分析儀表校本教材

1、第9章 自動(dòng)成分（在線分析）表基礎(chǔ)知識(shí)在線分析儀器(on-line analyzers),又稱過程分析儀器(process analyzers)，或質(zhì)量監(jiān)測儀表（quality monitoring instrument），是指直接安裝在工業(yè)生產(chǎn)流程或其它源液體現(xiàn)場。對(duì)被測介質(zhì)的組成或物性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)測量的儀器。在線分析儀器廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)分析和環(huán)境質(zhì)量及污染排放的連續(xù)監(jiān)測。國內(nèi)早期的在線儀器起步于五十年代，應(yīng)用于六十年代，脫胎于現(xiàn)場的就地儀表；因許多儀表受制現(xiàn)場人文環(huán)境和物理環(huán)境，不便于人長期觀察，而測量數(shù)據(jù)又很重要，必須取得間隙數(shù)據(jù)和不間斷數(shù)據(jù)，所以就想到了現(xiàn)場數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，

2、于是便誕生了在線儀器。在線分析儀器是從在線儀器逐步分化出來的。到如今，它依然是儀表中的一路旁支在線分析儀器，而與實(shí)驗(yàn)室分析并行不悖。隨著國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室分析儀儀器化程度的不斷提高，特別是工業(yè)化應(yīng)用程序較高的現(xiàn)代企業(yè)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室分析實(shí)際上已經(jīng)涵蓋了大部分在線分析儀器，只是許多分析儀器缺少信號(hào)輸出且在取樣頻率上無法做到在線分析儀器的即時(shí)化管理模式。也就是說：你的分析儀，只要有420MA輸出電路板，改進(jìn)你的進(jìn)樣模式，安裝好接受終端，它就是在線分析儀。國產(chǎn)第一臺(tái)在線分析儀是六十年代生產(chǎn)的屬于熱工儀表的紅外煙道分析儀CO2。分析儀表是對(duì)物質(zhì)的成分及性質(zhì)進(jìn)行分析和測量的儀表。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，必須對(duì)生產(chǎn)過

3、程的原料、成品、半成品的化學(xué)成分（比如水分含量、氧分含量）、密度、Ph值、電導(dǎo)率、等進(jìn)行自動(dòng)檢測并參與自動(dòng)控制，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、降低能源消耗和產(chǎn)品成本，確保安全生產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境的目的。一、分析儀表及在線分析系統(tǒng)的構(gòu)成分析的方法有兩種類型，一種是定期采樣并通過實(shí)驗(yàn)室測定的實(shí)驗(yàn)分析方法（這種方法所用到的儀表稱為實(shí)驗(yàn)室分析儀表或離線分析儀表）。另一種是利用儀表連續(xù)測定被測物質(zhì)的含量或性質(zhì)的自動(dòng)分析方法（這種方法所用到的儀表稱為過程分析儀表或在線分析儀表）。分析儀表基于多種測量原理，在進(jìn)行分析測量時(shí)，需要根據(jù)被測物質(zhì)的物理或化學(xué)特性來選擇適當(dāng)?shù)臋z測手段和儀表。 按照使用場合來分，分析儀表又分為實(shí)驗(yàn)室分析

4、儀表、在線分析儀表（有些書中也叫過程分析儀表、自動(dòng)分析儀表）。在線分析儀表都采用現(xiàn)場安裝方式，它可以自動(dòng)采樣、預(yù)處理，自動(dòng)分析、信號(hào)處理以及遠(yuǎn)傳，是專門用于生產(chǎn)過程的檢測和控制，在過程控制中起著常規(guī)儀表不可替代的重要作用。在線分析儀表(on-line analyzers)又稱過程分析儀表(process analyzers),是指直接安裝在工藝過程中,對(duì)物料的組成成分或物性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)分析的一類儀表.通常在線分析儀表（一般安裝在分析小屋或?qū)ｉT的保護(hù)裝置中）和樣品（有氣體、液體、固體）預(yù)處理裝置（一般安裝在取樣點(diǎn)附近）共同組成一個(gè)在線測量系統(tǒng)，以保證良好的環(huán)境適應(yīng)性和高可靠性，其典型的基本組

5、成圖如下圖所示。取樣裝置從生產(chǎn)設(shè)備中自動(dòng)快速地提取待分析的樣品，前級(jí)預(yù)處理裝置對(duì)該樣品進(jìn)行初步冷卻、除水、除塵、加熱、氣化、減壓和過濾等處理，預(yù)處理裝置對(duì)該樣品進(jìn)行進(jìn)一步步冷卻、除水、除塵、加熱、氣化、減壓和過濾等處理，還實(shí)現(xiàn)流路切換、樣品分配等功能，為分析儀儀表提供符合技術(shù)要求的樣品。公用系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)提供蒸汽、冷卻水、儀表空氣電源等。樣品經(jīng)分析儀表分析處理后得到代表樣品信息的電信號(hào)通過電纜遠(yuǎn)傳到DCS。取樣及前級(jí)預(yù)處理裝置預(yù)處理裝置分析儀表本體上位機(jī) （DCS）公用系統(tǒng)（包括：儀表空氣、蒸汽、冷卻水、電源等樣品管線儀表空氣、蒸汽、冷卻水、管線電源、信號(hào)線虛線框內(nèi)為分析小屋或?qū)ｉT保護(hù)裝置樣品

6、來自工藝管線二、分析儀表的分類按測定方法分: 光學(xué)分析儀器、電化學(xué)分析儀器、色譜分析儀器、物性分析儀器、熱分析儀器等。按被測介質(zhì)的相態(tài)分:氣體分析儀和液體分析儀。其中氣體分析儀表包括紅外線分析儀、熱導(dǎo)式氣體分析儀（氫表、氬表）、氧化鋯、磁力機(jī)械氧分析儀、熱磁式氧分析儀、磁壓式氧分析儀、激光煙氣分析儀、折射儀、硫比值分析儀、微量水、微量氧、CEMS煙氣分析儀、烴分析儀、色譜分析儀、質(zhì)譜分析儀、拉曼光譜分析儀等等。液體分析儀表主要是常見的水分析儀表包括PH計(jì)、電導(dǎo)儀、COD、DO、TOC、ORP、濁度計(jì)、氨氮分析儀、水中油、余氯分析儀等等。以上分類方法不是絕對(duì)的，比如電容式微量水分儀既可以測量氣體

7、中的微量水分又可以處理液體中的微量水分。但是習(xí)慣上把它歸在氣體分析儀表中。三、分析儀表常用的濃度單位 在線分析中氣體濃度的表示方法有:摩爾分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)、質(zhì)量濃度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量濃度等。在線分析儀表中最常用的是體積分?jǐn)?shù)。摩爾分?jǐn)?shù)即待測組分的物質(zhì)的量與混合氣體中各組分物質(zhì)的量的總和之比。常用的單位是%、10-6、10-9，即我們以前常用的% vol(摩爾百分比)、ppm mol、ppb mol。體積分?jǐn)?shù)即待測組分的體積與混合氣體中各組分體積的總和之比。常用的單位是%、10-6、10-9，即我們以前常用的% vol(體積百分比)、ppm vol、ppb vol。 對(duì)于理想氣體來說，摩爾分?jǐn)?shù)=體

8、積分?jǐn)?shù)，因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1 mol任何氣體的體積都是22.4升。質(zhì)量濃度即待測組分的質(zhì)量與混合氣體（或夜體）的體積之比。常用的單位是kg/m3、g/m3、mg/m3、mg/l、µg/l。質(zhì)量分?jǐn)?shù)即待測組分的質(zhì)量與混合氣體（或液體）中各組分的質(zhì)量總和之比。四、在線分析儀表的主要性能指標(biāo)在線分析儀表的性能指標(biāo)含義廣泛，但大體上可以分成兩類。一類性能指標(biāo)與儀器的工作范圍和工作條件有關(guān)。工作范圍主要是指測量對(duì)象、測量范圍等；工作條件包括環(huán)境條件、樣品條件、供電供氣要求，儀表的防爆性能和防護(hù)等級(jí)等。另一類性能指標(biāo)與儀器的分析信號(hào)，即儀器的響應(yīng)值有關(guān)。這類指標(biāo)主要有靈敏度、檢出限、重復(fù)性、準(zhǔn)確度

9、、分辨率、穩(wěn)定性、線性范圍、響應(yīng)時(shí)間等。檢出限（limit of detection）是指能產(chǎn)生一個(gè)確證在樣品中存在被測物質(zhì)的分析信號(hào)所需的該物質(zhì)的最小含量或最小濃度，是表征和評(píng)價(jià)分儀器檢測能力的基本指標(biāo)。重復(fù)性(repeatability)又稱重復(fù)性誤差。重復(fù)性誤差是指儀器在操作條件不變的情況下，多次分析結(jié)果之間的偏差。精密度是指多次重復(fù)測定同一量時(shí)各次測定值之間彼此相符合的程度，表示測定過程中隨機(jī)誤差的大小，一般用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征。儀器的準(zhǔn)確度（accuracy）是指在一定測量條件下，多次測定的平均值與真值相符合的程度，表示儀器的指示值接近真值的能力。儀器的準(zhǔn)確度有稱精確度，簡稱精度。分辨率(

10、resolution)又稱分辨力或分辨能力，是指儀器能區(qū)分開最鄰近示量值的能力。穩(wěn)定性是指在規(guī)定的工作條件下，儀器保持其計(jì)量特性不變的能力。分析儀器的穩(wěn)定性，主要是指分析儀器響應(yīng)值隨時(shí)間的變化特性。穩(wěn)定性可用噪聲和漂移來表征。線性范圍是指校正曲線所跨越的最大線性區(qū)間，用來表示對(duì)被測組分含量或濃度的適應(yīng)性。儀器的線性范圍越寬越好。線性度又稱線性度誤差或非線性誤差，一般是指儀表的輸出曲線與相應(yīng)直線之間的最大偏差，用該偏差與儀器量程的百分?jǐn)?shù)表示。第一節(jié) 熱導(dǎo)式氣體分析儀熱導(dǎo)式成分分析器是一種物理式氣體分析器，它的種類很多，能分析的氣體種類很廣，如氫、二氧化碳、氨以及氫中氬、氫中氚等，其測量范圍很寬，

11、一般在0100%。其工作原理是基于氣體的百分含量（體積）變化引起導(dǎo)熱系數(shù)隨之變化這一物理而制造的一種氣體分析器，由于這種分析器結(jié)構(gòu)原理簡單、體積小，響應(yīng)快，工作可靠，制造比較容易等優(yōu)點(diǎn)，因此，目前化工生產(chǎn)過程中使用較多。一、熱導(dǎo)式檢測器工作原理1.混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)在熱傳導(dǎo)過程中，不同物質(zhì)，由于其導(dǎo)熱系數(shù)不同，因而傳熱的能力不同，導(dǎo)熱系數(shù)大者，傳熱就快，反之就慢。氣體、液體、固體都有熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)小，不同氣體的導(dǎo)熱系數(shù)是不同的，它們隨著溫度的變化而變化，在計(jì)算氣體的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，應(yīng)取介質(zhì)的平均溫度。氣體在不同壓力下，其密度不同，因而其導(dǎo)熱系數(shù)變化。一般在常壓下或壓力變化不大時(shí)，導(dǎo)熱

12、系數(shù)變化不大。氣體導(dǎo)熱系數(shù)的絕對(duì)值是很小的，而且都在同一數(shù)量級(jí)內(nèi)，彼此相差不大，因此工程上采用相對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)。各種氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與相同條件下的空氣的導(dǎo)熱系數(shù)的比值稱為該氣體的相對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)，常見氣體導(dǎo)熱系數(shù)、相對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)、溫度系數(shù)見表91表91 某些氣體在0時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)和相對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)氣體0時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)0時(shí)對(duì)空氣導(dǎo)熱系數(shù)氣體0時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)0時(shí)對(duì)空氣導(dǎo)熱系數(shù)氫氣0.1741 7.130一氧化碳0.02350.964甲烷0.03221.318一氧化氮0.02190.897氧氣0.02471.013氨氣0.01500.614空氣0.02441二氧化碳0.01610.658氮?dú)?.02440.998二氧化硫0.0

13、0840.344以于無相互作用的多組分混合氣體，導(dǎo)熱系數(shù)可以近似地認(rèn)為各組分導(dǎo)熱系數(shù)的算術(shù)平均值。 （91）式中混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù) -混合氣體中各組分的熱導(dǎo)率 -混合氣體中各組分的體積百分含量若被測組分的熱導(dǎo)率為,其余組分為背景組分，熱導(dǎo)率近似為,（差別大時(shí)需要在預(yù)處理時(shí)去掉），則: （92）即有： （93）,為已知，為測定的總的熱導(dǎo)率。式（93）說明了在測得混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)后，就可以求得待測組分的體積百分含量。注意應(yīng)用式（93）應(yīng)注意以下問題：（1）混合氣體中除待測組分外，其余各組分的應(yīng)相同或相近，否則要進(jìn)行預(yù)處理；（2）待測組分的與其余各組分的要有明顯差別，差別越大，靈敏度越高；（3）同一

14、種氣體在不同溫度下，其是變化的，隨溫度的升高而增大。所以需要保持恒定的溫度。t時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)0時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)例91 已知煙道氣體的組分有CO2、N2、CO、SO2、H2、O2。其各自的相對(duì)熱導(dǎo)率依次為：0.614、0.998、0.964、0.344、7.130，1.015。試分析該混合氣體中CO2的體積百分含量，給出分析步驟和體積百分含量的表達(dá)式。解：（1）將混合氣體分成CO2和由N2、CO、SO2、H2、O2組成的背景氣體兩部分。（2）混合氣體中間SO2和H2的熱導(dǎo)率與其他三個(gè)氣體的熱導(dǎo)率相差很大，需要進(jìn)行 預(yù)處理，將SO2和H2除去。（3）經(jīng)過預(yù)處理后的背景氣體由N2、CO、O2組成，平均熱導(dǎo)

15、率為 2=（0.998+0.964+1.015）/3=0.992 （4）測定由CO2、N2、CO、O2構(gòu)成的混合氣體的總的熱導(dǎo)率，再由公式可以得到CO2的體積百分含量。(其中1=0.614，2=0.992，是測定的。) 2. 熱導(dǎo)檢測器工作原理熱導(dǎo)檢測器結(jié)構(gòu)如圖（91）它是由一個(gè)不銹鋼氣室及懸一個(gè)熱敏元件鎢絲組成。圖92 熱導(dǎo)池結(jié)構(gòu) 電阻鎢絲上通入一定電流后并發(fā)出一定熱量，混合氣體從下面進(jìn)入，上面出來，由于氣體熱傳導(dǎo)，使鎢絲上熱量下降。大，帶走熱量大，熱平衡時(shí)，鎢絲溫度t低，反之鎢絲鎢絲t溫度就高。通過測量電阻變化測量氣體熱導(dǎo)系數(shù)的變化。 電阻絲向四周散發(fā)熱量的方式有四種：氣體熱傳導(dǎo)；熱導(dǎo)池中

16、不同點(diǎn)存在著溫度梯度；使氣體產(chǎn)生對(duì)流散熱；電阻絲熱輻射；電阻絲的軸向熱傳導(dǎo)。使用時(shí)盡量減少后三種散熱方式，以減小測量誤差。二、熱導(dǎo)式氣體分析器的測量橋路 被測氣體濃度的變化，經(jīng)過熱導(dǎo)池檢測器變成了電阻絲阻值的變化，阻值的變化可采用電橋來進(jìn)行測量。實(shí)際常用的測量電路有兩種：直流單橋測量線路；（2）交流雙橋測量線路1. 直流單橋測量線路電橋由兩個(gè)固定電阻和兩個(gè)測量氣室（可變電阻）組成。當(dāng)氣室通入待測組分的含量為下限時(shí)的混合氣體時(shí)，橋路處于平衡狀態(tài)，。此時(shí)電橋無信號(hào)輸出。當(dāng)通入熱導(dǎo)池中待測組分氣體百分含量增大時(shí)，由于散熱條件變化，其熱電阻也發(fā)生變化，此時(shí)不平衡電橋?qū)⒂须妷狠敵?。電橋電壓與待測氣體的組

17、分有一定關(guān)系。圖93 直流不平衡電橋 2.雙電橋測量線路 （1）雙電橋測量線路組成由兩個(gè)電橋反向連接，組成測量線路，R1，R2，R3，R4組成測量線路，R1,R3是測量氣室，通入待測混合氣體R2，R4充以下限的測量氣體。R5、R6、R7、R8組成參比電橋。其中R6、R8充以下限的測量氣體。R5、R7充以上限的測量氣體。（2）雙電橋工作原理 當(dāng)待測組分為下限時(shí)通入R1、R3氣室，這時(shí)四個(gè)橋臂的工作狀態(tài)完全相同，電橋處于平衡狀態(tài)，測量電橋的輸出為零，此時(shí)滑動(dòng)觸點(diǎn)滑線電阻滑動(dòng)觸點(diǎn)在A位置。當(dāng)待測組分為上限時(shí)通入R1、R3氣室，測量電橋輸出與參比電橋的工作狀態(tài)相同，因此它產(chǎn)生一個(gè)與滑線電阻終端電壓相等

18、的電壓信號(hào)，經(jīng)放大器放大，推動(dòng)可逆電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)沿線電阻的滑動(dòng)觸點(diǎn)滑動(dòng)，直至差值信號(hào)為零，滑動(dòng)觸點(diǎn)停在B位置。 圖94 雙電橋測量電路三、熱導(dǎo)式成分分析器檢測器結(jié)構(gòu) 熱導(dǎo)式成分分析檢測器結(jié)構(gòu)有分流式如圖95（ a）、對(duì)流式如圖95（ba）、擴(kuò)散式如圖95（ c）、對(duì)流擴(kuò)散式如圖95（ d）。圖95 熱導(dǎo)池結(jié)構(gòu)第二節(jié) 熱磁式氧分析器 在化工生產(chǎn)過程中的燃燒及氧化反應(yīng)過程中，準(zhǔn)確測量和控制混合氣體中氧含量具有十分重要意義。磁式氧分析儀，也可叫做磁效應(yīng)式氧分析儀、或磁式氧分析儀，磁氧分析儀一般分為磁力機(jī)械式和熱磁式氧分析分析儀。一、氣體的磁性質(zhì)1.氧氣體積磁化率任何物質(zhì)，

19、在外界磁場的作用下，都會(huì)被磁化，呈現(xiàn)出一定的磁特性。物質(zhì)在外磁場中被磁化，其本身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加磁場，附加磁場與外磁場方向相同，該物質(zhì)被吸引，表現(xiàn)為順磁性；方向相反，該物質(zhì)被排斥，表現(xiàn)為逆磁性。氣體介質(zhì)處于磁場也會(huì)被磁化，而且根據(jù)氣體的不同也分別表現(xiàn)出順磁性或逆磁性。如O2、NO、NO2等是順磁性氣體,H2、N2、CO2、CH4等是逆磁性氣體。任何物質(zhì)，在外界磁場的作用下，都會(huì)被磁化，不同物質(zhì)受磁化的程度不同，可以用磁化強(qiáng)度M來表示： MkH 式中 M磁化強(qiáng)度 H外磁場強(qiáng)度 K物質(zhì)的體積磁化率K的物理意義是指在單位磁場作用下，單位體積的物質(zhì)的磁化強(qiáng)度。磁化率為正(k0)稱為順磁性物質(zhì)，它們?cè)谕獯?/p>

20、場中被吸引；k0則稱為逆磁性物質(zhì)，它在外磁場中被排斥；k值愈大，則受吸引和排斥的力愈大。表92 常見氣體的體積磁化率(0)氣體名稱化學(xué)符號(hào)體積磁化率K×10-6（C.G.S.M.）氧O2+146一氧化碳NO+53空氣-+30.8二氧化碳NO2+9氧化亞氮N2O+3乙烯C2H4+3乙炔C2H6+1甲烷CH4-1從上表可以看出，氧是順磁性物質(zhì)，其體積磁化率要比其他氣體的體積磁化率大的多。2.多組分混合氣體體積磁化率對(duì)于多組分來說，其體積磁化率K為各組分磁化率的算術(shù)平均值。 (9-4)式中 k-混合氣體的體積磁化率 ki-組分氣體中第i組分體積磁化率 ci-組分氣體中第i組分體積百分含量若

21、混合氣體中除氧氣外，其余氣體的體積磁化率都遠(yuǎn)比氧氣磁化率小，根據(jù)式（94）可得 （95）在混合物中若其它組分體積磁化率與氧氣少很多，且順磁性氣體和逆磁性氣體的磁化率可以相互抵消，式（95）后一項(xiàng)可以忽略不計(jì)?；旌蠚怏w體積磁化率與氧氣百分含量成正比。3. 熱磁式氧分析器基本原理雖然氧氣體積磁化率最大，而其值很小，直接測量氧氣體積磁化率是很困難的。根據(jù)居時(shí)定律 （910） 式中 C居時(shí)常數(shù) 氣體密度T絕對(duì)溫度根據(jù)氣體方程 （911）式中 R氣體常數(shù) P氣體壓力V氣體的體積 n氣體的靡爾數(shù)M氣體的分子量根據(jù)式（910）（911）得 （912） 式中C、M、R均為常數(shù)。順磁性氣體的體積磁化率與壓力成正

22、比，與絕對(duì)溫度正平方反比。熱磁式氧分析器就是利用氧氣體積磁化率大，它的磁化率隨溫度升高而急劇下降的特性而制成的。二、熱磁氧式氧分析器的工作原理 1. 熱磁氧式氧分析器結(jié)構(gòu)檢測器是一個(gè)中間有道通的環(huán)形氣室，外面均勻地繞有電阻絲。電阻絲通過電流后，既起到加熱作用，又起到測量溫度變化的感溫作用。電阻絲從中間一分為二，作為兩個(gè)相鄰的橋臂電阻R1，R2與與固定電阻R3，R4組成測量電橋。在中間通道的左端設(shè)置一對(duì)小磁極，以形成恒定的不均勻磁場。2.熱磁氧分析儀的工作原理如圖96所示，待測氣體從底部入口進(jìn)入環(huán)形氣室后，沿兩側(cè)流向上端出口。如果被測混合氣體中沒有順磁氣體存在，這是中間通道內(nèi)沒有氣體通過，電阻絲

23、R1、R2沒有熱量損失，電阻絲由于流過恒定電流而保持一定的阻值。當(dāng)被測氣體中含有氧氣時(shí)，左側(cè)支流中的氧受到磁場吸引而進(jìn)入中間通道，從而形成熱磁對(duì)流，然后由通道右側(cè)排出，隨右側(cè)支流流向上端出口。環(huán)形氣室右側(cè)支流的氧因遠(yuǎn)離磁場強(qiáng)度區(qū)域，受不到磁場的吸引，加之磁風(fēng)的方向是自左向右的，所以不可能由右端進(jìn)入中間通道。1-環(huán)形管2-中間通道3-顯示儀表4-被測氣體入口5-被測氣體出口 圖96 熱磁式氧分析器原理 由于熱磁對(duì)流的結(jié)果，左半邊電阻絲R1的熱量有一部分被氣流帶走而產(chǎn)熱量損失。流經(jīng)右半邊電阻絲R2的氣體已經(jīng)是受熱氣體，所以R2沒有或略有熱量損失。這樣就造成電阻絲R1和R2因溫度不同產(chǎn)生的阻值差異，

24、從而導(dǎo)致測量電橋失去平衡，有輸出信號(hào)產(chǎn)生。被測氣體中氧含量越高，磁風(fēng)的流速就越大，R1和R2的阻值相差就越大。測量電橋的輸出信號(hào)就越大。由此可見，測量電橋輸出信號(hào)的大小就反映了被測氣體中氧含量多少。三、環(huán)形垂直通道檢測器環(huán)形垂直檢測器與環(huán)形水平通道檢測器的結(jié)構(gòu)是一樣的，只是將環(huán)形氣室的中間通道沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了90。這樣做的目的是為了提高分析儀的測量上限。中間通道為垂直狀態(tài)后，在通道中除有自上而下的的熱磁對(duì)流作用力FM外，還有熱氣體上升而產(chǎn)生的由下而上自然對(duì)流作用力Fr，兩個(gè)作用力的方向正好相反。在被測氣體沒有氧氣存在時(shí)，中間通道沒有熱磁對(duì)流，只有自下而上的自然對(duì)流，此上升氣流先流經(jīng)橋臂電阻r

25、2，使r2產(chǎn)生熱量損失，而r1沒有熱量損失。為了使儀器刻度始點(diǎn)為零，此時(shí)應(yīng)將電橋調(diào)至平衡，測量電橋輸出信號(hào)為零。隨著被濁氣體氧含 量的增加，中間通道就有了自上而下的熱磁對(duì)流產(chǎn)生，此時(shí)的熱磁對(duì)流會(huì)削弱自然對(duì)流。隨著熱磁電流的逐漸加強(qiáng)，自然對(duì)流的作用會(huì)越來越小，電阻絲r2的熱量損失也越來越小，其阻值逐漸加大，測量電橋失去平衡而有信號(hào)輸出。氧含量越高，輸出信號(hào)越大。當(dāng)氧含量由0達(dá)到某一值時(shí)：FM=Fr，熱磁對(duì)流完全抵消自然對(duì)流，此時(shí)，中間通道內(nèi)沒有氣體流動(dòng)，檢測器輸出特性曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，曲線斜率最大，檢測器的靈敏度達(dá)到最大值。當(dāng)氧含量繼續(xù)增加，F(xiàn)M > Fr ，熱磁對(duì)流大于自然對(duì)流，這時(shí)，中間通

26、道內(nèi)的氣流方向改為由上而下，之后的情況與水平通道相似。 由此可見，在環(huán)形垂直通道檢測器的中間通道中，由于自然的存在，削弱了熱磁對(duì)流，以至在氧含量很高的情況下，中間通道內(nèi)的磁風(fēng)流速不是很大，從而擴(kuò)展了儀器測量上限值。實(shí)驗(yàn)證明：這種檢測器，在氧含量100%的情況下，仍能保持較高的靈敏度。圖97環(huán)形垂直通道發(fā)送器環(huán)形水平通道和垂直通道檢測器在測量范圍上的區(qū)別1.對(duì)于環(huán)形水平通道，其測量上限不能超過40%當(dāng)氧含量增大時(shí)，磁風(fēng)也增大，水平通道中的氣體流速同樣也增大，氣體來不及與r1進(jìn)行充分的熱交換就已到達(dá)r2，造成r2的熱量損失。隨著氧含量增加，r1、r2的熱量損失逐漸接近，兩者間電阻的差值就會(huì)越來越小

27、。當(dāng)氧含量達(dá)到50%時(shí)，檢測器的靈敏度就會(huì)慢慢接近0。2.對(duì)于環(huán)形垂直通道檢測器，其檢測上限可達(dá)到100%，但是對(duì)低含量氧進(jìn)行測量時(shí)，其檢測靈敏度很低，甚至不能測量，這是因?yàn)闊岽艑?duì)流受到自然對(duì)流干擾較大引起的。儀器選型時(shí)，要多加注意。四、兩種檢測器的安裝方法內(nèi)對(duì)流式熱磁氧分析儀安裝時(shí)，必須保證檢測器處于水平位置，否則，會(huì)引起較大的測量誤差。其原因是：檢測室稍有傾斜，就可能改變檢測器內(nèi)的熱磁對(duì)流和自然對(duì)流的相互關(guān)系，熱磁對(duì)流矢量和自然對(duì)流矢量形成的夾角不同，檢測器的輸出值也會(huì)發(fā)生變化。安裝后要注意檢查分析儀的水平度：一般熱磁式氧分析儀都裝有水準(zhǔn)儀，檢查水準(zhǔn)儀的氣泡是否處在標(biāo)記中間，如有偏移，則調(diào)

28、節(jié)水平螺釘，使水準(zhǔn)儀的氣泡正好處在標(biāo)記中間。五、外對(duì)流式熱磁氧分析儀檢測器由測量氣室和參比氣室組成，兩個(gè)氣室在結(jié)構(gòu)上完全一樣。其中，在測量氣室的底部裝有一對(duì)磁極，以形成非均勻磁場，在參比氣室中不設(shè)置磁場。在兩個(gè)氣室的底部裝有既用來加熱，又用來測量的熱敏元件，兩熱敏元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同。圖 98 熱磁外對(duì)流式氧分析儀檢測器被測氣體由入口進(jìn)入主氣道，依靠分子擴(kuò)散進(jìn)入兩個(gè)氣室。如果被測氣體沒有氧的存在，那么兩個(gè)氣室的狀況是相同的，擴(kuò)散進(jìn)來的氣體與熱敏元件直接接觸進(jìn)行熱交換，氣體溫度得以提高，溫度升高導(dǎo)致氣體相對(duì)密度下降而向上運(yùn)動(dòng)，主氣道中較冷的氣體向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入氣室填充，冷氣體在熱敏元件上獲得能量，

29、溫度升高，又向上運(yùn)動(dòng)回到主氣道，如此循環(huán)不斷，就形成了自然對(duì)流。由于兩個(gè)氣室的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同，兩個(gè)熱敏元件單位時(shí)間內(nèi)的熱量損失也相同，其阻值也就相等。當(dāng)被測氣體有氧存在時(shí)，主氣道中氧分子在流經(jīng)測量氣室上端時(shí)，受到磁場的吸引進(jìn)入測量氣室并向磁極方向運(yùn)動(dòng)。在磁極上方安裝有加熱元件（熱敏元件），因此，在氧分子向磁極靠近的同時(shí)，必然要吸收加熱元件的熱量而使溫度升高，導(dǎo)致其體積磁化率下降，受磁場的吸引力減弱，較冷氣體的氧分子不斷地被磁場吸引進(jìn)測量氣室。在向磁極方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，把氣室中先前溫度已升高的氧分子擠出測量氣室。于是，在測量氣室中形成熱磁對(duì)流。這樣，在測量氣室中便存在有自然對(duì)流和熱磁對(duì)流兩種對(duì)流

30、形成，測量氣室 的熱敏元件的熱量損失，是由這兩種對(duì)流形式共同造成的。而參比氣室由于不存在磁場，所以只有自然對(duì)流，其熱敏元件的熱量損失，也只是由自然對(duì)流造成的，與被測氣體的氧含量無關(guān)。這樣，由于測量氣室和參比氣室中的熱敏零件散熱情況的不同，兩個(gè)氣室的熱敏元件的溫度出現(xiàn)差別，其阻值也就不再相等，兩者阻值相差多少取決于被測氣體中氧含量的多少。若把兩個(gè)熱敏元件置于測量電橋中作為相鄰的兩個(gè)橋臂，那么，橋路的輸出信號(hào)就代表了被測氣體中的氧含量。圖99 雙臂單電橋測量電路六、測量電路1. 雙臂單電橋測量電路為了更好地補(bǔ)償由于環(huán)境溫度變化、電源電壓波動(dòng)、檢測器傾斜等因素給測量帶來的影響，外對(duì)流式檢測器一般都采

31、用雙電橋結(jié)構(gòu)。如圖910。圖911 雙電橋測量線路圖中四個(gè)氣室分為兩組，分別置于兩個(gè)電橋中，每組兩個(gè)氣室中各有一個(gè)氣室底部裝有磁極，氣室中的熱敏元件作為線路中測量電橋和參比電橋的橋臂。而參比氣室則通過氧含量為定值的空氣作為參比氣。外熱磁對(duì)流式氧分析儀檢測過程：分析儀采用外對(duì)流檢測器和直流雙電橋補(bǔ)償測量系統(tǒng)。工作電橋和參比電橋在結(jié)構(gòu)與性能上完全對(duì)稱。參比電橋由R1、R2、R3、R4組成，其中，R3、R4為兩只固定的錳銅電阻，R1、R2為敏感元件。R1處于磁場中，R2沒有磁場。工作時(shí)，空氣進(jìn)入?yún)⒈葰馐?、2，從R1、R2周圍流過。由于空氣中的含氧量為一定值（20.9%），而熱磁對(duì)流在電橋的輸出端間

32、產(chǎn)生一定值電勢。2.交流雙電橋測量電路圖912 交流雙電橋測量電橋由R5、R6、R7、R8組成，其中，R7、R8為兩只固定的錳銅電阻，R5、R6為敏感元件。R6處于磁場中，R5沒有磁場。工作時(shí)，被分析混合氣體進(jìn)入測量氣室3、4，從R5、R6周圍流過。由于熱磁對(duì)流的結(jié)果，使電橋輸出端cd間產(chǎn)生電勢Ucd。Ucd的大小與熱磁對(duì)流的強(qiáng)弱有關(guān)，亦即Ucd的大小隨著被分析混合氣體中的氧含量（氧濃度）而變化。測量數(shù)值取決于工作電橋和參比電橋兩端輸出 電壓的比值：即：X =K（ Ucd / Uab ）通過上式我們可以看出，由于環(huán)境溫度、大氣壓力、電源電壓等有變化時(shí)，雖然兩端的的輸出電壓會(huì)發(fā)生變化，但兩者比值

33、變化較小，測量指示受環(huán)境因素影響較小，因?yàn)闇y量精度較高。若儀器中設(shè)計(jì)有控溫電路和溫度補(bǔ)償，可最大限度地減少溫漂。這種雙電橋結(jié)構(gòu)的檢測器的測量上限將受到參比氣體中氧含量的限制。若選用空氣做參比氣，儀器的測量上限就不能超過21%。第三節(jié) 工業(yè)電導(dǎo)儀電導(dǎo)式分析儀是一種歷史比較悠久、應(yīng)用也比較廣泛的分析儀表。用來分析酸、堿溶液的濃度時(shí)，常稱為濃度計(jì)；直接指示電導(dǎo)的就稱為電導(dǎo)儀；用來測量蒸汽和水中的鹽濃度時(shí)稱為鹽量計(jì)。 在火電廠中，電導(dǎo)式分析儀不僅可用于連續(xù)監(jiān)督各段汽、水的受污染程度，也可用于監(jiān)督凝汽器冷卻水的泄漏，補(bǔ)給水、凝結(jié)水、除鹽水處理中離子交換器的失效程度以便控制其運(yùn)行的終點(diǎn)和再生。動(dòng)力機(jī)組的給

34、水和蒸汽中的鹽分是引起設(shè)備結(jié)垢的原因，它會(huì)影響熱力設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在高壓鍋爐中，對(duì)于過熱蒸汽和給水的電導(dǎo)率要求小于0.2S/cm。 一、 工作原理 1.溶液的電導(dǎo)與電導(dǎo)率 電解質(zhì)溶液常稱為液體導(dǎo)體，這類導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度升高而增強(qiáng)，常用電導(dǎo)率表示其導(dǎo)電能力。根據(jù)歐姆定律，溶液的電阻為 （913） 溶液的電導(dǎo)為 （913）式中 R溶液電阻 電阻率 cm L導(dǎo)體長度，cm A導(dǎo)體截面積 cm2 G電導(dǎo)，S 電導(dǎo)率，S/cmK電極常數(shù)電導(dǎo)率的大小表示了溶液導(dǎo)電能力的大小，它與電極常數(shù)無關(guān)，但與溶液電解質(zhì)的種類、性質(zhì)、濃度及溶液的溫度等因素有關(guān)。測量電導(dǎo)（S或S）的儀器稱為電導(dǎo)儀，測量電導(dǎo)率（

35、 S /cm）的儀器稱為電導(dǎo)率儀。當(dāng)電極常數(shù)為1時(shí)，則電導(dǎo)與電導(dǎo)率的數(shù)值相同。 2.電導(dǎo)率與溶液濃度的關(guān)系為了用電導(dǎo)率表示溶液濃度的多少，引入摩爾電導(dǎo)率的概念。在相距1m、面積各為1m2的兩電極之間，充以1mol/L濃度的某種溶液，所呈現(xiàn)的電導(dǎo)值稱為該種溶液的摩爾電導(dǎo)率，用符號(hào)“m”來表示，其單位為S/（m·mol/L）。 當(dāng)溶液的摩爾濃度為C（mol/L）時(shí)，不考慮正負(fù)離子的相互作用和溫度對(duì)溶液導(dǎo)電能力的影響，溶液的電導(dǎo)率為 （914） 當(dāng)溶液取質(zhì)量濃度(kg /L)時(shí)，它與摩爾濃度C的關(guān)系為 （915）式中 M 溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量，kg/mol。 （916） 當(dāng)被測溶液濃度不高（接近

36、無限稀釋）時(shí)，一定物質(zhì)的摩爾電導(dǎo)率可看成是常數(shù)，從上面各式可以看出，電阻、電導(dǎo)和電導(dǎo)率與溶液濃度有確定關(guān)系，溶液電導(dǎo)率隨溶液濃度增加而增加。但當(dāng)溶液濃度過高時(shí)，由于正負(fù)離子間距離變短，部分正負(fù)離子又重新組合成化合物，故電導(dǎo)率隨濃度增加反而減小。這兩種情況下，溶液電導(dǎo)率均與溶液濃度呈單值關(guān)系。 當(dāng)溶液濃度介于中等濃度范圍內(nèi)時(shí)，溶液電導(dǎo)率與溶液濃度不再是單值函數(shù)關(guān)系。所以應(yīng)用電導(dǎo)法只能測量低濃度或高濃度的溶液，且電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率與其濃度的關(guān)系是通過實(shí)驗(yàn)取得的。 二、影響電導(dǎo)率測定的因素 1.溶液溫度 電導(dǎo)率大小與電解質(zhì)在水中的電離度及離子遷移速度有關(guān)。當(dāng)溫度上升時(shí)，電離度增大，同時(shí)溶液粘度減低，

37、離子運(yùn)動(dòng)阻力減小，在電場作用時(shí)，離子定向移動(dòng)加快，電導(dǎo)率增大；反之，電導(dǎo)率下降。以電導(dǎo)率大小來評(píng)定水的品質(zhì)或溶液濃度時(shí)，應(yīng)指明測試電導(dǎo)率的溫度。我國電力系統(tǒng)中均以25為基準(zhǔn)溫度來評(píng)定電導(dǎo)率的測量。 工業(yè)在線電導(dǎo)儀通常在其測量電路中設(shè)置溫度補(bǔ)償電路來消除溫度的影響。2.電極的極化 當(dāng)沒有電流通過電導(dǎo)池時(shí)，電極處于平衡狀態(tài)；當(dāng)電流通過時(shí)，電極電位平衡值發(fā)生了偏差，稱為極化現(xiàn)象，產(chǎn)生極化的主要有濃差極化和電化學(xué)極化。電極極化后阻礙了溶液中正負(fù)離子的導(dǎo)電，使測量產(chǎn)生誤差，為此使用的電源必須采用交流。 3.電極系統(tǒng)的電容 當(dāng)交流電通過電導(dǎo)池時(shí)，電導(dǎo)池除表現(xiàn)電阻作用外，還呈現(xiàn)容抗作用。由電容容抗與其自身的

38、電容量C及電源頻率之間的關(guān)系 （916） 在一些電導(dǎo)率儀表中，設(shè)置了電容補(bǔ)償電路，以減少寄生電容的影響。 4.可溶性氣體 一些可溶性氣體如CO2，NH3 等溶于水，產(chǎn)生了H+ 和OH-離子，使溶液的導(dǎo)電能力增強(qiáng)，電導(dǎo)率升高，影響了電導(dǎo)率測量。為此測量電導(dǎo)率之前先采取除氣措施。三、溶液電導(dǎo)的測量方法溶液電導(dǎo)是通過測量兩電極之間的電阻求出的。 1. 分壓測量線路測量時(shí)電源電壓u保持恒定，uk與Rx之間為單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，測得uk就可得知溶液的濃度。這種測量方法適用于低濃度、高電阻電解質(zhì)溶液的測量。 圖913 分壓電導(dǎo)測量電路2.電橋測量線路 調(diào)整觸點(diǎn)a的位置可使電橋平衡。電橋平衡時(shí)，有通過電橋平衡時(shí)觸

39、點(diǎn)a的位置可知Rx的大小，進(jìn)而可確定溶液濃度大小。平衡電橋法適用于高濃度、低電阻溶液的測量，對(duì)電源電壓的穩(wěn)定性要求不高。 圖914 電橋測量線路 第四節(jié) 工業(yè)酸度計(jì)一、工業(yè)酸度計(jì)工作原理 在許多工業(yè)生產(chǎn)中，很多反應(yīng)都在液相中進(jìn)行，其中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)品的酸堿度往往是確定生產(chǎn)過程的重要標(biāo)志，所以在生產(chǎn)過程中，嚴(yán)格志監(jiān)視和控制溶液的酸堿度，對(duì)提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低消耗定額，減少設(shè)備腐蝕等起著重要作用。溶液酸堿度通常用氫離子的濃度來表示的，而工業(yè)PH計(jì)就是在工業(yè)生產(chǎn)過程中用以自動(dòng)、連續(xù)地測量溶液氫離子濃度的一種自動(dòng)化儀表，以便來監(jiān)視，控制生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。1. PH的意義在中性溶液中，氫離子H+和氫氧

40、根離子OH的濃度都是107mol/l。溶液中過量的氫離子H+，則溶液呈酸性，氫離子H+小于 107mol/l。如果過量OH離子，那末溶液就是堿性的，氫離子H+大于 107mol/l。在一定溫度下，任何酸堿鹽的水溶液，由于本身電離作用，在電離作用平衡時(shí)，溶液中的氫離子濃度與氫氧根離子濃度的乘積是一個(gè)常數(shù)（1×1014）。 通常用氫離子濃度表示溶液的酸堿度。一般氫離子濃度很小，為了方便起見，常用pH值為氫離子濃度的常用對(duì)數(shù)負(fù)值。即 （917） 用氫離子濃度表示的PH值 氫離子的濃度 氫離子摩爾濃度（量濃度），mol/L而氫離子活性直接關(guān)系到水溶液的酸性、中性和堿性。所以工業(yè)上常用PH計(jì)來

41、測量水或水溶液的酸堿度。PH值與的關(guān)系如圖所示圖 915 PH值與的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖 2.電極電位與原電池 （1）電極電位當(dāng)金屬棒插入水中，金屬表面的原子就會(huì)形成離子進(jìn)入水中，這樣金屬失去離子顯負(fù)電性，靠近金屬表面的水由于得到離子而顯正電性，兩者之間存在著電位差。除了金屬能產(chǎn)生電極電位外，氣體和非金屬也能在水溶液中產(chǎn)生電極電位。（2）原電池 電極電位是無法測定的，兩個(gè)電極與溶液構(gòu)成化學(xué)“原電池”， 通過測量原電池的電動(dòng)勢確定電極電位大小。Zn-Cu電極組成的原電池如圖916所示。電動(dòng)勢大小與溶液中Zn+、Cu+ 有關(guān)。 圖916 Zn-Cu原電池2.PH值與原電池電動(dòng)勢關(guān)系將兩個(gè)氫電極插入由兩種溶液

42、組成的原電池，如圖917所示，其中一種溶液的氫離子H+=1,另一種為含被測氫離子濃度H+,組成原電池，其電動(dòng)勢與待測溶液PH值成正比。1鹽橋2隔板 圖917 氫電極原電池二、電極 原電池兩個(gè)電極中，一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)電極，它的電極電位恒定的，稱為參與電極；另一個(gè)電極的電位隨被測溶液的氫離子濃度變化而變化，稱之為工作電極或指示電極。參比電極工業(yè)上常用甘汞電極和銀氯化銀電極，工作電極常用玻璃電極，氫醌電極和銻電極第五節(jié) 紅外氣體分析器紅外線氣體分析儀是應(yīng)用氣體對(duì)紅外線光吸收原理制成的一種儀表。它具有靈敏度高、反應(yīng)快、分析范圍寬、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)?？捎糜?CO、CO2、CH4、C2H2、C2H5

43、OH、H2O（水汽）等非對(duì)稱分子結(jié)構(gòu)氣體含量的分析測量，是應(yīng)用比較多的一種光學(xué)式分析儀表，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)流程中氣體的連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測，分析混合氣體中某組分的含量測量。如冶煉工業(yè)中的CO、CO2含量測量，電站鍋爐燃燒爐煙中CO、CO2含量測量，以及化工、石油工業(yè)流程中氣體的分析等，也可用于大氣污染氣體的監(jiān)測和醫(yī)學(xué)上某些氣體的監(jiān)測。 一、紅外線的基本知識(shí) 1.紅外線的特征紅外線是一種電磁波，它的波長范圍大致在0.76m到1000m的頻譜范圍之內(nèi)，與可見光一樣具有反射、折射、散射等性質(zhì)。紅外線的最大特點(diǎn)就是具有光熱效應(yīng)，它是光譜中最大的光熱效應(yīng)區(qū)。 紅外線在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)由于介質(zhì)的吸收和散射作用而

44、衰減。每一種化合物的分子并不是對(duì)紅外光譜內(nèi)所有波長的輻射或任意一種波長的輻射都具有吸收能力，而是有選擇性地吸收某一個(gè)或某一組特定波段內(nèi)的輻射。這個(gè)所謂的波段就是分子的特征吸收帶。氣體分子的特征吸收帶主要分布在125m波長范圍內(nèi)的紅外區(qū)。例如，CO氣體能吸收的紅外波長為2.37m和4.65m，CO2的特征吸收波長為2.78m和4.26m2 朗伯-貝爾定律 氣體對(duì)紅外線的吸收服從于朗伯-貝爾定律，其關(guān)系式為 （918）當(dāng)紅外輻射穿過待測組分的長度L和入射紅外輻射的強(qiáng)度I0 一定時(shí)，由于K對(duì)某一種特定的待測組分是常數(shù)，故透過的紅外輻射強(qiáng)度I 僅僅是待測組分摩爾百分濃度的單值函數(shù)，其關(guān)系如圖所示。通過

45、測定透射的紅外輻射強(qiáng)度，可以確定待測組分的濃度。以這一原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來的光譜儀器，稱為紅外氣體分析儀。 圖918 紅外輻射強(qiáng)度I與濃度關(guān)系二、紅外氣體分析儀的工作原理及結(jié)構(gòu)組成 1.紅外氣體分析儀類型 按不同分類方法可分為工業(yè)型和實(shí)驗(yàn)室型；色散型（分光式）和非色散型（非分光式）等。 分光式是根據(jù)待測組分的特征吸收波長，采用一套光學(xué)分光系統(tǒng)，使通過被測介質(zhì)層的紅外線波長與待測組分特征吸收波長相吻合，進(jìn)而測定待測組分的濃度。 非分光式是光源的連續(xù)波譜全部投射到待測樣品上，而待測組分僅吸收其特征波長的紅外線，進(jìn)而測定待測組分的濃度。工業(yè)過程主要應(yīng)用這類儀表。 2.工作原理 紅外線氣體分析儀是根據(jù)待

46、測氣體在特征吸收波長上吸收紅外線能量的原理工作的。氣體吸收紅外輻射后，氣體的溫度上升或壓力上升，這種溫度和壓力的變化與待測組分濃度有關(guān)，通過測量變化的溫度或壓力就可測出待測組分的濃度。 3.紅外線氣體分析儀的結(jié)構(gòu)組成 紅外線氣體分析儀一般由光源、氣室、接收元件、切光片和窗口等組成，典型的結(jié)構(gòu)如圖所示。 1-光源 2-同步電機(jī)3-切光片 4-濾波室5-參比室 6-測量室7-檢測室 8-薄膜9-定片 10-電氣單元11-微機(jī)系統(tǒng) 圖919紅外氣體分析儀原理圖（1）光源 光源的作用是產(chǎn)生兩束能量相等而又穩(wěn)定的紅外光束，多由通電加熱鎳鉻絲所得。輻射區(qū)的光源分兩種，一種是單光源，一種是雙光源,各有優(yōu)點(diǎn)。

47、 （2）濾光元件 其作用是吸收或?yàn)V去可被干擾氣體吸收的紅外線，去除干擾氣體對(duì)測量的影響。濾光元件通常有兩種，一種是充以干擾氣體的濾光室，另一種是濾光片。 濾光片是在晶片表面上噴涂若干涂層，使它只能讓待測組分所對(duì)應(yīng)的特征吸收波長的紅外線透過，而不讓其他波長的紅外線透過或使其大大衰減。 （3）測量室和參比室 測量室和參比室的兩端用透光性能良好的CaF2晶片密封。參比室內(nèi)封入不吸收紅外輻射的惰性氣體，測量室則連續(xù)通入被測氣體。測量室的長短與被測組分濃度有關(guān)，一般測量室的長度為0.3200mm。 （4）檢測器 檢測器的作用是接收從紅外光源輻射出的紅外線，并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。有光電導(dǎo)式和薄膜電容式兩種檢測器。 光電導(dǎo)檢測器只對(duì)某一波長范圍內(nèi)的紅外線能量能吸收，它必須和濾波效果較好的濾光片配合使用。目前用的較多的材料是銻化銦。 大多數(shù)紅外線分析儀都采用薄膜電容式檢測器，其原理結(jié)構(gòu)如圖所示。 1窗口玻璃2吸收室3固定電極（定片）4可動(dòng)電極（動(dòng)片） 圖920 薄膜電容式接收器（5）切光片切光片在電機(jī)帶動(dòng)下對(duì)光源發(fā)出的光輻射信號(hào)做周期性切割，將連續(xù)信號(hào)調(diào)制成一定頻率（一般為225