热工测量仪表第9章成分分析仪表全解

第一节 氧化锆氧量计 二、氧化锆氧量计的工作原理 4 浓差电势的输出公式
正极： O2＋4e →2O2 — 负极： 2O2 —→O2＋4e p2 能斯特公式：
RT RT 2 p E ln ln p1 nF nF 1 p
2 1
——参比气样氧容积浓度； ——待测气样氧容积浓度。
第一节 氧化锆氧量计 三、保证正确测量的条件
2 氧浓差电池的构成
3 具体工作过程 1）带氧离子空穴的固体 ZrO2电解质。 在ZrO2中加人一定量 的氧化钙（CaO）或 氧化钇（Y2O3），经 高温烧结，＋2价的 Ca2+会置换出十4价 Zr4+。置换出的锆离 子Zr4+与数量不足的 氧离子形成带有氧离 子空穴的氧化锆材料 ，成为固体电解质
第一节 氧化锆氧量计 二、氧化锆氧量计的工作原理
优点：选择性好，灵敏度高，测量范围广， 精度较高，常量为1~2.5级，低浓度（ppm）为 2~5级，响应速度快。 能吸收红外线的CO、CO2、CH4、SO2 等气体、液体都可以进行分析。 应用：
大气检测、大气污染、燃烧过程、石油及化工过程、 热处理气体介质、煤炭及焦炭生产过程等工业生产 过程中。 测定水中微量油分，医学中肺功能的测定，并可在 水果、粮食的储藏和保管等农业生产中应用。
1C1 2 (C2 C3 Cn ) 1C1 2 (1 C1 ) 2 (1 2 )C1
即有
2 C1 1 2
2 已知的情况下，测定混合气体的总热导率， 在 1 、 就可以测定被测组分的体积百分含量。
第四节工业气相色谱仪
成分分析包括内容：
确定物质的化学组成， 确定物质中各种成分的相对含量
第九章 成分分析仪表
1． 成分分析仪器的基本组成 2. 取样装置 3. 预处理系统 4. 分离装置 5. 检测器或检测系统 6. 信号处理系统 7. 显示环节
第九章 成分分析仪表
（1）电化学式分析仪器：如电导式、电量式、电位式等； （2）热学式分析仪器：如热导式、热化学式、热谱式等； （3）磁学式分析仪器：磁性氧量分析仪，核磁共振波谱仪等； （4）光学式分析仪器：吸收式光学分析仪，发射式光学分析仪； （5）射线式分析仪器：如X射线分析仪，射线分析仪，同位素分 析仪等； （6）色谱分析仪器：如气相色谱仪等； （7）电子光学和离子光学式分析仪器：如电子探针、质谱仪、 离子探针等； （8）物性测量仪器：如水分计、粘度计、湿度计、密度计、电 导率测量仪等。

第四节工业气相色谱仪
4 氧含量与α 有单值关系，且此受燃料品种的影响 较小；氧量计的反应比二氧化碳表计快。所以 目前电厂中大量采用氧量计测过剩空气系数。 5 为全面分析炉烟中各种成分，发展快速响应的自 动气相色谱仪受到重视。 6 取样点对分析正确性影响很大。 7 保证分析仪的快速响应性。
第一节 氧化锆氧量计
一、概述 氧化锆氧量计是最近二十年发展起来的一种新型烟 气氧含量分析测量仪表。 1）组成：传感器（锆头）和变送显示器 2）分类：按安装方式分为抽出式和直插式 3)应用：广泛应用在火力发电、采暖、炼油、化工、 轻纺、水泥等工业领域内。
1-光源； 2-切光片； 3-同步电机； 4-测量气室； 5-参比气室； 6-滤光气室； 7-检测气室； 8-前置放大器； 9-主放大器； 10-记录器
（1）光源和调制器
光源的任务：产生具有一定调制频率（2~12HZ）、两 束能量相等且稳定的平行红外光束
1-反光镜；2-光源；3-切光片；4-同步电机
第三节热导式气体分析仪
对于彼此之间无化学反应的多组分的混合气体，它的热导率 与各组分的热导率及各组分的体积百分含量有关，即
1C1 2 C 2 n C n i Ci
i 1
n
第三节热导式气体分析仪
如果被测组分的热导率为1，其余组分为背景组分，并 假定它们的热导率近似等于 2。又由于 C1 C2 Cn 1 将它们带入上式后可得
第三节热导式气体分析仪
热导式气体分析仪是使用最早的一种物理式气体分析 仪，它是利用不同气体导热特性不同的原理进行分析 的。常用于分析混合气体中的、、、等组分的百分含 量。 原理： 各种气体都具有一定的导热能力，但是导热程度有 所不同，即各有不同的导热系数。经实验测定，气体 中氢和氦的导热能力最强，而二氧化碳和二氧化硫的 导热能力最弱。
用人工的方法制造一个包括被测气体特征吸收 峰波长在内的连续光谱辐射源，让这个光谱通 过固定长度的含有被测气体的混合组分，在混 合组分的气体层中，被测气体的浓度不同，吸 收固定波长红外线的能量也不相同，继而转换 成的热量也不同。 在一个特制的红外检测器中，再将热量转换成 温度或压力，测量这个温度和压力，就可以准 确地测量被分析气体的浓度。
第九章 成分分析仪表
主要内容
第一节 氧量计 第二节 热导式二氧化碳分析仪 第三节 红外线气体分析仪 第四节 气相色谱分析仪
第九章 成分分析仪表
专门用来测定物质化学成分的一类仪器。
物质的化学成分：指一种化合物或混合物是 由哪些种类的分子、原子或原子团所组成， 以及这些分子、原子或原子团的含量是多少。
3 具体工作过程 2)在600－12000C高温下，当氧化锆两侧氧浓度 不等时，浓度大侧的氧分子在该侧氧化锆管表面结 合两个电子形成氧离子，然后通过氧化锆中的氧离 子空穴向氧浓度低侧泳动，到达浓度低侧时，在该 侧电极上释放两个电子形成氧分子放出，于是在电 极上造成电荷积累，两电极之间产生电势， 3)此电势阻碍这种迁移的进一步进行，直至达到动 平衡状态，这就形成浓差电池，它所产生的与两侧 氧浓度差有关的电势，称作浓差电势。

色谱分析仪是一种多组分的分析仪器。色谱分析的 基本原理是：使被分析样品在“流动相”的推动下流 过“色谱柱”（内装填充物，称固定相），由于样品 中各组分在流动相和固定相中分配情况不同，它们从 色谱柱中流出的时间不同，从而达到分离不同组分的 目的。 当一定量的气体在纯净的载气（称为流动相）的携 带下通过具有吸收性能的固体表面，或通过具有溶解 性能的液体表面（这些固体和液体称为固定相）时， 由于固定相对流动相所携带气体的各组分的吸附能力 或溶解度不同，气体中各组分在流动相和固定相中的 分配情况是不同的
第九章 成分分析仪表
国别 项目 SO2 CO NOx O3 总烃 可吸入颗粒物 SO2 CO NOx O3 总烃 可吸入颗粒物 测定方法 脉冲紫外荧光法 非色散相关红外吸收法 化学发光法 紫外光度法 气相色谱法(FID) β射线吸收法 紫外荧光法 非色散红外吸收法 化学发光法 紫外光度法 气相色谱法(FID) β射线吸收法 自动监测仪器 脉冲紫外荧光SO2监测仪 相关红外CO监测仪 化学发光NOx监测仪 紫外光度O3监测仪 气相色谱仪 β射线可吸入颗粒物监测仪 紫外荧光SO2监测仪 非色散红外CO监测仪 化学发光NOx监测仪 紫外光度O3监测仪 气相色谱仪 β射线可吸入颗粒物监测仪
第一节 氧化锆氧量计
二、氧化锆氧量计的工作原理 1 基本原理:电化学的浓差电池原理。 即：以氧化锆作为固体电解质，高温下的电 解质两侧氧浓度不同时形成浓差电池，该电池 产生的电势与两侧氧浓度有关。固定一侧氧浓 度，可通过测量输出电势来测量另一侧的氧含 量。
第一节 氧化锆氧量计 二、氧化锆氧量计的工作原理
美 国
日 本
中 国
SO2 CO NOx O3 总烃 可吸入颗粒物
紫外荧光法 非色散红外吸收法 化学发光法 紫外光度法 气相色谱法(FID) β射线吸收法
紫外荧光SO2监测仪 非色散红外CO监测仪 化学发光NOx监测仪 紫外光度O3监测仪 气相色谱仪 β射线可吸入颗粒物监测仪
第一节 氧化锆氧量计
1 火电厂锅炉燃烧质量如何检测？ 炉烟成分自动分析 2 过剩空气系数α保持在一定范围，可保证保证完 全燃烧，又不过多地增加排烟量和降低燃烧温 度。 3 过剩空气系数α可通过分析的O2和CO2含量来 判断。
1 氧化锆氧量计是根据什么原理工作的？说明 氧浓差电势建立的过程，公式，温度对其工作 影响及消除办法。 2 氧化锆氧量计能够正确进行烟气中氧含量的测 量的条件有那些？
第二节 红外气体分析仪
原理： 红外线一般指波长从0.76µ m至1000µ m范围内 的电磁幅射。在红外线气体分析仪器中实际使 用的红外线波长大约在1~50µ m。 红外线气体分析仪是利用不同气体对红外波长 的电磁波能量具有特殊吸收特性的原理而进行 气体成分和含量分析的仪器。 吸收：红外线通过某些物质时，其中一些频率 的光强度大为减弱甚至消失。
朗伯特-比耳定律光的吸收定律 单色ຫໍສະໝຸດ 行光通过均匀介质时能量被介质吸收的规律
I I 0e
kcl
光强度为I0 的单色平行光通过均匀介质后，剩余光强 度的大小随着介质浓度c和光程l按指数规律衰减。 吸收系数k的大小取决于介质的特性，不同介质有不同 的k值，而一种介质的k值又会随着光的波长值而变化。 因此，对于不同的介质或不同波长的光，吸收的光强 也是不同的。
1、氧化锆传感器需要恒温或在计算电路中采取 补偿措施，以消除传感器温度（池温）对测量的 影响。氧化锆氧量计又分为恒温式和补偿式两 种。 2、氧化锆传感器要在一定高温下工作，以保证 有足够高的灵敏度。 3、保持参比气样的压力与待测气样的压力相等。 4、保持参比气样和待测气样一定的流速，以保 证测量的准确性。 5氧化锆纯度要高，存在杂质会降低输出电势。 致密性要好，否则氧离子直接穿过 6显示仪表具有较的输入阻抗