分析儀表原理概述

概述：

表器是用以測(cè)量物質(zhì)〔包括混合物和化合物〕成分和含量及某些物理特過(guò)程在線自動(dòng)表，亦稱為流程器。如溫度，壓力，流量等〕要直接得多。特別是與微機(jī)協(xié)作起來(lái)，將成分參消耗的目標(biāo)。質(zhì)的性質(zhì)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，以便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)送，指示，記錄或掌握。過(guò)程表的組成：4局部組成，其原理框圖如下圖。各局部功能如下。采樣，預(yù)處理及進(jìn)樣系統(tǒng)：指示器等組成。必需依據(jù)被分析的介質(zhì)的物理化學(xué)性能進(jìn)展選擇。分析器〔或物性量〕轉(zhuǎn)換成可以測(cè)量的量。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，分析器可以承受各種非電量電測(cè)法中所使用的各種敏感元件，如光敏電阻，熱敏電阻急各種化學(xué)傳感器等。顯示及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。目前很多器都配有微機(jī)，并用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展處理或自動(dòng)補(bǔ)償，并對(duì)整個(gè)儀器的分析過(guò)程進(jìn)展掌握，組成智能器儀表。電源對(duì)整個(gè)儀器供給穩(wěn)定，牢靠的電源。取樣與預(yù)處理系統(tǒng)處理系統(tǒng)性能的好壞?！踩コ龑?duì)分析有干擾的物質(zhì)，調(diào)整樣品的壓力，流量和溫度等，以及樣品的排放等整個(gè)系統(tǒng)。對(duì)取樣，預(yù)處理系統(tǒng)的要求：使樣品從取樣點(diǎn)流到分析器的滯后時(shí)間最短?！不蛟O(shè)備〕中的流體組分和含量相符合；能除去樣品中造成儀器內(nèi)部及管線堵塞和腐蝕的物質(zhì)，以及對(duì)測(cè)量有干器工作要求。取樣系統(tǒng)取樣系統(tǒng)包括取樣點(diǎn)選擇，取樣探頭和探頭的清洗?！?〕取樣點(diǎn)選擇 取樣點(diǎn)選擇應(yīng)滿足以下要求：能正確地反映被測(cè)組分變化的地點(diǎn)不存在泄露試樣中含塵霧量少，不會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象樣品不處于化學(xué)反響過(guò)程之中〔2〕取樣探頭要求探頭具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，不與樣品起化學(xué)反響和催化作用，不會(huì)造成過(guò)大的測(cè)量滯后，耐腐蝕，易安裝，清洗等。探頭圖說(shuō)明〔3〕有些器的探頭〔PH電極等〕常常被介質(zhì)中先用閥門(mén)將探頭及檢測(cè)元件與工藝流程隔開(kāi)。自動(dòng)清洗裝置承受高壓的流體噴射，或承受加熱，化學(xué)法及超聲波清洗。被分析的樣品從工藝流程中取出因此在特別狀況下時(shí)，需配備必要的加熱或預(yù)冷卻管線等。試樣預(yù)處理系統(tǒng)保證樣品符合器規(guī)定的使用條件。除塵按微塵粒徑不同，可承受不同的除塵方法。棉等，因它們遇水后，透氣性很差。多孔濾芯可由炭化硅，不銹鋼，青銅等1μm以上的微塵。自潔式過(guò)濾器承受400目多孔金屬濾芯，其特點(diǎn)是過(guò)濾器由流過(guò)試樣清洗，濾芯不會(huì)發(fā)生堵塞。凝縮，起泡等過(guò)程，借助吸附力和聚合力將灰塵和其他雜質(zhì)去除掉。當(dāng)氣樣中含有固體，液體及霧雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)承受自潔式纖維除塵器。氣樣先經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)除去塵粒，液體微粒及霧在纖維外表形成液膜，由于氣樣流淌阻力使液膜與纖維外表分別，由液膜本身重力使其向下移動(dòng)，與此同時(shí)釬維得到清洗。20μm以上的微塵。樣中含塵率，選用適宜的除塵器。除濕高溫氣樣經(jīng)過(guò)冷卻產(chǎn)生分散水，或氣樣本身濕度較大，甚至含有大量蒸汽或游離水。分散水聚攏在管內(nèi)，可能使管道堵塞。假設(shè)氣樣中含有CO2，SO2，SO3等可溶性成分，它們與分散水形成腐蝕性酸，這樣不僅腐蝕管道，還給分析結(jié)果帶來(lái)較大的誤差。因此，要求送入分析器的氣樣必需是經(jīng)過(guò)除濕器處理后的枯燥氣體。對(duì)于氣體中含有較多游離子水的試樣，可承受氣水分別器進(jìn)展除濕。當(dāng)氣體沿分別片旋轉(zhuǎn)，靠離心力析出水滴，通過(guò)氣水分別器后的殘留水為5%。聚攏在底部的冷凝水需定期排走。有害成分處理法除去。有害成分通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)化為無(wú)害成分。壓力調(diào)整及抽吸裝置置有振動(dòng)模式泵，噴射泵，及水流抽氣泵等。取樣及預(yù)處理系統(tǒng)的配置：預(yù)處理系統(tǒng)。一般狀況下，依據(jù)試樣壓力和溫度，連接導(dǎo)管的內(nèi)徑為4-6mm的不銹鋼管，銅管，鋁管，聚氯乙烯管，尼龍管，橡皮管及玻璃管等。在有可能堵塞處，應(yīng)局部加粗，避開(kāi)堵塞。如在試樣輸送過(guò)程中因冷卻而產(chǎn)生冷凝液時(shí)，則應(yīng)安裝加熱伴管，同時(shí)還可設(shè)置冷凝器收集器。工業(yè)上常見(jiàn)的根本取樣系統(tǒng)有以下幾種：?jiǎn)?點(diǎn) 取 樣系統(tǒng)帶反沖洗的單閥流路切換系統(tǒng)雙段雙泄系統(tǒng)工業(yè)色譜儀為普遍的一中成分，但色譜儀不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)樣分析。的全自動(dòng)氣相色譜儀稱為工業(yè)色譜儀。色譜分析的根本原理柱將各組分進(jìn)展分別，并通過(guò)檢測(cè)器后輸出與組分的量成比例的信號(hào)。1-氣瓶 2—載氣3—進(jìn)樣閥4—程序掌握器5—色譜柱6—恒溫箱7—檢測(cè)器圖示為氣相色譜工作原理圖。載氣由氣瓶供給，經(jīng)過(guò)流量調(diào)整閥和轉(zhuǎn)子譜圖。工業(yè)色譜儀的組成成，見(jiàn)圖恒定。的不同被先后分別，依次流出，并經(jīng)過(guò)檢測(cè)器進(jìn)展測(cè)定。位調(diào)整，譜峰記錄及數(shù)據(jù)處理等分析過(guò)程發(fā)出指令，進(jìn)展自動(dòng)操作。錄，或通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。等。氧量概述來(lái)分析混合氣體和鋼水中的含氧量等。固體電介質(zhì)法和極譜法等；另一類(lèi)是依據(jù)物理法制成，如熱磁式，磁力機(jī)械式等。電化學(xué)法靈敏度高，選擇性好，但響應(yīng)速度較慢，維護(hù)工作量較大，目前常用于微氧量分析。物理法響應(yīng)速度快，不消耗被分析氣體，穩(wěn)定性較好，使用修理便利，廣泛地應(yīng)用于常量分析。磁力機(jī)械式氧氣分析器更有不受背景氣體導(dǎo)熱率，熱容的干擾，具有良好的線性響應(yīng)，準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。氧化鋯到了大面積的推廣和應(yīng)用。鉑電極，當(dāng)兩側(cè)氣體中氧濃度不同時(shí)，會(huì)發(fā)生以下反響：陰極〔氧濃度高側(cè)〕 O+4e 2O2-2陽(yáng)極〔氧濃度低側(cè)〕 2O2--4e O2E特公式求得：式中R—?dú)怏w常數(shù)；T—確定溫度，K；〔n=4〕；F—被測(cè)氣體氧濃度百分?jǐn)?shù)；p—被測(cè)氣體氧濃度百分?jǐn)?shù)；xp20.60%。A氧化鋯整機(jī)工作原理如下圖。號(hào)送入溫度掌握器，以實(shí)現(xiàn)定溫掌握。3磁式氧分析器氣體的磁性任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)的作用下都能被感應(yīng)磁化。由于物質(zhì)的構(gòu)造組成不同，各種物質(zhì)的磁化率〔K〕也不同。依據(jù)磁化率大小，物質(zhì)可分為順磁性〔K＞0〕的和反磁性〔K＜0〉的。順磁性氣體的體積磁化率可用下式表示：KCMPR T 2式中C---居里常數(shù)氣體常數(shù)M---氣體分子量P---壓力T---確定溫度的。氧氣與其他氣體相比，雖然氧的磁化率最大，而其值卻很小。為此，工業(yè)上也同其他分析器一樣，利用有關(guān)規(guī)律作間接測(cè)量。例如：在不均勻磁場(chǎng)中，順磁性氣依據(jù)上述兩種方法，可分別制成熱磁式和磁力機(jī)械式氧量分析器。熱磁式氧分析器熱磁式氧分析器的工作原理如圖：r1r，rrRR2 1 2 1 2橋。通電加熱到200~400℃，當(dāng)氣樣進(jìn)入環(huán)形后，順磁性氧化被左側(cè)強(qiáng)磁場(chǎng)吸入水平管道內(nèi)，被熱絲r加熱，氧的磁化率因溫度上升而快速降低，未被加熱的1過(guò)程不斷進(jìn)展，就形成了熱磁對(duì)流，或稱磁風(fēng)。在磁風(fēng)的作用下，左側(cè)熱絲r1被氣流冷卻，阻值降低；氣流流經(jīng)右側(cè)熱絲r時(shí)，因氣流的溫度已上升了，冷2卻作用不大，r的變化遠(yuǎn)小于r的變化，電橋失去平衡。輸出不平衡電壓的大2 1不就表示了被分析氣體中氧含量的多少。熱磁式氧分析器的特點(diǎn)是：構(gòu)造簡(jiǎn)潔，便于制造和調(diào)整；但是當(dāng)環(huán)境溫度上升的導(dǎo)熱率、熱容等因素的干擾，精度高〔<±2%〕，測(cè)量范圍廣，從微量〔10-6級(jí)〕直到0%~100%O，響應(yīng)快，輸出線性等優(yōu)點(diǎn)，因而在生產(chǎn)和科研部門(mén)得到了2廣泛的應(yīng)用。熱導(dǎo)式氣體分析器廉價(jià)，易于工程上的在線檢測(cè)，是氣體中最常用的一種。測(cè)量根本原理熱導(dǎo)式氣體用來(lái)分析混合氣體中某一組分〔稱為待測(cè)組分〕的含量。得知待測(cè)組分含量的多少。氣體導(dǎo)熱系數(shù)〔又稱導(dǎo)熱率〕〔亦導(dǎo)熱系數(shù)〕來(lái)描述物質(zhì)的熱傳導(dǎo)，傳熱快的物質(zhì)導(dǎo)熱率大。氣體的導(dǎo)熱率隨溫度變化而變化，即：t

t式中λ--0℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)； 時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)；0 tβ—導(dǎo)熱系數(shù)的溫度系數(shù)； t—溫度。2-2-130℃100℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)λ相對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)λ/λ〔0℃時(shí)的導(dǎo)熱系0數(shù)之比〕和導(dǎo)熱率溫度系數(shù)β值?；旌蠚怏w的導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，互不發(fā)生化學(xué)反響的氣體混合物的導(dǎo)熱系數(shù)可由入式計(jì)算：n Ci i式中λ—混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)；

C

的組分導(dǎo)熱i i率；CIi，并且其他組分的平均導(dǎo)熱系數(shù)在測(cè)量中保持恒定時(shí)，則上式可化簡(jiǎn)為：1 1 2 1式中λ—混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)； λ—其他組分的平均導(dǎo)熱系數(shù)；2*C1 1熱導(dǎo)式氣體就是利用各種氣體導(dǎo)熱系數(shù)的差異和導(dǎo)熱系數(shù)與含量的關(guān)系來(lái)進(jìn)展測(cè)量分析的。測(cè)量方法數(shù)的測(cè)量，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崦粼碾娮璧臏y(cè)量。2-2-16圖2-2-16可知，發(fā)送器局部由測(cè)量氣室與參比氣室組成電橋的四個(gè)橋臂。R、1RRRR2 3 4 2 4氣體的密閉室內(nèi)；RR為測(cè)量橋臂，它們置于有待測(cè)氣體流過(guò)的工作室內(nèi)。R1 3 0S器WR使電1 0橋輸出為零〔即零位調(diào)整。當(dāng)測(cè)量氣室通入待測(cè)氣體，其組分與參比氣室中標(biāo)即可測(cè)得待測(cè)組分的百分含量。紅外線分析器紅外線分析器是依據(jù)氣體〔或固體，液體〕對(duì)紅外線吸取原理制成的一種良好的選擇性，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。紅外線分析器的檢測(cè)原理對(duì)紅外線都有肯定的吸取力量，但不常見(jiàn)的多原子氣體特征吸取波長(zhǎng)列在下表中。由于氣體不同，吸取紅外線的波長(zhǎng)也不同。紅外線分析器就是基于某些氣體他形式的能量變化，就能確定被測(cè)組分的濃度。透過(guò)光的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度之間的關(guān)系由朗伯-貝爾定律確定：IIucl0式中0

------------ 分別為吸取后和吸取前射線的強(qiáng)度u---------------- 吸取系數(shù)l----------------- 介質(zhì)的厚度〔也叫光程長(zhǎng)度〕C---------------- 介質(zhì)的濃度l很小時(shí)，則上式可近似為線性關(guān)系，即：I=I0

〔1-Ucl〕0。5—500mm范圍內(nèi)。紅外線分析器的構(gòu)造組成典型的紅外線氣體分析器的構(gòu)造組成示意圖各組成局部的作用如下：1—光源2—斬光器3—濾光室4—樣品室5—參比室6—檢測(cè)室7—放大器8—顯示器光源輻射區(qū)的光源有兩種，一種是單光源，一種是雙光源。單光源只有一個(gè)發(fā)光差。光源的任務(wù)是產(chǎn)生具有肯定頻率〔2-12Hz〕的兩束能量相等又穩(wěn)定的平行紅外光束。光源一般多用鎳鉻絲制成。樣品室和參比室選用玻璃，不銹鋼或氟塑料的制品。參比氣室中充有不吸取氣體。試樣則只能通過(guò)樣品室。濾光室分析器依據(jù)需要更換干預(yù)濾光片，以滿足檢測(cè)不同氣體的需要。斬光室信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)而漂移。檢測(cè)室檢測(cè)室的作用是用來(lái)承受從紅外光源輻射出的紅外線，并轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)。的變化，即可確定出樣品中待測(cè)氣體的成分。取樣系統(tǒng)要有冷卻裝置。PH計(jì)PHPH計(jì)是能連續(xù)測(cè)量工業(yè)流程中水溶液的氫離子濃PH=7，為中性。PH〈7時(shí)為酸性溶液，PH〉7時(shí)為堿性溶液。PHPH計(jì)的測(cè)量?jī)x器一般用電子電位差極即可。檢測(cè)原理PH值。參比電極-氯化銀電極。PH值測(cè)定中使用最普遍的參比電極是甘汞電極。甘汞電極由一個(gè)內(nèi)電極裝入一個(gè)玻璃外殼制成。內(nèi)電極的引線下端浸入汞中，汞下面裝有糊狀的甘汞，并用浸在氯化鉀溶液中的纖維絲堵〔一般為多孔陶瓷制成。氯化鉀溶液作為鹽橋。鹽橋連接內(nèi)電極和被測(cè)溶液，使之形成電通路。甘汞電極的電位取決于氯離子的濃度，轉(zhuǎn)變氯離子的濃度就能得到不同的電極電位。承受不同濃度的氯化鉀溶液，可以制得不同電位的甘汞電極。甘汞電極可分為飽和式，3。5N式，1N式和0。1N式等幾種，常用的是飽和式甘汞電極，由于飽和氯化鉀溶液的濃度易于保持。當(dāng)氯化鉀溶液為飽和，溫度為25℃時(shí)，甘汞的電極電位為E=+02433V電位較穩(wěn)定，但電極電位受溫度的影響教大。銀—氯化銀電極 其原理與甘汞電極相像。對(duì)于飽和的氯化鉀溶液，在25℃下，其電極電位E=0。297V。這種電極構(gòu)造比較簡(jiǎn)潔，電極電位在溫度較高時(shí)仍舊較穩(wěn)定。工作電極PHPH值。。(1)玻璃電極PH〔參EE

2.303RT

[H]lg 0a F [H]式中E 不對(duì)稱電位；a[H] 參比溶液的氫離子的濃度。0對(duì)于給定的玻璃電極，[H]0離子的濃度有函數(shù)關(guān)系。同樣玻璃電極受溫度的影響較大，必需把溫度補(bǔ)償電阻接入測(cè)量電路，PH2—55℃之間。 氫醌電極將鉑極片浸入飽和醌-氫醌溶液中，即形成氫醌電極，其電極電勢(shì)為：EE

2.303RTPH0 FPH值。氫醌電極的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)潔，反響速度快，但溫度影響大，在高溫下電極電位不穩(wěn)定等。銻電極這是一種金屬-其外表上的氧化物的界面上。銻電極的構(gòu)造也比較簡(jiǎn)潔，可用于半PH值的測(cè)量，但測(cè)量精度不高。儀器的維護(hù)和修理將直接影響它的正常使用。為此維護(hù)時(shí)必需留意以下幾點(diǎn)：必需拆下清洗；受潮和用汗手去摸，以免引起檢測(cè)誤差；同時(shí)不宜接觸油性物質(zhì)。應(yīng)定時(shí)清洗玻璃泡，可用0。1mol的HCL溶液清洗，然后浸在蒸餾水中活化。儀表的常見(jiàn)故障修理如下。工作穩(wěn)定；檢查各線端子是否接好等。或陶瓷管是否有氣泡，或測(cè)量回路是否開(kāi)路等；檢查電極接線是否脫落，斷線；檢查高阻轉(zhuǎn)換器是否正常工作；還應(yīng)檢查電極是否有氣泡等。當(dāng)指示值不準(zhǔn)，但指針在刻度范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)檢查電極是否有油污，假設(shè)0。1mol的稀鹽酸清洗，搽干。另外可檢查發(fā)送器局部的電極和電纜接線端子，以及儀器和電纜的接線端是否絕緣良好，可用低電壓絕緣計(jì)進(jìn)展檢查，但檢測(cè)時(shí)必需將電極斷開(kāi)，連接儀器的插頭也要斷開(kāi)，如覺(jué)察不好，用乙醚100℃溫度下烘干；假設(shè)玻璃電極球泡已老化或有裂紋時(shí)，則應(yīng)更換的電極，電極在使用前必需在蒸餾水中浸泡24h；檢查發(fā)送器接線盒內(nèi)是否漏水等。7工業(yè)電導(dǎo)儀G來(lái)描堿溶液的濃度時(shí)，常稱它為濃度計(jì)，直接指示溶液電導(dǎo)的就稱它為電導(dǎo)儀，用來(lái)測(cè)量蒸汽和水中鹽的濃度時(shí)，常稱為含鹽計(jì)。地用來(lái)分析氣體的濃度。工業(yè)電導(dǎo)儀的檢測(cè)原理溶液的電導(dǎo)和電導(dǎo)率當(dāng)電解質(zhì)溶液中插入一對(duì)電極并通過(guò)電流時(shí),溶液中離子在外電場(chǎng)作用電解質(zhì)溶液同樣也遵守歐姆定律，也可用式表示：LRAR---溶液的電阻，Ω；L 電極間的距離，m；ρ 溶液的電阻率，Ω。m；A-----m2。液體的導(dǎo)電特性常用電導(dǎo)和電導(dǎo)率來(lái)表示。溶液的電導(dǎo)為G1

1AA