气体成分分析仪表_10_2PPT课件

为：
Q'
2lt n
t c
In
r c
r
n
式中，l为电阻丝的长度; t 和t 分别为气室
c
n
内壁和电阻丝的温度，r 和r 分别为气室的
c
n
内半径和电阻丝的半径
• 热平衡时，电流通过电阻丝产生的热量和 电阻丝通过气体传导散失的热量相等，即
Q Q' ，可得：
R n
R 0
1
t c
In
r c
r
n
2l
I 2R n
In
r c
R R 1 t
r n
I 2R2 1 t
n
0
c 2l 0
n
由于很小，而且t 变化不大，因此，可以把 n
1 t 近似为常数，则有 n
R A B
n
这就是电阻丝阻值R 与混合气体的导热率 n
的关系表达式
测量电路
• 被测气体浓度的变化，经过热导池检测器变成 了电阻丝阻值的变化，阻值的变化可采用电桥 来进行测量。
– 表征物质导热能力大小的物理参数是导热系数 λ，λ越大，说明该物质容易导热，反之不易 导热
• 根据传热学理论，在温场中的介质传导的热流量
设在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米、面积为1 平方米的平行平面,这两个平面的温差为1°K,则在1秒内从 一个平面传到另一个平面的热量就规定为该物质的热导率, 其单位为瓦特/米·开。
红外光源
切光片 滤光镜
测量气室 遮光板 参比气室
接收室 电容微音器
固定金属片
金属薄膜
➢光源：直径约0.5mm的镍铬丝。此镍铬丝被加热到600~1000℃，此时 光源辐射的红外线波长范围约为2~10微米。红外线辐射光经反射抛物状 面汇聚成平行光射出，射出能量相等的两束平行光。
相等；
（3）保证高温，因为只有高温才便于检测 浓差压力。
（4）氧化镐材料致密性要好； （5）显示仪表必须具有很高的输入阻抗
（因为氧化镐材料的阻抗很高）。
1230系列氧化锆测氧探头
1000型氧分析仪（变送器）
三、热导式气体分析仪
• 1. 检测原理
– 混合气体总导热率随被测组分的含量而变化的 原理制成的分析仪器。
• 设电阻丝在0℃ 时的电阻值为R0，通以电
I流
后，电阻丝产生热量并向四周散热
• 当电阻丝的温度上升到tn时，电阻的阻值也
变为Rn，电阻R 和温R度1的 关t系 可近似为：
n
0
n
式中，为电阻丝的温度系数
• 电阻丝通以电流时，根据焦耳定律可得单
位时间内产生的热量为： Q I 2R n
• 电阻丝在单位时间内通过气体的传导热量
• 实际常用的测量电路有两种： (1) 直流单桥测量线路 (2) 交流双桥测量线路
(1) 直流单桥测量线路
稳压器供电的直流单桥Hale Waihona Puke Baidu量线路
(2) 交流双桥测量线路
热导式气体分析仪的应用
• 能够测量的气体种类很多，如H2，CO2， NH3，Cl2，Ar，He，SO2，H2中的O2， O2中的H2，N2中的H2等；
设待测组分的浓度为c1，热导率为1
1c1
2
n
c2
c3
cn
i2
由于
n
c1
c2
cn
1
i 1
所以 1c1 2 1 c1
c1
1
2 2
• 2.热导检测器（热导池） • 热导式气体分析仪由传感器(热导池)、测量 电路、显示单元、电源和温度控制器组成
• 1-腔体； • 2-电阻丝； • 3-支承架； • 4-绝缘； • 5-引线； • 6-气体出口； • 7-气体入口
各类物质的热导率〔W/(m·K)〕的大致范围是：金属为 50～415，合金为12～120，绝热材料为0.03～0.17，液体 为0.17～0.7，气体为0.007～0.17。
–实验证明，对于混合物，其导热系数λ可用下式计算
其中λi—第i组分的导热系数 Ci—第i组分所占的百分含量
– 由于氢气的导热系数是其他气体的好多倍的缘故，所以 这方法最适合用于氢气含量的检测
应迅速，是目前较为常用的在线氧量分析 仪表
氧化镐法
1．氧化镐
• 氧化镐在常温下具有单斜晶体结构。当温度升高 到1500℃变为立方晶体。氧化钙固溶在氧化锆中， 其中Ca＋2置换了Zr＋4的位置，而在晶体中留下了 氧离子空穴。空穴的多少与掺杂量有关
– 如果在一块ZrO2电解质的两侧分别附上一个多孔铂电 极，若两侧气体的含氧量不同，则在两电极间就会出 现电势，该电势称为浓差电势
固体电解质
• 2．氧浓差电势
E RT ln PA nF PC
mV
R——理想气体常数，R=8.314J/（mol·K）； T——气体的热力学温度，K； n——一个氧分子所得的电子数。n=4； F——法拉第常数，F=96487C/mol PA——参比气体（氧气）的氧分压； PC——烟气的氧分压。
3．注意事项 （1）采取温度补偿或恒温装置； （2）使用中保持被测气体与参比气体压力
• 按测量原理分类主要有
– 电化学式 – 热学式 – 光学式 – 射线式 – 磁学式 – 色谱式 – 电子光学式和离子光学式
二、氧量分析仪
• 在锅炉燃烧系统中，为了确定燃烧的状况 并计算燃烧的效率，必须测量烟道气中O2、 CO2、CO等气体的含量，其中氧含量最为 重要
• 20世纪60年代出现目前广泛使用的氧化锆 （ZrO2）测氧仪表结构简单、性能稳定、反
⑥测定空分设备中、粗氩馏分中Ar气的含量； ⑦测定硫酸厂和磷肥厂流程气体中的SO2含量；
红外式气体分析仪
• 在科学研究、生产过程、军事和医疗中， 红外检测方法一直被关注和重视，当入射红 外辐射的频率与分子的振动频率相同时，红 外辐射就会被气体分子所吸收，引起辐射的 衰减 • 工业红外式气体分析仪主要用于测量CO、 CO2、CH4、C2H4等气体的含量
• 测量范围宽，待测组分含量在0%~100% 测量范围内均可使用。
①测量特定环境空气中的H2，CO2含量； ②在电解法制氢、制氧设备中，用来分析纯氢中的
氧，或纯氧中的氢，以确保安全生产，防止爆炸；
③化肥厂合成氨生产中，测定循环气体中的氢气含 量；
④测定氯气中的含氢量，以确保安全生产；
⑤测定特殊的保护气氛中氢气的含量（如氢冷发电 机中氢气的纯度），或纯氮气脱氧工艺过程中的 氢气含量；
气体成分分析仪表
一、概述
• 目的是分析各种气体混合物中各组分的含 量或其中某一组分的含量
• 气体成分的检测特点：和温度、压力不一 样，一般有一个取样系统，取出被测样品， 由过滤器，分离，冷却器和抽吸设备等组 成
采样系统
采样装置
预处理系统
传感器
信号放大 和处理单元
显示单元
控制单元
气体成分分析仪表的组成框图