами расхода (в модели 5000) либо автоматически с помощью встроенного расходомера и пропорционального клапана (в модели 3050).

Почему анализаторы QCM считаются неравновесными?

Ответ на вопрос может быть полезен пользователям анализаторов серии 3050, модели 5000, серии 5800, серии 5900UHP.

Принципиальное отличие анализаторов QCM – неравновесность измерения. Измерение осуществляется путем чередования циклов пропускания через кристалл анализируемого влажного газа и сухого газа (тот же газ, прошедший через встроенный осушитель на основе молекулярного сита). Для измерения нет необходимости дожидаться установления равновесия между концентрацией воды в газовой фазе и на поверхности кристалла. В силу чрезвычайной чувствительности методов измерения частоты, для обнаружения изменения частоты достаточно небольшого количества молекул, попавших на поверхность. В цикле сухого газа это небольшое количество адсорбированных молекул удаляется, и частота возвращается к исходной. В результате изменение частоты носит пилообразный характер, показанный на рисунке.


Изменение частоты ячейки в сухом и влажном циклах

Именно размах зубьев этой пилы – разность частот в сухом и влажном циклах – связывается с концентрацией молекул воды в анализируемом газ. Скорость поступления молекул воды в поверхностный слой кристалла определяется градиентом концентрации в газовой фазе и на поверхности, а количество адсорбированной воды (и, соответственно, изменение частоты) – временами пропускания анализируемого и сухого газов. По этой причине важно, чтобы эти времена были фиксированными. Ясно, что при различных временах размах зубьев пилы будет различным. Стандартно реализована схема с двумя типами временных циклов – симметричным, когда время анализируемого и сухого цикла одинаковы, и асимметричным, когда время сухого цикла намного больше анализируемого.

Что такое deltaF?

Ответ на вопрос может быть полезен пользователям анализаторов серии 3050, модели 5000, серии 5800, серии 5900UHP.

Это разность частот в цикле анализируемого и сухого газа – первичный измеряемый параметр, который с помощью полинома связан с влажностью газа. При этом необходимо отметить, что это именно разность частот в этих циклах, а не разность частот насыщенной водой поверхности кристалла и сухой ячейки.

Как видно из рисунка, при высокой влажности ячейка в сухом цикле не успевает снизить частоту до частоты сухой ячейки. Этот рисунок немного утрирован для наглядности, реально при низкой влажности в сухом цикле частота практически возвращается к частоте сухой ячейки

Как устроен генератор влажности?

Ответ на вопрос может быть полезен пользователям анализаторов серии 3050, модели 5000, серии 5800, серии 5900UHP.

Устройство генератора влажности чрезвычайно простое, рис. Грубо говоря это замкнутый сосуд с водой, находящийся при фиксированной температуре, в который помещена тефлоновая трубка определенной длины. Тефлон имеет пористую структуру, в определенной степени прозрачную для молекул воды. Тем самым, если зафиксировать расход газа (любой природы или любого состава) через трубку, то на выходе он будет насыщен определенным фиксированным количеством воды. При этом оказывается не очень существенным количество жидкости, содержащейся в генераторе – проницаемость определяется давлением насыщенных паров воды, которое в двухфазной системе при фиксированной температуре постоянно, см. уравнение газа Ван-дер-Ваальса.

В процессе работы анализатора количество жидкой воды в генераторе уменьшается, и когда не остается ни капли жидкости, номинал генератора резко изменяется. В стандартном генераторе анализатора 3050 исходно содержится 10 мл воды, его номинал на выходе 50 ppm, расход газа 50 мл/мин, и из этих данных можно оценить время работы генератора. Срок службы генератора определен изготовителем в 3 года. Он может изменить номинал, если поры на внешней или внутренней стороне тефлоновый трубки забиваются примесями в газе или солями воды.

В анализаторе 5000 генератор влажности имеет сходную конструкцию, однако, допускает долив воды, так что практически его срок службы неограничен.

Имеются генераторы влажности разного номинала, что позволяет проверить правильность показаний анализатора в нескольких точках калибровочного диапазона.

Устройство генераторов влажности для анализаторов, работающих в диапазоне ниже 1 ppm, имеет другую конструкцию: в них наоборот, вода находится внутри тефлоновой капсулы и задает определенный уровень влажности в пространстве камеры генератора. По этой причине такие генераторы одноразовые. Для ультранизких диапазонов влажности необходимый уровень ppb влажности генератора задается путем изменения его температуры.

Что такое частота сухой ячейки?

Ответ на вопрос может быть полезен пользователям анализаторов серии 3050, модели 5000, серии 5800, серии 5900UHP.

Частота кварцевого кристалла измерительной ячейки порядка 9 МГц. В ячейке имеется два кристалла, один из которых с покрытием, а другой обычный референсный, и их частоты немного отличаются. Так что сигнал ячейки – это сигнал на частоте биений, равной разности частот этих кристаллов, находящейся в диапазоне 500 – 2500 Гц.

Частота сухой ячейки – важный справочный параметр. Это частота ячейки на заводе – изготовителе при пропускании через анализатор сухого газа. Эта частота зависит от серийного номера ячейки, и в процессе эксплуатации может изменяться.

Частота сухой ячейки определяется на работающем анализаторе как частота в цикле пропускания сухого газа. Обычно она увеличивается, что связано с загрязнением (налипанием) на поверхность кристалла нелетучих примесей из анализируемого газа, которые не удаляются в цикле сухого газа. Если частота превышает 3500 Гц, то считается что ячейка сильно загрязнена, и необходимо разобраться с причиной этого. Редко, но частота может уменьшиться, что связывают с потерей части покрытия. Также при попадании конденсата на поверхность кристалла может произойти необратимое изменение свойств покрытия, что приведет к резкому снижению частоты ячейки. Ниже 250 Гц ячейка считается непригодной.

Какова емкость осушителя?

Ответ на вопрос может быть полезен пользователям анализаторов серии 3050, модели 5000, серии 5800, серии 5900UHP.

Емкость осушителя определяется качеством и однородностью цеолитов, которыми он заполнен. В настоящее время качество цеолитов очень высокое, так что емкость осушителя порядка 5 млн ppm – часов. Срок службы зависит от уровня измеряемой влажности – чем выше, тем меньше, можно оценить. Изготовитель ограничивает срок службы 5 годами.

Задайте Ваш вопрос