自动检测技术及仪表控制系统课件第九章优秀课件
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自动检测技术及仪 表控制系统课件第
九章Biblioteka Baidu
9.1 成分分析方法及分析系统的构成
9.1.1 成分分析方法及分类
成分分析的方法有两种类型，一种是定期取 样，通过实验室的实验室分析方法；另一种是利 用可以连续测定被测物质的含量或性质的自动分 析仪表。
成分分析所用的仪器和仪表基于多种测量原 理：在进行分析测量时，需要根据被测物质的物 理或化学性质，来选择适当的手段和仪表.
。
如分析烟道气体中的 C O 2 含量，已知烟O 2 道气体的组分有
C O 2 N 2 C O S O 2 H 2 O 2 及水蒸气等。其中
S O 2 、 H 2 导热率相差太大，应在预处理时除去。剩余的
背景气体热导率相近，并与被测气体 C O 2 的热导率有
着显著差别，所以可用热导法进行测量。
热导式气体分析仪是要通过混合气体的导热系数的测量 来分析待测组分的含量。直接测气体导热系数来确定气体 成分比较困难，通常采用把导热系数的测量转换成电阻的 测量，而电阻的变化是很容易测得的。
已知的情况下，测得混合气体的总导热率
，就可以确定被测组分的体积百分含量。
热导式气体分析仪工作条件 根据前面分析可知热导式气体分析仪应
满足下列条件： 1） 混合气体中背景组分的导热率必须近
似相等； 2）被测组分的导热率与背景组分的导热
率有明显差别。对于不能满足这个条件的多 组分组合气体，可以采取预处理的方法:
常用热导池
热导池
• 热导式分析器的核心是测量室，称 为热导池，如图9-2所示。热导池是 用导热良好的金属制成的长圆柱形 小室，室内装有一根细的铂或钨电 阻丝，电阻丝与腔体有良好的绝缘。
电一被t 源定测n 供的气给温体热度由丝小恒室，t定下高c 电部于流引室，入壁使，温之从度t 维小n 持室，
上部排出，热丝的热量通过混合气 体向室壁传递。热导池一般放在恒 温装置中，故室壁温度恒定，热丝 的热平衡温度将随被测气体的导热 率变化而改变。热丝温度的变化使 其电阻值亦发生变化，通过电阻的 变化可得知气体组分的变化，
8 石油产品成分及特性测定仪 闪点、干点、辛烷值等
9 金属分析仪 碳硫含量测定仪、金属中气体分析仪
按原理分类
• (1)电化学式，如电导 电位式 电解式 酸度计 离子浓度计 等;
• (2)热学式，如热导式 热谱式 热化学式等;
• (3)磁学式，如磁式氧分析器 核磁共振分析仪等;
• (4)射线式，如X射线分析仪 射线分析仪器 同位素分析仪 微 波分析仪等;
景组分，并假定它们的热导率近似等于
又由于
2
。
C 1C2....Cn1
将它们代入（9-1）式后可得：
1 C 1 2 ( C 2 C 3 . . . C n ) 1 C 1 2 ( 1 C 1 ) 2 ( 1 2 ) C 1 （9-2）
即有
C1
2 1 2
（9-3）
在 1 , 2
检测器是分析仪表的核心，不同原理的检测 器可以把被测组分的信息转换成电信号输出；信 息处理系统用于进行微弱信号的放大、转换、运 算、补偿等处理；显示仪表可以用模拟、数字或 屏幕图文显示等方式给出测量分析结果。
整机自动控制系统用于控制各个部分的协调 工作，使取样、处理和分析的全过程可以自动连 续地进行。
有些分析用传感器则不需要取样和预处理环 节，而是之间放于被测式样中。
9.2 几种工业用成分分析仪表
一 热导式气体分析器
热导式气体分析器是使用最早的一种物理
式气体分析器，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 H2
、C O 2
、NH 3 、 SO2
等组分的百
分含量。这类仪表具有结构简单、工作稳定、体
0C
气体名称 空气
相对导热率
相对导热率
/ 空气 1.000
气体名称 一氧化碳
相对导热率
/ 空气
0.964
氢
7.130 二氧化碳
0.614
氧
1.015 二氧化硫
0.344
氮
0.998
氨
0.897
氦
5.91
甲烷
1.318
硫化氢
0.538
乙烷
0.807
混合气体的导热率可以近似的认为是个组分 导热率的算术平均值，即
n
1C 12C 2......nC n iC i （9-1） i1
式中 为混合气体的总热导
率；
1， 2 ，….
为混合气体中各组分的热
n
导率；为混合气体中第i组分的热导
率；C 1 ，C 2 ,…. C
积百分含量；C
积百分含量。
为混合气体中各组分的体 n 为混合气体中第i组分的体
i
如果被测组分的热导率为 1 ，其余组分为背
• (5)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;
• (6)电子光学式和离子光学式，如电子探针 离子探针 质谱 仪等;
• (7)色谱式，如气相色谱仪 半导体气敏传感器等.
• (8)物性测量仪表，如水分计 粘度计 密度计 湿度计 尘量 计等;
• (9)其他，如晶体振荡式分析仪 半导体气敏传感器等.
成分分析仪表分类
按测量对象分为：
1 气体成分分析仪表 分析气体混合物中某一组分含量
2 液体成分分析仪表 液体浓度、溶液中离子浓度
3 酸碱度分析仪
测定溶液酸碱度
4 密度计
测气体及混合物、液体和固体密度
5 湿度计
测液体、气体及固体中水分含量
6 粘度计
测各种分气体及液体粘度
7 尘量计、烟量计、雾量计
分析气体中含有各种液体及固体颗粒
积小等优点，是生产过程中使用较多的仪表之一。
各种气体都具有一定的导热能力，但是程 度有所不同，即各有不同的导热系数。经实验 测定，其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较弱。气体的导热 率还与气体的温度有关，表9-1列出在 0℃时 以空气热导率为基准的几种气体的相对导热率。
气体在0℃时的热导率和相对热导率
9.1.2自动分析系统的构成
自动分析仪表通常是与式样预处理系统组成一个分析 测量系统,以保证其良好的环境适应性和高的可靠性, 以使分析仪表的示值能代表被监测的成分。较大型工 业分析仪表测量系统的基本组成如图9-1
图中，自动取样装置的作用是从生产设备中自动、 快速地提取分析样品；预处理系统可以采用诸如冷却、 加热、气化、减压、过滤等方式对采集的分析样品进行 适当的处理，为分析仪表提供符合技术要求的式样。取 样和试样的设备必须注意避免液体式样的分馏作用或气 体式样中某些组分被吸附的情况，以保证测量的可靠性。
九章Biblioteka Baidu
9.1 成分分析方法及分析系统的构成
9.1.1 成分分析方法及分类
成分分析的方法有两种类型，一种是定期取 样，通过实验室的实验室分析方法；另一种是利 用可以连续测定被测物质的含量或性质的自动分 析仪表。
成分分析所用的仪器和仪表基于多种测量原 理：在进行分析测量时，需要根据被测物质的物 理或化学性质，来选择适当的手段和仪表.
。
如分析烟道气体中的 C O 2 含量，已知烟O 2 道气体的组分有
C O 2 N 2 C O S O 2 H 2 O 2 及水蒸气等。其中
S O 2 、 H 2 导热率相差太大，应在预处理时除去。剩余的
背景气体热导率相近，并与被测气体 C O 2 的热导率有
着显著差别，所以可用热导法进行测量。
热导式气体分析仪是要通过混合气体的导热系数的测量 来分析待测组分的含量。直接测气体导热系数来确定气体 成分比较困难，通常采用把导热系数的测量转换成电阻的 测量，而电阻的变化是很容易测得的。
已知的情况下，测得混合气体的总导热率
，就可以确定被测组分的体积百分含量。
热导式气体分析仪工作条件 根据前面分析可知热导式气体分析仪应
满足下列条件： 1） 混合气体中背景组分的导热率必须近
似相等； 2）被测组分的导热率与背景组分的导热
率有明显差别。对于不能满足这个条件的多 组分组合气体，可以采取预处理的方法:
常用热导池
热导池
• 热导式分析器的核心是测量室，称 为热导池，如图9-2所示。热导池是 用导热良好的金属制成的长圆柱形 小室，室内装有一根细的铂或钨电 阻丝，电阻丝与腔体有良好的绝缘。
电一被t 源定测n 供的气给温体热度由丝小恒室，t定下高c 电部于流引室，入壁使，温之从度t 维小n 持室，
上部排出，热丝的热量通过混合气 体向室壁传递。热导池一般放在恒 温装置中，故室壁温度恒定，热丝 的热平衡温度将随被测气体的导热 率变化而改变。热丝温度的变化使 其电阻值亦发生变化，通过电阻的 变化可得知气体组分的变化，
8 石油产品成分及特性测定仪 闪点、干点、辛烷值等
9 金属分析仪 碳硫含量测定仪、金属中气体分析仪
按原理分类
• (1)电化学式，如电导 电位式 电解式 酸度计 离子浓度计 等;
• (2)热学式，如热导式 热谱式 热化学式等;
• (3)磁学式，如磁式氧分析器 核磁共振分析仪等;
• (4)射线式，如X射线分析仪 射线分析仪器 同位素分析仪 微 波分析仪等;
景组分，并假定它们的热导率近似等于
又由于
2
。
C 1C2....Cn1
将它们代入（9-1）式后可得：
1 C 1 2 ( C 2 C 3 . . . C n ) 1 C 1 2 ( 1 C 1 ) 2 ( 1 2 ) C 1 （9-2）
即有
C1
2 1 2
（9-3）
在 1 , 2
检测器是分析仪表的核心，不同原理的检测 器可以把被测组分的信息转换成电信号输出；信 息处理系统用于进行微弱信号的放大、转换、运 算、补偿等处理；显示仪表可以用模拟、数字或 屏幕图文显示等方式给出测量分析结果。
整机自动控制系统用于控制各个部分的协调 工作，使取样、处理和分析的全过程可以自动连 续地进行。
有些分析用传感器则不需要取样和预处理环 节，而是之间放于被测式样中。
9.2 几种工业用成分分析仪表
一 热导式气体分析器
热导式气体分析器是使用最早的一种物理
式气体分析器，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 H2
、C O 2
、NH 3 、 SO2
等组分的百
分含量。这类仪表具有结构简单、工作稳定、体
0C
气体名称 空气
相对导热率
相对导热率
/ 空气 1.000
气体名称 一氧化碳
相对导热率
/ 空气
0.964
氢
7.130 二氧化碳
0.614
氧
1.015 二氧化硫
0.344
氮
0.998
氨
0.897
氦
5.91
甲烷
1.318
硫化氢
0.538
乙烷
0.807
混合气体的导热率可以近似的认为是个组分 导热率的算术平均值，即
n
1C 12C 2......nC n iC i （9-1） i1
式中 为混合气体的总热导
率；
1， 2 ，….
为混合气体中各组分的热
n
导率；为混合气体中第i组分的热导
率；C 1 ，C 2 ,…. C
积百分含量；C
积百分含量。
为混合气体中各组分的体 n 为混合气体中第i组分的体
i
如果被测组分的热导率为 1 ，其余组分为背
• (5)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;
• (6)电子光学式和离子光学式，如电子探针 离子探针 质谱 仪等;
• (7)色谱式，如气相色谱仪 半导体气敏传感器等.
• (8)物性测量仪表，如水分计 粘度计 密度计 湿度计 尘量 计等;
• (9)其他，如晶体振荡式分析仪 半导体气敏传感器等.
成分分析仪表分类
按测量对象分为：
1 气体成分分析仪表 分析气体混合物中某一组分含量
2 液体成分分析仪表 液体浓度、溶液中离子浓度
3 酸碱度分析仪
测定溶液酸碱度
4 密度计
测气体及混合物、液体和固体密度
5 湿度计
测液体、气体及固体中水分含量
6 粘度计
测各种分气体及液体粘度
7 尘量计、烟量计、雾量计
分析气体中含有各种液体及固体颗粒
积小等优点，是生产过程中使用较多的仪表之一。
各种气体都具有一定的导热能力，但是程 度有所不同，即各有不同的导热系数。经实验 测定，其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较弱。气体的导热 率还与气体的温度有关，表9-1列出在 0℃时 以空气热导率为基准的几种气体的相对导热率。
气体在0℃时的热导率和相对热导率
9.1.2自动分析系统的构成
自动分析仪表通常是与式样预处理系统组成一个分析 测量系统,以保证其良好的环境适应性和高的可靠性, 以使分析仪表的示值能代表被监测的成分。较大型工 业分析仪表测量系统的基本组成如图9-1
图中，自动取样装置的作用是从生产设备中自动、 快速地提取分析样品；预处理系统可以采用诸如冷却、 加热、气化、减压、过滤等方式对采集的分析样品进行 适当的处理，为分析仪表提供符合技术要求的式样。取 样和试样的设备必须注意避免液体式样的分馏作用或气 体式样中某些组分被吸附的情况，以保证测量的可靠性。