Теплопроводность газобетона: характеристики и сравнение по маркам | АлтайСтройМаш
В условиях постоянного роста количества населения все больше внимания уделяется совершенствованию технологий строительства. Газобетонные блоки отличаются внушительными габаритами, легким монтажом и улучшенными техническими характеристиками. Например, теплопроводность газоблока значительно ниже, чем у кирпича. Это делает материал экономичным при покупке и возведении зданий любого типа за счет сокращения количества сырья при сохранении должного уровня теплопроводности.
Коэффициент теплопроводности газобетона по марке
Каждая марка газобетонных блоков служит определенной цели в работах по возведению зданий:
- D400 применяется для строительства временных малогабаритных построек жилого типа. Сырье требует дополнительной отделки или облицовки. Цифра «400» говорит о том, что в 1 куб.м. газобетона содержится 400 кг твердого материала; остальное пространство занимают пузырьки воздуха.
- D500 подходит для построек бытового и сельскохозяйственного назначения. Блоки немного прочнее, чем марка D400, однако еще не способны выдерживать нагрузку тяжелой кровли.
- Блоки D600 и выше применяются при малоэтажном строительстве, обычно при возведении частных одноуровневых домов.
Пористая структура газобетонных блоков препятствует выдуванию тепла из внутренней части здания. Это позволяет экономить на теплоизоляционных материалах при дальнейших отделочных работах.
Таблица теплопроводности газобетона
Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/м*°С. Приведенные характеристики отражают низкий уровень выдувания тепла. Показатель достигается ввиду того фактора, что пузырьки воздуха, находящиеся внутри блока, медленно меняют свою температуру.
Теплопроводность газобетона: сравнение с деревом и кирпичом
- Средневзвешенные показатели теплопроводности для газоблоков составляют 0,08-0,14 Вт/м*°С.
- Для декоративного керамического кирпича, который используется при внешней облицовке стен здания, уровень теплоотдачи указывается в диапазоне от 0,36 до 0,42 Вт/м*°С.
- Стены из обычного глиняного кирпича, уложенного в один ряд, соответствуют показателю 0,56 Вт/м*°С.
- Самый дорогой силикатный кирпич также служит декоративным целям и не сохраняет тепло в здании из-за показателя в 0,71 Вт/м*°С.
- Теплопроводность древесины зависит от сорта дерева и влажности окружающей среды. Ее характеристики находятся в диапазоне от 0,09 до 0,218 Вт/м*°С.
При просмотре нашего каталога товаров вы найдете объекты строительного машиностроения для производства блоков из газобетона. Материал для возведения и облицовки стен обладает хорошими перспективами и будет распространяться на новые сферы промышленности.
Толщина стен из газобетона — какая должна быть?
Толщина стен из газоблока непосредственно влияет на тепло в доме. Чем толще газобетонные стены, тем комфортнее в помещении зимой. Казалось бы, что может быть проще: делай стену шире — и забудь про холода. Но есть и обратная сторона медали: большая ширина стены из газобетона означает и использование большого количества стройматериалов, а значит, рост расходов.
Решать, какая должна быть толщина кладки из газоблока, необходимо еще на стадии проектирования жилища, когда закладываются его главные параметры. При этом важно ориентироваться на критерии, от которых зависит теплопроводность стен.
Теплоизоляционные характеристики газобетона
Газобетонные блоки входят в категорию ячеистых бетонов. Имеют низкие показатели теплопроводности по сравнению с большинством других стеновых материалов. Такой уровень — залог того что в помещении будет тепло зимой зимой и комфортно летом.
Низкой теплопроводностью блоки из газобетона обязаны пористой структуре. В процессе производства материала пузырьки газа равномерно распределяются внутри, тем самым снижая его способность отдавать тепло.
Пористая структура, с одной стороны, наделяет газоблоки преимуществами, но с другой — ухудшает их прочность. Прочность газобетона на сжатие в зависимости от марки составляет 15–50 кг/см2. Блоки с низкой плотностью, например, D200, имеют минимальную теплопроводность. Однако использовать такой газоблок для несущих стен нельзя из-за ограниченной несущей нагрузки: как правило, он применяется в качестве утеплителя.
Выбирая размер подходящего блока газобетона для кладки стен дома, уделяют внимание и теплопроводности, и прочности на сжатие.
Рассчитывая оптимальное значение толщины стен объекта из газобетона, важно помнить о влиянии влаги на теплопроводность. Намокшие блоки хуже удерживают тепло, поэтому нужно защищать их от осадков фасадными материалами: кирпичом, сайдингом, штукатуркой.
Соотношение прочности газоблоков и этажности зданий
Нормативы по возведению стен здания из газобетонных блоков указаны в СТО 501-52-01-2007. В соответствии с этим документом при строительстве зданий нужно учитывать прочность газоблоков на сжатие.
Определить, какой должна быть прочность материала для постройки стены из газобетонных блоков, поможет таблица:
| Этажность здания | Одноэтажное | Двухэтажное | Трехэтажное | ||
| Прочность газоблоков | со сборно- монолитными или плитами перекрытия | с монолитными перекрытиями | со сборно- монолитными или плитами перекрытия | с монолитными перекрытиями | |
| В 2,0 | – | – ! | – ! | – ! | |
| В 2,5 | ++ | + | – | – | – |
| В 3,5 | +++ | ++ | + | + | + |
| В 5,0 | +++ | +++ | ++ | ++ | + |
Условные обозначения:
«+» — материал подходит для использования;
«++» — подходит с запасом;
«+++» — подходит с большим запасом;
«–» — не рекомендуется;
«– !» — категорически не рекомендуется.
По плотности выделяют теплоизоляционные марки газобетона (до D350), конструкционные (от D700) и комбинированные — конструкционно-теплоизоляционные (D400, D500 и D600).
Оптимальную плотность газоблоков определяют с учетом назначения постройки. Например, при определении толщины стен возводимого гаража из газобетона или подсобного помещения, для которого качественная теплоизоляция не важна, уделяют внимание только прочности.
Для многих регионов России оптимальным стройматериалом считаются газоблоки марок D400 и D500. Они достаточно прочны при низкой теплопроводности. Например, теплопроводность блоков ЭКО D500 B3,5 составляет 0,12 Вт/м* °С.
Кроме того, выбирая газобетон для наружных стен, важно оценивать его морозостойкость. Качество изготовленный материал способен перенести до сотни циклов заморозки-разморозки без каких-либо отрицательных последствий для своих характеристик и эксплуатационных свойств.
Толщина газобетонной стены: стандарты и рекомендации
Показатели теплозащиты зданий, которые обеспечивают формирование благоприятной температуры в помещении и способствуют экономичному расходу энергии, можно найти в СНиП 23-02-2003.
Рекомендуемая толщина возводимых стен из газобетона должна вычисляться при проектировании дома. Определиться с этим параметром помогает учет следующих критериев:
- устойчивость стройматериала к морозу, влаге, коррозии, высокой температуре;
- траты на отопление;
- защита от излишнего увлажнения.
Если у вас нет желания обращаться за составлением теплотехнического расчета к специалистам, можно выполнить его самостоятельно, ориентируясь на средние показатели. Этого достаточно, чтобы в доме было уютно и тепло.
По рекомендациям производителей и на основе статистики установлены следующие стандарты подбора размеров (толщины) газоблока для строительства дома:
- При постройке домов сезонного проживания толщина стены с кладкой из газобетонных блоков может начинаться от 200 мм. Но специалисты рекомендуют остановиться на 300 мм.
- При устройстве цоколя и подвала следует выбирать газоблоки толщиной 400 мм, марки D500 или D600, класса В3,5-В5.
- Для межквартирных перегородок рекомендована толщина газобетона 300 мм, для межкомнатных — 100-150 мм.
- Минимальная толщина, которую может иметь несущая стена на основе прошедшего автоклавирование газобетона, — 375 мм, самонесущей — 300 мм. Для сравнения: наименьшая толщина стен из пеноблоков при равнозначной теплопроводности конструкций должна быть в 1,6 раза больше, т. е. для несущих — 600 мм, для самонесущих — 480 мм.
Расчет оптимальной толщины кладки из газобетонных блоков
конструкций должна быть в 1,6 раза больше, т. е. для несущих — 600 мм, для самонесущих — 480 мм.
В упрощенном виде толщина несущей стены, строящейся из газобетона, рассчитывается по следующей формуле:
Т = Rreg*λ
Теплопроводность
λ — коэффициент теплопроводности. У каждой марки блоков этот коэффициент свой. Необходимый показатель в конкретном случае можно выбрать в таблице ниже: в ней приведены общие значения по ГОСТ 31359-2007.
| Марка по плотности | Коэф. теплопроводности в сухом состоянии, Вт/м*°С |
| D400 | 0,096 |
| D500 | 0,12 |
| D600 | 0,14 |
| D700 | 0,17 |
Сопротивление передаче тепла
Rreg — сопротивление передаче тепла, которым обладают стены из газоблока. Данный параметр можно вычислить, умножив коэффициент a (0,00035) на Dd (градусо-сутки периода отопления, ГСОП) и прибавив к полученному числу коэффициент b (1,4).
Данные коэффициенты представлены в СНиП 23-02-2003. ГСОП представляют собой разницу между тем, какая температура за окном и в помещении наблюдается в течение отопительного периода, умноженную на длительность сезона отопления. Эти значения можно посмотреть в СНИП 23-01-99 и пособии «Строительная климатология».
Но проще найти нужное значение в таблице (не для всех городов):
| Город | Необходимое сопротивление передаче тепла, м2*°С/Вт |
| Москва | 3,28 |
| Пермь | 3,64 |
| Омск | 3,82 |
| Краснодар | 2,44 |
| Санкт-Петербург | 3,23 |
| Екатеринбург | 3,65 |
| Казань | 3,45 |
| Красноярск | 4,84 |
| Челябинск | 3,64 |
| Новосибирск | 3,93 |
| Волгоград | 2,91 |
| Якутск | 5,28 |
| Сочи | 1,79 |
| Магадан | 4,33 |
| Тверь | 3,31 |
| Уфа | 3,48 |
Если использовать формулу, получится, что толщина блока для дома, расположенного в Москве, должна составлять минимум 44 см при применении газобетона D500.
При использовании газоблоков D400 показатель составляет 37,5 см.
Для северных регионов расчетные значения толщины стен равны 74–77 см. При строительстве домов из газобетона в таких условиях рекомендуется сооружать многослойную конструкцию.
Толщина стены из газоблоков и звукоизоляция
За счет ячеистой структуры газоблоки прекрасно гасят звуковую энергию. Стены дома из этого материала хорошо ограждают от уличного шума. Разобраться, какой толщины должна быть стена из газобетона для комфортной тишины, помогут следующие нормы звукоизоляции:
- межквартирные стены и перегородки — от 52 дБ;
- стены между жилыми помещениями и магазинами — от 55 дБ;
- перегородки между комнатами — от 43 дБ;
- перегородки между комнатой и санузлом — от 47 дБ.
При возведении межкомнатных перегородок размером 100–150 мм рекомендуется использовать блоки D600. Покрытые гипсовой штукатуркой такие конструкции имеют индекс изоляции звука 43 дБ — в пределах нормы. Конструкции толщиной 300 мм обеспечивают изоляцию от шума в 52 дБ. Эффективно уменьшить уровень шума помогает внутренняя отделка гипсокартоном.
Факторы снижения энергоэффективности
Когда вычисляется толщина стены, строящейся из газобетонных блоков для дома или другого объекта, речь идет о цельном газоблоке. На практике при строительстве здания используют отдельные элементы, которые соединяют друг с другом бетонными или растворными швами. Получается большое количество стыков — возможных «мостиков холода». Кроме того, в стеновую конструкцию укладывают арматуру, формируют армирующий пояс — это приводит к повышению теплопроводности.
Чтобы сохранить высокие изоляционные характеристики газобетонной кладки, необходимо придерживаться следующих правил:
- Скрепляющие растворы нужно готовить из сухих клеевых составов, предназначенных специально для газобетона. Такие смеси состоят из цемента, минеральных компонентов и полимерных модифицирующих добавок. Если работы проводятся зимой, в составе смеси должны быть противоморозные добавки. Для минимизации потерь тепла рекомендуется делать слой клеящего шва толщиной 2–3 мм. Если в попытках сэкономить заменить специальный состав раствором цемента и песка, результаты будут не самыми приятными: увеличится размер шва, что приведет к проблемам с «мостиками холода».
- Через стены уходит до 25% тепла. Основная масса теплопотерь связана с окнами, крышей и фундаментом. Поэтому этим проблемным зонам требуется уделять особое внимание и тщательно обустроить теплоизоляцию.
- В населенных пунктах с холодным климатом желательно утеплять стены снаружи.
Многослойные конструкции — альтернатива увеличению толщины стен
Для комфортного проживания без больших затрат на отопление в доме из газобетонных блоков можно использовать не только метод увеличения толщины стен. Еще один эффективный способ — возводить конструкции из двух или трех слоев с применением утеплителя и отделочного материала.
Популярные способы создания таких конструкций
- Облицовка кирпичом без утепления. При этом между слоями оставляют вентиляционный зазор. Кирпичная кладка осуществляется по стандартной технологии с применением гибких связей.
- Оштукатуривание. В случае с двухслойной конструкции помимо слоя штукатурки используется утеплитель. Для утепления чаще всего используется полужесткая базальтовая вата. Ее толщину следует подбирать в соответствии с СП 23-101-2004.
- Облицовка с утеплителем. В этом случае возводится 3-слойная конструкция. Используется вентфасад с утеплителем или отделка кирпичом с дополнительным утепляющим слоем между внутренней и внешней стеной.
Наружное утепление дома со стенами из газобетона необходимо выполнять комплексно. При этом важно учитывать изоляцию цоколя и фундамента, создание отмостки. При монтаже нескольких слоев следует обращать внимание на то, что коэффициент их паропроницаемости должен идти по нарастающей изнутри наружу. В таком случае пар не будет накапливаться в ячеистых блоках и беспрепятственно выйдет на улицу.
Вывод
При строительстве дома из газобетона следует придерживаться такой толщины стен, чтобы обеспечивалась низкая теплопередача при высокой прочности конструкции. Принять во внимание оба эти фактора позволяет учет таких показателей при выборе газоблоков, как класс прочности, плотность и коэффициент теплопроводности. Большое значение для правильного расчета толщины стены из блоков газобетона имеют и климатические условия региона.
Характеристики стен дома из газобетона — какие они должны быть? — Арт Строй Дизайн
Построенные из газобетонных блоков стены отличаются низкой теплопроводностью, за счёт чего они способны прекрасно удерживать тепло в помещениях, обеспечивая комфортный для проживания микроклимат в летнее и зимнее время года.
Сравнение характеристик теплопроводности стен
В качестве примера мы приведём сравнительные показатели газобетонных блоков и традиционно используемого в строительстве керамического щелевого кирпича, который также называют «эффективным кирпичом». Теплопроводность возведённой из такого кирпича стены будет в приделах от 0,35 Вт/(м ‘С) до 0,45 Вт/(м ‘С). Мы будем брать за основу минимальный показатель теплопроводности — 0,35 Вт/(м ‘С). Теплопроводность стены выстроенной из газобетонных блоков марки D400 будет равна 0,10 Вт/(м ‘С). Теплопроводность стены из газобетонных блоков марки D500 будет приблизительно равна 0,12 Вт/(м ‘С).
Даже не обладая большими знаниями в математике, можно прекрасно понять что дом, выстроенный из керамического щелевого кирпича, будет примерно в 4 раза быстрее выпускать тепло, чем дом со стенами такой же толщины, но построенными из газобетонных блоков.
В современном строительстве теплопроводность стен регламентируется нормативным документом — СНиП 23-02-2003. Для того чтобы обеспечить надлежащую теплоэффективность конструкции, в соответствии с данным документом, стена построенная из кирпича должна обладать толщиной не менее 640 миллиметров. Данный показатель предназначен для домов, которые строятся в средней полосе России, где в зимнее время температура воздуха довольно редко опускается ниже -30 Со.
При применении в строительстве стен, блоков газобетона марки D400, обладающих теплопроводностью 0,10 Вт/(м ‘С), их толщина может составлять всего 375 миллиметров, при этом сохраняя необходимое количество тепла в помещениях. Для строительства стен из газобетона марки D500, имеющих теплопроводность 0,12 Вт/(м ‘С), рекомендуемая толщина составляет от 400 до 500мм.
В Москве, в отличие от других регионов нашей страны, строительство стен из силикатного кирпича не рекомендуется. Основной причиной этому служит большая теплопроводность этого вида материала. В связи с чем, в Москве, реальной альтернативой газобетонным блокам служит керамический кирпич и пенобетон.
Поскольку пенобетонные блоки весьма уступают автоклавным газобетонным в качестве, то и более приемлемым в соотношении цены и качества для застройщика будет строительство именно из газобетонных блоков.
И хотя строительство дома из керамического поризованного кирпича выглядит гораздо надёжней, цена подобного будет значительно превышать стоимость строительства из газобетона. Помимо того, в отличие от силикатного кирпича, поризованный обладает меньшей теплопроводностью, но даже при этом он сильно проигрывает газобетонным блокам марок D400 и D500.
Какая теплопроводность газоблака в реальных условиях ?
В середине 20го века, когда шло активное нормирование промышленности строительных материалов, был выделен большой класс – конструкционно-теплоизоляционных материалов. Предполагалось что это материалы, которые обладают с одной стороны достаточной несущей способностью чтобы строить из них гражданские здания, с другой стороны конструкции из них обладают достаточным сопротивлением теплопередач чтобы являться ограждающими для зданий с нормируемыми параметрами микроклимата. Тогда в класс конструкционно-теплоизоляционных входили: кирпич, легкие бетоны, большинство бетонов на пористых заполнителях, изделия из дерева, но в последние годы 90х когда ужесточилось нормирование теплофизических характеристик, класс конструкционно-теплоизоляционных материалов очень сильно сузился и теперь в нем кроме автоклавного газоблока плотностей до 500 кг/м3, находятся лучшие образцы крупноформатной керамики, лучшие образцы керамобетона, и практически не представлены неавтоклавные газоблоки. Если сравнивать те материалы, которые условно можно считать конструкционно-теплоизоляционными в современных условиях, то увидим, что прочность автоклавного газобетона достаточно высока на фоне других материалов, расчётное сопротивление кладки примерно такие же как у кладки крупноформатного кирпича. Например, класс по прочности B3.5 полнотелый бетонный блок расчетное сопротивление кладки из него 1.5 MPa (Мегапоскаля), для крупноформатной керамики марок М75, М100 расчетное сопротивление в диапазоне от 1.5 – до 2 MPa, т.е. несущая способность стен из газобетона примерно такая же как как несущая способность кладки у крупноформатной керамики.
Усадка блока из автоклавного газоблока составляет 0.4 мм на 1 метр кладки.
Насколько газоблок теплый?
В нашем климате и наших конструкциях установившаяся влажность газоблока составляет от 3 до 5 % в зависимости от того в составе какой конструкции он работает, соответственно расчетная теплопроводность газоблока назначается для влажности 4 и 5 %.
Газоблок современных марок значительно теплее чем древесина, и примерно в 2-3 раза имеет большую теплопроводность чем наиболее распространенные теплоизоляционные материалы, поэтому стенка толщиной 30 см. из автоклавного газобетона марки D400 это тоже самое что 100 0 – 150 мм пенопласта или минваты по теплозащитным свойствам.
Стена из 2,5 кирпича равна кладке стены из блок 100 мм D400, 150 мм D500, 200 мм D600
Стена из бруса 200 мм равна кладке стены из блок 100 мм D400, 150 мм D500, 200 мм D600
Теплая керамика или газобетон, сравнение
Выбор материала для строительства дома должен быть максимально осмысленным и учитывать все возможные риски. В нашей статье мы сравним два самых популярных конкурента среди стеновых материалов:
- Газоблок
- Керамоблок
Экологичность
- Керамические блоки – максимально экологичный материал благодаря простому натуральному составу: вода, глина, древесные опилки.
- Газобетон – искусственно созданный материал. Он состоит из цемента, алюминиевой пудры, извести, песка.
Теплопроводность
Сравнивая аналогичные по толщине стены и плотности керамические блоки с газосиликатными, мы видим, что коэффициент теплопроводности у газобетона чуть ниже, соответственно он чуть теплее. Но тут есть несколько важных моментов:
- Для газобетона показатель раcсчитывается в сухой среде. Однако идеальных условий не бывает, и с ростом влажности показатель теплопроводности вырастает в 3 раза. Когда газосиликат выходит с завода, его влажность может доходить до 50%. Это связано с обработкой водяным паром в печах автоклава. Не все производители газобетона афишируют, что расчёт теплопроводности производится без учета клея или раствора, на который он укладывается.
- Керамический блок расcчитывается по теплопроводности уже с учетом использования цементно-песчаного раствора, что как раз даёт более реальные показатели.
Надо понимать, что фактически по теплопроводности эти блоки сопоставимы. Но керамический материал держит свои характеристики весь срок службы.
Прочность
Прочность – один из самых важных показателей, от него зависит какую нагрузку может выдержать материал в кладке.
- Газобетон – прочность в зависимости от производителя М35 – М50
- Керамический блок – прочность в зависимости от производителя М75-М150
М150 означает, что каждый м2 выдерживает 150 кг. Если сделать расчёт нагрузки на 1 метр кладки газосиликатного блока и керамического, то получается разница в 2 раза!
Также есть показатель – прочность на сжатие (МегаПаскали).
- Газобетон – 1-5 МПа
- Керамоблок – 10-15 Мпа
Крепление в блок
Керамический блок выдерживает нагрузку
на вырыв до 500 кг (5кН)
Газобетонный блок – до 300 кг (3кН)
Технология кладки
Газоблок со временем теряет прочность (процесс карбонизации силикатов – переход силикатов в мел). В связи с этими показателями его нужно армировать в кладке каждые 3 ряда + делать армирование в стенах длиннее 6 метров, оконных проемах, и в других местах с усиленной нагрузкой. Это удорожает стоимость кладки и увеличивает время возведения.
Керамические блоки не теряют прочность в кладке. Можно спокойно возводить стены без дополнительного армирования. Есть примеры постройки 10-этажных зданий из тёплой керамики с несущими стенами без армирования.
Геометрия
У газобетона средние отклонения от заявленных размеров 1-2 мм. Это позволяет производить тонкошовную кладку на клей, что уменьшает количество мостиков холода через швы. Также это позволяет наносить более тонкий слой штукатурки в дальнейшем, экономя средства.
У керамоблока средние отклонения 5-6 мм. Поэтому шов при кладке должен быть 8-12 мм. Использование тёплого кладочного раствора компенсирует этот момент, так как он был специально создан для керамических блоков, с максимально приближенным показателем по теплотехнике
Вес
Керамический блок легче почти в 2 раза, чем аналогичный блок из газосиликата. Это позволяет сократить нагрузку на фундамент и облегчить кладку строителям. Всё это тоже может позволить сэкономить дополнительные деньги.
Морозостойкость
Этот показатель у обоих материалов отвечает нормам – F50–F100 в зависимости от производителя.
Скорость строительства дома
- Кроме вышеописанных пунктов (дополнительное армирование, вес, нанесения клея в вертикальные швы), у газобетонных блоков есть ещё одна особенность – это последующая отделка стен штукатуркой. Её нельзя производить сразу, так как газоблок слишком влажный. Как правило, дом отстаивается ещё около 1-2 лет, просушивая газосиликатные блоки.
- Тёплая керамика изначально сухая – отделку можно производить сразу при положительной температуре.
Комфорт в доме
- Керамоблок имеет свойство как поглощать влагу, так её и отдавать. Тем самым в доме происходит регуляция влажности без приборов и систем. За счёт своей высокой инерционности, керамические блоки имеют теплоёмкость выше, чем у газоблока. Это означает что зимой керамический материал набирает тепло и потом медленно его отдаёт в помещения, тем самым контролируя комфортную температуру в доме. А летом обратная ситуация – теплая керамика аккумулирует в своих пустотах прохладный воздух, не давая теплому воздуху заполнить внутренние помещения. Это позволяет сэкономить на отоплении и кондиционировании дома в разные сезоны проживания.
- Газоблок отдаёт влажность годами и таких свойств не имеет.
Дом из керамических блоков также больше подойдёт, если у вас в семье есть аллергики. Это связано с абсолютной гипоаллергенностью блоков.
В газосиликате же присутствуют выделения пыли, что нужно иметь в виду.
Цена
Цены на аналогичные блоки по плотности и толщине в среднем идентичны. Цены у каждого материала больше разнятся по производителям – есть премиальные бренды керамических блоков (напр. Поротерм) и также у газобетона есть свои лидеры (напр. Ytong).
Огнестойкость
Оба материала проходят по низким показателям горючести – предел огнейстойкости до 4 часов.
Долговечность
- История строек из газосиликата рассказывает нам, что по истечении 15-20 лет внешние стены подвергаются усадке около 2 мм. Это может негативно сказаться на целостности кладки. Мы знаем этот материал 40 лет, больше этих сроков надежность пока оценить не представляется возможным.
- Керамический блок появился гораздо раньше, можно отметить уже 100-летний юбилей. Но если мы посмотрим вглубь истории построек из керамического материала, то можем увидеть сегодня строения с 20-ти вековой историей. На фото одно из таких строений – отель Анно (Любек, Германия), первое упоминание о котором датируется 1305г.
| Кельма 100 мм | Кельма – инструмент, специально разработанный для равномерного и экономичного нанесения тонкослойного (2-3мм.) клеевого раствора на горизонтальные, вертикальные и сложные поверхности. Для быстрого и аккуратного нанесения клея используйте кельму, равную толщине блока. |
| Кельма 150 мм | Кельма – инструмент, специально разработанный для равномерного и экономичного нанесения тонкослойного (2-3мм.) клеевого раствора на горизонтальные, вертикальные и сложные поверхности. Для быстрого и аккуратного нанесения клея используйте кельму, равную толщине блока. |
| Кельма 200 мм | Кельма – инструмент, специально разработанный для равномерного и экономичного нанесения тонкослойного (2-3мм.) клеевого раствора на горизонтальные, вертикальные и сложные поверхности. Для быстрого и аккуратного нанесения клея используйте кельму, равную толщине блока. |
| Кельма 250 мм | Кельма – инструмент, специально разработанный для равномерного и экономичного нанесения тонкослойного (2-3мм.) клеевого раствора на горизонтальные, вертикальные и сложные поверхности. Для быстрого и аккуратного нанесения клея используйте кельму, равную толщине блока. |
| Кельма 300 мм | Кельма – инструмент, специально разработанный для равномерного и экономичного нанесения тонкослойного (2-3мм.) клеевого раствора на горизонтальные, вертикальные и сложные поверхности. Для быстрого и аккуратного нанесения клея используйте кельму, равную толщине блока. |
| Кельма 375 мм | Кельма – инструмент, специально разработанный для равномерного и экономичного нанесения тонкослойного (2-3мм.) клеевого раствора на горизонтальные, вертикальные и сложные поверхности. Для быстрого и аккуратного нанесения клея используйте кельму, равную толщине блока. |
| Кельма 400 мм | Кельма – инструмент, специально разработанный для равномерного и экономичного нанесения тонкослойного (2-3мм.) клеевого раствора на горизонтальные, вертикальные и сложные поверхности. Для быстрого и аккуратного нанесения клея используйте кельму, равную толщине блока. |
| Штроборез | Штроборез используется для штробления каналов и пазов при укладке электропроводки, труб и при армировании блоков. |
| Уголок | Уголок обеспечивает точность резки блоков и соблюдение прямых углов при резке. |
| Ножовка ручная 630 мм | Пила-ножовка из твердого сплава с алмазной обработкой режущих наконечников предназначена для быстрой и точной распилки блоков, создания доборных блоков, выступов и архитектурных элементов. |
| Шлифовочная доска | Используется для выравнивания неровностей кладки и для изменения формы блоков. |
| Рашпиль выравнивающий | Используется для выравнивания неровностей кладки и для изменения формы блоков. |
| Мастерок с зубцами | Мастерок предназначен для удаления возможных шероховатостей на поверхности стен. |
| Очки защитные | Очки рабочие защищают глаза от попаданий мелких частиц механически обрабатываемого материала. |
Теплопроводность газобетона на примере известных марок: Стоунлайт, Aeroc, ХСМ
Теплопроводность любого строительного материала измеряется в Ватт на метр на градус Цельсия: Вт/м*С. Она показывает, насколько хорошо или плохо стройматериал пропускает тепло при толщине слоя в один метр.
Чем больше щелевых пустот и отверстий в стройматериале, тем ниже теплопроводность. А чем ниже теплопроводность, тем лучше теплоизоляционные показатели материала. Лидеры по теплоизоляционным показателям среди блочных материалов – это газобетон, пеноблок и керамический поризованный блок (теплоблок). Газоблок – один из самых “теплых” строительных материалов. Например, при толщине кладки в 375 мм его не нужно дополнительно утеплять, даже если Вы живете в северных районах Украины. При толщине блока в 250-300 мм стены не нужно утеплять и на юге Украины.
Теплопроводность газобетона разных производителей
Самый популярный производитель газобетона в Украине – это Aeroc. Два завода этого производителя (в Березани и Обухове) суммарно выпускают 910 тысяч кубометров ячеистого бетона в год.
Теплопроводность газоблока Аэрок меняется в зависимости от плотности:
D150 – 0,05 Вт/м*С.
D300 – 0,08 Вт/м*С.
D400 – 0,10 Вт/м*С.
D500 – 0,12 Вт/м*С.
На втором месте по популярности находится бренд Стоунлайт. Он выпускается заводом в Броварах. Самая распространенная плотность такого блока – D400/D500. Теплопроводность газобетона Стоунлайт колеблется от 0,82 до 0,105 Вт/м*С, но в среднем составляет 0,098 Вт/м*С. Это приблизительно соответствует теплопроводности газобетона Aeroc D400.
Газобетон ХСМ выпускается компанией “Харьковские строительные материалы”. Выпускается в двух вариантах плотности – D400 и D500. Его теплопроводность полностью совпадает с показателями Аэрока:
D400 – 0,1 Вт/м*С.
D500 – 0,12 Вт/м*С.
Сравнение теплопроводности газоблока с другими материалами
Итак, теплопроводность газоблока разных произвоителей приблизительно одинакова. Это естественно, потому что и Аэрок, и Стоунлайт, и ХСМ используют одну и те же технологию изготовления. Теплопроводность материала зависит от плотности и пористости, а не от производителя.
Давайте сравним теплопроводность газобетона с другими стройматериалами:
Керамический блок – 0,14 Вт/м*С.
Кирпич пустотелый – 0,44 – 0,6 Вт/м*С.
Кирпич полнотелый – 0,67 – 0,8 Вт/м*С.
Бетон – 1,75 Вт/м*С.
Пенобетон – 0,12 – 0,35 Вт/м*С.
Таким образом, у газобетона самая низкая теплопроводность.
Общие характеристики газа для присоединенного контура
Матрица значений плотности газа, для поиска в двухмерной таблице в зависимости от давления и температуры. Размер матрицы должен соответствовать размеры векторов давления и температуры. Строки таблицы соответствуют значениям вектора температуры , а столбцы соответствуют вектору давления ценности.
Значение по умолчанию – 27735142, 0,497672062326111,
0,995337472158662, 1,9 39855983, 4,97624478331013,
9.95052507838832, 19.8877675359538, 49.5222664696343,
97.8281817865855; 0,0870915231079571, 0,174179875730153,
0,435425837514054, 0,870771682736456, 1,74121977223468,
4.35055112014231, 8.6923131825558, 17.3462098741118,
43.0204270425471, 84.5862815012905; 0,0774139632775453,
0,154823661826077, 0,387027124125729, 0,773947181340524,
1.54746386958083, 3.86538722275345, 7.71958432856407,
15.3924298760864, 38.0966874262009, 74.7409240194489;
0,0696722132563204, 0,139339881699215, 0,3483155 603688,
11.5265728971708, 28.4843351052556, 55.829341571381;
0.0535937940886494, 0,107183660899874, 0,2679296 547796, 0.409710426055867, 0.819141805232369,
2.045760534, 4.08453435 [0,232389928446798, 0,465063671432694,
1.16479567270147, 2.33676613945539, 4.70263894299404,
11.983516436453, 24.7878864888476, 53.4753944012435,
188.202476404452, 488.088746553617; 0,217841319668304,
0,435028115, 1,09138524660849, 2,18825141646267,
4.39865940277095, 11.1676860192343, 22.9408518273177,
48.6188318442922, 151.41140977555, 397.086323615566;
0.2050095605, 0.410186693889784, 1.026732943,
2.05770371150129, 4.132493848, 10.4620818492884,
21.3797637857971, 44.7465382224065, 130.788260466556,
323.533424670971; 0,193606079729805, 0,38734394286521,
0,969349656759853, 1,94200819142115, 3.89732426996839,
9.84460606064557, 20.0372743829505, 41.551685035359,
116.744404785154, 273.404057887341; 0,183405807765996,
0,36691546510227, 0,918068262208759, 1,83874006288175,
3.68793116346732, 9.2989642809239, 18.8669316601087,
38.8510263281099, 106.248040134752, 239.063674783047;
0,174227353976232, 0,348537012803259, 0.871960127107058,
1,74598097193374, 3,50022045445381, 8,81280884432948,
17.8353318467781, 36.5262009931833, 97.9572133071041,
214.144269454883; 0,139362218300841, 0,278750918818379,
0,697075681624698, 1,39481110010495, 2,79224958681861,
7.00009934436889, 14.0635945083875, 28.3693859898697,
72.4958995959279, 148.0611083; 0,1161277516,
0,232262711724454, 0,580710652868886, 1,16159962682988,
2.323733333, 5.81485119489922, 11.6454651017326,
23.345179818482, 58.6036404676478, 116.933272564178;
0,0995348730218713, 0,19 72079736; 0,05805995729,
0,116115694052286, 0,2544054221, 0,580409375636267,
1.1603953396719, 2.89780177016166, 5.784 1739, 39.5856012611331; 0,0387067675798369,
0,077410976131965, 0,193508246917561, 0,386952511151441,
0.77364
5147706, 19.0335137737723, 37.4287645642868; 0,0366696057813522, 0,073336860231159, 0,183324515224783, 0,3665
538238, 0,732945322059316, 1,8305992514921, 3.65531662685461, 7.28709889581498, 18.0413651664581, 35.4984330382504; 0,0348361601073285, 0,0696701556937661, 0.174159155188816, 0,348264195999875, 0,696311928298658, 1,73915624407237, 3,472125895, 6,92415359223964, 17.1482850565279, 33.7601783509398; 0,0232242994681783, 0,0464475414045395, 0,11611092226157, 0,232195408621678, 0,464285085702862, 1,15991997307222, 2,31719916466188, 4.62384864786652, 11.4808038114339, 22.7013239671071; 0.3 .(PDF) Теплопроводность газа методом импульсной инжекции с использованием детектора удельной теплопроводности (TCD)
840 Cataluña et al. J. Braz. Chem. Soc.
Jr (энергия) = – κA (dT / dr) (1)
Согласно кинетической теории газов, тепловая проводимость
, κA, идеального газа A с молярной концентрацией
[A] равна дается выражением
κA = 1/3 λ ĉ CV, м [A] (2)
где λ – длина свободного пробега, ĉ – средняя молекулярная скорость
молекул, а CV, m – молярная теплота
емкость при постоянном объеме.11 Строгое рассмотрение
для предсказания теплопроводности многоатомных жидкостей потребует
, поэтому требуется всестороннее знание
раздельного и интерактивного поведения поступательных,
вращательных и колебательных степеней свободы многоатомной молекулы
12. Используя импульсный метод, в рамках одного измерения
можно получить две различные информации
, а именно удельную теплоемкость и тепловую проводимость
.13
В дополнение к экспериментальным результатам мы разработали новый упрощенный теоретический подход
, который позволяет протестировать
полученные экспериментальные результаты для различных газов и
смесей.
Экспериментальный
Контрольно-измерительная аппаратура конкретного TCD
Общий принцип обнаружения тепловых датчиков проводимости
следующий. Между «холодным» и «горячим» элементом
поддерживается известная разница температур
.Тепло передается от «горячего» элемента к «холодному» элементу
посредством теплопроводности через газ-носитель
. Температурный градиент устанавливается за счет тепловой энергии потока
в газовой среде. Таким образом, мощность, необходимая для нагрева «горячего» элемента
, является прямой мерой выходного электрического сигнала
для теплопроводности. Потери тепла
из-за излучения, конвекции и теплопроводности
через выводы «горячего» элемента
должны быть минимизированы конструкцией датчика.14
Рисунок 1 (a) иллюстрирует мост Уитстона, а Рисунок
1 (b) – соответствующее устройство TCD. Датчик
состоит из четырех камер: измерительной камеры и трех контрольных камер
. Камеры состоят из трубок из боросиликатного стекла
(Pyrex ™) с внутренним диаметром 2 мм и длиной
40 мм. Мощность нагрева требуется для поддержания разницы температур
между «горячим» элементом и температурой окружающей среды
.Четыре камеры расположены внутри
алюминиевого блока, который оснащен электронным управлением
для поддержания постоянной температуры блока и, следовательно, датчика
. Используя гелий, который обладает высокой теплопроводностью
, в качестве газа-носителя, температура нити
поддерживается как можно более низкой. Поток газа-носителя составляет
30 мл мин-1, вводимый объем газа составляет 200 мкл, температура алюминиевого блока
установлена на уровне 323 К, а источник электропитания
составляет 14 В.Система работает при постоянном давлении
. При проведении измерений выходной сигнал
моста напряжения непрерывно записывается
с помощью компьютерной платы CIODAS-08.
Измерения с помощью TCD основаны на мониторинге
изменений электропроводности нити, вызванных
изменением ее температуры во время прохождения пробы газа
. Выходной сигнал «E (t)» в мосте Уитстона равен
на основании изменений сопротивления датчика «Rf».
Предлагаемый подход к оценке теплопроводности
с использованием TCD
В стационарных условиях количество тепла
, передаваемого от нити накала в газовую фазу, равно
, пропорционально теплопроводности текущей газовой смеси
и разность температур
филамента и стенок ячеек. Температура датчика
постоянная при стационарных условиях нагрева и постоянный расход неизменного газа
.В этом случае температура нити
остается постоянной и dTf (t) / dt = 0. Когда образец газа
вводится в текучую среду, протекающую внутри канала, переходная температура нити
генерирует переходное напряжение
в мосту Уитстона E (t).
Теплопроводность газовой фазы в датчике камеры
во время измерительного эксперимента будет
как результат носителя и пробы газа. Поскольку термические потери
из-за перехода газовой фазы, температура
датчика накала также изменится.Изменение состава протекающих газов
отражается в изменении температуры датчика
, вызывая изменение сопротивления датчика
, Rf, обеспечивая таким образом электрически обрабатываемый сигнал
. вокруг нити накала
, а тепло в радиальном и осевом направлениях сбалансировано,
Рис. 1. Схематическое изображение конструкции датчика и электрической схемы
для измерения выходных сигналов для ввода импульсов.
Границы | Улучшенные чувствительные свойства газовых сенсоров CO2 типа теплопроводности за счет загрузки многослойных углеродных нанотрубок в порошки нано-Al2O3
Введение
Большое количество выбросов парниковых газов CO 2 усугубляют глобальное потепление. Кислотный дождь, дымка и другие плохие погодные условия привели к огромным экономическим потерям и серьезному ущербу окружающей среде (Hansen and Sato, 2004). Регулирование выбросов CO 2 – это основной способ борьбы с потеплением климата, как в целом согласовано международным сообществом (Zhang et al., 2008). В промышленном производстве, особенно на угольных шахтах, CO 2 часто является продуктом выбросов, что также является источником опасности в производственном процессе (в истории угледобычи было много аварий со выбросами углекислого газа). Следовательно, необходимо обнаруживать и контролировать выбросы CO 2 распределенным, в режиме реального времени и точным способом (Ghosh et al., 2013; Zaitsev et al., 2017).
Датчик теплопроводности – это датчик теплового эффекта, который может измерять концентрацию газа в соответствии с разницей теплопроводности различных газов и воздуха (Gardner et al., 2020). Обычно разница теплопроводности преобразуется в изменение сопротивления с помощью схемы Уитстона. Режим теплопроводности обычно включает конвекцию, теплопроводность и излучение, работающее при температуре около 300 ° C. Его механизм реагирования определяет, что он имеет преимущества большой дальности обнаружения, хорошей стабильности работы и высокой надежности. Однако он также имеет проблемы, связанные с медленным временем отклика и низкой точностью обнаружения (Wei-Yong et al., 2006). Для достижения высокой точности и быстрого обнаружения в опасной среде необходимо улучшить теплопроводность и чувствительность датчика.
В последние годы углеродные нанотрубки (УНТ) постепенно используются при разработке теплопроводных газовых сенсоров из-за их лучших тепловых свойств и структуры пор по сравнению с обычными керамическими носителями (Huang et al., 2019). Исследователи в стране и за рубежом изучали газовые сенсоры, модифицированные углеродными нанотрубками (Zhang, 2012). Датчик газа, изготовленный Guo et al. (2006) был покрыт небольшим количеством MWCNT между встречно-штыревыми золотыми электродами на основе Al 2 O 3 и имеет хорошую чувствительность к толуолу при комнатной температуре.Tang et al. (2020) использовали однослойные углеродные нанотрубки (ОСНТ) для изготовления датчиков NH 3 , получив превосходную чувствительность 2,44% ΔR / R на ppm v NH 3 , что более чем в 60 раз выше, чем у собственных ОСНТ. датчики на базе. Бин Шен (Shen et al., 2018) и другие исследовали технологию порообразования в МУНТ, нанесенных на выровненные нанотрубки, и спроектировали и изготовили своего рода датчик теплопроводности из керамического порошка, покрытый горячей проволокой, для обнаружения метана с временем восстановления отклика 8 с и 16 с (Xibo et al., 2013).
В этой статье MWCNT используются для улучшения несущей конструкции с глухим отверстием традиционного шарика, такого как датчик теплопроводности, открытия большего количества каналов для передачи газа и эффективного улучшения проницаемости «керамического шарика» чувствительного материала (Wu and Lin, 2006; Торрес-Торрес и др., 2013). Представлены способ изготовления и основные технологии этого типа датчика. Производительность датчика измеряется, и обсуждается возможный механизм. Результаты показывают, что время отклика и восстановления датчика при загрузке модификации MWCNT в порошки нано-Al 2 O 3 было значительно сокращено.Исследование оказывает важное влияние на совершенствование технологии обнаружения в реальном времени высокой концентрации CO 2 на угольных шахтах (Qin et al., 2011).
Экспериментальная секция
Конструкция сенсора и взрывозащищенная конструкция корпуса
Датчик теплопроводности газа состоит из детектирующего элемента и компенсирующего элемента, которые представляют собой пару рабочих компонентов (рис. 1A), состоящую из платинового терморезистора и держателя (рис. 1B). Эти два компонента отдельно собираются в две стандартные трубы.Один из них – это незапечатываемая упаковка (рис. 1C), а другой – герметичная упаковка, которая используется для воздействия влажности и компенсации температуры окружающей среды чувствительного компонента. Затем изготавливается датчик теплопроводности путем сборки двух компонентов в корпусе для порошковой металлургии (рис. 1D) для реализации конструкции с взрывозащищенной безопасностью.
Рис. 1. Комплект датчика в сборе. Этикетка (a) показывает рабочие компоненты, этикетка (b) показывает несущий шар, этикетка (c) показывает форму упаковки, этикетка (d) показывает корпус из порошковой металлургии.
Процесс изготовления датчика
Способы изготовления чувствительного элемента и компенсационного элемента датчика теплопроводности схожи, но отличается форма упаковки, которая играет роль дифференциальной компенсации (Xue et al., 2013). Ключевыми факторами, ограничивающими производительность сенсора, в основном являются состав носителя сенсора, микроструктура, типы и формы распределения катализаторов. Основной производственный процесс датчика состоит из 10 этапов, таких как изготовление носителя, модификация носителя (загрузка смешанной углеродной нанотрубки и катализатора), намотка катушки элемента, нанесение покрытия на носитель катушки, спекание элемента, почернение элементов, согласование элементов и упаковка элементов, старение сенсоров и тестирование производительности и так далее.Конкретный процесс показан на рисунке 2.
Рисунок 2. Процесс изготовления датчика.
Разработка ключевых процессов
Конструкция из композитного несущего материала
γ-Al 2 O 3 наночастицы обладают преимуществом более высокой удельной поверхности. После смешивания с MWCNT образуется большое количество микронанопор (Zhang et al., 2018). Некоторые сквозные отверстия позволяют производить чувствительные элементы для датчиков теплопроводности (Wu et al., 2013).
В этой статье наноразмерные керамические сверхмелкозернистые порошковые материалы носителя γ – Al 2 O были приготовлены методом химического осаждения (Saha et al., 2005). Под непрерывным воздействием ультразвуковой волны раствор, состоящий из 0,02 моль муравьиной кислоты, 5,4 г воды и 7 мл изопропанола, медленно добавляли по каплям в смесь 20,4 г изопропилалюминия и 200 мл толуола. После завершения операции запускают механическую мешалку и раствор нагревают до 50-60 ° C.Затем реакцию выдерживают в течение 1 ч, после чего получают полупрозрачный гель. Продукты фильтровали, сушили при 60 ° C в течение 12 часов и снова сушили при 120 ° C в течение 1 часа. Затем получали рыхлый сухой гелевый порошок. Порошок нано-Al 2 O 3 может быть получен путем прокаливания порошка ксерогеля в течение 2 часов при 700 ~ 800 ° C. Следует отметить, что режим добавления микрокапель под действием ультразвуковой волны и температура прокаливания являются ключом к образованию наноразмерного порошка γ-Al 2 O 3 .
Поскольку MWCNT трудно растворить в воде, для эксперимента были выбраны гидроксилированные MWCNT (SSA> 490m 2 / г, чистота> 95% масс., Chengdu Organic Chemicals Co. Ltd). СЭМ-исследование показало, что МУНТ имели внешний диаметр 8 нм и длину 5–30 мкм. Для улучшения однородности дисперсии МУНТ в порошке Al 2 O 3 необходимо приготовить МУНТ в водном растворе путем добавления определенного количества диспергатора под действием ультразвуковой волны.
Для повышения термической стабильности носителя целевой композитный носитель также необходимо модифицировать путем добавления 5% порошка Nano-CeO 2 (30-50 нм, чистота 99,99%, Macklin). Наконец, материал был добавлен в порошок γ-Al 2 O 3 / CeO 2 в соотношении 5% мас. / Мас. С образованием нано-γ-Al 2 O 3 / CeO 2 Композитный носитель катализатора / MWCNTs.
Почернение чувствительных и компенсационных компонентов
Из-за высокой удельной поверхности и поверхностной активности нано-γ-Al 2 O 3 носитель, сделанный из него, имеет сильную адсорбцию на полярных молекулах (включая молекулы воды в воздухе) (Liu et al., 2011), но эффект десорбции становится слабым. В то же время градация серого для керамики, обожженной носителем γ-Al 2 O 3 / CeO 2 / MWCNTs, низкая, что вызывает усиление эффекта теплового излучения, тем самым влияя на обнаружение тепловой конвекции. эффект.
В этой статье частицы Pd и Pt образуются путем пропитки чистым раствором хлорированной палладиевой кислоты (H 2 PtCl 6 ⋅6H 2 O и H 2 PdCl 6 ⋅6H 2 O аналитически чистый , Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd), которые, следовательно, электротермически разлагают частицы Pd и Pt с изменением цвета носителя с серого на черный. Эффективность рассеивания тепла носителем может быть эффективно снижена, когда датчик работает. Чтобы уменьшить каталитический эффект частиц нано-Pd / Pt, раствор нитрата свинца был пропитан на поверхности черных частиц Pd / Pt и разложился при высокой температуре с образованием десенсибилизированного монооксида свинца. Наконец, сформированы чувствительные и компенсационные элементы датчика теплопроводности без каталитического эффекта.
Сопротивление спеканию и термическому разложению
Необходимо выполнить три ключевых шага, чтобы решить проблему легкого горения углеродных нанотрубок при высоких температурах.
Первым этапом наэлектризованного спекания является спекание размера порошка носителя при высокой температуре для объединения зерен и создания микро / наноотверстий, так что носитель имеет определенную механическую прочность и стабильную высокую удельную поверхность. Чувствительная катушка носителя с покрытием была нагружена постоянным напряжением под защитой азота высокой чистоты при температуре около 550 ° C, а ток спекания 150 мА поддерживался в течение 60 мин.
Во-вторых, под защитой азота высокой чистоты пропускают ток спекания 140 мА при температуре около 500 ° C, и этот ток поддерживают в течение 30 минут для термического разложения раствора хлорида палладия, пропитанного носителем. Поэтому чувствительные компоненты и компоненты компенсации станут черными.
Третий этап заключается в защите азота высокой чистоты и при температуре спекания 150 мА при температуре ниже 550 ° C, разложение черного носителя раствора нитрата свинца погружением в течение 30 мин из-за термического разложения раствора нитрата свинца с образованием офисного раствора и PbO, удалит носитель катализатора Pt и Pd.В результате чувствительный компонент будет иметь эффект теплопроводности только во время работы.
Создание тестовой системы и метод тестирования производительности
Система динамических испытаний, показанная на рисунке 3, состоит из устройств ввода и вывода (включая компьютер, стабилизированный источник питания постоянного тока и сборщик данных), чистого углекислого газа, трехходового клапана, камеры динамических испытаний (датчик и основание датчика), измерения схема, интерфейс и шина. Среди них камера динамических испытаний является основной частью всей системы, а ее объем можно регулировать с помощью внешнего поршня (аналогично поршню игольчатого цилиндра).Концентрация целевого газа регулируется путем регулирования объема испытательной камеры и объемного соотношения вводимого газообразного диоксида углерода. Основание датчика закреплено снаружи испытательной камеры, и датчик может быстро переключаться между целевым газом и воздухом с помощью поршня. Эта структура устраняет недостаток медленного воздухообмена в традиционной испытательной камере сенсора и устраняет влияние диффузии газа на время отклика сенсора.
Рисунок 3. Тестовая система.
Модуль датчикапредставляет собой типичный мост Уитстона для преобразования концентрации газа в выходной сигнал напряжения, как показано на рисунке 4. Постоянные резисторы R 1 и R 2 (200 Ом) подключены к плечу моста на одном конце, а чувствительный элемент и компенсационный элемент (C, D) подключены на другом конце. Два плеча соединены друг с другом с помощью источника постоянного напряжения 3,0 В (Vin). Схема обнаружения может выводить значения в милливольтах в соответствии с изменением концентрации целевого газа.R 3 – скользящий реостат, используемый для регулировки нулевого выходного значения датчика, которое составляет 2000 Ом.
Рисунок 4. Схема обнаружения моста Уитстона.
Результаты и обсуждение
Микроскопические характеристики углеродных нанотрубок, модифицированных Nano-Al
2 O 3 Carrier Сканирующий электронный микроскопZeiss Supra 55 был использован для наблюдения и измерения морфологии многослойных углеродных нанотрубок (MWCNT) и их композитных материалов-носителей с рабочим напряжением 15000 В.Микроразмер подготовленного носителя Al 2 O 3 составляет 20–50 нм, как показано на рисунке 5. Углеродные нанотрубки в носителе Al 2 O 3 переплетаются, образуя канал внутри носителя, так как показано на рисунке 6. Образование углеродных нанотрубок в основном происходит из смеси sp2-гибридизированных и sp3-гибридизированных нанотрубок. Под влиянием квантовой физики он может создавать особые электрические свойства в зависимости от структуры и диаметра сети. В то же время углеродные нанотрубки также синтезируются с образованием двойных связей углерод-углерод, полых каркасов и закрытых топологий, поэтому они обладают превосходными термическими и механическими свойствами (Dongmei et al., 2014).
Рис. 5. СЭМ-изображение размера частиц носителя Al 2 O 3 .
Рис. 6. СЭМ-изображение MWCNT Al 2 O 3 .
Рисунок 7 показывает, что носитель в основном состоит из углеродных нанотрубок, Al 2 O 3 и CeO 2 . Были модифицированы ожидаемые компоненты углеродных нанотрубок и CeO 2 . Массовое соотношение Pt и Pd составляет 2: 1, как показано в результатах определения характеристик картирования (Таблица 1), в то время как углеродные нанотрубки достигли 4.14%.
Рисунок 7. Энергетический спектр носителя сенсора.
Таблица 1. Результаты характеризации карт.
Тест производительности датчика
Характеристики рабочего напряжения датчика
На рис. 8 показаны значения чувствительности при различных рабочих напряжениях от 1,5 до 3,0 В с 10% CO 2 . Очевидно, что зависимость между чувствительностью и рабочим напряжением не является линейной. При увеличении рабочего напряжения чувствительность сначала возрастает, а затем снижается по сравнению с чувствительностью фитинга.Чувствительность достигает максимума при 2,7 В, поэтому в последующих тестах используется рабочее напряжение 2,7 В. Он показывает, что датчик, модифицированный MWCNTs, может работать при более низком напряжении и имеет меньшее энергопотребление, чем коммерческий датчик, работающий при напряжении 3,0 В.
Рисунок 8. Подгоночная кривая чувствительности 10% CO 2 при различных рабочих напряжениях.
Линейные характеристики отклика датчика
Кривая восстановления отклика концентрации CO 2 определяется от 0 до 100% путем контроля концентрации CO 2 в тестовой системе при температуре окружающей среды 25 ° C и влажности 45% с интервалом концентрации 10% и рабочее напряжение 2.7 В в три раза. Линейная подгонка среднего выходного напряжения датчика и концентрации CO 2 показана на рисунке 9, который показывает, что датчик имеет хорошую линейную зависимость (y = 0,464 + 0,754X, R 2 = 0,9986) с средняя чувствительность около 0,00754 В / 10% CO 2 . Чувствительность CO 2 с концентрацией менее 40% немного выше, чем с концентрацией более 40%.
Рисунок 9. Входная и выходная характеристика датчика.
Характеристики согласованности отклика датчика
Одной из проблем при применении газовых датчиков теплопроводности является постоянство отклика целевых газов с различными концентрациями, на которое влияют как условия испытаний, так и характеристики датчика. В этом испытании используется динамическая газовая камера со шкалой объема для быстрого переключения между воздухом и измеряемым газом. Тогда получается идеальный результат. На рисунке 10 показано, что датчик имеет хорошие характеристики отклика и восстановления для различных концентраций CO 2 с одинаковыми характеристиками отклика и восстановления при десяти различных концентрациях.Результаты тестирования трехкратного времени отклика и восстановления показаны на рисунке 11, время отклика T 90 разработанного датчика составляет 9 с, а время восстановления T 90 составляет 13 с.
Рис. 10. Кривая отклика и восстановления при непрерывном измерении.
Рисунок 11. Время отклика и время восстановления при различных концентрациях.
Влияние легирующих углеродных нанотрубок на характеристики отклика датчика
Время отклика – важный показатель газового датчика.Обычно время, необходимое для того, чтобы выходное значение датчика газа достигло 90% стабильного значения после контакта с целевым газом, определяется как время отклика датчика, которое выражается как T 90 . Чем меньше значение, тем выше скорость отклика. Время отклика датчика делится на диффузию газа CO 2 в оболочку порошковой металлургии и время прямого отклика датчика на газ CO 2 . На время диффузии газа будет влиять размер этого наложения порошковой металлургии.Определено, что спецификация 400 меш является лучшим выбором для испытания газа.
При условии 30% концентрации CO 2 рабочее напряжение датчика было установлено равным 2,7 В, а кривые отклика и восстановления трех типов датчиков теплопроводности из немодифицированных MWCNT, модифицированных MWCNT и MD62, которые производили компании Winsen (Китай) (Winsen, 2018) с чувствительностью 0,0061 В / 10% CO 2 были протестированы, как показано на рисунке 12. Чувствительность модифицированных MWCNT намного выше по сравнению с датчиком до модификации и датчиком MD62.Время отклика T 90 модифицированного датчика без MWCNT составляет 11 с, а время восстановления T 90 составляет 17 с. Время отклика T 90 датчика MD62 составляет 10 с, а время восстановления T 90 составляет 18 с. Результаты показывают, что разработанный датчик с временем отклика T 90 9 с и временем восстановления T 90 13 с имеет лучшие характеристики. Более того, модифицированные углеродные нанотрубки могут значительно улучшить характеристики восстановления отклика датчика теплопроводности.
Рис. 12. Кривые отклика 30% CO 2 в сравнении с сенсором без модификации MWCNT и коммерческим сенсором MD62.
Обсуждение механизма быстрого отклика датчика теплопроводности
При изменении целевого окружающего газа быстрое достижение нового баланса в измерительных компонентах сенсора является ключом к улучшению характеристик газового сенсора с теплопроводностью. Исходя из механизма реакции датчика теплопроводности, способность чувствительного элемента к тепловому балансу является ключевым фактором, влияющим на реакцию датчика, которая зависит от теплопроводности и микроструктуры самого датчика.Традиционный способ заключается в уменьшении размера носителя из оксида алюминия и увеличении удельной поверхности. Когда порошок оксида алюминия уменьшается до наноразмеров (<50 нм) из-за механизма образования носителя, во внутренней части носителя из оксида алюминия наблюдается большое количество отверстий. Однако большая часть этих отверстий представляет собой глухие отверстия, непроницаемость которых приведет к созданию барьера для передачи газа, что приведет к недостаточному воздухообмену и, следовательно, замедлит скорость реакции датчика и легко вызовет дрейф производительности.
Электрические свойства держателя сенсора могут быть улучшены за счет улучшения углеродных нанотрубок. Во-первых, углеродные нанотрубки повышают эффективность транспортировки измеряемого газа за счет улучшения микроканала носителя, как показано на рисунке 13. Внутренний диаметр MWCNTs составляет 2–5 нм, что позволяет газу CO 2 диффундировать и переноситься в MWCNT. .МУНТ и порошок оксида алюминия склеиваются вместе, что играет роль образования вторичных пор и обеспечивает множество каналов для носителя, так что исходный теплообмен за счет расширения поверхности может быть распространен на внутренний обмен.Во-вторых, текущая длина углеродных нанотрубок составляет 5–30 мкм, а их теплопроводность может достигать 1000 Вт / м⋅К, что в 100 раз больше, чем у Al 2 O 3 , таким образом эффективно улучшая теплопроводность композитный несущий материал (Shanni et al., 2020). Кроме того, из-за большой площади углеродных нанотрубок он также может повысить эффективность теплообмена измеряемого газа на чувствительном носителе, значительно улучшая время отклика и стабильность датчика.
Рисунок 13. Принципиальная схема микроканала легирования МУНТ.
Заключение
(1) Материал носителя γ-Al 2 O 3 / CeO 2 , модифицированный углеродными нанотрубками, имеет решающее значение для чувствительности датчика теплопроводности. Термическая обработка может изменить его кристаллическую форму, повысить его активность и сохранить хорошие физические и химические свойства, подавить агломерацию носителя и повысить стабильность датчика.В условиях воздуха тест CO 2 показал, что средняя чувствительность датчика составила 0,0075 В / 10% CO 2 и продемонстрировала хорошую линейность.
(2) Для разных концентраций CO 2 датчик показал хорошие характеристики отклика и восстановления, которые аналогичны при разных концентрациях. Время отклика T 90 и время восстановления T 90 датчика составляют 9 с и 13 с, соответственно, что лучше по сравнению с датчиком без улучшенных MWCNT и таким же типом коммерческого датчика.
(3) Многослойные углеродные нанотрубки обладают теплопроводностью. Модифицированный композитный носитель способствует полной теплопередаче измеряемого газа в отверстии и повышает эффективность теплопередачи измеряемого газа на носителе, что может значительно улучшить теплопроводность носителя и позволить датчику демонстрировать быстрый отклик. характеристики.
Заявление о доступности данныхОригинальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью / дополнительный материал, дальнейшие запросы можно направить соответствующему автору.
Авторские взносы
BS: концептуализация, исследование, написание – обзор, администрирование проекта и привлечение финансирования. XWL: методология и руководство. FZ и XLL: программное обеспечение. BS и LJ: проверка. XQ: ресурсы. FZ и XS: курирование данных. BS и XLL: написание – подготовка и редактирование оригинального проекта. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.
Финансирование
Эта работа была поддержана Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая (2018YFC0810500), Национальным фондом естественных наук Китая (52074111), Фондом естественных наук провинции Хэйлунцзян (YQ2020E034) и проектом Программы обучения молодых новаторских талантов университетов провинции Хэйлунцзян. (UNPYSCT-2018095).
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Авторы хотели бы поблагодарить Хунцюань Чжана и его команду из Харбинского инженерного университета за их долгосрочное предоставление всех видов газа и техническое руководство. Они также хотели бы поблагодарить рецензентов за их проницательные и конструктивные комментарии.
Список литературы
Dongmei, Z., Zhenwei, L., Lingdi, L., Yanhong, Z., Decai, R., and Jian, L. (2014). Прогресс создания и применения композиционных материалов графен / углеродные нанотрубки. Acta Chimi. Грех. 72, 185–200. DOI: 10.6023 / A13080857
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Гарднер, Э. Л. У., Лука, А. Д., Винсент, Т., Джонс, Р. Г., Гарднер, Дж. У., и Удреа, Ф. (2020). Датчик теплопроводности с изолирующими отверстиями мембраны.ДАТЧИКИ IEEE 2019. Нью-Йорк, Нью-Йорк: IEEE.
Google Scholar
Гош Р., Мидья А., Сантра С., Рэй С. К. и Гуха П. К. (2013). Химически восстановленный оксид графена для обнаружения аммиака при комнатной температуре. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 5, 7599–7603. DOI: 10.1021 / am4019109
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Го, М., Пан, М., Чен, Дж., Ми, Ю. и Чен, Ю. (2006). Модифицированные палладием многослойные углеродные нанотрубки для обнаружения бензола при комнатной температуре. Подбородок. J. Anal. Chem. 34, 1755–1758. DOI: 10.1016 / S1872-2040 (07) 60020-6
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Хуанг, Дж. Р., Ян, X. X., Хер, С. К., и Лян, Ю. М. (2019). Гибридная пленка углеродных нанотрубок / графеновых нанопластинок как гибкий многофункциональный датчик. Датчики 19: 317. DOI: 10.3390 / s117
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Лю Ф., Абед М. Р. и Ли К. (2011). Приготовление и определение характеристик ультрафильтрационных мембран на основе поливинилиденфторида (pvdf) с использованием нано-γ-al2o3. J. Memb. Sci. 366, 97–103. DOI: 10.1016 / j.memsci.2010.09.044
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Цинь, X., Фу, М., и Шэнь, Б. (2011). «Беспроводная система мониторинга шахтного газа на основе WSN [C]», Труды Второй международной конференции 2011 г. по цифровому производству и автоматизации (Zhangjiajie: IEEE), 309–312. DOI: 10.1109 / ICDMA.2011.82
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Саха, Д., Мистри, К. К., Гири, Р., Гуха, А., и Сенсгупта, К. (2005). Зависимость влагопоглощающей способности прозрачной наноструктурированной керамики γ-al2o3 от золь-гель процесса. Приводы Sens. B Chem. 109, 363–366. DOI: 10.1016 / j.snb.2005.01.002
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Шанни, В. У., Юань, З., Хун, Дж., Фэн, В., и Чунжун, X. (2020). Построение функциональных наноразмерных слоев w / al2o3 с низкой теплопроводностью и превосходными механическими свойствами. Mater.Реп. 34, 2023–2028.
Google Scholar
Шен Б., Чжан Х., Лю X., Цао С. и Ян П. (2018). Изготовление и характеристика каталитического датчика метана на основе технологии микроэлектромеханических систем. J. Nanoelectron. Оптоэлектрон. 13, 1816–1822. DOI: 10.1166 / jno.2018.2435
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Тан, С., Чен, В., Чжан, Х., Сун, З., и Ван, Ю. (2020). Функционализированный датчик газа из однослойных углеродных нанотрубок с наночастицами pd для обнаружения водорода в высоковольтных трансформаторах. Фронт. Chem. 8: 174. DOI: 10.3389 / fchem.2020.00174
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Торрес-Торрес, К., Периа-Лопес, Н., Мартинес-Гутьеррес, Х., Трехо-Вальдес, М., Ортис-Лопес, Дж., И Терронес, М. (2013). Оптоэлектронная модуляция многостенными углеродными нанотрубками. Нанотехнологии 24: 045201. DOI: 10.1088 / 0957-4484 / 24/4/045201
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Wei-Yong, H., Min-Ming, T., and Zi-Hui, R.(2006). Новый метод определения концентрации газа с помощью датчика теплопроводности. Подбородок. Приводы J. Sens. 19, 973–975. DOI: 10.1016 / S1005-8885 (07) 60041-7
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ву, Т. М., и Лин, Ю. В. (2006). Легированные композиты полианилин / многослойные углеродные нанотрубки: получение, характеристика и свойства. Полимер 47, 3576–3582. DOI: 10.1016 / j.polymer.2006.03.060
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ксибо, Д., Сяоянь, Г., Юэчао, К., Сюэ, С., и Чжаосия, Л. (2013). Исследование метода определения постоянной температуры датчика теплопроводности метана. Телкомника 11: 725. DOI: 10.12928 / TELKOMNIKA.v11i4.1168
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Сюэ, С., Сибо, Д., Юэчао, К., Ген, Х. и Лонг, Б. (2013). «Температурный дрейф и методы компенсации для датчика теплопроводности газа», Труды 8-го Международного форума по стратегическим технологиям (IFOST) 2013 г. (Нью-Йорк, Нью-Йорк: IEEE).
Google Scholar
Ву, Ю., Ма, Дж., Ли, М., и Ху, Ф. (2013). Синтез гамма-al2o3 с большой площадью поверхности и большим объемом пор путем; метод обратного осаждения-азеотропной перегонки. Chem. Res. Подбородок. Univ. 29, 206–209. DOI: 10.1007 / s40242-013-2207-7
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Зайцев Б. Д., Теплых А. А., Бородина И. А., Кузнецова И. Е., Верона Е. (2017). Датчик бензина на основе пьезоэлектрического резонатора, возбуждающего поперечное электрическое поле. Ультразвук 80: 96–100. DOI: 10.1016 / j.ultras.2017.05.003
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Чжан, Х., Шен, Б., Ху, В., и Лю, X. (2018). Исследование быстродействующего датчика теплопроводности на основе модификации углеродных нанотрубок. Датчики 18, 2191–2120. DOI: 10.3390 / s18072191
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Zhang, Q. (2012). Спасение Земли: Правовые подходы к адаптации к изменению климата: Защита интересов жертв. Шанхай: издательство Шанхайской академии социальных наук.
Google Scholar
Zhang, T., Mubeen, S., Myung, N.V, and Deshusses, M.A. (2008). Последние достижения в области газовых сенсоров на основе углеродных нанотрубок. Нанотехнологии 19: 332001. DOI: 10.1088 / 0957-4484 / 19/33/332001
CrossRef Полный текст | Google Scholar
2020 Анализатор теплопроводности
Серия 2000 представляет собой полную линейку анализаторов на основе детекторов теплопроводности (ДТП), которые могут применяться в широком диапазоне приложений и отраслей.Используя проверенные на практике детекторы TC на основе нитей и полупроводников, Teledyne может непрерывно контролировать водород и множество других интересующих газов в потоках бинарных или многокомпонентных проб газа.
Series 2000 Platform
Чтобы справиться с многочисленными и разнообразными требованиями промышленных пользователей к анализаторам, Teledyne разработала многофункциональную и удобную платформу. Серия 2000 поставляется со стандартной программой, включающей такие гибкие функции, как (3) программируемые пользователем диапазоны, автоматическая калибровка и выбираемые пользователем компоненты газа.
Теплопроводность – это основное свойство газов, связанное с их способностью проводить тепло. Хорошие проводники тепла, такие как H 2 и He, имеют высокую теплопроводность, тогда как плохие проводники тепла, такие как CO 2 и Ar, имеют низкие значения. Эта способность проводить тепло лежит в основе детекции. Анализатор Series 2000 анализирует состав газа путем непрерывного сравнения измеряемого газа с эталонным газом (герметичным или текущим) с известной теплопроводностью.Это сравнение выполняется в двухкамерном ячеечном блоке детектора. Контрольный газ занимает одну камеру, а пробный газ – другую
В каждой камере установлена пара чувствительных к температуре нагреваемых нитей. Эти нити являются частью цепи моста Уитстона. Если состав анализируемого газа изменится, его теплопроводность также изменится, отводя разное количество тепла от нитей анализируемого газа. Поскольку сопротивление нитей является функцией их температуры, сопротивление изменяется при изменении измеряемого газа.
Любое такое изменение приводит к дисбалансу моста Уитстона, в результате чего возникает электрический сигнал, пропорциональный изменению. Поскольку температура волокон строго контролируется, серия 2000 обеспечивает точное измерение любых изменений в составе пробы газа. Компания Teledyne предлагает эту конструкцию ячейки в различных смачиваемых частях, чтобы противостоять потокам агрессивных газов, которые обычно встречаются в промышленности по переработке углеводородов.
Принцип работы датчика
Датчик теплопроводности измеряет концентрацию определенного газа между резистором с горячей поверхностью и эталонным резистором температуры окружающей среды, используя коэффициент теплопроводности самого газа.
Описание сенсора
Конструкция сенсора состоит из встроенного нагревателя, расположенного на тонкой электроизоляционной и теплоизоляционной мембране. Два тонкопленочных резистора используются для нагрева и измерения температуры мембраны. Два резистора встроены в кремний рядом с мембраной для компенсации изменений температуры окружающей среды.
Газы с меньшей плотностью, чем воздух (CH 4 ), вызывают снижение температуры поверхности мембраны.С другой стороны, газы с плотностью более тяжелой, чем воздух (CO 2 ), повышают температуру измерительного резистора.
Опции
C Встроенная автоматическая калибровочная арматура
H Ячейочный блок из нержавеющей стали с золотыми нитями (для газовых потоков с H 2 S)
K Монтаж в 19-дюймовую стойку для 2000A
L Панель выбора газа для выбора пробы и калибровочного газа и управления потоком
N Работа 220 В переменного тока
R Герметичный эталон (для ДТП на основе нити)
Программное обеспечение для моделирования термодинамических свойств жидкости и газа
Свойства для моделирования CFD
Плотность и вязкость жидкостей могут зависеть от состава, давления и / или температуры.Получение точных значений этих свойств важно и может повлиять на конструкцию устройств и процессов. Модуль свойств жидкости и газа предоставляет инструменты для расчета плотности и вязкости газовых смесей произвольного состава. Кроме того, модуль содержит модели свойств для жидких растворов, например для водных растворов и растворов с органическими растворителями. Для систем с двухфазным потоком в модуле есть модели для расчета равновесного состава паровой и жидкой фаз в зависимости от давления и температуры.
Свойства для моделирования теплопередачи
Для моделирования теплопередачи в жидкостях требуются такие свойства, как теплопроводность и теплоемкость, в дополнение к плотности и вязкости. Например, при проектировании систем климат-контроля и вентиляции свойства воздуха зависят от относительной влажности, давления и температуры, и эти зависимости могут быть важны для точности такого моделирования и моделирования. Это также справедливо для охлаждающих жидкостей, а также газов и жидкостей, используемых в процессах в различных отраслях промышленности.Модуль свойств жидкости и газа включает модели для расчета теплопроводности и теплоемкости как функции давления и температуры. Эти свойства могут быть вычислены для газовых смесей и жидких смесей произвольного состава и использоваться для точных моделей теплопередачи и моделирования.
Свойства для акустического моделирования
Акустические волны давления распространяются в жидкостях, часто в воде или воздухе, и зависят от давления, температуры, объемной вязкости, теплоемкости и теплопроводности.В воздухе на эти свойства влияет относительная влажность. Точность этих свойств и, следовательно, точность результатов моделирования акустики давления зависит от переменных, упомянутых выше, все из которых могут быть рассчитаны с помощью модуля свойств жидкости и газа.
Ноу-хау | Messkonzept GmbH
2. Реализация принципа измерения:
Все приборы Messkonzept GmbH (FTC400, FTC300, FTC200-OEM и FTC130) регистрируют количественный состав газовых смесей путем измерения теплопроводности газовой смеси между источником тепла и радиатором.
Измерительный газ проходит через блок из нержавеющей стали, который нагревается до 63 ° C. Система управления поддерживает эту температуру постоянной; блок служит радиатором.
Микромеханически изготовленная мембрана с нанесенным тонкопленочным резистором служит источником тепла. Его температура поддерживается постоянной на уровне 135 ° C с помощью второй системы управления.
Под и над мембраной образуются небольшие полости, в которые может диффундировать измерительный газ. Противоположные мембране стороны полостей термически связаны с теплоотводом.
В зависимости от теплопроводности измеряемого газа источник тепла теряет больше или меньше энергии, что компенсируется нагревом. Напряжение, необходимое для поддержания постоянной температуры мембраны, является мерой теплопроводности измеряемого газа.
В отличие от более старых измерительных приборов, работающих по принципу теплопроводности, приборы Messkonzept GmbH обходятся без эталонного газа. Это сокращает расходные материалы, время отклика и обеспечивает очень компактные габаритные размеры.
3. Сфера применения принципа измерения
Принцип измерения теплопроводности особенно хорошо применим, когда газы, которые необходимо измерить, сильно различаются по своей теплопроводности и когда выполняется один из трех следующих критериев:
- Газовая смесь содержит только два компонента (бинарная смесь), например, измерение CO 2 в N 2 или H 2 в N 2 .
- Газовая смесь содержит более двух компонентов, но различаются только концентрации двух компонентов газовой смеси.
- Теплопроводности двух или нескольких компонентов аналогичны, например, при измерении H 2 или He в смеси O 2 / N 2 (квазибинарные газовые смеси).
Теплопроводность всех газов увеличивается с температурой. Увеличение теплопроводности сильно различается для разных газов. По желанию заказчика может быть проверена возможность увеличения чувствительности измерения или уменьшения перекрестной чувствительности путем изменения температуры источника тепла и / или радиатора.
Перекрестная чувствительность означает чувствительность измерения к газу, отличному от измеряемого компонента. Напротив, восприимчивость к помехам означает чувствительность ко всему, что не касается состава газа, например, к давлению измеряемого газа.
Электрический интерфейс | |
Требования к питанию | 24 В постоянного тока; 25 ВА макс.(во время начальной фазы нагрева) |
Интерфейс данных / услуг | RS232 или Ethernet (протокол Telnet) в сочетании с изолированным преобразователем логического уровня
|
Размеры и вес | |
Размеры | см. Габаритную диаграмму в техническом паспорте продукта |
Вес | 1.2 кг |
Материалы, находящиеся в контакте с измеряемым газом | |
Детектор TC | Al 2 O 3 керамика и сапфир, стекло и SiO x с измерительным покрытием Pt (высокая коррозионная и термостойкость) |
Газопроводы | Стандартная модель с синтетической трубкой: PTFE / PFA Модель с дополнительной трубкой из нержавеющей стали: SS 321 (аналогично 1.4541) |
Измерительные характеристики | |
Примечание : Технические данные действительны для работы OEM TCD в газоанализаторе LFE CONTHOS. Общие данные о производительности для конкретной реализации могут зависеть от выбранной системной интеграции, интерфейсов и опций обработки сигналов. | |
Принцип измерения | Теплопроводность (TCD).Разница в теплопроводности (Δλ) различных газов |
| Измеряемая величина | Концентрация определенного газового компонента в бинарных и квазибинарных смесях |
| Газовая интерференция | Для конфигурации анализатора знание необходим состав пробы газа. В сложных (небинарных) газовых смесях на результаты измерений могут влиять мешающие компоненты. За счет использования динамической коррекции помех эффекты помех могут быть подавлены при определенных обстоятельствах.Это должно быть реализовано заказчиком в его системе или в сочетании с соответствующими дополнительными интерфейсными модулями расширения. Физическое подавление помех иногда возможно с определенными комбинациями газов из-за широкого диапазона температур детектора CONTHOS TC. |
Диапазоны измерения | Выход сигнала измеренного значения в виде необработанного значения нижний диапазон: 0 – 0,5% H 2 дюймов N 2 или 99,5-100% H 2 дюймов N 2 (или эквивалентный Δλ) |
Калибровка | Устройство выводит значения RAW, которые не являются ни точно откалиброванными, ни линеаризованными. Заказчик должен предоставить соответствующие алгоритмы. |
| Рабочая температура извещателя | Стандартная рабочая температура TCD: 70 ° C |
Время прогрева | в зависимости от рабочей температуры TCD, а также от температуры окружающей среды: |
Время отклика t 90 | ≤ 3 сек (при расходе газа 60 л / ч и минимальном уровне демпфирования сигнала) |
Влияние расхода газа | между 3 30 л / ч: <0,5% диапазона для изменения расхода газа на ± 10 л / ч Более высокие скорости потока до e.грамм. Возможны 120 л / ч. При этих более высоких расходах рекомендуется калибровать анализатор при рабочем расходе. |
| Перепад давления | прибл. 0,7 мбар при 60 л / ч N 2 |
Влияние давления | Принцип TCD обычно имеет незначительную зависимость от давления. В очень низких диапазонах это можно рассматривать как пропорциональное смещение сигнала. Порядок величины удельного газа: <0,02% H 2 эквивалент на 100 мбар |
Предел обнаружения 1 | ≤ 0,5% диапазона (при уровне гашения сигнала: 1 сек) |
Воспроизводимость 1 | ≤ 0,5% диапазона |
Дрейф отклика 1 | Нуль: ≤ 1% диапазона в неделю 1 683% диапазона: неделя |
Влияние наклона | без влияния |
Требования к измеряемому газу | |
Температура измеряемого газа | мин. ➤
|