1、在线分析仪表基础 知识 马俊杰 1 在线分析仪表基础知识在线分析仪表基础知识 在线分析仪器(on-line analyzers),又称过程 分析仪器(process analyzers)，或质量监测 仪表（quality monitoring instrument）， 是指直接安装在工业生产流程或其它源液 体现场。对被测介质的组成或物性参数进 行自动连续测量的仪器。在线分析仪器广 泛应用于工业生产的实时分析和环境质量 及污染排放的连续监测。 1.1在线分析仪表及在线分析系统的在线分析仪表及在线分析系统的 构成构成 在线分析仪表是利用仪表连续测定被测物 质的含量或性质的自动分析方法（这种方 法所
2、用到的仪表称为过程分析仪表或在线 分析仪表）。分析仪表基于多种测量原理， 在进行分析测量时，需要根据被测物质的 物理或化学特性来选择适当的检测手段和 仪表。 在线分析仪表都采用现场安装方式，它可 以自动采样、预处理，自动分析、信号处 理以及远传，是专门用于生产过程的检测 和控制，在过程控制中起着常规仪表不可 替代的重要作用。通常在线分析仪表（一 般安装在分析小屋或专门的保护装置中） 和样品（有气体、液体、固体）预处理装 置（一般安装在取样点附近）共同组成一 个在线测量系统，以保证良好的环境适应 性和高可靠性，其典型的基本组成图如下 图所示。 取样及前级预 处理装置 预处理装置 分 析 仪 表
3、本体 上位机 （DCS） 公用系统（包括：仪表空 气、蒸汽、冷却水、电源 等 样品管线 仪表空气、蒸汽、冷却水、管线 电源、信号线 虚线框内为分析 小屋或专门保护 装置 样 品 来 自 工 艺 管线 1.2在线分析仪表的分类在线分析仪表的分类 按测定方法分: 光学分析仪器、电化学分析 仪器、色谱分析仪器、物性分析仪器、热 分析仪器等。 按被测介质的相态分:气体分析仪和液体分 析仪。其中气体分析仪表包括红外线分析 仪、热导式气体分析仪（氢表、氩表）、 氧化锆、磁力机械氧分析仪、热磁式氧分 析仪、磁压式氧分析仪、激光烟气分析仪、 折射仪、硫比值分析仪、微量水、微量氧、 CEMS烟气分析仪、烃分析仪
4、、色谱分析仪、 质谱分析仪、拉曼光谱分析仪等等。 液体分析仪表主要是常见的水分析仪表包 括PH计、电导仪、COD、DO、TOC、ORP、 浊度计、氨氮分析仪、水中油、余氯分析 仪等等 。 以上分类方法不是绝对的，比如电容式微 量水分仪既可以测量气体中的微量水分又 可以处理液体中的微量水分。但是习惯上 把它归在气体分析仪表中。 1.3在线分析仪表常用的浓度单位在线分析仪表常用的浓度单位 在线分析中气体浓度的表示方法有:摩尔分数、 体积分数、质量浓度、质量分数、物质的量浓度 等。在线分析仪表中最常用的是体积分数。 摩尔分数摩尔分数即待测组分的物质的量与混合气体 中各组分物质的量的总和之比。 常用的
5、单位是%、10-6、10-9，即我们以前常用 的% vol(摩尔百分比)、ppm mol、ppb mol。 体积分数体积分数即待测组分的体积与混合气体中各 组分体积的总和之比。 常用的单位是%、10-6、10-9，即我们以前常用 的% vol(体积百分比)、ppm vol、ppb vol。 对于理想气体来说，摩尔分数对于理想气体来说，摩尔分数=体积分数，因为体积分数，因为 在标准状态下在标准状态下1 mol任何气体的体积都是任何气体的体积都是22.4升。升。 质量浓度质量浓度即待测组分的质量与混合气体（或 夜体）的体积之比。 常用的单位是kg/m3、g/m3、mg/m3、mg/l、g/l。 质
6、量分数质量分数即待测组分的质量与混合气体（或 液体）中各组分的质量总和之比。 常用的单位是%、10-6、10-9，即我们以前常用的 % wt(质量百分比)、ppm wt、ppb wt。 气体分析中，一般不单独使用质量分数表示方法， 仅用于气体和液体混合物浓度之间的相互换算。 1.4在线分析仪表的主要性能指标在线分析仪表的主要性能指标 在线分析仪表的性能指标含义广泛，但大 体上可以分成两类。 一类性能指标与仪器的工作范围和工作条 件有关。工作范围主要是指测量对象、测 量范围等；工作条件包括环境条件、样品 条件、供电供气要求，仪表的防爆性能和 防护等级等。 另一类性能指标与仪器的分析信号，即仪 器
7、的响应值有关。这类指标主要有灵敏度、 检出限、重复性、准确度、分辨率、稳定 性、线性范围、响应时间等。 检出限（检出限（limit of detection）是指能产生一 个确证在样品中存在被测物质的分析信号所需的 该物质的最小含量或最小浓度，是表征和评价分 仪器检测能力的基本指标。 重复性重复性(repeatability)又称重复性误差。重 复性误差是指仪器在操作条件不变的情况下，多 次分析结果之间的偏差。 精密度精密度是指多次重复测定同一量时各次测定 值之间彼此相符合的程度，表示测定过程中随机 误差的大小，一般用标准偏差表征。 仪器的准确度（仪器的准确度（accuracy）是指在一定测量
8、 条件下，多次测定的平均值与真值相符合的程度， 表示仪器的指示值接近真值的能力。仪器的准确 度有称精确度，简称精度。 分辨率分辨率(resolution)又称分辨力或分辨能力， 是指仪器能区分开最邻近示量值的能力。 稳定性稳定性是指在规定的工作条件下，仪器保持 其计量特性不变的能力。分析仪器的稳定性，主 要是指分析仪器响应值随时间的变化特性。稳定 性可用噪声和漂移来表征。 线性范围线性范围是指校正曲线所跨越的最大线性区 间，用来表示对被测组分含量或浓度的适应性。 仪器的线性范围越宽越好。 线性度线性度又称线性度误差或非线性误差，一般 是指仪表的输出曲线与相应直线之间的最大偏差， 用该偏差与仪器量程的百分数表示
