成分檢測及儀表課件

成分檢測及儀表成分檢測及儀表成分檢測及儀表成分檢測及儀表12021/2/21成分檢測及儀表成分檢測及儀表成分檢測及儀表成分檢測及儀表12成分檢測及儀表22021/2/21成分檢測及儀表22021/2/212.6成分檢測及儀表所謂成分，是指在多種物質(zhì)的混合物中某一種物質(zhì)所占的比例。在生產(chǎn)中經(jīng)常需要在線實時檢測物料的成分。32021/2/212.6成分檢測及儀表32021/2/212.6.1氧化鋯氧量計氧化鋯氧量計廣泛用于鍋爐和窯爐的煙氣含氧量測量，以控制燃燒效率。

Φ2P2

空氣

Φ1P1

煙氣鉑電極ZrO2O2-O2-O2-O2-O2-EE根據(jù)電化學(xué)中的濃差電池原理工作。濃差電池的構(gòu)成：PO2Pt/ZrO2.CaO//PtP’O2（參比）陰極陽極（被測）濃側(cè)

稀側(cè)

PO2，P’O2分別為氧化鋯固體電解質(zhì)兩側(cè)的氧濃度一、工作原理42021/2/212.6.1氧化鋯氧量計Φ2Φ1鉑電極ZrO2O2-O2

陰極（參比氣體側(cè)）

氣體中的氧分子通過高氧側(cè)半電池的鉑電極時，從鉑電極上吸收4個電子，變成氧離子。高氧側(cè)鉑電極就帶正電。

O2+4e→2O2-

還原反應(yīng)生成的氧離子通過氧化鋯中的氧離子空穴移動到低氧側(cè)半電池的鉑電極。陽極（被測氣體側(cè)）：氧離子將電子還給鉑電極變成氧分子進入煙氣，低氧側(cè)鉑電極因得到電子而帶負電。

2O2-→O2+4e

氧化反應(yīng)

Φ2P2

空氣

Φ1P1

煙氣O2-O2-O2-O2-O2-E當(dāng)外電路接通后，在陰極和陽極之間就產(chǎn)生一個電動勢-------氧濃差電勢52021/2/21陰極（參比氣體側(cè)）氣體中的氧分子通過高氧側(cè)半電式中：R—氣體常數(shù)；F—法拉弟常數(shù)；n—一個氧分子攜帶電子數(shù)（n＝4）；T—氣體絕對溫度；P1、P2—被測氣體與參比氣體的氧分壓。

根據(jù)Nernst方程，氧濃差電勢E可以表示為：

Φ2P2

空氣

Φ1P1

煙氣O2-O2-O2-O2-O2-E

由于在混合氣體中，某氣體組的分壓力和總壓力之比與容積成分（即濃度）成正比，有：

62021/2/21式中：根據(jù)Nernst方程，氧濃差電勢E可以表示為：Φ2

代入Nernst方程，氧濃差電勢E為

Φ2P2

空氣

Φ1P1

煙氣O2-O2-O2-O2-O2-E可見，氧濃差電勢是煙氣含氧量Φ1的單值函數(shù)。72021/2/21代入Nernst方程，氧濃差電勢E為Φ2Φ

1、溫度T恒定在600℃以上。為此，可在氧化鋯探頭內(nèi)安裝恒溫控制系統(tǒng)或采用熱電偶來檢測探頭感受的實際工作溫度，并進行溫度補償運算。2、空氣的氧含量恒定。為此，探頭空氣口可安裝空氣泵，以保證探頭內(nèi)空氣新鮮，含量等于20.8％3、參比氣體與被測氣體壓力相等，才能用濃度來代替氧分壓。此外，E與Φ1呈非線性關(guān)系，必須經(jīng)線性化電路處理。關(guān)系穩(wěn)定的必要條件是：82021/2/211、溫度T恒定在600℃以上。為此，可在氧化鋯探頭內(nèi)安裝恒二、組成和應(yīng)用氧化鋯氧量分析儀主要由氧化鋯探頭和氧量變送器兩部分組成1、氧化鋯探頭氧化鋯探頭是氧量分析器的檢測部件，其核心就是氧化鋯固體電解質(zhì)氧濃差電池。它的作用是將被測氣體的氧含量轉(zhuǎn)換為氧濃差電勢。氧化鋯探頭結(jié)構(gòu)主要有直插式、直插加熱式和抽吸定溫式

92021/2/21二、組成和應(yīng)用氧化鋯氧量分析儀主要由氧化鋯探頭和氧量變送器兩a、抽吸定溫式氧化鋯探頭帶有加熱裝置和測溫元件。將被測氣體加熱到定值溫度，以便準確測量。煙氣102021/2/21a、抽吸定溫式煙氣102021/2/21b、直插補償式如果被測氣體溫度達560℃以上，則氧化鋯探頭不設(shè)加熱裝置，直接安裝在煙道內(nèi)。但要裝測溫元件，測被測氣體溫度，以便在后級電路中對溫度變化進行補償。112021/2/21b、直插補償式112021/2/212、氧量變送器高阻抗變換器：氧量變送器的輸入回路采用高輸入阻抗的阻抗變換級，以保證流過濃差電池的電流近似為零溫度變換級：為后面的除法器電路進行探頭溫度補償而設(shè)。一是將熱電偶的冷端溫度自動補償?shù)?度，使熱端電勢信號僅與探頭工作溫度成單值函數(shù)關(guān)系；二是進行必要的表達式變換，以滿足后面除法器的需要。倒相及線性化：將除法器輸出的與被測氧濃度成非線性關(guān)系的毫伏信號轉(zhuǎn)換成與被測氧濃度成正比的直流毫伏信號122021/2/212、氧量變送器高阻抗變換器：氧量變送器的輸入回路采用高輸入阻2.6.2氣相色譜分析儀色譜分析法是近年來獲得迅速發(fā)展的一種分離分析技術(shù)，其特點是分離能力強，分析靈敏度高、速度快和樣品用量少。例如分析石油產(chǎn)品時，一次可分離分析一百多種組分；在分析超純氣體時，可鑒定出1ppm（ppm為濃度單位，表示百萬分之—），甚至0．1ppb（ppb表示十億分之一）的組分；因此，目前被廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)及科研中。132021/2/212.6.2氣相色譜分析儀132021/2/21植物色素+石油醚石油醚色譜分析法得名于1906年把溶有植物色素的石油醚倒入裝有碳酸鈣吸附劑豎直玻璃管中再倒入純的石油醚幫助它自由流下看到分離開的一層層不同顏色的譜帶碳酸鈣對不同的植物色素吸附能力不同固定相移動相碳酸鈣吸附劑2.6.2.1色譜分析原理142021/2/21植物色素+石油醚石油醚色譜分析法得名于1906年把溶有植物色色譜柱一般的色譜柱，是在直徑約3~6mm、長約1～4m的玻璃或金屬細管中，填裝固體吸附劑顆粒構(gòu)成。稱為固定相。常用的固體吸附劑有氧化鋁、硅膠、活性炭、分子篩等。

用氫、氮、空氣等作“載氣”，運載被分析樣氣通過固定相。載氣和被分析樣氣稱為移動相。實用的氣相色譜儀由色譜柱、檢測器及載氣、采樣等輔助裝置組成。152021/2/21色譜柱用氫、氮、空氣等作“載氣”，運載被分析分離過程設(shè)樣氣中有A、B、C三種不同的成分。從色譜柱分離原理可知，被分析的樣氣應(yīng)當(dāng)是脈沖式輸入，在載氣的推動下通過色譜柱。在流動的過程中，吸附性小的成分前進速度快，C、B、A各組分依次從色譜柱流出。162021/2/21分離過程從色譜柱分離原理可知，被分析的樣氣應(yīng)當(dāng)是脈沖式輸入，

樣氣中A、B、C三種不同的成分，經(jīng)色譜柱分離后，依次進入檢測器。檢測器輸出隨時間變化的曲線稱為色譜流出曲線或色譜圖，

色譜圖上三個峰的面積（或高度）分別代表相應(yīng)組分在樣品中的濃度大小。172021/2/21樣氣中A、B、C三種不同的成分，經(jīng)色譜柱分離后，依檢測器檢測器的作用是將由色譜柱分離開的各組分進行定量的測定。從理論上說，各組分與載氣的任何物理或化學(xué)性質(zhì)的差別都可作為檢測的依據(jù)。但使用最多的是熱導(dǎo)式檢測器和氫火焰電離檢測器。熱導(dǎo)式檢測器氫火焰電離檢測器182021/2/21檢測器熱導(dǎo)式檢測器氫火焰電離檢測器182021/2/21如下表列出在0℃時，以空氣導(dǎo)熱系數(shù)為基準的一些氣體的相對導(dǎo)熱系數(shù)值。

例：熱導(dǎo)式檢測器的工作原理熱導(dǎo)式檢測器就是一臺氣體分析儀。根據(jù)不同種類的氣體具有不同的熱傳導(dǎo)能力的特性，通過導(dǎo)熱能力的差異來分析氣體的組分和含量。192021/2/21如下表列出在0℃時，以空氣導(dǎo)熱系數(shù)為基準的一些氣體的相對導(dǎo)熱純載氣樣氣

熱導(dǎo)式檢測器主要由熱導(dǎo)池和檢測電橋構(gòu)成。

202021/2/21純載氣樣氣熱導(dǎo)式檢測器主要由熱導(dǎo)池和檢測電橋載氣及進樣裝置從色譜柱的分離原理可知，被分析的樣氣應(yīng)該是脈沖式的定量輸入。進一次樣氣，分析一次。進樣時間周期應(yīng)足夠長，以保證各組分從色譜柱流出時不重疊。212021/2/21載氣及進樣裝置212021/2/21222021/2/21222021/2/21232021/2/21232021/2/212.6.3

紅外線氣體分析儀根據(jù)不同的組分對不同波長的紅外線具有選擇性吸收的特征制成?？蓽y量CO、CO2、NH3、甲烷、乙炔、乙醇、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等的含量。使用范圍寬，不僅可以分析氣體，也可分析溶液，且靈敏度較高，反應(yīng)迅速，有著廣泛的應(yīng)用。2.6.3.1工作原理紅外線是指波長為0.8～400μm之間的不可見電磁波，在工業(yè)紅外線分析儀中，使用的紅外線波長一般在1～25μm之間?？梢姽庾贤饩€紅外線242021/2/212.6.3紅外線氣體分析儀可見光紫外線紅外線24202

實驗證明，除氦、氖、氬等單原子惰性氣體及氫、氧、氮、氯等具有對稱結(jié)構(gòu)的雙原子氣體外，大部分多原子氣體如CO、CO2、CH4（甲烷）等，對1～25μm波長范圍的紅外線都有強烈的選擇性吸收的特性。如圖，CO對波長為4.5～5μm的紅外線具有強烈的吸收作用。CH4252021/2/21實驗證明，除氦、氖、氬等單原子惰性氣體及氫、根據(jù)朗伯-貝爾定律，當(dāng)光通過吸收介質(zhì)時，其強度隨介質(zhì)的濃度和厚度按指數(shù)規(guī)律衰減。

式中：I0—射入時的光強；I—透出時的光強；

l—介質(zhì)厚度；c—吸收介質(zhì)的濃度；—吸收系數(shù)

紅外線氣體分析儀就是根據(jù)這一定律，測某波長紅外線的透射強度。從波長光強被吸收的程度，推知該組分在混合氣中的濃度。262021/2/21根據(jù)朗伯-貝爾定律，當(dāng)光通過吸收介質(zhì)時，其強度隨介質(zhì)的濃度和當(dāng)I0，及L一定時，I是C的單值函數(shù)。當(dāng)

故在一般的紅外氣體分析儀中，為保證I與C之間成線性關(guān)系，當(dāng)C較大時，應(yīng)選較短的分析管（測量氣室）當(dāng)C較小時，應(yīng)選較長的分析管（測量氣室）272021/2/21當(dāng)I0，及L一定時，I是C的單值函數(shù)。故在一般的紅外2.6.3.2儀表結(jié)構(gòu)用強度恒定的紅外線照射厚度確定的混合氣體薄層，測量透射出來的某波長紅外線的強度。282021/2/212.6.3.2儀表結(jié)構(gòu)282021/2/21292021/2/21292021/2/21小結(jié)氧化鋯氧量計氣相色譜分析儀紅外線氣體分析儀成分檢測作業(yè)：2-25~27，2-29,2-30302021/2/21小結(jié)氧化鋯氧量計氣相色譜分析儀紅外線氣體分析儀成分檢測作業(yè)：本章總結(jié)

溫度檢測儀表液位檢測儀表成分分析儀表檢測儀表壓力檢測儀表流量檢測儀表312021/2/21本章總結(jié)溫度液位成分檢測儀表壓力流量312021/2/21謝謝！322021/2/21謝謝！322021/2/21成分檢測及儀表成分檢測及儀表成分檢測及儀表成分檢測及儀表332021/2/21成分檢測及儀表成分檢測及儀表成分檢測及儀表成分檢測及儀表12成分檢測及儀表342021/2/21成分檢測及儀表22021/2/212.6成分檢測及儀表所謂成分，是指在多種物質(zhì)的混合物中某一種物質(zhì)所占的比例。在生產(chǎn)中經(jīng)常需要在線實時檢測物料的成分。352021/2/212.6成分檢測及儀表32021/2/212.6.1氧化鋯氧量計氧化鋯氧量計廣泛用于鍋爐和窯爐的煙氣含氧量測量，以控制燃燒效率。

Φ2P2

空氣

Φ1P1

煙氣鉑電極ZrO2O2-O2-O2-O2-O2-EE根據(jù)電化學(xué)中的濃差電池原理工作。濃差電池的構(gòu)成：PO2Pt/ZrO2.CaO//PtP’O2（參比）陰極陽極（被測）濃側(cè)

稀側(cè)

PO2，P’O2分別為氧化鋯固體電解質(zhì)兩側(cè)的氧濃度一、工作原理362021/2/212.6.1氧化鋯氧量計Φ2Φ1鉑電極ZrO2O2-O2

陰極（參比氣體側(cè)）

氣體中的氧分子通過高氧側(cè)半電池的鉑電極時，從鉑電極上吸收4個電子，變成氧離子。高氧側(cè)鉑電極就帶正電。

O2+4e→2O2-

還原反應(yīng)生成的氧離子通過氧化鋯中的氧離子空穴移動到低氧側(cè)半電池的鉑電極。陽極（被測氣體側(cè)）：氧離子將電子還給鉑電極變成氧分子進入煙氣，低氧側(cè)鉑電極因得到電子而帶負電。

2O2-→O2+4e

氧化反應(yīng)

Φ2P2

空氣

Φ1P1

煙氣O2-O2-O2-O2-O2-E當(dāng)外電路接通后，在陰極和陽極之間就產(chǎn)生一個電動勢-------氧濃差電勢372021/2/21陰極（參比氣體側(cè)）氣體中的氧分子通過高氧側(cè)半電式中：R—氣體常數(shù)；F—法拉弟常數(shù)；n—一個氧分子攜帶電子數(shù)（n＝4）；T—氣體絕對溫度；P1、P2—被測氣體與參比氣體的氧分壓。

根據(jù)Nernst方程，氧濃差電勢E可以表示為：

Φ2P2

空氣

Φ1P1

煙氣O2-O2-O2-O2-O2-E

由于在混合氣體中，某氣體組的分壓力和總壓力之比與容積成分（即濃度）成正比，有：

382021/2/21式中：根據(jù)Nernst方程，氧濃差電勢E可以表示為：Φ2

代入Nernst方程，氧濃差電勢E為

Φ2P2

空氣

Φ1P1

煙氣O2-O2-O2-O2-O2-E可見，氧濃差電勢是煙氣含氧量Φ1的單值函數(shù)。392021/2/21代入Nernst方程，氧濃差電勢E為Φ2Φ

1、溫度T恒定在600℃以上。為此，可在氧化鋯探頭內(nèi)安裝恒溫控制系統(tǒng)或采用熱電偶來檢測探頭感受的實際工作溫度，并進行溫度補償運算。2、空氣的氧含量恒定。為此，探頭空氣口可安裝空氣泵，以保證探頭內(nèi)空氣新鮮，含量等于20.8％3、參比氣體與被測氣體壓力相等，才能用濃度來代替氧分壓。此外，E與Φ1呈非線性關(guān)系，必須經(jīng)線性化電路處理。關(guān)系穩(wěn)定的必要條件是：402021/2/211、溫度T恒定在600℃以上。為此，可在氧化鋯探頭內(nèi)安裝恒二、組成和應(yīng)用氧化鋯氧量分析儀主要由氧化鋯探頭和氧量變送器兩部分組成1、氧化鋯探頭氧化鋯探頭是氧量分析器的檢測部件，其核心就是氧化鋯固體電解質(zhì)氧濃差電池。它的作用是將被測氣體的氧含量轉(zhuǎn)換為氧濃差電勢。氧化鋯探頭結(jié)構(gòu)主要有直插式、直插加熱式和抽吸定溫式

412021/2/21二、組成和應(yīng)用氧化鋯氧量分析儀主要由氧化鋯探頭和氧量變送器兩a、抽吸定溫式氧化鋯探頭帶有加熱裝置和測溫元件。將被測氣體加熱到定值溫度，以便準確測量。煙氣422021/2/21a、抽吸定溫式煙氣102021/2/21b、直插補償式如果被測氣體溫度達560℃以上，則氧化鋯探頭不設(shè)加熱裝置，直接安裝在煙道內(nèi)。但要裝測溫元件，測被測氣體溫度，以便在后級電路中對溫度變化進行補償。432021/2/21b、直插補償式112021/2/212、氧量變送器高阻抗變換器：氧量變送器的輸入回路采用高輸入阻抗的阻抗變換級，以保證流過濃差電池的電流近似為零溫度變換級：為后面的除法器電路進行探頭溫度補償而設(shè)。一是將熱電偶的冷端溫度自動補償?shù)?度，使熱端電勢信號僅與探頭工作溫度成單值函數(shù)關(guān)系；二是進行必要的表達式變換，以滿足后面除法器的需要。倒相及線性化：將除法器輸出的與被測氧濃度成非線性關(guān)系的毫伏信號轉(zhuǎn)換成與被測氧濃度成正比的直流毫伏信號442021/2/212、氧量變送器高阻抗變換器：氧量變送器的輸入回路采用高輸入阻2.6.2氣相色譜分析儀色譜分析法是近年來獲得迅速發(fā)展的一種分離分析技術(shù)，其特點是分離能力強，分析靈敏度高、速度快和樣品用量少。例如分析石油產(chǎn)品時，一次可分離分析一百多種組分；在分析超純氣體時，可鑒定出1ppm（ppm為濃度單位，表示百萬分之—），甚至0．1ppb（ppb表示十億分之一）的組分；因此，目前被廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)及科研中。452021/2/212.6.2氣相色譜分析儀132021/2/21植物色素+石油醚石油醚色譜分析法得名于1906年把溶有植物色素的石油醚倒入裝有碳酸鈣吸附劑豎直玻璃管中再倒入純的石油醚幫助它自由流下看到分離開的一層層不同顏色的譜帶碳酸鈣對不同的植物色素吸附能力不同固定相移動相碳酸鈣吸附劑2.6.2.1色譜分析原理462021/2/21植物色素+石油醚石油醚色譜分析法得名于1906年把溶有植物色色譜柱一般的色譜柱，是在直徑約3~6mm、長約1～4m的玻璃或金屬細管中，填裝固體吸附劑顆粒構(gòu)成。稱為固定相。常用的固體吸附劑有氧化鋁、硅膠、活性炭、分子篩等。

用氫、氮、空氣等作“載氣”，運載被分析樣氣通過固定相。載氣和被分析樣氣稱為移動相。實用的氣相色譜儀由色譜柱、檢測器及載氣、采樣等輔助裝置組成。472021/2/21色譜柱用氫、氮、空氣等作“載氣”，運載被分析分離過程設(shè)樣氣中有A、B、C三種不同的成分。從色譜柱分離原理可知，被分析的樣氣應(yīng)當(dāng)是脈沖式輸入，在載氣的推動下通過色譜柱。在流動的過程中，吸附性小的成分前進速度快，C、B、A各組分依次從色譜柱流出。482021/2/21分離過程從色譜柱分離原理可知，被分析的樣氣應(yīng)當(dāng)是脈沖式輸入，

樣氣中A、B、C三種不同的成分，經(jīng)色譜柱分離后，依次進入檢測器。檢測器輸出隨時間變化的曲線稱為色譜流出曲線或色譜圖，

色譜圖上三個峰的面積（或高度）分別代表相應(yīng)組分在樣品中的濃度大小。492021/2/21樣氣中A、B、C三種不同的成分，經(jīng)色譜柱分離后，依檢測器檢測器的作用是將由色譜柱分離開的各組分進行定量的測定。從理論上說，各組分與載氣的任何物理或化學(xué)性質(zhì)的差別都可作為檢測的依據(jù)。但使用最多的是熱導(dǎo)式檢測器和氫火焰電離檢測器。熱導(dǎo)式檢測器氫火焰電離檢測器502021/2/21檢測器熱導(dǎo)式檢測器氫火焰電離檢測器182021/2/21如下表列出在0℃時，以空氣導(dǎo)熱系數(shù)為基準的一些氣體的相對導(dǎo)熱系數(shù)值。

例：熱導(dǎo)式檢測器的工作原理熱導(dǎo)式檢測器就是一臺氣體分析儀。根據(jù)不同種類的氣體具有不同的熱傳導(dǎo)能力的特性，通過導(dǎo)熱能力的差異來分析氣體的組分和含量。512021/2/21如下表列出在0℃時，以空氣導(dǎo)熱系數(shù)為基準的一些氣體的相對導(dǎo)熱純載氣樣氣

熱導(dǎo)式檢測器主要由熱導(dǎo)池和檢測電橋構(gòu)成。

522021/2/21純載氣樣氣熱導(dǎo)式檢測器主要由熱導(dǎo)池和檢測電橋載氣及進樣裝置從色譜柱的分離原理可知，被分析的樣氣應(yīng)該是脈沖式的定量輸入。進一次樣氣，分析一次。進樣時間周期應(yīng)足夠長，以保證各組分從色譜柱流出時不重疊。532021/2/21載氣及進樣裝置212021/2/21542021/2/21222021/2/21552021/2/21232021/2/212.6.3

紅外線氣體分析儀根據(jù)不同的組分對不同波長的紅外線具有選擇性吸收的特征制成?？蓽y量CO、CO2、NH3、甲烷、乙炔、乙醇、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等的含量。使用范圍寬，不僅可以分析氣體，也可分析溶液，且靈敏度較高，反應(yīng)迅速，有著廣泛的應(yīng)用。2.6.3.1工作原理紅外線是指波長為0.8～400μm之間的不可見電磁波，在工業(yè)紅外線分析儀中，使用的紅外線波長一般在1