《自动检测技术与仪表控制系统》第7章 成分分析仪表
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➢ 它对被分析的多组分混合物采取先分离，后检测的方法 进行定性、定量分析。
图7. 11 早期色谱分离
➢ 7.3.4.1 色谱法简介
➢ 色谱柱、固定相、流动相、分析
样品
➢ 7.3.4.2 色谱分析原理
➢ 色谱分析的基本原理是根据不同
物质在固定相和流动相所构成的
体系,即色谱柱中具有不同的分 配系数而进行分离的。
• 电化学式 如电导式、电量式、电位式、电解式、氧化锆、酸度计、离子浓度计 • 热学式 如热导式、热谱式、热化学式等； • 磁学式 如磁式氧分析器、核磁共振分析仪等 • 射线式 如射线分析仪、 射线分析仪、同位素分析仪、微波分析仪等； • 光学式 如红外、紫外等吸收式光学分析仪，光散射、光干涉式光学分析仪等； • 电子光学式和离子光学式 如电子探针、离子探针、质谱仪等； • 色谱式 如气相色谱仪、液相色谱仪等； • 物性测量仪表 如水分计、粘度计、密度计、湿度计、尘量计等；
➢ 干、湿球温度与空气或其他气体中 水蒸汽的分压 之间的关系：
Pw Pws AP(td tw )
pws ：湿球温度下的饱和水汽分压； p ：湿空气或其他湿气体的总压； A ：仪表常数，它与风速和温度传感器 的结构因素有关。 pds ：干球温度下的饱和水汽压；
图7. 23 干湿球测温示意图
pw pws AP(td tw )
7.3.6.1 湿度的表示方法
（3）露点温度
在一定压力下，气体中的水汽含量达到饱和结露时的温度，以℃ 为单位。(露点温度越低，水分含量越少，湿度越小)
（4）百分含量
水蒸汽在混合气体中所占的体积百分数，单位以%表示。
（5）水汽分压
指在湿气体的压力一定时，湿气体中水蒸汽的分压力，单位以毫 米汞柱表示。
7.3.6.4 干湿球湿度计
图7. 18 银-氯化银电极结构
7.3.5.2电位测定法原理
图7. 19 玻璃电极结构
图.5.2电位测定法原理
图7. 20 电势 与pH值的关系
图7. 21 随温度变化特性（t 2﹥t1 ﹥t0 ）
7.3.6 湿度的检测
湿度：物质中水分的含量。
➢ 7.3.6.1 湿度的表示方法
7.3.1 热导式气体分析器
➢ 混合气体 含有n种组分，每种气体的导热系数为 n，体积 分数（含量）Cn ,混合气体的导热系数：
➢ 如果被测组分的导热系数为 1，其余组分为背景组分，并 假定它们的导热系数近似等于 2 。
C1
1
2 2
➢ 测定混合气体的总导热系数 ，就可以确定被测组分
的体积百分含量 C1 。
➢ PH测量电池：参比电极、测量 电极、被测溶液
➢ 参比电极：电极电位是固定常数 ➢ 测量电极：电极电位与H+浓度有关 ➢ 电池电势与H+浓度有关
➢ 电池的电势E：
➢ 测E，得PH。
PH测量电池（原电池）
7.3.5.2电位测定法原理
图7. 17 甘汞电极结构 1-电极引线；2-汞；3-甘汞；4-棉花； 5-饱和KCI溶液；6-多孔陶瓷；7-注人口
（1）绝对湿度
在一定温度及压力条件下，每单位体积的混合气体中所含的水汽 质量，单位以 g / m3 表示。
（2）相对湿度
• 指单位体积湿气体中所含的水汽质量与在相同条件（同温度同 压力）下饱和水汽质量之比。
• 相对湿度还可以用湿气体中水汽分压与同温度下饱和水汽分压 之比来表示。单位是以%表示。
7.3.6 湿度的检测
7. 成分分析仪表
➢ 7.1 成分分析方法及分类
➢ 成分分析仪表：对物质的成分及性质进行分析的仪表。 ➢ 分析方法：
• 定期取样（离线）：实验室测定的实验室人工分析方法 • 自动连续分析（在线）：连续测定被测物质的含量或性质的自动分析仪表
。可以对物质的性质及成分连续地、自动的进行在线测量。
➢ 分类：
➢原理：基于氧浓差电池
7.3.3 氧化锆氧分析器
图7. 9 管状结构的氧化锆氧分析器原理结构图 1-氧化锫管；2-内外铂电极；3-铂电极引线；4-Al2O3管；
5-热电偶；6-加热丝；7-陶瓷过滤装置
7.3.3 氧化锆氧分析器
图7. 10 氧化锆氧分析器的现场安装方式示意图
7.3.4 气相色谱分析仪
pds
pds
➢ 测 td tw ，得 。
7.3.6.6 氯化锂湿敏传感器
(a)元件结构
(b)电阻-相对湿度特性曲线
7.3.6.7 陶瓷湿敏传感器
(a)元件结构
(b)电阻-相对湿度特性曲线
7.3.6.8 高分子聚合物湿敏传感器
(a)元件结构
(b)电容-相对湿度特性曲线
➢谢 谢!
➢ 用途：测混合气体中氧含量
➢ 电化学原理
• 氧浓差电势:
E RT ln p2 nF p1
1 p1 / p V1 /V
E RT ln p2 / p RT in 2 nF p1 / p nF 1
图7. 7 氧浓差电池原理示意图
E K ln 20.8 1
7.3.3 氧化锆氧分析器
• 氧浓差电势:
分配系数K=
在固定相中的物质浓度 在流动相中的物质浓度
分离过程
图7. 12 混合物在色谱柱中的分离过程
结构及流程
图7. 13 气相色谱仪基本结构及流程示意图
7.3.5 酸度的检测
➢ 7.3.5.1 酸度及其检测方法
➢ 溶液的酸碱性可以用氢离子浓度 的大小来表示 ➢ [H+]浓度很小，用PH表示 ➢ pH值是溶液中氢离子浓度[H+]的常用对数（以十为
图7. 4 双臂测量桥路
7.3.3 氧化锆氧分析器
➢ 用途：用于检测烟道中氧含量，控制燃烧效率
➢ 电化学原理
➢ 固体电解质：
• 某些固体具有离子导电的性 质，这种具有某种离子导电
性质的固体物质称为固体电 解质。
• 氧浓差电势:
图7. 7 氧浓差电池原理示意图
E RT ln p2 nF p1
7.3.3 氧化锆氧分析器
7.2 自动分析仪表的基本组成
7.3 工业常用自动分析仪表
➢ 7.3.1 热导式气体分析器
➢ 用途：常用于分析混合气体中某个组分（又称待测组 分）的含量。（烟气中co2含量）
➢ 原理：热导式气体分析器是利用混合气体导热系数随 待测组分的含量而变化的原理制成的。
表7.1 气体在0℃时的相对导热系数
底的对数）的负值：pH=-lg[H+]
pH=7时，为中性溶液； pH>7时，为碱性溶液； pH<7时，为酸性溶液。
➢ 测定方法：
• 酸碱指示法：PH试纸 • 电位测定法：测定某种对氢离子浓度有敏感性的离子选
择性电极所产生的电极电位来测定pH值。
7.3.5.2电位测定法原理
➢ 电化学原理
测量 电极
参比 电极
7.3.1 热导式气体分析器
➢ 使用条件※ ※ ※ ：
（1）混合气体中除待测组分 外，其余各组分(背景组 分)的导热系数必须相同或十分接近。（P125预处理） （2）待测组分的导热系数与其余组分的导热系数要 有明显差异，差异愈大，愈有利于测量。
如何测量混合气体的总导热系数 ？
图7. 2 热导池 1-热敏电阻；2-热导池腔体；3-绝缘物
E RT ln p2 nF p1
1 p1 / p V1 /V E RT ln p2 / p RT in 2
nF p1 / p nF 1
E K ln 20.8 1
• 工作条件:
① 工作温度要恒定； ② 必须要有参比气体，参比气 体的氧含量要稳定不变； ③ 参比气体与被测气体压力应 该相等。
图7. 11 早期色谱分离
➢ 7.3.4.1 色谱法简介
➢ 色谱柱、固定相、流动相、分析
样品
➢ 7.3.4.2 色谱分析原理
➢ 色谱分析的基本原理是根据不同
物质在固定相和流动相所构成的
体系,即色谱柱中具有不同的分 配系数而进行分离的。
• 电化学式 如电导式、电量式、电位式、电解式、氧化锆、酸度计、离子浓度计 • 热学式 如热导式、热谱式、热化学式等； • 磁学式 如磁式氧分析器、核磁共振分析仪等 • 射线式 如射线分析仪、 射线分析仪、同位素分析仪、微波分析仪等； • 光学式 如红外、紫外等吸收式光学分析仪，光散射、光干涉式光学分析仪等； • 电子光学式和离子光学式 如电子探针、离子探针、质谱仪等； • 色谱式 如气相色谱仪、液相色谱仪等； • 物性测量仪表 如水分计、粘度计、密度计、湿度计、尘量计等；
➢ 干、湿球温度与空气或其他气体中 水蒸汽的分压 之间的关系：
Pw Pws AP(td tw )
pws ：湿球温度下的饱和水汽分压； p ：湿空气或其他湿气体的总压； A ：仪表常数，它与风速和温度传感器 的结构因素有关。 pds ：干球温度下的饱和水汽压；
图7. 23 干湿球测温示意图
pw pws AP(td tw )
7.3.6.1 湿度的表示方法
（3）露点温度
在一定压力下，气体中的水汽含量达到饱和结露时的温度，以℃ 为单位。(露点温度越低，水分含量越少，湿度越小)
（4）百分含量
水蒸汽在混合气体中所占的体积百分数，单位以%表示。
（5）水汽分压
指在湿气体的压力一定时，湿气体中水蒸汽的分压力，单位以毫 米汞柱表示。
7.3.6.4 干湿球湿度计
图7. 18 银-氯化银电极结构
7.3.5.2电位测定法原理
图7. 19 玻璃电极结构
图.5.2电位测定法原理
图7. 20 电势 与pH值的关系
图7. 21 随温度变化特性（t 2﹥t1 ﹥t0 ）
7.3.6 湿度的检测
湿度：物质中水分的含量。
➢ 7.3.6.1 湿度的表示方法
7.3.1 热导式气体分析器
➢ 混合气体 含有n种组分，每种气体的导热系数为 n，体积 分数（含量）Cn ,混合气体的导热系数：
➢ 如果被测组分的导热系数为 1，其余组分为背景组分，并 假定它们的导热系数近似等于 2 。
C1
1
2 2
➢ 测定混合气体的总导热系数 ，就可以确定被测组分
的体积百分含量 C1 。
➢ PH测量电池：参比电极、测量 电极、被测溶液
➢ 参比电极：电极电位是固定常数 ➢ 测量电极：电极电位与H+浓度有关 ➢ 电池电势与H+浓度有关
➢ 电池的电势E：
➢ 测E，得PH。
PH测量电池（原电池）
7.3.5.2电位测定法原理
图7. 17 甘汞电极结构 1-电极引线；2-汞；3-甘汞；4-棉花； 5-饱和KCI溶液；6-多孔陶瓷；7-注人口
（1）绝对湿度
在一定温度及压力条件下，每单位体积的混合气体中所含的水汽 质量，单位以 g / m3 表示。
（2）相对湿度
• 指单位体积湿气体中所含的水汽质量与在相同条件（同温度同 压力）下饱和水汽质量之比。
• 相对湿度还可以用湿气体中水汽分压与同温度下饱和水汽分压 之比来表示。单位是以%表示。
7.3.6 湿度的检测
7. 成分分析仪表
➢ 7.1 成分分析方法及分类
➢ 成分分析仪表：对物质的成分及性质进行分析的仪表。 ➢ 分析方法：
• 定期取样（离线）：实验室测定的实验室人工分析方法 • 自动连续分析（在线）：连续测定被测物质的含量或性质的自动分析仪表
。可以对物质的性质及成分连续地、自动的进行在线测量。
➢ 分类：
➢原理：基于氧浓差电池
7.3.3 氧化锆氧分析器
图7. 9 管状结构的氧化锆氧分析器原理结构图 1-氧化锫管；2-内外铂电极；3-铂电极引线；4-Al2O3管；
5-热电偶；6-加热丝；7-陶瓷过滤装置
7.3.3 氧化锆氧分析器
图7. 10 氧化锆氧分析器的现场安装方式示意图
7.3.4 气相色谱分析仪
pds
pds
➢ 测 td tw ，得 。
7.3.6.6 氯化锂湿敏传感器
(a)元件结构
(b)电阻-相对湿度特性曲线
7.3.6.7 陶瓷湿敏传感器
(a)元件结构
(b)电阻-相对湿度特性曲线
7.3.6.8 高分子聚合物湿敏传感器
(a)元件结构
(b)电容-相对湿度特性曲线
➢谢 谢!
➢ 用途：测混合气体中氧含量
➢ 电化学原理
• 氧浓差电势:
E RT ln p2 nF p1
1 p1 / p V1 /V
E RT ln p2 / p RT in 2 nF p1 / p nF 1
图7. 7 氧浓差电池原理示意图
E K ln 20.8 1
7.3.3 氧化锆氧分析器
• 氧浓差电势:
分配系数K=
在固定相中的物质浓度 在流动相中的物质浓度
分离过程
图7. 12 混合物在色谱柱中的分离过程
结构及流程
图7. 13 气相色谱仪基本结构及流程示意图
7.3.5 酸度的检测
➢ 7.3.5.1 酸度及其检测方法
➢ 溶液的酸碱性可以用氢离子浓度 的大小来表示 ➢ [H+]浓度很小，用PH表示 ➢ pH值是溶液中氢离子浓度[H+]的常用对数（以十为
图7. 4 双臂测量桥路
7.3.3 氧化锆氧分析器
➢ 用途：用于检测烟道中氧含量，控制燃烧效率
➢ 电化学原理
➢ 固体电解质：
• 某些固体具有离子导电的性 质，这种具有某种离子导电
性质的固体物质称为固体电 解质。
• 氧浓差电势:
图7. 7 氧浓差电池原理示意图
E RT ln p2 nF p1
7.3.3 氧化锆氧分析器
7.2 自动分析仪表的基本组成
7.3 工业常用自动分析仪表
➢ 7.3.1 热导式气体分析器
➢ 用途：常用于分析混合气体中某个组分（又称待测组 分）的含量。（烟气中co2含量）
➢ 原理：热导式气体分析器是利用混合气体导热系数随 待测组分的含量而变化的原理制成的。
表7.1 气体在0℃时的相对导热系数
底的对数）的负值：pH=-lg[H+]
pH=7时，为中性溶液； pH>7时，为碱性溶液； pH<7时，为酸性溶液。
➢ 测定方法：
• 酸碱指示法：PH试纸 • 电位测定法：测定某种对氢离子浓度有敏感性的离子选
择性电极所产生的电极电位来测定pH值。
7.3.5.2电位测定法原理
➢ 电化学原理
测量 电极
参比 电极
7.3.1 热导式气体分析器
➢ 使用条件※ ※ ※ ：
（1）混合气体中除待测组分 外，其余各组分(背景组 分)的导热系数必须相同或十分接近。（P125预处理） （2）待测组分的导热系数与其余组分的导热系数要 有明显差异，差异愈大，愈有利于测量。
如何测量混合气体的总导热系数 ？
图7. 2 热导池 1-热敏电阻；2-热导池腔体；3-绝缘物
E RT ln p2 nF p1
1 p1 / p V1 /V E RT ln p2 / p RT in 2
nF p1 / p nF 1
E K ln 20.8 1
• 工作条件:
① 工作温度要恒定； ② 必须要有参比气体，参比气 体的氧含量要稳定不变； ③ 参比气体与被测气体压力应 该相等。