工业仪表与工程测试成分分析PPT学习教案

立方 1500℃
掺入 (12％～15％) CaO或 (Y2O3)等稳定剂， 经高温焙烧形成稳定莹石型立方晶体。因钙、钇化
合价与锆不同，在晶体中产生氧离子空穴。
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氧化锆管 浓差电池
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管内通空气(参比气体)，管外走烟气。管内外 两侧气体中的O2被金属铂吸附，且在其催化作用下 得到电子、成为O2－进入氧化锆离子空穴中，金属 铂表面上留下过剩正电荷。
工业仪表与工程测试成分分析
会计学
1
7.1.2 成分分析方法 ➢ 定期取样法：实验室测定 ➢ 连续测定法：测定混合物中某种成分含量或性
质；测定混合物中几种或全部组成的含量。
7.1.3 成分分析仪组成 取样系统：正确取出被测介质的样品 发送器：将被测组分含量转换为电量输出信号 。 信号放大系统：将发送器输出的信号进行放大 。 显示系统：显示分析结果。
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7.6 氧化锆氧量计
➢ 用氧化锆固体电解 质作测量元件，将 氧量信号转换为电 量信号显示被测气 体的氧含量。
➢ 特点：结构简单、 反应速度快、不受 其它气体干扰 第27页/共37页
7.6.1 工作原理和结构 体 积 收 缩 ～ 7％
ZrO2 晶体结构：
常温
单斜 结构不稳定，反复加热和冷却会断裂 。纯净 氧化锆 不能用 作测量 元件。
Cu(CO)2 + 2NH3
吸收量：
1ml Cu(NH3) 2Cl
15ml CO
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上述三种吸收均需通过几次，前后二 次读数相同时，方可依次进入下一吸收瓶 。
三次吸收后剩余气体为N2（%）：
N2＝100－CO2－O2－CO
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要求和注意事项： 1）应根据烟气温度确定和选用不同材质的
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b、将气体通入吸收瓶11，因焦性没食子酸吸氧很慢 ，新溶液需往复通过5～6次，用过的溶液需更多次数 。分析须按顺序进行，因Cu(NH3) 2Cl也能吸收O2。
吸收量：
1ml 没 食 子 酸 溶液
4ml O2
c、将剩余气体试样通入吸收瓶10，分析CO。 反应也很慢，需反复多次进行
Cu(NH3) 2Cl+ 2CO
红外线通过介质 时，辐射能变化与待 测介质温度有关，据 此可对被测介质进行 定量分析。
某些气体的特征吸收波长
气体 吸收峰波长/μm
CO2
2.7和4.26
CO
2.37和4.65
CH4 H2O(g)
2.3、3.3和7.65 2.0
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7.5.2 红外线气体分析器的构造
红外辐射源、分析室、 参比室、检测器、前 置放大器、主放大器、 记录器
➢ 磁极：靠近R1的边缘
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中央旁通管
毫伏计
磁极
环形管
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7.2.3 工作原理
➢ 抽气器将被测气体连续吸入环形室 ➢ 气体中无氧时，旁通管中无电流流过， ➢ 测量电桥处于平衡状态，输出电压为零， ➢ 仪表指针指零。 ➢ 气体中含氧时，氧气被不均匀磁场吸入旁通管，被
发热元件R1加热，磁化率降低，所受磁场引力减小， 被随后低温氧气推出。氧气排出在磁道中形成磁风 （称热磁对流）。氧气在旁通管中流动时，在R1处 起冷却作用，流至R2处时，因其已被加热，对R2影 响较小，故TR1＜TR2，电桥失衡，输出电压信号， 信号大小反映了气体氧含量。 ➢ 若气体中混有NO，将第影8页响/共测37页量结果，引起误差。
➢ 辐射能被物质吸收后部分转化为热能，T升高。
➢ 红外线热辐射特征：物体的热辐射绝大部分集中 在红外区域。由此可用热敏电阻或热电堆接收红
外线。
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各种气体介质并非对红外范围内不同波长的辐 射能都有吸收能力，而是选择性吸收，即每种气体 分子只能吸收某一特定波长范围的红外辐射能量。
特征吸收波长
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7.1.4 常用过程分析仪表分类 按被测成分：氧量表、氢表、 盐量表、 二氧化 硅分析仪、磷酸盐、溶解铁、pH值分析仪表等。 它们各自满足工艺需要。
按工作原理 ➢ 电化学分析仪：电导式、电位式、电量式 ➢ 热学分析仪：热导式、热化学式、热谱式 ➢ 磁学分析仪：磁性氧分析仪、核磁共振波谱仪、 电子顺磁共振波谱仪。 ➢ 光学分析仪：吸收式 (光电比色)、发射式 (摄谱 仪)。 ➢ 色谱仪：如气相色谱仪、液相色谱仪。 ➢ 射线分析仪器、离子式光学分析仪器等。
毫伏计
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微安计 空气室
工作原理：
桥臂各室内全充满清洁空气时，每个铂丝向 周围介质的传热情况相同，各桥臂温度相同，电 阻值相同，电桥处于平衡状态，对角线二点间电 位差为零，毫伏表指零。
含CO2的气体流经烟气室时，因热导率小于 空气，故铂丝放热量比在空气中时小，因而桥臂 TR1和TR3高于TR2和TR4，R1和R3的电阻值大于R2 和R4，破坏电桥平衡，在A、C二点产生电位差， 毫伏计指针偏转相应角度。
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a. 打 开 9， 气 体 通入 吸收瓶 12内， CO2、 SO2被 吸收：
2KOH + CO2
K2CO3 + H2O
2KOH + SO2 使 用 新 鲜 碱 液时 ，吸收 较快， 往复通 过4~5次 可完全 吸收。
K2SO3 + H2O
吸收量
1ml KOH
40ml CO2
说明：废气中SO2含量较小，故一般计入 CO2中或与CO2一并用RO2表示。
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7.2 磁性氧量计
用途：测量混合气体中的氧气含量
7.2.1 气体的磁化特性
（1）气体的磁化率
磁化现象：任何物质处于外磁场中会受到力或力
矩的作用而显示出磁性，即介质在磁场中被
磁化—介质分子磁矩沿一个方向顺序排列。
磁场强度
磁化强度：
M H
介质磁化率
磁感应强度： B 0 H M 0 (1)H
当检测室受到红外线照射时，内部气体受热膨 胀并产生压力脉冲作用在动极上。当分析室内无被 测气体通过时，检测室左右二接收室的红外辐射相 等，作用在动极上的压力大小相等，方向相反，薄 膜处于平衡状态，仪器无信号输出。
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当被测气体通过分析室 时，气体对红外辐射产生选 择性吸收，到达检测室的二 束红外线辐射产生差异，作 用在动极上的压力出现差值 ，铝膜产生变形，致使电容 器电容产生变化。该电容变 化转变成电压信号输出，经 放大、记录，由记录仪表测 得的电压信号即可得出待测 气体含量。
7.3.2 分析步骤
1） 仪 器 气 密 性检 查 关 闭 7、 8、 9使 三通阀 与大气 相通， 使平衡 瓶6升 至一定 高度， 然后关 闭三通 阀，观 察量管 内水面 ，若5min不 降 ，说明 无漏气 ，可开 始分析 。
2） 液 面 高 度 调节 将 三 个 吸 收瓶 中吸收 液面调 至同一 高度， 然后把 量管4内 的空气 全部排 出，用 待测气 体试样 将容器 清洗几 次，即 可取气 体试样 100ml进 行分 析。
7.4.1基本知识 热传导过程中，不同气体导热系数也
不同，导热系数大者，传热快；反之 亦然。所以，气体混合物中组分含量 的变化会引起混合物导热系数的变化。
Relative Thermal Conductivity Coefficient of Gases
Name of Gas
air
Water Vapor
取样管，以防止取样管与烟气中二氧化碳或水汽 发生反应从而改变烟气的原始成分。
2）仪器中所有连接部分均要紧密，连接处要 涂真空脂或凡士林没油，防止漏气。
3）分析过程中，要严格注意勿使试剂高出 吸收器上规定的液面高度标记线。
4）通过吸收空气中的氧（20.9%）检验吸收 器的准确性。
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7.4 CO2自动分析仪
同时，氧化锆中的O2－失去电子成为O2回到空 气或烟气中。
达到动态平衡时，在铂金属表面附近形成双电层 电池反应：
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能斯特方程：
E RT ln p A
氧浓差电动势
nF pC
空 气 (参 比 气 体)的 氧分压 烟 气 (被 测 气 体)的 氧分压
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指针偏转角度与烟气中CO2含量相对应，故 可从毫伏计刻度盘上直接读出被测烟气的CO2含 量。桥臂R1、R2、R3、和R4应尽量相等，但实际 工作条件下往往难以实现。故电桥中接入滑线变
阻器R5，以在分析前调整电桥平衡。调整时，使 烟气室和空气室都通入清洁的空气，调节R5使毫 伏计指针指零。
7.3 奥氏气体成分分析仪
➢ 7.3.1 系统组成：
➢ 三个装有吸收剂的吸收瓶，吸收瓶 分别通过旋阀7、8、9与梳形管相
➢ 连梳。形管一端经三通 阀与取样点或大气 相通，另一端与量 管相连。
➢ 量管下接平衡瓶， 以吸入或排出气体 。
➢ 过滤器：用于干燥 气体。
图7-2 奥氏气体分析仪结构示 意图
1-过滤器；2-三通旋塞；3-梳形 管；4-量管；5-水套管；6-平衡瓶；7、8、9第9页/共旋37阀页；10、11、12-吸收瓶；13、14、15-缓 冲瓶
N2
O2
CO SO2 CO2 CH H2
4
H2S
RelativeTherm al Conductivity 1 Coefficient
0.673
0.995 1.007 0.958 0.314 0.605 1.26 6.99 0.538
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N2、O2、CO的导热系数与空气相近；CO2的导 热系数与空气相差较大。
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7.4.2 CO2自动分析器的工作原理
仪结构组成
二 相 对 桥 臂 R1、R3置 于被 测气体 通过的 二烟室 内，另 二桥臂 置于空 气室内 。
电 桥 各 臂 电 阻值均 相同。
电 桥 的 一 个 对角线 上接专 门装置 供给的 直流电 ；另一 对角线 接测量 仪表。
烟气室
电 桥 各 臂 用 直流电 加热至 90～100℃
可测定的气体： 第21页/共37页
CO、CO2、CH4、
7.5.1 基本知识
➢ 红外线是一种电磁波，波长：0.76～420μm。
➢ 物质具有一定的红外辐射，辐射大小与物质温度 有关。T低时，辐射波长较长，T升高时，最大辐 射能波长向短波方向迁移。红外线气体分析器利 用1～25μm光谱段。将镍铬丝通电加热至730℃时， 辐射光波长主要集中在此范围。
因此，若气体中不含CH4、SO2、H2和水气，则 可根据混合物的导热系数测定值间接测定CO2含量 。
烟气中常含CO 、SO2、H2和水气。 在混合物进入分析器前，用特殊的电炉（氢燃烧
炉）将H2烧成水气，将CO烧成CO2。 水气经洗涤冷却后达室温下饱和状态，近似定值；
SO2通过过滤器吸收除去。 经处理的烟气即可通入分析器进行测定。
介质相对磁导率
真空中的磁导率
μ
介质磁导率
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>0
顺磁性物质：在外磁场中被拉向磁场较强处
<0
逆磁性物质：在外磁场中被移向磁场较弱处
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氧气的磁化率为正，且比其它气体的磁化率高 得多。
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7.2.2 热磁式氧分析器的组成
➢ 环形室
➢ 中央旁通管：水平放置； 管上绕有二个铂丝加热线 圈 R1 和 R2 ， 它 们 与 另 二 个 锰铜合金丝做成的电阻器 R3 和 R4 组 成 测 量 电 桥 的 四 个臂，电桥线路对角线上 连接毫伏计（刻度为氧的 百分含量），
7.5.3 工作原理
从二红外线辐射光源
发出的二束平行红
外线被由同步电机
带动的切光片调制
成12.5Hz的交变辐
射。
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其中一束经分析室左接收室，另一束经分析室 和过滤器到达右接收室。检测室内装有薄膜电容器 ，电容器由动极—铝膜和定极—铝合金圆柱体组成 。动极将二接收室隔开，检测室内封被测气体。
CO2导热率与温度有关。0℃时相对导热率 为0.605；100℃为0.7；325℃时为1。故应控制 电桥温度于一定范围。为此，在供电线路中串接
变阻器R0和毫安计以调节和控制电流量。
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7.5 红外线气体分析器
利用混合气体中某 些组分会有选择地吸 收红外辐射能的特性， 连续分析和测定被测 气体中某一待测组分 的含量。
3） 成 分 测 定
分析顺序： CO2
O2
CO
第10页/共3Hale Waihona Puke 页KOH:H2O＝ 1:2
KOH:没 食 子 酸 :H2O＝ 23.5:15:61.5
CO2
O2
吸收剂
CO
KOH或 NaOH溶 液
焦性没食子酸（3，4，5-三羟基苯甲酸 ）碱溶液
氯 化 亚 铜 氨 溶液
CuCl : NH4Cl : H2O＝ 1 : 1.25 : 3.75