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1、工业分析仪表,工业分析仪表概述,1、工业分析仪表的概念及应用1）产品质量监督2）工艺监督3）安全生产4）节约能源2、工业分析仪的分类1）热学式-热导式、热化学式2）磁学式-热磁式、磁力机械式3）光学式-红外吸收式、光电比色式4）电化学式-氧化锆式、电导式5）色谱式-气相、液相色谱,3、工业分析仪表的组成,1）取样及预处理系统从被测对象中取出具有代表性的样品并作必要的预处理取样位置必须在待检测重点部位,工业分析仪表概述,2）检测器把分析物质的成分含量及物理性质转换为电信号。3）信息处理系统对检测器输出的微弱电信号做进一步处理，最终变为统一信号（420mA）或数字信号等处理工作并将处理后的信号输入
2、到显示装置。4）显示装置显示分析获得的结果。一般有模拟信号和数字信号或屏幕显示，有的于微机联用并配有打印机。5）整机自动控制系统控制各部分自动协调工作，如每个分析周期的进行自动调零、校准、采样分析、显示等循环。,工业分析仪表概述,4、成分分析仪器的主要性能指标灵敏度、精度、重复性、噪音、线性范围、选择性、分辨率、响应时间，除选择性和分辨率外，与其他仪器相似。选择性和分辨率是表示仪器区分特征相近组分的能力，选择性一般用于单组份仪器，分辨率多用于多组分分析。,工业分析仪表概述,一、热导式气体分析器二、氧分析器三、湿度的自动测量四、密度的自动测量,工业分析仪表内容,物理式气体分析器，能分析混合物中某
3、个组分的含量，如N2、H2、O2、CO2，CO、SO2、H2O气体的含量，原理简单，可作为单独分析器，也可以构成一个组分分析的变送器而形成自动调节系统，实现过程的自动调节。热导式检测器也被广泛用于色谱分析仪器中。,工业分析仪表一、热导式气体分析器,工业分析仪表一、热导式气体分析器,1、分析原理同一物体存在温差，或不同流体相接触式存在温差，就会产生从高温向低温低温的传热。不同物质的导热能力不同，可以定量的表述，也可将多种物质的混合导热能力加以数学描述。,导热计算式,热导加权平均计算式,常见气体相对导热系数及温度系数,2、检测器工作原理热导池：将混合气体的热导率用电阻值的变化表现出来的检测元件。热
4、导池中的电阻丝（铂丝、热丝）通以恒定电流，产生一定的温度，气体流过热导池时会带走一部分热量（气体自身量很小，吸收热可忽略），当热量通过气体传递到器壁（热导池具有恒温装置），达到热平衡后，电阻丝的阻值达到恒。这就完成了导热性到电流的变化的测定。,工业分析仪表一、热导式气体分析器,1-腔体；2-电阻丝；3-支承架；4-绝缘；5-引线；6-气体出口；7-气体入口,注意事项：1）电阻丝散热方式：气体的热传导、气体的对流散热、电阻丝的热辐射、电阻丝轴向连接体的热传导散热。2）散热尽量要小，所以气室直径一般47mm，有恒流装置，减小测量的波动。3）为了减小电阻丝轴向连接体的热传导散热，一般热丝长径比为20
5、003000。热导池的结构要点：1）热丝的传热尽可能为热传导散热，可保证组分含量和测量信号的线性关系；2）信号滞后要小。,工业分析仪表一、热导式气体分析器,结构原理1）直通式：反应快，滞后小，波动大，常用于仪器2）对流式：气体流量影响小，信号滞后较大，生产中应用较少3）扩散式：反应慢，滞后大，多用于轻质气体，波动小4）对流扩散式：反应快，滞后小，波动小,工业分析仪表一、热导式气体分析器,气载式TCD检测器用He或H2或N2等气体将混合气体中分离出的单质气体带入双热导检测器，对比传热特性从而测定气体含量。结合化学法与气相色谱分离技术，可用于测定C、H、N、O、S等气体。,工业分析仪表一、热导式气
6、体分析器,工业分析仪表一、热导式气体分析器,有机元素分析仪测定流程,TCD检测器,气相分离,氧化,还原,可用于燃烧、氧化反应的氧比例的分析，调节气量，控制燃烧，节能环保。物理分析法磁氧分析器：热磁式、磁力机械式电化学法氧化锆分析器,工业分析仪表二、氧分析器,1、热磁式氧分析器1）工作原理气体的磁化性质：任何物质都具有一定的磁性，磁性大的物质易于被磁场吸引。所以可利用外加磁场对物质进行磁化。M=kHM-磁化强度；k-物质磁化率；H-外磁场强度磁化率：在外加磁场作用下物质的磁化强度。（常见气体的相对磁化率）,工业分析仪表二、氧分析器,炉烟中各成分的容积磁化率（20下）,顺磁性气体逆磁性气体混合气体
7、可按照加权平均法计算除过一氧化氮、二氧化氮、空气外，其他气体的磁化率都比较低，所以适合与测量无一氧化氮的含氧混合气体。虽然氧的磁化率很大，但其绝对值很小，难于直接测量，所以利用磁化率与其热力学关系进行测量。,工业分析仪表二、氧分析器,热磁对流：顺磁性气体在不均匀磁场中，当有温度波动时，会形成磁风，称为热磁对流。当气体的磁化率发生变化时，影响热磁对流。（磁风形成示意图）左端的含氧气体流过时，不均匀磁场对氧磁化吸引，玻璃管外的电热丝加热氧后磁化率急剧下降，吸引减弱；左端的混合气体中的氧再被吸附，管内的氧会向右流动，,工业分析仪表二、氧分析器,2）热磁式氧分析器的检测器1、电阻丝同时作为加热源；2、
8、左侧冷气体先带走左侧的热量，左侧降温幅度大；3、测量气室有恒温控制；4、加热丝有恒定电源；5、气体流量和压力稳定；6、检测器水平安装。,工业分析仪表二、氧分析器,2、氧化锆氧分析器特点：直接与烟气接触，简化处理系统，结构简单，稳定性好，灵敏度高，响应快，多用于燃烧过程热效率控制系统。原理：利用氧化锆固体电解质原理工作，由氧化锆固体电解质做成氧化锆探测器（探头），直接安装在烟道中，输出信号为电压信号。,工业分析仪表二、氧分析器,1）氧化锆固体电解质导电机理不导电的氧化锆中掺杂一些氧化钙或者氧化钇等稀土元素后，在晶体中即可形成许多氧空穴，在高温（750），如有外加电场，就会形成氧离子占据空穴的定向
9、运动而导电，和P型半导体导电机理相似。温度越高，导电性越强。,工业分析仪表二、氧分析器,2）氧化锆探头（图）浓差电池原理：氧化锆两侧烧结几微米到几十微米厚的多孔铂层，并焊接铂引线。假设在左侧氧的分压等于大气中氧的含量，右侧氧的分压小于左侧，在高温下，氧化锆、铂、气体3种物质交界面处的氧分子有一部分从铂电极获得电子成为氧离子。由于两侧的气室的氧浓度有差异，氧离子从高浓度向低浓度扩散，参比极出现正电荷，待测极为负电荷。扩散作用与电场平衡时，两极间出现电势差，测量电势差即可判断待测极的氧浓度。,工业分析仪表二、氧分析器,测量条件1）电势与温度成正比探头恒温或有温度补偿2）温度不能过低温度低内阻大，电
10、势小温度过高有机物与氧形成燃料电池，输出增大，一般在800 左右；3）测量两侧的气体分压应相同；4）气体应有一定流速，连续采样分析。（结构示意图）,工业分析仪表二、氧分析器,物质中水分的含量（多形态，不同定义与称呼）1、湿度表示方法1）绝对湿度-单位体积混合气体中所含水蒸气的量，g/m32）百分含量-水蒸气在混合气体中的百分含量，%或uL/L3）水蒸气分压-湿气体压力一定时，水蒸气的分压，mmHg柱4）露点温度-水蒸气达到饱和时的温度5）相对湿度-每立方米混合气体中所含水蒸气的质量与相同条件下可能含有最大限度水蒸气质量之比，%,工业分析仪表三、湿度的自动测量,2、干湿球温度计1）工作原理干湿球
11、湿度计的基本原理为：当大气压力B和风速v不变时，利用被测空气相应于湿球温度下饱和水蒸气压力和干球温度下的水蒸气分压力之差，与干湿球温度之差之间存在的数量关系确定空气湿度。其数量关系的数学表达式为：Pb,sPn=A(ws)B 式中，Pb,s 湿球温度下饱和水蒸气压力；Pn 空气中水蒸气分压力；w、s 分别为空气的干、湿球温度；A 与风速有关的系数；B 大气压力。,工业分析仪表三、湿度的自动测量,普通干湿球温度计,它由两支相同的液体膨胀式温度计组成，一支为干球温度计，另一支为湿球温度计。干湿球温度计就是利用干湿球温度差及干球温度来测量空气相对湿度的。在测得干湿球温度后，可利用公式计算，也可以利用有
12、关图表，查出相应的相对湿度值。,干球温度计,湿球温度计,刻度盘,纱布,水槽,3、露点式湿度计,工业分析仪表三、湿度的自动测量,基本原理：先测定露点温度l，然后确定对应于l的饱和水蒸气压力Pl。显然，Pl即为被测空气的水蒸气分压力Pn。,充满乙醚溶液,主要缺点：当冷却表面上出现露珠的瞬间，需立即测定表面温度，但一般不易测准，而容易造成较大的测量误差。,工业分析仪表三、湿度的自动测量,光电式露点湿度计是使用光电原理直接测量气体露点温度的一种电测法湿度计。其测量准确度高，可靠性强，使用范围广，尤其适用于低温状态。,工业分析仪表三、湿度的自动测量,氯化锂露点式湿度计 它是通过测量氯化锂饱和溶液水汽压力
13、与被测空气的水汽压力相等时，盐溶液的温度，即平衡温度来确定被测空气的露点温度；再根据空气的干球温度和露点温度求出空气的相对湿度。氯化铝陶瓷湿敏电阻湿敏电容,氯化锂电阻式湿度计某些盐类放在空气中，其含湿量与空气的相对湿度有关；而含湿量大小又引起本身电阻的变化。因此可以通过这种传感器将空气相对湿度转换为其电阻值的测量。这种方法称为吸湿法湿度测量。氯化锂是一种在大气中不分解、不挥发，也不变质而具有稳定的离子型无机盐类。其吸湿量与空气相对湿度成一定函数关系，随着空气相对湿度的增减变化，氯化锂吸湿量也随之变化。当氯化锂溶液吸收水汽后，使导电的离子数增加，因此导致电阻的降低；反之，则使电阻增加。氯化锂电阻
14、湿度计的传感器就是根据这一原理工作的。,工业分析仪表三、湿度的自动测量,1、浮力式密度计浮子式密度计它的工作原理是：物体在流体内受到的浮力与流体密度有关，流体密度越大浮力越大。如果规定被测样品的温度（例如规定25），则仪器也可以用比重数值作为刻度值。这类仪器中最简单的是目测浮子式玻璃比重计,简称玻璃比重计。,工业分析仪表四、密度的自动测量,2、压力式密度计静压式密度计它的工作原理是：一定高度液柱的静压力与该液体的密度成正比，因此可根据压力测量仪表测出的静压数值来衡量液体的密度。膜盒（见膜片和膜盒）是一种常用的压力测量元件，用它直接测量样品液柱静压的密度计称为膜盒静压式密度计。另一种常用的是单管
15、吹气式密度计。它以测量气压代替直接测量液柱压力。将吹气管插入被测液体液面以下一定深度，压缩空气通过吹气管不断从管底逸出。此时管内空气的压力便等于那段高度的样品液柱的压力，压力值可换算成密度。,工业分析仪表四、密度的自动测量,3、重力式密度计重力式密度计的基本原理是通过测量流过一固定容积的被测液体的重量来确定液体的密度。重力式密度计的测量结果不受压力和流速的影响。被测液体在密封管道和容器中流动，不会污染外部，也不会使液体流失。U型管重力式密度计,工业分析仪表四、密度的自动测量,如图所元被测液体连续地通入U型测量管5，此测量管可绕轴座4作微小转动。进出口管通过软管与测量管相通。当被测液体密度变比时
16、，测量管在重力作用下绕轴转动一个小角氏它通过拉杆及秤杆改变喷嘴与挡板间的距离使气动测量系统获得相应的信号。此信号经放大后送至显示仪表进行显示记录。重锤10可左右移动，以调整秤杆平衡和仪表零位。为减少环境温度的影响，整个测量系统安装在双层外壳中，内部有温度控制系统，以保持恒温。,工业分析仪表四、密度的自动测量,4、振动式密度计振动式密度计 它的基本工作原理是：物体受激而发生振动时，其振动频率或振幅与物体本身的质量有关。如果在物体内充以一定体积的液体样品，则其振动频率或振幅的变化便反映一定体积的样品液体的质量或密度。,工业分析仪表四、密度的自动测量,与传统的密度瓶和比重计法相比，U型振动管法具有以
17、下优势：1）高精确度，受人为因素影响较小；2）进样量少，每次只需要0.71ml；3）测量速度快，每次只需要15分钟，适合实验室测量和生产的在线测量；4）便于恒温控制。,5、放射性密度计放射性同位素密度计 仪器内设有放射性同位素辐射源。它的放射性辐射（例如射线），在透过一定厚度的被测样品后被射线检测器所接收。一定厚度的样品对射线的吸收量与该样品的密度有关，而射线检测器的信号则与该吸收量有关，因此反映出样品的密度。,工业分析仪表四、密度的自动测量,非接触式密度计，更适用于腐蚀性、高压、高温条件的应用尖端的稳定技术能在最为苛刻的工艺应用条件下保障其卓越性能,END,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
