1、第十章第十章 其它参数的测量其它参数的测量过剩空气系数测量水中的含盐量含氧量测量电量测量 10.1 过剩空气系数测量 工业锅炉的燃烧过程与过剩空气系数有关，CO2与过剩空气系数的关系随着燃料品种变化较大，通过测定O2的含量来确定过剩空气系数。目前常用的测量氧量的方法为热磁法和氧化锆法。1、几个名词介质处于外磁场中，受到力和力矩的作用而显示出磁性的现象称为磁化磁化。当气体处在外磁场中间时，如果能被磁场所吸引，则该种气体为顺磁性气体顺磁性气体；如果能被磁场所排斥，则该种气体为逆磁性气体逆磁性气体。在具有温度梯度和磁场梯度的环境中,当顺磁性气体存在时，由于气体局部温度升高，而使这些气体的磁化率下降，
2、这种利用磁化率与温度间的关系测定气体中的某种成分含量的方法称为热热磁法磁法。10.1.1热磁法热磁法 C居里常数；T气体的绝对温度；修正常数，对于每种物质来说是固定不变的；气体的密度。k0标准状态下，气体体积磁化率；k氧气体积磁化率；ki混合气体中i组分的体积磁化率；k混合气体中非氧组分的体积磁化率。q氧含量的体积百分比；qi混合气体中i组分的含量的体积百分比；、标准状态下气体的压力和绝对温度。2.基本公式基本公式气体的磁化强度与外磁场强度之比称为磁化率。顺磁性气体的比磁化率与气体体积磁化率k之间的关系为10.1.1热磁法热磁法kTC22000TTPPkk 1)1(kqqkqkkiniimix
3、混合气体T气体的绝对温度；气体的密度。k纯氧的体积磁化率；A-与仪器结构有关的常数；I-通过热敏元件的电流；q氧含量体积百分比；H磁场强度；dh/dX在给定方向上的磁场梯度；P、T大气压力、温度；、Cp、混合气体的密度、热容、粘度和热导率。热磁式氧分析仪是将被分析气体的氧含量，转换为温度测量。热敏元件是一段通电的铂丝，热敏元件的温度与含氧量之间的关系近似地表示为10.1.1热磁法热磁法dxdHHTCPAqkItp221-敏感元件 2-元件支持器 3-密封垫圈 4-螺母 5-垫圈 6-分析室座 7-分析室盖 8-密封垫圈 9-极靴 10-磁钢 11-分路器在四个气室内对称地设有四个特性一致的热敏
4、元件（、5、6，按顺序、两室的元件为一组，、两个室的元件为一组，分别与外电路组成参比和测量电桥。、两个元件周围没有磁场，、两个元件处于非均匀磁场中。被分析气体沿管道通入传感器。当气体中无氧时，四个元件均只受自然对流传热，温度相同，则仪器没有信号输出。当气体中含氧时，热敏元件周围形成热磁对流，温度降低，由电桥测得由此引起的电阻变化，即可得含氧量。参比电桥对角根据参比电桥对角根据空气的含氧量产生空气的含氧量产生一恒定的不平衡电一恒定的不平衡电压压V1 1测量电桥的不测量电桥的不平衡电压由通平衡电压由通入的被分析气入的被分析气体的含氧量决体的含氧量决定定V2 2仪器的指示值与这仪器的指示值与这两个不
5、平衡电压的两个不平衡电压的比值有关比值有关 用于烟气分析的热用于烟气分析的热磁式氧分析仪磁式氧分析仪 1-热磁氧传感器 2-检查过滤器 3-水流抽气泵10.1.2氧化锆氧量计 氧化锆（Z rO2）+氧化钙（CaO）或氧化钇（Y2O3）稳定的氧化锆材料。钙、钇化合价与锆不同，在晶体中将产生一些氧离子空穴 一个氧化钙分子取代了一个氧化锆分子，由于一个钙离子只与一个氧离子结合，晶格中就会留下一个氧离子空穴。在600800温度时，具有导电特性，故被称之为固体电解质。10.1.2氧化锆氧量计 O2被金属铂吸附得到电子O2-_空穴中-过剩的正电荷。同时，氧化锆中的O2-失去电子成为O2回到空气或烟气中。金
6、属铂带正电子而氧化锆带负电-形成双电层金属铂与氧化锆之间产生电位差，该电位差称为电极电位。1-氧化锆 2、3-铂电极 4-引线 5-氧离子10.1.2氧化锆氧量计 氧化锆管内外存在氧浓度差-两极之间的电位差-电位差称作氧浓差电动势。氧浓差电池总反应的效果是含氧量高一侧的氧气变为氧离子向含氧量低一侧移动，即具有的氧离子空穴的氧化锆材料可将氧气以氧离子的方式从空气侧传导至烟气侧。10.1.2氧化锆氧量计E-氧浓差电动势 R理想气体常数；T气体热力学温度，K；n 一个氧分子所得电子数，n=4；F法拉第常数，F=96487C/mol；A参比气体中氧的容积含量；C被测气体中氧的容积含量CACAnFRTP
7、PPPnFRTEln/ln 通过直接测量电动势E的数值，就可以得出被测气体的含氧量。氧化锆氧量计是利用氧化锆固体电解质作为测量元件，将氧量信号转换为电量的信号，并由氧量显示仪表将被测气体的氧含量表示出来。测量系统 组成测量系统时，必须保证氧化锆管所处的温度恒定（600800度）或进行补偿。根据对工作温度处理方式的不同，氧化锆氧量计的测量系统分为定温式和补偿式两类。根据氧化锆管安装方式不同，测量系统还可分为直插式和抽出式两种。直插补偿式测量系统图 在氧化锆管中，装一K分度号的热电偶，并将其输出电动势EK与氧化锆输出的氧浓差电动势E反向串联，总输出送至显示仪表，当温度变化时，两者的变化量相互抵消，
8、总输出电动势保持基本不变。在电厂中多采用直插式测量系统。水中含盐量可采用电导仪来测定。纯水的电导率很小，但当水中含有盐类物质时，水的电导能力增加，电导率增大。测定方法 （1）平衡电桥式电导仪 （2）电阻分压式电导仪 （3）若在电解质溶液中插入一对电极，并在外电路接入电源，则电流由两极板间的溶液通过。若电极的面积为电极的面积为F，两电，两电极之间的距离为极之间的距离为L，则溶液的电导电导G 1克当量电解液全部放在相距1cm的两电极间所得的电导称为溶液的当当量电导量电导LFrG r r 溶液的电导率溶液的电导率1000crLFcG1000 F-电极的面积电极的面积 L-两电极之间的距离两电极之间的
9、距离 G-溶液的电导电导-当量电导当量电导 K-电极常数电极常数 r-r-溶液的电导率溶液的电导率LFcG1000设设K=LF-1-11000mKbKmcG测出了溶液的电导（电阻的倒数），便可知道其浓度测出了溶液的电导（电阻的倒数），便可知道其浓度E 高频电源，EiR上的分压Ei（输出信号），RX被测溶液的电阻，R负载电阻。RX与R串联，当接通外加电源后，构成闭合回路 G电导BXCARRRR)/(GKRRERRREEXi电导仪由电导池系统和测量仪表组成电导仪由电导池系统和测量仪表组成电导池是盛放或发送被测溶液的容器电导池是盛放或发送被测溶液的容器 平衡电桥式电导仪电阻分压式电导仪 常用的测定溶
10、解氧的仪表是隔膜电极式溶解氧测定仪隔膜电极式溶解氧测定仪。根据电极工作原理，可分为 （1）原电池型 （2）极谱型A-放大器 E-电极系统 Rt-热敏电阻 Rv-校正用电位器 R1、R2-电阻筒内端部包有一层易透过氧的薄膜（如聚四氟乙烯），测定时，水中溶解氧透过薄膜进入电极 原电池型阴极常用金、银、铂等贵重金属 阳极用铅、铝等金属 电解液KOH、KCL阴极OHeOHO44222 eOHPbOOHPb224222LPnFACimSs/电极系统产生的扩散电流 is 稳定状态下的扩散电流；n与电极反应有关的电子数；F法拉第常数；A阴极的表面积；L隔膜厚度；Cs被测水中的溶解氧浓度；Pm隔膜的透过系数。
11、1-阳极 2-阴极 3-电解液 4-隔膜 5-电流表原电池型 LPnFACimSs/2.极谱型 a）原电池法 （b）极谱法 1-阳极 2-阴极 3-电解液 4-隔膜 5-电流表 3.隔膜电极式溶解氧测定仪 隔膜电极式溶解氧测定仪的反应速度、透过系数等与温度有关 P0标准透过系数；R气体常数；T绝对温度；Ep透过时活化能量；Pm透过系数。RTEmpePP0由式可知，由式可知，T T升高，升高，PmPm呈指数增长，呈指数增长，扩散电流将成比例地增加，严重地影扩散电流将成比例地增加，严重地影响测量结果，故在仪器中采用热敏电响测量结果，故在仪器中采用热敏电阻进行温度补偿，以抵消温度对测量阻进行温度补偿
12、，以抵消温度对测量的影响的影响被测水的压力、流速等对溶解氧的被测水的压力、流速等对溶解氧的测定也有影响，故在测试过程中，必测定也有影响，故在测试过程中，必须采取措施，使之恒定。须采取措施，使之恒定。仪器零点常用饱和亚硫酸钠溶液进仪器零点常用饱和亚硫酸钠溶液进行校准。行校准。10.4 交流电电量测量 1.几个名词几个名词（1 1）功率）功率-用电设备所消耗的电能对时间的变化率。用电设备所消耗的电能对时间的变化率。（2 2）有功功率）有功功率-瞬时功率在一个周期内的平均值瞬时功率在一个周期内的平均值 U电压有效值，V；I电流有效值，A；i电流瞬时值，A;u电压瞬时值，V；电压与电流的相位角 有功功
13、率是为保持用电设备正常运行所需的电功率，它将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)。cos1100UIuidtTpdtTPTT10.4 交流电电量测量（3 3）无功功率）无功功率-不消耗能量，只与电源进行能量交不消耗能量，只与电源进行能量交换的功率。换的功率。无功功率是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。（4 4）视在功率）视在功率S-S-有功功率或无功功率的幅值（电有功功率或无功功率的幅值（电压有效值与电流有效值的乘积）（压有效值与电流有效值的乘积）（S=UIS=UI）。）。在直流电路里，电压乘电
14、流就是有功功率。在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以COS表示，有功功率有功功率 在时间在时间内，系统消耗的总电内，系统消耗的总电能。能。电能可以通过测得的功率来估电能可以通过测得的功率来估算，也可以采用电能表来测量。算，也可以采用电能表来测量。是空载电动势和端电压之间的相位差角cos1100UIuidtTpdtTPTTdPNT010.4 交流电电量测量10.4.1 电能估算 如果用电设备在使用时间内功率不变或电源电压功率不变或电源电压及电流稳定，及电流稳定，估算系统所消耗的电能 需要测量电压、电流和功
15、率因数 PTN cos1100UIuidtTpdtTPTT1分别测量电压、电流和功率因数来计算有功功率1）电流测量 采用电流互感器时b2IKI I I、Ib b实测电流值和仪表显示实测电流值和仪表显示的电流值，的电流值，A；K K2 2 电流互感器电流比系数。电流互感器电流比系数。1-1-手柄手柄 2-电流表电流表 3-互感器铁芯互感器铁芯1分别测量电压、电流和功率因数来计算有功功率 2）电压测量用电设备电压可以采用指针式或数字式电压表测量。当测量高压电动机的电压时，应配备高压电压互感器。当采用电压互感器时，电压值b3UKU U U、Ub b分别为实测电压值和测量仪分别为实测电压值和测量仪表所
16、显示的电压值，表所显示的电压值，V；K K3 3 电压互感器电压比系数。电压互感器电压比系数。1分别测量电压、电流和功率因数来计算有功功率 3）功率因数测量功率因数测量 负载电流I通过A时，A内产生了磁场。电流I1和I2在磁场中受到电磁力F1和F2的作用。产生转矩M1、M2。当M1M2时，逆时针方向偏转，直到M1=M2，转轴停止不动，和轴连在一起的指针就指出功率因数A为固定线圈(电流线圈)，分成两个绕制，使可动线圈所在空间有比较均匀的磁场B和C是两个互成一定角度的活动线圈（电压线圈）B和电阻R串联，C和感抗线圈L串联最简单的测量方式就是测量电压与电流之间的相位差，得出的结果就是功率因数。单相功
17、率因数表的接线方法(a)电流线圈的电流线圈的“*”端接电源，电压线圈端接电源，电压线圈“*”端也接电源，端也接电源，(b)电流线圈的电流线圈的“*”端接电源，电压线圈端接电源，电压线圈“*”端接负载端接负载1 1分别测量电压、电流和功率因数来计算有功功率分别测量电压、电流和功率因数来计算有功功率 4）三相交流电路的功率计算）三相交流电路的功率计算相线和中线之间的电压称为相电压，相线之间的电压成为线电压。如果三相电路对称，每相的电压相的电压U UP P和电流和电流IpIp以及它们之间的相位角cos均相等，每相电路的有功功率三相总功率三相总功率 如果测量线电压线电压U UI I和线电流和线电流I
18、II I，则对称电路的三相总功率为cospppIUP cos33ppPIUPPcos33IIIIUPP2 采用功率表测量有功功率 功率表也称为瓦特表功率表也称为瓦特表2 采用功率表测量有功功率 对称的三相四线制线路，对称的三相四线制线路，三相总功率三相总功率 不对称的三相四线制电路，不对称的三相四线制电路，负载的总功率负载的总功率cos33ppPIUPPpcpbpaPPPP2 采用功率表测量有功功率 三线三线制电路，三线三线制电路，无论电源和负载是无论电源和负载是不是对称，也不管不是对称，也不管负载接成星形还是负载接成星形还是接成三角形，都可接成三角形，都可以利用两表法测量以利用两表法测量三相
19、总功率三相总功率21IIPPP 3.三相无功功率测量 在对称的三相四相制电路中，用无功功率表进行测量，三相电路的总无功功率PQ，xIIQIUPsin3 3.三相无功功率测量 在对称的三相三相制电路中，三相无功功率PQxIIQIUPPPsin3)(32110.4.2采用电能表测量电能电压线圈与负载并联，电流线圈与负载串联。电路接通，在铁芯及气隙中产生了交变磁通1和2，穿过铝盘的交变磁通在铝盘内产生感应电动势，引起感应电流，产生转动力矩，使得铝盘旋转起来。铝盘转速与负载功率成正比。机械式电度表原理机械式电度表原理1-1-电压部件电压部件 2-电流部电流部件件 3-旋转铝盘旋转铝盘 4-永久磁永久磁
20、铁铁电压线圈电流线圈ntKPtNN N 电能，电能，kwh;P P功率，功率，kw；n n铝盘转速，转铝盘转速，转/h;t t 时间，时间，h.;K K仪表常数，仪表常数，kw/转转/h.安装电能表时，要使电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联。低电压（380V或220V）小电流（5A或10A以下）的单相交流电路中，电能表可以直接接在线路上，10.4.2采用电能表测量电能单相电度表接线原理图单相电度表接线原理图 10.4.2采用电能表测量电能三相电度表接线原理图三相电度表接线原理图单相经电流互感器接入式电度表线路图如果负载电流超过电能表电流线圈的额定值，则需要经过电流互感器接入电路。10.4.2采用电能表测量电能 三相四线电度表接线原理图 三相三线电度表接线原理图 三相四线经电流互感器或万用电流互感器接入式电度表线路图10.4.2采用电能表测量电能三相四线电子式电能表工作原理图三相四线电子式电能表工作原理图 1、测量声功率 方法有混响室法、消声室或半消声室法、现场法。用这三中方法测量空调设备或机器噪声的声功率。原理：Lp 声压级，dB；Lw 声功率级，dB；S 垂直于声传播方向的面积，m2 SLLwplg10
