热导池的工作原理解析

由于气体的热导率很小，它的变化量则更小，所以很难用直接的方法准确测量出来。热导池采用间接的方法，把混合气体热导率的变化转化为热敏元件电阻值的变化，而电阻值的变化是比较容易精确测量出来的。

图8.2　热导池工作原理示意图

图8.2为热导池工作原理示意图，把一根电阻率较大的而且温度系数也较大的电阻丝，张紧悬吊在一个导热性能良好的圆筒形金属壳体的中心，在壳体的两端有气体的进出口，圆筒内充满待测气体，电阻丝上通以恒定的电流加热。

由于电阻丝通过的电流是恒定的，电阻上单位时间内所产生的热量也是定值。当待测样品气体以缓慢的速度通过池室时，电阻丝上的热量将会由气体以热传导的方式传给池壁。当气体的传热速率与电流在电阻丝上的发热率相等时（这种状态称为热平衡），电阻丝的温度就会稳定在某一个数值上，这个平衡温度决定了电阻丝的阻值。如果混合气体中待测组分的浓度发生变化，混合气体的热导率也随之变化，气体的导热速率和电阻丝的平衡温度也将随之变化，最终导致电阻丝的阻值产生相应变化，从而实现了气体热导率与电阻丝阻值之间变化量的转换。

电阻丝通常称为热丝，热丝的阻值与混合气体热导率之间的关系由式（8.6）给出。

式中　Rn、R0——热丝在tn℃（热平衡时热丝温度）和0℃时的电阻值；(www.xing528.com)

α——热丝的电阻温度系数；

tc——热导池气室壁温度；

I——流过热丝的电流；

λ——混合气体的热导率（导热系数）；

K——仪表常数，它是与热导池结构有关的一个常数。

式（8.6）表明，当K、tc、I恒定时，Rn与λ为单值函数关系。

热丝材料多用铂丝（或铂铱丝），铂丝抗腐蚀能力较强，电阻温度系数较大，而且稳定性高。铂丝可以裸露，与样气直接接触，以提高分析的响应速度。但铂丝在还原性气体中容易被侵蚀而变质，引起阻值的变化，在某些情况下还会起催化剂的作用，为此通常用玻璃膜覆盖在铂丝表面。覆盖玻璃膜的热敏元件具有强抗蚀性（可测氯气中的氢）和便于清洗的优点，但由于玻璃膜的存在，使气体与铂丝之间达到热平衡的时间延迟了，所以其动态特性稍差。

制造热导池体的材料多采用铜。为防止气体的腐蚀作用，可在热导池的内壁和气路内镀一层金或镍，也可以用不锈钢来制作。