TCD를 사용하는 가스 분석기는 샘플 가스의 농도를 측정하기 위해 열선 센서(열 센서)를 사용하여 샘플 가스의 열 전도도 변화를 감지합니다. 열 센서는 가스의 열 전도도 변화를 전기 저항의 변화로 감지합니다. 이 감지를 높은 정확도로 수행하기 위해 4개의 열 센서를 결합한 브리지 회로가 사용됩니다. (그림 1: TCD의 브리지 회로)
그림 1: TCD를 이용한 가스 분석기의 기본 구조(브리지 회로) 및 작동 원리
TCD의 브리지 회로는 동일한 사양을 가진 4개의 열 센서(전기 저항)를 감지기에 통합한 것입니다. 이 센서 중 2개는 두 개의 샘플 셀에 각각 위치하고 나머지 2개는 두 개의 참조 셀에 위치합니다. 이 구성은 샘플 셀 내에서 동일하게 변하는 2개의 저항과 참조 셀 내에서 일정하게 유지되는 2개의 저항으로 구성된 전기 회로를 형성합니다.
브리지 회로의 측정 기능에 의한 브리지 전압(그림 1의 "E")과 출력 전압(그림 1의 "V")은 실제로 신호 처리 섹션에 위치합니다.
시료 셀로 유입된 시료 가스의 농도가 변동함에 따라 셀 내 가스의 열전도율이 그에 따라 변합니다. 결과적으로, 셀 내 열 센서의 표면 온도도 영향을 받습니다. 열 센서의 온도 변화는 전기 저항의 변화로 감지됩니다. 기준 셀은 질소(N2), 기준 셀에서 감지된 전기 저항은 항상 일정합니다. 이 4 개의 전기 저항과 신호 처리를 결합함으로써 샘플 가스의 농도 변화를 브리지 회로의 출력 전압 ( "V"그림 1). 특정 조건에서 이 출력 전압은 샘플 가스의 열전도성이 높은 가스의 농도에 비례하므로 브리지 회로의 출력 전압을 측정합니다 열전도성이 높은 가스의 농도를 측정합니다.
수소(H2)는 모든 가스 중에서 열전도율이 가장 높기 때문에 TCD를 사용하여 수소 농도를 높은 정확도로 측정할 수 있습니다. (표 1: 가스의 열전도율)
이 섹션에서는 TCD를 사용하여 샘플 가스의 측정 성분으로 수소를 측정하는 수소(H2) 가스 분석기에 대해 설명합니다.
그림 2는 TCD를 사용한 수소 가스 분석기용 검출기 구조의 예를 보여줍니다. 두 세트의 샘플 및 참조 셀이 스테인리스 스틸 검출기에 통합되어 있습니다. 각 셀에는 열 센서(전기 저항)가 통합되어 있습니다.
그림 2: 수소(H2) 가스 분석기 검출기의 구조 및 작동 원리
샘플 가스는 두 개의 샘플 셀로 끌어들여지고, 샘플 가스는 각 샘플 셀 내에서 확산되어 열 전도도에 변화를 일으킵니다. 예를 들어, 수소는 가장 높은 열 전도도를 가지고 있으므로 샘플 가스의 수소 농도가 감소하고 다른 가스의 농도가 증가함에 따라 샘플 가스의 전체 열 전도도는 감소합니다. 샘플 셀의 열 전도도의 이러한 변화는 열 센서의 표면 온도를 변화시켜 전기 저항의 변화를 초래합니다.
두 개의 기준 셀이 질소(N2), 기준 셀의 열전도율은 일정하므로 열 센서의 전기 저항은 항상 일정합니다. 이 4개의 전기 저항으로 구성된 브리지 회로의 출력 전압은 신호 처리에 의해 감지됩니다. 특정 조건에서 이 출력 전압은 수소 농도를 측정할 수 있도록 샘플 가스의 수소 농도에 비례합니다.
가스의 열전도도는 온도의 영향을 받습니다. 동일한 압력에서 열전도도는 가스 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 따라서 샘플 및 참조 셀의 내부 표면의 온도 변화는 측정에 영향을 미칩니다. 이러한 영향을 줄이기 위해 샘플 셀 및 참조 셀의 내부 표면 온도가 높은 정확도로 일정하도록 보장하는 온도 제어가 TCD 분석기에 중요합니다.
열 센서 표면과 접촉하는 샘플 가스의 유량 변화는 측정에 영향을 미칩니다. 유량이 빠르면 열 센서의 전기 저항이 감소하고, 유량이 느릴 때는 증가합니다. 이 유량의 영향을 줄이기 위해 샘플 가스를 샘플 셀로 유입 및 유출하고, 셀 부피를 최적화하여 샘플 가스가 적절한 유량으로 셀에서 지속적으로 확산되도록 합니다.
열전도도 검출기 방법(TCD) 분석기는 공정 가스의 수소 가스를 연속 측정하는 데 사용됩니다. 연속 가스 측정뿐만 아니라 고체 물질의 원소 분석에도 사용됩니다.
HORIBA 제품의 자세한 정보를 원하시면 아래 양식에 내용을 입력해 주시기 바랍니다.
