分析仪表

合集下载

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

上一页下一页返回
7.1 概述
7.1.1作用及特点
分析仪表主要用于以下几个方面： (1)工艺监督在生产流程中，合理地选用分析仪表能准确、
迅速地分析出参与生产过程的相关物质成分，可以及时地控制和调节，达到最佳生产过程的条件，从而实现稳定生产和提高生产效率。例如，连续分析进入氨合成塔气体的组成，根据分析结果及时调节和控制气体中氢和氮的含量，使两者之间保持最佳的比值，从而获得最佳的氨合成率，使产氨量增加。
上一页下一页返回
7.1 概述
(2)节约能源目前，工业分析仪表越来越多地应用在锅炉等燃烧系统，用来监视燃烧过程，降低能耗，节约燃料。例如，实时分析燃烧后烟气中成分(如二氧化碳和氧的含量)，是判断燃烧状况，监视锅炉经济运行的主要手段。
(3)污染监测对生产中排放物进行分析，使其中的有害成分不得超过环保规定的值。例如，化工生产中排放出来的污水、残渣、烟气对大气、水源和农田等都会造成污染，所以需要对排放物及时进行分析和处理。
(1)待测组分的导热系数与其余组分的导热系数相比，要有显著的差别。
上一页下一页返回
7.2 热导式气体分析仪
(2)非待测组分的导热系数要尽可能相同或十分接近，即如果几为待测组分的导热系数，则：
2 3 4 n
根据这个条件，则式(7-1)可做如下的变换，即：
1C1 2 (C2 C3 C4 Cn )
第7章分析仪表
知识目标能力目标 7.1 概述 7.2 热导式气体分析仪 7.3 氧化锆氧分析仪 7.4 红外线气体分析仪 7.5 工业气相色谱仪技能训练11
知识目标
了解分析仪表的特点掌握热导式气体分析仪、氧化锆氧分析仪、红外线气体分析
仪和色谱分析仪测量原理掌握热导式气体分析仪、氧化锆氧分析仪、红外线气体分析
仪和色谱分析仪的使用方法
返回
能力目标
能完成热导式气体分析仪的校验与投运任务能完成氧化锆氧分析仪、红外线气体分析仪和色谱分析仪的
操作任务
返回
7.1 概述
在现代工业生产过程中，要确定原料、成品、半成品的质量是否符合标准，就必须对有关质量的参数进行分析，例如化学性质、化学成分及其特点。用来测量这些参数的仪表称为分析仪表。能够自动监视与测量工业生产过程中物料成分或性质的分析仪表称为流程分析仪表。
上一页下一页返回
7.1 概述
如果能通过流程分析仪表及时得到原料、成品或半成品的质量情况和给出控制指标，根据分析信号进行质量控制，就可以取得最佳的控制质量。例如锅炉燃烧过程，若根据分析烟道气的化学成分来控制空气供给量，则可获得最高的热效率，节省能源消耗。
环境保护是关系到人民身体健康的大事，在工业生产中排至空气中某些有害气体成分高达某一限度时，便会危及人类的生命。所以，必须用分析仪器仪表对这些成分进行连续监视。
上一页
返回
7.2 热导式气体分析仪
利用各种气体具有不同的导热系数这一性质来测量混合气体中某一组分的含量的仪器，称为热导式气体分析器。热导式气体分析器是出现最早、种类较多、应用较广的气体分析器，它能分析的气体的种类也很广，常用来自动分析混合气体中 CO2 ， NH3 ，SO2 ， H2等多种气体的百分含量。热导式气体分析仪结构简单、性能稳定、使用维护方便、价格便宜，并能在比较恶劣的环境下工作。因此广泛应用在化肥工业和有氢气作业的工业过程中，在监督生产和确保安全方面起了一定的作用。
上一页下一页返回
7.1 概述
取样装置包括取样探头及其他一些与探头有直接关系的部件，如冷却与冷凝收集器、反吹清洗器、抽吸器及取样泵等。这些部件的主要作用是取样，同时也对样品作初步预处理。例如，取样有正压取样和负压取样，对负压取样，应有抽吸器。另外在取样时，对烟尘量很大的样品往往采用水洗的方法进行机械杂质与腐蚀性气体的过滤，初步过滤掉样品中颗粒较大的机械杂质。由于取样装置直接安装在现场，工作条件恶劣，容易损坏，因此要用良好的材料制造，同时又要便于修理和更换。
(3)测量及信号处理系统这部分的作用是进一步处理检测器提供的信息，如电信号的转换、放大、线性化、变换为统一信号(如4~20mA、0~10mA电流等)和数字信号等，并将信号不失真地送给显示装置。
上一页下一页返回
7.1 概述
(4)显示装置它是显示分析结果的装置。显示方式一般有模拟显示和数字显示两种。模拟式显示仪表一般采用通用的显示仪表，如动圈式显示仪表或带记录的电子电位差计等，这些显示仪表要按被测物质成分重新分度标尺。现在在分析仪表中也逐渐用数字显示，并且与计算机联用的分析仪表中开始应用图像显示。
上一页下一页返回
7.1 概述
样品经取样探头后再通入预处理系统，这一部分包括过滤器、干燥器、精密压力调节阀、稳压阀、稳流阀、各种切换系统 (如样品与标准样品的切换、多点取样切换)、分流器、流量指示仪与流量调节器、各种启闭阀与回收系统等。
这些部件的作用是对样品作进一步预处理，其中主要是过滤掉细小的灰尘，对油污、腐蚀性的物质与水分进行化学过滤或吸收，以及除去某些干扰组分。同时还要对样品的压力、流量、温度进行控制，使之能满足分析仪表的要求。
其他还有射线式分析仪表、离子式光学分析仪表等。本篇将着重介绍化工生产中常用的工业分析仪表。
上一页下一页返回
7.1 概述
7.1.3组成
工业分析仪表一般有四个基本组成部分： (1)取样及预处理系统取样及预处理系统是确保分析仪表正
常工作不可缺少的部分。它的功能是从对象中取出有代表性的待分析介质样品并作必要的预处理。
(3)混合气体应具有较恒定的温度。
上一页下一页返回
7.2 热导式气体分析仪
7.2.2热导式气体分析仪的检测器
1.检测器的工作原理从上述分析可知热导式气体分析仪通过对混合气体的导热系
数的测量来分析待测组分的含量。由于气体的导热系数很小，直接测量比较困难，所以热导式分析仪大多是把气体导热系数的变化转换成热敏电阻值的变化，通过对热敏电阻值进行测量，来反映出待测组分的体积百分含量。通常把导热系数转换成电阻值的转换部件称为热导式气体分析仪的检测器，又称为热导池。
t 0 (1 t)
式中 t ——t ℃时的导热系数；
0 ——0℃时的导热系数；
——导热系数的温度系数。
(7-2)
上一页下一页返回
7.2 热导式气体分析仪
因此对导热系数的测量条件有一定的要求，即从混合气体的导热系数与待测组分含量C的关系来看，要求温度在一定的范围内。
根据上述可知，要利用热导式气体分析仪来分析混合气体中某组分的百分含量时，必须满足下列条件：
上一页下一页返回
7.1 概述
(2)检测器检测器(也称发送器、传感器)是仪器的心脏部分。它的功能是把被分析物质的成分或物质性质变换为电信号。不同分析仪表，有不同的检测形式，也就有不同的检测器。一台分析仪表的技术性能，在很大程度上取决于检测器，因此对于检测器的设计、使用和维护必须给予充分重视。
杂； (2)仪表元件机械加工要求高，电子线路复杂； (3)仪表专用性强，品种多，价格高； (4)使用条件苛刻。
上一页下一页返回
7.1 概述
7.1.2分类
分析仪表按使用场所可分为实验室分析仪和工业分析仪。按被测对象分类有氢分析仪、氧分析器、工业pH仪、盐量表等。若按分析仪表的工作原理，可分为以下几种：①电化学式分析仪表如电导式、电位式、电量式分析仪等；②热学式分析仪表如热导式、热化学式分析仪等；③磁学式分析仪表如热磁式、磁力机械式分析仪等；④光学式分析仪表如红外线吸收式、分光光度式、光电比色式分析仪等；⑤色谱仪如气相色谱仪、液相色谱仪。
上一页下一页返回
7.2 热导式气体分析仪
实验结果证明，各种组分的混合气体，它的总导热系数是各组分的
导热系数的数学平均值，即：
n
iCi
i 1
(7-1)
式中 ——混合气体的导热系数；
Ci——混合气体中第i组分的百分含量；
i ——混合气体中第i组分的导热系数。
式(7-1)表明混合气体的导热系数，随着混合物中各组分的百分含
上一页下一页返回
7.1 概述
(5)测量范围仪表所能测出最大和最小值之间的范围。 (6)可靠性在正常的使用条件下，无故障连续工作的能力。 (7)时间常数被测量出现一个阶跃变化后，仪表开始响应到
输出信号达到最终稳定示值的63%之间的时间间隔。自动分析仪表的时间常数愈短愈好，尤其是在以分析仪表的输出作为自动控制系统的信号源时更加重要。
下一页返回
7.1 概述
随着现代工业生产过程的反应速度愈来愈快，依靠人工化验分析已不能满足生产需要，因为从取样到分析需要一定时间，而且是断续进行的，这就不能保证这段时间内产品的质量。例如纯氧顶吹炼钢，吹炼一炉钢水仅需15 min，为保证产品质量，必须采用在线炉前快速定碳分析。又如在氢冷式发电机中，为了保证氢气纯度，防止混入过多氧气而发生爆炸，必须在线连续监视氢气的纯度。
上一页下一页返回
7.1 概述
(4)安全生产在工业生产中，必须确保生产安全和防止设备事故。例如，锅炉给水和蒸汽中的含盐量及二氧化硅等，会腐蚀设备和形成水垢，从而造成受热面过热，降低强度而引起不安全问题，这就须对锅炉给水或蒸汽中的含盐量、二氧化硅等进行分析，确保锅炉的安全运行。
分析仪表有以下几个特点： (1)自动分析仪表的分析方法的研究比较困难，仪表结构复
上一页下一页返回
7.1 概述
7.1.4主要性能指标
分析仪表由于其自身特点，仪表性能具有一定的特殊性。 (1)精度指仪表分析结果和人工化验分析结果之间的偏差。
目前自动分析仪表的精度等级不是太高，一般为1.0，1.5， 2.0，2.5，4.0，5.0级。 (2)再现性指同类产品仪表分析相同样品输出信号的误差。 (3)灵敏度仪表识别样品最小变化量的能力。 (4)稳定性指在规定的时间连续分析同一样品时仪表输出信号的误差。
n
1C1 2 Ci
因为
i2
n
C1 Ci 1 i2
上一页下一页返回
7.2 热导式气体分析仪
所以则得
n
Ci 1 C1
i2
或
1C1 2 (1 C1 )
C1
2 1 2
式中 C1 ——待测组分的百分含量；
1 ——待测组分的导热系数；
2 ——非待测组分的导热系数。
上一页下一页返回
量而变化。只要混合气体中的某一组分的百分含量Ci发生变化，则
混合物的导热系数就要发生变化。
上一页下一页返回
7.2 热导式气体分析仪
热导式成分分析器的工作原理，就是基于不同的气体具有不同的导热系数，以及混合气体的导热系数随所分析气体的百分含量而改变这一物理特性来分析某一组分的百分含量。
另外，各种气体的导热系数，不仅因气体本身的性质而异，而且也随着气体的温度变化而变化，这种变化关系，用下式表示，即：
7.2 热导式气之后，即可求待测组分的百分含量，式中的和可以根据混合物的组成，由表7-1查得。因此只要测得，就可以计算出待测组分的百分含量，从而达到分析测量的目的。
例如燃烧后的烟道气，其中有CO2 ， N2 ， CO， SO2 ， H2及水蒸气等，如果分析前先除去水蒸气，SO2和H2，则剩下导热系数相近的N2，O2和CO以及与上述组分导热系数有显著差别的CO2，这样就能应用热导式气体分析仪来分析烟道气中CO2的百分含量。
下一页返回
7.2 热导式气体分析仪
7.2.1基本原理
各种气体在热力学上有这样的性质：不同的气体，具有不同的热传导能力。热传导能力通常用导热系数表示，它的含义是在某一均匀稳定的传热介质中，在单位温度梯度 (0℃/cm2)下，每秒钟通过单位面积(cm2)的热量( cal )。其单位为cal/(cm2℃)(1cal=4. 186 8 J)。各种气体的导热系数不同，常用气体的相对导热系数(某气体的相对导热系数一导热系数/空气的导热系数)来表征气体的热传导能力的相对大小。表7.1列出了几种常见气体的相对导热系数。