1、第八章第八章 成分分析仪表成分分析仪表 生产过程中，除了监控温度、压力、流量等参数生产过程中，除了监控温度、压力、流量等参数外，还要分析和控制燃料、工质和排放物等的成分，外，还要分析和控制燃料、工质和排放物等的成分，这对保证运行安全、产品质量和生产经济性也是非常这对保证运行安全、产品质量和生产经济性也是非常重要的。例如：重要的。例如：（1 1）锅炉排放物有烟气、排污水和排灰渣等，如果处）锅炉排放物有烟气、排污水和排灰渣等，如果处理不好，对大气和水源、农田等都会造成污染，因此理不好，对大气和水源、农田等都会造成污染，因此应监督排放物中的有害成分，不得超过环保规定的值。应监督排放物中的有害成分，不
2、得超过环保规定的值。一般规定火电厂中烟囱高度为一般规定火电厂中烟囱高度为150m150m时，时，的排放量为的排放量为2400 2400 以下；烟囱高以下；烟囱高l00ml00m时，时，的排放量不得超的排放量不得超过过1200 1200 。氮氧化物（折算为。氮氧化物（折算为 ,）不得超过）不得超过230 230 （烟囱高度为（烟囱高度为100m100m时时)。2SO2SO2NOkg/hkg/hkg/h1.（2 2）锅炉的给水和蒸汽中含有盐分、溶氧及二氧化硅等，）锅炉的给水和蒸汽中含有盐分、溶氧及二氧化硅等，会形成水垢和腐蚀设备。轻则降低机组效率，影响经会形成水垢和腐蚀设备。轻则降低机组效率，影响
3、经济性，增加维修工作，重则可能造成受热面过热、降济性，增加维修工作，重则可能造成受热面过热、降低强度而引起不安全问题（如爆管等）。氢冷发电机低强度而引起不安全问题（如爆管等）。氢冷发电机的氢气纯度不足，可能有爆炸的危险。这些都应进行的氢气纯度不足，可能有爆炸的危险。这些都应进行监控。监控。（3 3）热效率是锅炉运行经济性的指标，因此在线测定热）热效率是锅炉运行经济性的指标，因此在线测定热效率是指导锅炉经济运行的最好依据。在反平衡计算效率是指导锅炉经济运行的最好依据。在反平衡计算法中与过程成分分析有关的项目是化学未完全燃烧热法中与过程成分分析有关的项目是化学未完全燃烧热损失、机械未完全燃烧热损失
4、。为此，对燃煤锅炉要损失、机械未完全燃烧热损失。为此，对燃煤锅炉要求在线测量灰渣中的可燃物含量，以及排烟中的残余求在线测量灰渣中的可燃物含量，以及排烟中的残余可燃气体（可燃气体（、等）的含量。由于技术原因，等）的含量。由于技术原因，锅炉效率仪尚待研究和定型。因此，实时分析烟气成锅炉效率仪尚待研究和定型。因此，实时分析烟气成分目前仍然是判断燃烧状况、监视锅炉经济运行的主分目前仍然是判断燃烧状况、监视锅炉经济运行的主要手段。要手段。CO2H4CH2.第一节第一节 成分分析仪表概述成分分析仪表概述 用于检测物质的组成和含量以及物质的各种物理用于检测物质的组成和含量以及物质的各种物理特性的装置称为成分
5、分析仪表。特性的装置称为成分分析仪表。一、成分分析方法一、成分分析方法 有两种类型有两种类型 定期取样，在实验室中对样品进行化学分析测定期取样，在实验室中对样品进行化学分析测定的实验室分析方法；定的实验室分析方法；利用可以连续测定被测物质含量或性质的分析利用可以连续测定被测物质含量或性质的分析仪表进行在线连续分析方法。仪表进行在线连续分析方法。相应的分析仪表有实验室用分析仪表和工业用自相应的分析仪表有实验室用分析仪表和工业用自动分析仪表两种。动分析仪表两种。3.二、自动分析仪表的组成二、自动分析仪表的组成 自动分析仪表一般由自动取样装置、预处理系统、自动分析仪表一般由自动取样装置、预处理系统、
6、传感器、信息处理系统、显示仪表、整机自动控制系传感器、信息处理系统、显示仪表、整机自动控制系统六部分组成。统六部分组成。自动取样装置预处理系统传感器（检测器）信息处理系统显示仪表整机自动控制系统各部分的作用各部分的作用4.三、常用成分分析仪表的分类三、常用成分分析仪表的分类1 1按被测成分分类按被测成分分类（1 1）氧量表。）氧量表。用来监测混合气体（如燃烧产物）中氧用来监测混合气体（如燃烧产物）中氧的含量，如氧化锆氧量计；用来测量汽、水中溶解氧的含量，如氧化锆氧量计；用来测量汽、水中溶解氧的水中溶氧表。的水中溶氧表。（2 2）氢表。监测氢冷发电机中氢气的纯度。）氢表。监测氢冷发电机中氢气的纯
7、度。（3 3）二氧化碳分析仪。对混合气体（如烟气）中含量二）二氧化碳分析仪。对混合气体（如烟气）中含量二氧化碳进行监测。如热导式二氧化碳分析仪、红外线氧化碳进行监测。如热导式二氧化碳分析仪、红外线二氧化碳分析仪等。二氧化碳分析仪等。（4 4）盐量表。用来监测汽、水中的含盐量，如纳表、电）盐量表。用来监测汽、水中的含盐量，如纳表、电导仪等。导仪等。（5 5）二氧化硅分析仪。监测水和蒸汽中二氧化硅含量。）二氧化硅分析仪。监测水和蒸汽中二氧化硅含量。此外还有磷酸根、溶解铁、余氯、此外还有磷酸根、溶解铁、余氯、PHPH值等分析仪表。值等分析仪表。5.2 2按仪器的工作原理分类按仪器的工作原理分类（1
8、1）电化学式分析仪表，如电导仪、酸度计、氧化锆氧分析）电化学式分析仪表，如电导仪、酸度计、氧化锆氧分析仪。仪。（2 2）热学式分析仪表，如热导式氢分析仪。）热学式分析仪表，如热导式氢分析仪。（3 3）磁学式分析仪表，如热磁式氧量计。）磁学式分析仪表，如热磁式氧量计。（4 4）光学式分析仪表，如红外线气体分析仪。）光学式分析仪表，如红外线气体分析仪。（5 5）色谱式分析仪表，如气相色谱仪、液相色谱仪。）色谱式分析仪表，如气相色谱仪、液相色谱仪。此外还有射线式分析仪表、电子光学式和离子光学式分析仪此外还有射线式分析仪表、电子光学式和离子光学式分析仪表等。表等。6.第二节第二节 氧化锆氧分析仪氧化锆
9、氧分析仪 氧含量分析仪是目前工业生产中应用较多的在线分氧含量分析仪是目前工业生产中应用较多的在线分析仪表，广泛地应用在火力发电、采暖、炼油、化工、析仪表，广泛地应用在火力发电、采暖、炼油、化工、轻纺、环保等工业领域内。轻纺、环保等工业领域内。例如：例如：在火力发电厂中，动力锅炉燃烧质量的好坏，在火力发电厂中，动力锅炉燃烧质量的好坏，直接关系到电厂燃料消耗率的高低。为了使燃料达到完直接关系到电厂燃料消耗率的高低。为了使燃料达到完全燃烧，同时又不过多地增加排烟量和降低燃烧温度，全燃烧，同时又不过多地增加排烟量和降低燃烧温度，要控制燃料与空气的比例，使过剩空气系数保持在一定要控制燃料与空气的比例，使
10、过剩空气系数保持在一定范围内。一般对燃煤炉约在范围内。一般对燃煤炉约在1.201.201.301.30，对燃油炉约在，对燃油炉约在1.101.101.201.20。而过剩空气系数的大小可通过分析炉烟中。而过剩空气系数的大小可通过分析炉烟中O O2 2的含量来判断。使用氧化锆氧分析仪可以测量烟气中的含量来判断。使用氧化锆氧分析仪可以测量烟气中的含氧量，及时控制燃料和空气的比例，使燃烧维持在的含氧量，及时控制燃料和空气的比例，使燃烧维持在良好的状态下。良好的状态下。特点：特点：氧化锆氧分析仪又称氧化锆氧量计，具有结氧化锆氧分析仪又称氧化锆氧量计，具有结构简单、反应速度快（测高、中氧含量时，时间常数
11、构简单、反应速度快（测高、中氧含量时，时间常数T T3s3s）、灵敏度高、适于分析高温气体等特点。）、灵敏度高、适于分析高温气体等特点。分类：分类：根据安装方式的不同，分为抽出式和直插式根据安装方式的不同，分为抽出式和直插式两类。两类。7.一、工作原理一、工作原理1.1.氧化锆固体电解质的导电机理氧化锆固体电解质的导电机理 在在ZrOZrO2 2材料中加入一定量的氧化钙（材料中加入一定量的氧化钙（CaOCaO）或氧化）或氧化钇（钇（Y Y2 2O O3 3），经高温烧结，），经高温烧结，+2+2价的钙离子价的钙离子CaCa2+2+会进入会进入ZrOZrO2 2晶体而置换出晶体而置换出+4+4价
12、的锆离子价的锆离子ZrZr4+4+。置换出的锆离子。置换出的锆离子ZrZr4+4+与数量不足的氧离子结合而形成带有氧离子空穴的与数量不足的氧离子结合而形成带有氧离子空穴的氧化锆材料，成为一种不再随温度变化的萤石性立方氧化锆材料，成为一种不再随温度变化的萤石性立方晶体。这种材料被称为晶体。这种材料被称为空穴型氧化锆晶体空穴型氧化锆晶体，它一种高，它一种高致密的工业陶瓷材料。致密的工业陶瓷材料。空穴型氧化锆晶体中有氧离子空穴，其数量与混空穴型氧化锆晶体中有氧离子空穴，其数量与混合的合的CaOCaO数量有关。当有外界氧离子存在时，氧离子会数量有关。当有外界氧离子存在时，氧离子会自动地填入晶体中的空穴
13、，亦可以自由地移动。由于自动地填入晶体中的空穴，亦可以自由地移动。由于空穴型氧化锆材料在空穴型氧化锆材料在650650以上的高温下是一种氧离子以上的高温下是一种氧离子的良导体，故它是一种的良导体，故它是一种固体电解质固体电解质。8.2、工作原理、工作原理氧化锆氧分析仪是基于电化学中氧化锆氧分析仪是基于电化学中浓差电池的原理浓差电池的原理工作的。工作的。高浓度侧的氧分子渗入多孔铂电高浓度侧的氧分子渗入多孔铂电极后，在铂电极上发生还原反应极后，在铂电极上发生还原反应 O24e 2O2 氧离子通过氧化锆材料到达低浓氧离子通过氧化锆材料到达低浓度侧的铂电极，释放出电子，形度侧的铂电极，释放出电子，形成
14、氧分子，在铂电极上发生氧化成氧分子，在铂电极上发生氧化反应反应 2O2 O24e 9.浓差电势由能斯特公式确定浓差电势由能斯特公式确定 当参比气体的总压力与待测气体的总压力相等均为当参比气体的总压力与待测气体的总压力相等均为P P时，时，上式可化成如下形式：上式可化成如下形式：空气中氧量一般为空气中氧量一般为20.820.8,在总压力为一个大气压下，可在总压力为一个大气压下，可以得出以得出E E与与 的关系式为：的关系式为：12lnppnFRTE 1212lnlnnFRTppppnFRTE1128.20lg109615.4TE10.结论：结论：当氧浓差电池温度恒定，以及参比气体浓度当氧浓差电池
15、温度恒定，以及参比气体浓度 一一定时，电池产生的氧浓差电势将与待测气样氧浓度定时，电池产生的氧浓差电势将与待测气样氧浓度 成单值函数关系。通过测量氧浓差电势的数值，就可成单值函数关系。通过测量氧浓差电势的数值，就可得出被测气体的氧含量。得出被测气体的氧含量。需要说明：需要说明：氧分析仪在工作时，将氧化锆内外侧都通上氧分析仪在工作时，将氧化锆内外侧都通上相同气体（空气或烟气），按上式计算应得相同气体（空气或烟气），按上式计算应得0 0毫伏的电毫伏的电势。事实上每只氧化锆氧分析仪都达不到零值毫伏，势。事实上每只氧化锆氧分析仪都达不到零值毫伏，这是因为氧化锆管制造过程中总是存在有结构上的不这是因为氧
16、化锆管制造过程中总是存在有结构上的不对称及晶格缺陷。解决零位电势（本底电势）的方法对称及晶格缺陷。解决零位电势（本底电势）的方法有：调节显示仪表机械零位，或通过给定器补偿掉。有：调节显示仪表机械零位，或通过给定器补偿掉。2111.3.3.保证氧量计正确测量的条件保证氧量计正确测量的条件 要正确测量出待测气样中的含氧量（浓度），必要正确测量出待测气样中的含氧量（浓度），必须须保证以下的条件：保证以下的条件：1 1、氧化锆传感器需要恒温或在计算电路中采取补偿措、氧化锆传感器需要恒温或在计算电路中采取补偿措施，以消除传感器温度（池温）对测量的影响。施，以消除传感器温度（池温）对测量的影响。2 2、氧
17、化锆传感器要在一定高温下工作，以保证有足够、氧化锆传感器要在一定高温下工作，以保证有足够高的灵敏度。高的灵敏度。3 3、保持参比气样的压力与待测气样的压力相等，以保、保持参比气样的压力与待测气样的压力相等，以保证两种气体的氧分压之比能代表氧含量比。证两种气体的氧分压之比能代表氧含量比。4 4、保持参比气样和待测气样有一定的流速，以保证测、保持参比气样和待测气样有一定的流速，以保证测量的准确性。量的准确性。12.二、测量系统二、测量系统 氧化锆氧分析仪由氧化锆探头（又称传感器、检氧化锆氧分析仪由氧化锆探头（又称传感器、检测器）、变送器两部分组成。测器）、变送器两部分组成。氧化锆管是氧化锆探头的核
18、心部分，它由氧化锆氧化锆管是氧化锆探头的核心部分，它由氧化锆固体电解质管、铂电极和引线构成，包括有封头式和固体电解质管、铂电极和引线构成，包括有封头式和无封头式两种形式。无封头式两种形式。氧化锆管的结构氧化锆管的结构(a)无封头式；无封头式；（b）有封头式）有封头式1、2电极；电极；3、4引线引线13.1.1.直插定温式氧化锆测量系统直插定温式氧化锆测量系统 2.2.直插补偿式氧化锆测量系统直插补偿式氧化锆测量系统 (a)(a)探头示意图探头示意图 (b)(b)温度补偿原理框图温度补偿原理框图 直插补偿式氧化锆氧分析仪直插补偿式氧化锆氧分析仪 1-1-氧化锆管；氧化锆管；2 2、5-5-毫伏变
19、送器；毫伏变送器；3-3-热电偶；热电偶；4-4-函数发生器；函数发生器；6-6-除法器除法器 14.智能型氧化锆氧分析仪结构示意图智能型氧化锆氧分析仪结构示意图 主机控制单元以单片机为核心，对数字信号进行采集、处理和主机控制单元以单片机为核心，对数字信号进行采集、处理和控制，转换为相应的氧浓度值显示在显示屏上，同时将数字信控制，转换为相应的氧浓度值显示在显示屏上，同时将数字信号转换为号转换为0 010mA10mA或或4 420mADC20mADC标准电流信号输出。此外，可在标准电流信号输出。此外，可在运行中进行自检，并通过电缆实现对传感器的温度控制、过热运行中进行自检，并通过电缆实现对传感器
20、的温度控制、过热保护和故障监督。保护和故障监督。15.三、氧化锆氧分析仪的应用举例三、氧化锆氧分析仪的应用举例 在一端封闭的氧化锆管内外侧，分别通过空气和被测烟气，在管外装有在一端封闭的氧化锆管内外侧，分别通过空气和被测烟气，在管外装有铂铑铂铑-铂热电偶，测定氧化锆管的工作温度，并通过毫伏变换器和温控铂热电偶，测定氧化锆管的工作温度，并通过毫伏变换器和温控装置去控制电炉电流，从而达到定温控制。为了防止炉烟尘粒污染氧化装置去控制电炉电流，从而达到定温控制。为了防止炉烟尘粒污染氧化锆，加装了多孔性陶瓷过滤器。用泵抽吸烟气和空气，使它们的流速在锆，加装了多孔性陶瓷过滤器。用泵抽吸烟气和空气，使它们的
21、流速在一定范围内，同时使空气和烟气侧的总压力大致相等。一定范围内，同时使空气和烟气侧的总压力大致相等。16.第三节第三节 红外线气体分析仪红外线气体分析仪 原理：原理：红外线气体分析仪是应用气体对红外线光吸收红外线气体分析仪是应用气体对红外线光吸收原理制成的一种仪表。原理制成的一种仪表。特点：特点：具有灵敏度高、反应快、分析范围宽、选择性具有灵敏度高、反应快、分析范围宽、选择性好、抗干扰能力强等特点。好、抗干扰能力强等特点。应用：应用：它可用于它可用于 COCO、COCO2 2、CHCH4 4、C C2 2H H2 2、C C2 2H H5 5OHOH、H H2 2O O（水汽）等非对称分子结
22、构气体含量的分析测量，是（水汽）等非对称分子结构气体含量的分析测量，是应用比较多的一种光学式分析仪表，被广泛地应用于应用比较多的一种光学式分析仪表，被广泛地应用于工业流程中气体的连续自动监测，分析混合气体中某工业流程中气体的连续自动监测，分析混合气体中某组分的含量测量。如冶炼工业中的组分的含量测量。如冶炼工业中的COCO、COCO2 2含量测量，含量测量，电站锅炉燃烧炉烟中电站锅炉燃烧炉烟中COCO、COCO2 2含量测量，以及化工、石含量测量，以及化工、石油工业流程中气体的分析等，也可用于大气污染气体油工业流程中气体的分析等，也可用于大气污染气体的监测和医学上某些气体的监测。的监测和医学上某
23、些气体的监测。17.一、红外线的基本知识一、红外线的基本知识 1.1.红外线的特征红外线的特征 红外线是一种电磁波，它的波长范围大致在红外线是一种电磁波，它的波长范围大致在0.760.76m m到到10001000m m的频谱范围之内，与可见光一样具的频谱范围之内，与可见光一样具有反射、折射、散射等性质。红外线的最大特点就是有反射、折射、散射等性质。红外线的最大特点就是具有光热效应，它是光谱中最大的光热效应区。具有光热效应，它是光谱中最大的光热效应区。另外，红外线在介质中传播时，会由于介质的吸另外，红外线在介质中传播时，会由于介质的吸收和散射作用而衰减。收和散射作用而衰减。每一种化合物的分子并
24、不是对红外光谱内所有波每一种化合物的分子并不是对红外光谱内所有波长的辐射或任意一种波长的辐射都具有吸收能力，而长的辐射或任意一种波长的辐射都具有吸收能力，而是有选择性地吸收某一个或某一组特定波段内的辐射。是有选择性地吸收某一个或某一组特定波段内的辐射。这个所谓的波段就是分子的特征吸收带。气体分子的这个所谓的波段就是分子的特征吸收带。气体分子的特征吸收带主要分布在特征吸收带主要分布在1 12525m m波长范围内的红外区。波长范围内的红外区。例如，例如，COCO气体能吸收的红外波长为气体能吸收的红外波长为2.372.37m m和和4.654.65m m，COCO2 2的特征吸收波长为的特征吸收波
25、长为2.782.78m m和和4.264.26m m。18.2 2 朗伯朗伯-贝尔定律贝尔定律 气体对红外线的吸收服从于朗伯气体对红外线的吸收服从于朗伯-贝尔定律，其关系式为贝尔定律，其关系式为 KCLeII0当红外辐射穿过待测组分的长度和入射红外辐射的强度 一定时，由于 对某一种特定的待测组分是常数，故透过的红外辐射强度 仅仅是待测组分摩尔百分浓度的单值函数，其关系如图所示。通过测定透射的红外辐射强度，可以确定待测组分的浓度。以这一原理为基础发展起来的光谱仪器，称为红外气体分析仪。L0IKI19.二、红外气体分析仪的工作原理及结构组成二、红外气体分析仪的工作原理及结构组成 1.1.红外气体分
26、析仪类型红外气体分析仪类型 按不同分类方法可分为工业型和实验室型；色散型按不同分类方法可分为工业型和实验室型；色散型（分光式）和非色散型（非分光式）等。（分光式）和非色散型（非分光式）等。分光式是根据待测组分的特征吸收波长，采用一套分光式是根据待测组分的特征吸收波长，采用一套光学分光系统，使通过被测介质层的红外线波长与待光学分光系统，使通过被测介质层的红外线波长与待测组分特征吸收波长相吻合，进而测定待测组分的浓测组分特征吸收波长相吻合，进而测定待测组分的浓度。度。非分光式是光源的连续波谱全部投射到待测样品上，非分光式是光源的连续波谱全部投射到待测样品上，而待测组分仅吸收其特征波长的红外线，进而
27、测定待而待测组分仅吸收其特征波长的红外线，进而测定待测组分的浓度。工业过程主要应用这类仪表。测组分的浓度。工业过程主要应用这类仪表。20.2.2.工作原理工作原理 红外线气体分析仪是根据待测气体在特征吸收波红外线气体分析仪是根据待测气体在特征吸收波长上吸收红外线能量的原理工作的。气体吸收红外辐长上吸收红外线能量的原理工作的。气体吸收红外辐射后，气体的温度上升或压力上升，这种温度和压力射后，气体的温度上升或压力上升，这种温度和压力的变化与待测组分浓度有关，通过测量变化的温度或的变化与待测组分浓度有关，通过测量变化的温度或压力就可测出待测组分的浓度。压力就可测出待测组分的浓度。3.3.红外线气体分
28、析仪的结构组成红外线气体分析仪的结构组成 红外线气体分析仪一般由光源、气室、接收元件、红外线气体分析仪一般由光源、气室、接收元件、切光片和窗口等组成，典型的结构如图所示。切光片和窗口等组成，典型的结构如图所示。21.红外气体分析仪原理图红外气体分析仪原理图1-1-光源；光源；2-2-同步电机；同步电机；3-3-切光片；切光片；4-4-滤波室；滤波室；5-5-参比室；参比室；6-6-测量室；测量室；7-7-检测室；检测室；8-8-薄膜；薄膜；9-9-定片；定片；10-10-电气单元；电气单元；11-11-微机系统微机系统 22.（1 1）光源）光源 光源的作用是产生两束能量相等而又稳定的红外光光
29、源的作用是产生两束能量相等而又稳定的红外光束，多由通电加热镍铬丝所得。辐射区的光源分两种，束，多由通电加热镍铬丝所得。辐射区的光源分两种，一种是单光源，一种是双光源一种是单光源，一种是双光源,各有优点。各有优点。（2 2）滤光元件）滤光元件 其作用是吸收或滤去可被干扰气体吸收的红外线，其作用是吸收或滤去可被干扰气体吸收的红外线，去除干扰气体对测量的影响。滤光元件通常有两种，一去除干扰气体对测量的影响。滤光元件通常有两种，一种是充以干扰气体的滤光室，另一种是滤光片。种是充以干扰气体的滤光室，另一种是滤光片。滤光片是在晶片表面上喷涂若干涂层，使它只能让待测滤光片是在晶片表面上喷涂若干涂层，使它只能
30、让待测组分所对应的特征吸收波长的红外线透过，而不让其他组分所对应的特征吸收波长的红外线透过，而不让其他波长的红外线透过或使其大大衰减。波长的红外线透过或使其大大衰减。（3 3）测量室和参比室）测量室和参比室 测量室和参比室的两端用透光性能良好的测量室和参比室的两端用透光性能良好的CaF2CaF2晶片晶片密封。参比室内封入不吸收红外辐射的惰性气体，测量密封。参比室内封入不吸收红外辐射的惰性气体，测量室则连续通入被测气体。测量室的长短与被测组分浓度室则连续通入被测气体。测量室的长短与被测组分浓度有关，一般测量室的长度为有关，一般测量室的长度为0.30.3200mm200mm。23.（4 4）检测器
31、）检测器 检测器的作用是接收从红外光源辐射出的红外线，检测器的作用是接收从红外光源辐射出的红外线，并转化成电信号。有光电导式和薄膜电容式两种检测并转化成电信号。有光电导式和薄膜电容式两种检测器。器。光电导检测器只对某一波长范围内的红外线能量光电导检测器只对某一波长范围内的红外线能量能吸收，它必须和滤波效果较好的滤光片配合使用。能吸收，它必须和滤波效果较好的滤光片配合使用。目前用的较多的材料是锑化铟。目前用的较多的材料是锑化铟。大多数红外线分析仪都采用薄膜电容式检测器，大多数红外线分析仪都采用薄膜电容式检测器，其原理结构如图所示。其原理结构如图所示。薄膜电容式接收器薄膜电容式接收器1 1窗口玻璃
32、；窗口玻璃；2 2吸收吸收室；室；3 3固定电极（定固定电极（定片）；片）；4 4可动电极可动电极（动片）（动片）24.（5 5）切光片）切光片 切光片在电机带动下对光源发出的光辐射信号做切光片在电机带动下对光源发出的光辐射信号做周期性切割，将连续信号调制成一定频率（一般为周期性切割，将连续信号调制成一定频率（一般为2 225 Hz25 Hz，常用，常用6.25Hz6.25Hz）的交变信号（一般为脉冲信号）。）的交变信号（一般为脉冲信号）。（6 6）微机系统）微机系统 微机系统的任务是将红外探测器的输出信号进行微机系统的任务是将红外探测器的输出信号进行放大变成统一的直流电流信号，并对信号进行分
33、析处放大变成统一的直流电流信号，并对信号进行分析处理，将分析结果显示出来，同时根据需要输出浓度极理，将分析结果显示出来，同时根据需要输出浓度极值和故障状态报警信号。对信号处理包括：干扰误差值和故障状态报警信号。对信号处理包括：干扰误差的抑制，温漂抑制，线性误差修正，零点、满度和中的抑制，温漂抑制，线性误差修正，零点、满度和中点校准，量程转换、量纲转换、通道转换、自检和定点校准，量程转换、量纲转换、通道转换、自检和定时自动校准等。时自动校准等。25.三、三、QGS-08QGS-08型红外线气体分析仪型红外线气体分析仪 QGS-08QGS-08型红外线气体分析仪型红外线气体分析仪是北京分析仪器厂引
34、进德国是北京分析仪器厂引进德国麦哈克公司先进技术生产的麦哈克公司先进技术生产的产品。适用于连续分析产品。适用于连续分析COCO、CO2 CO2、CH4CH4、SO2SO2等等2323种气体种气体在混合气中的含量。属于非在混合气中的含量。属于非分光型红外线分析仪，带薄分光型红外线分析仪，带薄膜电容式检测器。检测器由膜电容式检测器。检测器由两个吸收室组成，它们相互两个吸收室组成，它们相互气密，在光学上是串联的。气密，在光学上是串联的。26.为了保证进入分析仪表的气体干燥、清洁、没有腐蚀性，为了保证进入分析仪表的气体干燥、清洁、没有腐蚀性，需要装设预处理装置，如图所示。需要装设预处理装置，如图所示。
35、预处理装置示意图预处理装置示意图1-1-水冷却器；水冷却器；2-2-预过滤器；预过滤器；3-3-化学过滤器；化学过滤器；4-4-干扰干扰过滤器；过滤器；5-5-流量控制器流量控制器27.第四节第四节 热导式气体分析仪热导式气体分析仪 热导式气体分析仪是使用最早的一种物理式气体分热导式气体分析仪是使用最早的一种物理式气体分析仪，它是利用不同气体导热特性不同的原理进行分析仪，它是利用不同气体导热特性不同的原理进行分析的。常用于分析混合气体中的析的。常用于分析混合气体中的 H2、CO2 、SO2等组等组分的百分含量。分的百分含量。一、工作原理一、工作原理 各种气体都具有一定的导热能力，但是导热程度有
36、各种气体都具有一定的导热能力，但是导热程度有所不同，即各有不同的导热系数。气体的导热率还与所不同，即各有不同的导热系数。气体的导热率还与气体的温度有关。气体的温度有关。气体名称N2O2CO2SO2H2COCH4相对热导率0.9981.0150.6150.3447.130.9641.31828.对于彼此之间无化学反应的多组分的混合气体，对于彼此之间无化学反应的多组分的混合气体，它的热导率与各组分的热导率及各组分的体积百分含它的热导率与各组分的热导率及各组分的体积百分含量有关，即量有关，即 如果被测组分的热导率为如果被测组分的热导率为 ，其余组分为背景组，其余组分为背景组分，并假定它们的热导率近似
37、等于分，并假定它们的热导率近似等于 。又由于。又由于 ，将它们带入上式后可得将它们带入上式后可得 niiinnCCCC1221112121nCCC1212121132211)()1()(CCCCCCCn2121C在在 、已知的情况下，测定混合气体的总热导率已知的情况下，测定混合气体的总热导率 ，就，就可以测定被测组分的体积百分含量。可以测定被测组分的体积百分含量。1229.二、热导式气体分析仪的检测器和测量电路二、热导式气体分析仪的检测器和测量电路 1.检测器检测器 热导式气体分析仪大多是把气体热导率的变化热导式气体分析仪大多是把气体热导率的变化转换成金属材料电阻值的变化。通过对金属材料电转换
38、成金属材料电阻值的变化。通过对金属材料电阻值进行测量，来反映出被测组分的体积百分含量。阻值进行测量，来反映出被测组分的体积百分含量。通常把热导率转换成电阻值的部件称为热导式气体通常把热导率转换成电阻值的部件称为热导式气体分析仪的检测器，又称热导池。分析仪的检测器，又称热导池。热导池的结构如图所示热导池的结构如图所示。检测器结构有分流式、检测器结构有分流式、对流式、扩散式、对流扩散式四种。对流式、扩散式、对流扩散式四种。热导池的结构热导池的结构 对流扩散式热导池对流扩散式热导池 30.2.2.测量电路测量电路 双电桥测量电路双电桥测量电路 31.三、热导式气体分析仪的应用三、热导式气体分析仪的应
39、用热导式气体分析仪常用于锅炉烟气分析和氢纯度分析。热导式气体分析仪常用于锅炉烟气分析和氢纯度分析。火电厂中使用火电厂中使用QRD-1102QRD-1102型氢分析仪来测量氢冷发型氢分析仪来测量氢冷发电机的冷却氢气的纯度（含量），以监视爆炸条件时电机的冷却氢气的纯度（含量），以监视爆炸条件时氢含量的下限值。测量的背景气体是空气。氢含量的下限值。测量的背景气体是空气。QRD-1102QRD-1102型热导式氢分析仪不需要复杂的预处理型热导式氢分析仪不需要复杂的预处理装置，由调整组件、变送器、二次仪表和交流稳压器装置，由调整组件、变送器、二次仪表和交流稳压器等部分组成。等部分组成。32.第五节第五节
40、 工业气相色谱仪工业气相色谱仪 色谱分析仪是一种多组分的分析仪器。色谱分析仪是一种多组分的分析仪器。基本原理：基本原理：使被分析样品在使被分析样品在“流动相流动相”的推动下的推动下流过流过“色谱柱色谱柱”（内装填充物，称固定相），由于样（内装填充物，称固定相），由于样品中各组分在流动相和固定相中分配情况不同，它们品中各组分在流动相和固定相中分配情况不同，它们从色谱柱中流出的时间不同，从而达到分离不同组分从色谱柱中流出的时间不同，从而达到分离不同组分的目的。的目的。分类：分类：根据固定相和流动相的状态，色谱分析可根据固定相和流动相的状态，色谱分析可分为气相色谱和液相色谱。分为气相色谱和液相色谱。
41、应用：应用：气相色谱仪在电力系统中，主要用于分析气相色谱仪在电力系统中，主要用于分析大型变压器中油产生的各种气体，以迅速检测变压器大型变压器中油产生的各种气体，以迅速检测变压器的故障。在火电厂中也可用来分析烟气成分。的故障。在火电厂中也可用来分析烟气成分。33.一、工作原理一、工作原理 当一定量的气体在纯净的载气（称为流动相）的当一定量的气体在纯净的载气（称为流动相）的携带下通过具有吸收性能的固体表面，或通过具有溶携带下通过具有吸收性能的固体表面，或通过具有溶解性能的液体表面（这些固体和液体称为固定相）时，解性能的液体表面（这些固体和液体称为固定相）时，由于固定相对流动相所携带气体的各组分的吸
42、附能力由于固定相对流动相所携带气体的各组分的吸附能力或溶解度不同，气体中各组分在流动相和固定相中的或溶解度不同，气体中各组分在流动相和固定相中的分配情况是不同的，可以用分配系数分配情况是不同的，可以用分配系数K K表示，即表示，即 msiK式中式中 组分组分i i在固定相中的浓度；在固定相中的浓度；组分组分i i在流动相中的浓度。在流动相中的浓度。sm34.混合物在色谱柱中的分离过程混合物在色谱柱中的分离过程 35.二、工业气相色谱仪的基本构成二、工业气相色谱仪的基本构成 组成：样气预处理系统、载气预处理系统、取样系统、组成：样气预处理系统、载气预处理系统、取样系统、色谱柱、检测器、信号处理系
43、统、记录显示仪表、程色谱柱、检测器、信号处理系统、记录显示仪表、程序控制器等。序控制器等。工业气相色谱仪的基本构成工业气相色谱仪的基本构成 36.1 1载气系统载气系统包括载气源及压力流量调节器。载气应不被固定相吸附或溶解，通包括载气源及压力流量调节器。载气应不被固定相吸附或溶解，通常用氦气、氢气、氮气等。常用氦气、氢气、氮气等。2 2取样装置取样装置取样需在时间和体积上集中，即在瞬时内完成进样。工业气相色谱取样需在时间和体积上集中，即在瞬时内完成进样。工业气相色谱仪中，要求待分析样品自动地、周期地、定量地送入色谱柱。这仪中，要求待分析样品自动地、周期地、定量地送入色谱柱。这个任务由取样阀在程
44、序控制器控制下完成。个任务由取样阀在程序控制器控制下完成。3 3色谱柱色谱柱色谱柱是色谱分析仪的核心部件，它起着把混合气体分离成各个单色谱柱是色谱分析仪的核心部件，它起着把混合气体分离成各个单一组分气体的作用。不同的分析对象对色谱柱的形式、填充材料一组分气体的作用。不同的分析对象对色谱柱的形式、填充材料及柱子尺寸有不同的要求。及柱子尺寸有不同的要求。常用色谱柱的柱管采用对所要分离的样品不具有活性和吸附性的材常用色谱柱的柱管采用对所要分离的样品不具有活性和吸附性的材料制造。一般用不锈钢和铜做柱管，柱管内径为料制造。一般用不锈钢和铜做柱管，柱管内径为4 46mm6mm。柱长主。柱长主要由分配系数决
45、定，分配系数越接近的物质所需的柱越长，长度要由分配系数决定，分配系数越接近的物质所需的柱越长，长度为为0.50.515m15m。为了便于柱温的控制和节省空间，色谱柱做成螺旋。为了便于柱温的控制和节省空间，色谱柱做成螺旋状，螺旋柱管的曲率半径为状，螺旋柱管的曲率半径为0.20.20.25m0.25m。用固定液做固定相的色谱柱称为气液色谱柱。它的固定相由担体和用固定液做固定相的色谱柱称为气液色谱柱。它的固定相由担体和涂敷在担体上的高沸点的有机化合物（固定液）组成。担体是用涂敷在担体上的高沸点的有机化合物（固定液）组成。担体是用来支撑固定液的多孔固体颗粒。工业气相色谱柱中所用的担体主来支撑固定液的多
46、孔固体颗粒。工业气相色谱柱中所用的担体主要是硅藻土型担体，如红色要是硅藻土型担体，如红色61026102、201201，白色担体，白色担体101101等。等。37.4 4检测器检测器 检测从色谱柱中随载气流出来的各组分的含量，检测从色谱柱中随载气流出来的各组分的含量，并把它们转换成相应的电信号，以便测量和记录。根并把它们转换成相应的电信号，以便测量和记录。根据检测原理的不同，检测器可分为浓度型检测器和质据检测原理的不同，检测器可分为浓度型检测器和质量型检测器两种。浓度型检测器测量的是载气中某组量型检测器两种。浓度型检测器测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度分浓度瞬间
47、的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。如热导式检测器和电子捕获检测器等。质量成正比。如热导式检测器和电子捕获检测器等。质量型检测器测量的是载气中某组分进入检测器的速度变型检测器测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间进入检测器某组分化，即检测器的响应值和单位时间进入检测器某组分的量成正比。如氢火焰离子化检测器和火焰光度检测的量成正比。如氢火焰离子化检测器和火焰光度检测器。器。在工业气相色谱仪中在工业气相色谱仪中主要用热导式检测器和氢火主要用热导式检测器和氢火焰离子化检测器。焰离子化检测器。氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器 原理图原理图 38.第六节第六节
48、电导式分析仪电导式分析仪 电导式分析仪是一种历史比较悠久、应用也比较广电导式分析仪是一种历史比较悠久、应用也比较广泛的分析仪表。用来分析酸、碱溶液的浓度时，常称泛的分析仪表。用来分析酸、碱溶液的浓度时，常称为浓度计；直接指示电导的就称为电导仪；用来测量为浓度计；直接指示电导的就称为电导仪；用来测量蒸汽和水中的盐浓度时称为盐量计。蒸汽和水中的盐浓度时称为盐量计。在火电厂中，电导式分析仪不仅可用于连续监督在火电厂中，电导式分析仪不仅可用于连续监督各段汽、水的受污染程度，也可用于监督凝汽器冷却各段汽、水的受污染程度，也可用于监督凝汽器冷却水的泄漏，补给水、凝结水、除盐水处理中离子交换水的泄漏，补给水
49、、凝结水、除盐水处理中离子交换器的失效程度以便控制其运行的终点和再生。动力机器的失效程度以便控制其运行的终点和再生。动力机组的给水和蒸汽中的盐分是引起设备结垢的原因，它组的给水和蒸汽中的盐分是引起设备结垢的原因，它会影响热力设备的安全经济运行。在高压锅炉中，对会影响热力设备的安全经济运行。在高压锅炉中，对于过热蒸汽和给水的电导率要求小于于过热蒸汽和给水的电导率要求小于0.2S/cm0.2S/cm。39.一、一、工作原理工作原理 1.1.溶液的电导与电导率溶液的电导与电导率 电解质溶液常称为液体导体，这类导体的导电能电解质溶液常称为液体导体，这类导体的导电能力随着温度升高而增强，常用电导率表示其
50、导电能力。力随着温度升高而增强，常用电导率表示其导电能力。根据欧姆定律，溶液的电阻为根据欧姆定律，溶液的电阻为 溶液的电导为溶液的电导为 LRALALARG11ALG溶液的电导率溶液的电导率的物理意义是：当电极的面积为的物理意义是：当电极的面积为1m 1m 2 2，两，两电极相距电极相距1 m1 m时，中间充以电解质溶液所具有的电导。时，中间充以电解质溶液所具有的电导。40.令令 ，称为电极常数，则有，称为电极常数，则有 电导率电导率的大小表示了溶液导电能力的大小，它的大小表示了溶液导电能力的大小，它与电极常数无关，但与溶液电解质的种类、性质、与电极常数无关，但与溶液电解质的种类、性质、浓度及
