Come misurare l'idrogeno

tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

L'idrogeno è uno degli elementi essenziali per la vita. È presente nell'acqua e in quasi tutte le molecole degli esseri viventi e resta legato agli atomi di carbonio e di ossigeno. Per misurare la concentrazione di idrogeno in un gas, può essere utilizzata l'elevata conducibilità termica dell'idrogeno stesso. I comportamenti dell'idrogeno, riscaldano molto meglio dell'azoto e della maggior parte degli altri gas. Solo l'elio ha anche una simile conducibilità termica. Nell'esperimento proposto, un filo metallico viene riscaldato dalla corrente elettrica; il gas che circonda il filo si raffredda e dopo un breve tempo viene raggiunto un equilibrio di temperatura. La temperatura del filo metallico determina la sua resistività, che viene misurata dal ponte di Wheatstone. Ecco come misurare l'idrogeno.

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Ogni qualvolta vengono utilizzati i gas combustibili, è importante controllare la zona di produzione. Specialmente nei forni verticali, orizzontali, forni trasportatori o industriali utilizzati per la ricottura dell'idrogeno può accadere che in caso di guasto la concentrazione del gas raggiunga l'atmosfera. Con i sensori di gas nell'aria, tali eventi possono essere controllati e monitorati in modo efficace.

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Per misurare la conducibilità termica viene impiegato il sensore di Stange. La misura di miscele complesse è possibile solo se l'apparecchio è progettato per confrontare più misurazioni. Se il gas di misurazione contiene idrogeno, la temperatura è pari alla tensione di uscita. Per la valutazione del segnale di prova ed il ricalcolo della concentrazione di idrogeno, è possibile utilizzare il regolatore di temperatura che è installato già sul forno o qualsiasi altro dispositivo idoneo. Questo dispositivo è adatto particolarmente per l'uso in forni nitrurazione.

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Il sensore è tarato al 60% del limite inferiore dell'esplosione dell'idrogeno. Ciò corrisponde ad una concentrazione del 2,5% di idrogeno in aria. Questa concentrazione di gas è ancora innocua, ma un'indicazione di potenziale pericolo. Fino a tre sensori sono collegati ad una stazione base; in caso di guasto, un contatto a potenziale zero viene chiuso. Questo segnale può essere ulteriormente elaborato nel controllore del forno.

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Questi sensori funzionano anche come catalitici nella cella di misura, poiché il pellistore riscaldato provoca l'ossidazione catalitica dei gas infiammabili nell'aria. Allo stesso modo, come nel sensore di conducibilità termica, la resistività del filo riscaldato è misurata da un ponte di Wheatstone. In questo caso, è il riscaldamento del filo ad essere determinante e non il raffreddamento, causato dalla reazione chimica dell'idrogeno con l'aria alla superficie del pellistore.

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