氢气含量分析仪原理图

我将为您详细描述几种主要氢气分析仪的原理图结构，您可以根据这些描述轻松绘制出清晰的示意图。

1. 热导式原理图

这是常用原理的结构，其核心是一个惠斯通电桥。

核心部件：

参比腔（R1、R2）：内部密封着已知浓度的参比气体（如空气或氮气）。

测量腔（R3、R4）：让被测气体连续流过。

R1、R2、R3、R4：是四个完全相同的热敏元件（通常是铂金丝），组成电桥的四个臂。

工作原理示意：

工作过程：

当流过测量腔的气体中没有氢气时，四个桥臂电阻相等，电桥平衡，输出为零。

当被测气体流入测量腔时，由于氢气热导率极高，带走R3和R4的热量比在参比腔中的R1和R2要多。

这导致R3和R4的温度降低，电阻值减小，电桥失去平衡。

输出一个电压信号（ΔV），这个信号的大小与氢气的浓度成正比。

2. 电化学原理图

核心部件：

透气膜：只允许气体分子通过。

工作电极（WE）：氢气在此发生氧化反应。

对电极（CE）：形成回路，发生还原反应。

电解液：传导离子。

外部电路：测量微小的电流信号。

工作原理示意：

1. 1.

   氢气穿过透气膜扩散到工作电极表面。

   
   

2. 2.

   在工作电极上发生氧化反应：H₂ → 2H⁺ + 2e⁻，产生电子（e⁻）。

   
   

3. 3.

   电子通过外部电路流向对电极，形成可测量的电流（I）。

   
   

4. 4.

   在对电极上，环境中的氧气发生还原反应：O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O。

   
   

5. 5.

   电流大小与参与反应的氢气分子数，即氢气浓度成正比。

   
   

3. 催化燃烧原理图

• •

  检测元件（D）：涂有催化剂的铂丝线圈（“黑元件”），遇氢气会燃烧。

  
  

• •

  补偿元件（C）：结构与检测元件相同但无催化剂（“白元件”），不参与反应，用于补偿环境变化。

  
  

1. 1.

   正常情况下，电桥平衡，输出为零。

   
   

2. 2.

   当氢气扩散到检测元件D时，在催化剂作用下发生无焰燃烧，使D的温度急剧升高，电阻增大。

   
   

3. 3.

   补偿元件C不反应，电阻不变。

   
   

4. 4.

   电桥失衡产生输出信号ΔV，该信号与氢气的浓度（在爆炸下限内）成正比。

   
   

4. 气相色谱原理框图

• •

  载气源：如高纯氮气或氩气。

  
  

• •

  进样阀：定量注入样品。

  
  

• •

  色谱柱：分离不同气体组分。

  
  

• •

  检测器：对分离后的氢气进行检测（常用TCD）。

  
  

1. 1.

   进样：定量环管充满样品气后，进样阀切换，载气将定量的样品“塞”带入色谱柱。

   
   

2. 2.

   分离：在色谱柱中，由于各组分与固定相的相互作用力不同，运动速度不同，氢气会先被分离出来。

   
   

3. 3.

   检测：分离后的纯氢气进入热导检测器，产生一个峰形信号。

   
   

4. 4.

   定量：通过计算峰的面积或高度，并与标准气对比，得到精确的氢气浓度。

   
   

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