过程控制与自动化仪表——成分检测仪表zy.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 过程控制与自动化仪表 主讲教师：赵 跃 第六节化学成分检测仪表 一 红外式气体成分检测仪表 二 氧量分析仪表 三 气相色谱分析仪 化学成分检测仪表的种类 检测方法 仪表名称 热学方法 热导式分析仪，热化学式分析仪，差热式分析仪等 磁力方法 热磁式分析仪，热力机械式分析仪等 光学方法 光电比色分析仪，红外吸收分析仪，紫外吸收分析仪，光干涉分析仪，光散射式分析仪，分光光度分析仪，激光分析仪等 射线方法 X射线分析仪，电子光学式分析仪，核辐射式分析仪，微波式分析仪等 电化学方法 电导式分析仪，电量式分析仪，电位式分析仪，电解式分析仪，氧化锆氧量分析仪，溶解氧检测仪等 色谱分离方法 气相色谱仪，液相色谱仪等 质谱分析方法 静态质谱仪，动态质谱仪等 波谱分析方法 核磁共振波谱仪，电子顺磁共振波谱仪 共振波谱仪等 其它方法 晶体振荡分析仪，气敏式分析仪，化学变色分析仪等 常用气体的红外线强吸收波长 气体名称 分子式 强吸收波长 气体名称 分子式 强吸收波长 二氧化碳 2.7,4.26,14.5 甲烷 3.3,7.7 一氧化碳 4.65 乙炔 13.7 二氧化硫 7.35 乙烯 10.5 二氧化氮 6.2 硫化氢 7．6 氨气 10.4 水气 2．6～10 一氧化氮 5.2 红外式气体成分检测仪表 根据气体对红外线的强吸收特性，利用传感元件测量红外辐射能以测量气体成份。 Bell定律： 近似式： 红外式检测满足的条件： 1）存在吸收峰；2）与其他气体无化学反应；3）去除干扰气体；4）c较大时，l 应较小 为透射后的光强度 为入射光强度 红外式气体成分检测仪表 光源→平行光束→切光片→光脉冲→滤波气室→吸收干扰组分→两室能量差→监测室→压差→电容变化→正比于被测组分的含量。 不足：1）不能保证线性；2）不能检测双原子分子(如氧气、氯气）和单原子分子（如氩气）气体；3）一台仪表只能测一种被测气体。 红外式气体成分检测仪表 氧量分析仪表 氧量分析仪表 在现代生产过程中，尤其是在燃烧和氧化反应过程中，以及在空气分离、安全保护和粮食果品储存等方面，准确测量和严格控制混合气体中的含氧量对工业生产有着十分重要的意义。 二 氧化锆氧量计 一 热磁性氧气分析仪表 在外磁场作用下任何物质均可被感应磁化，并在其内部产生附加磁场。此时物质中的磁感应强度 正比于外磁场强度 和附加磁场强度 之和。 热磁性氧气分析仪表 一 气体的磁化原理： 为真空中介质的磁导率， 为介质的绝对磁导率。磁化率 者称为顺磁性物质，否则者 称为逆磁性物质。而在所有气体物质中氧是顺磁性最强的物质。 常见气体磁化率表 设有 种气体混合，总磁化率为 ，总体积 则： 由于氧气的 远高于混合气体中其他气体的 所以： 磁风的形成 二 磁风的形成 另一方面，顺磁性物质的磁化率 与绝对温度的平方 成反比: 在外磁场作用下顺磁性气体能被磁场吸引，而逆磁性气体能被磁场排斥。吸引或排斥的力与磁化率成正比。 加热线圈 磁风 热磁对流 测量仪表的结构 三 测量仪表的结构与工作原理： 仪表的工作过程 磁风的大小将改变中间通道中的散热条件，磁风越大则散热量越大，环形管中的温度越低。温度的变化将直接导致管壁上铂电阻加热丝的阻值发生变化， 由于冷风先经过R1因此R1的温度低于R2的。R1和R2的电阻将发生变化，电桥的平衡被破坏。因此电桥的不平衡信号可以反应被测气体中的含氧量。 罗斯蒙特熱磁氧量仪表 氧化锆氧量计 一、气体扩散与浓差电池 气体扩散 气体扩散的强度与气体的温度T、压力P以及浓度差有关，当T、P恒定时则只与浓度差有关。 氧化锆氧量计 要根据扩散原理测量氧含量就需要一种对氧有选择性的材料，它只能透过氧，而且可将氧的扩散强度转化为电信号。 由氧化锆和氧化钙以及氧化铱混合成的固态电解质具有传导氧离子的特性。 当温度在600～850度之间时氧化锆可以通过氧离子，温度超过850度会烧坏氧化锆传感器。 铂电极 在氧化锆两侧烧结一层多孔的铂电极就可以制成所谓的氧浓差电池。 氧化锆氧量计 氧浓差电池的工作原理如下： 在正极一个氧分子从多孔铂电极上获取4个电子成为2个负氧离子并在扩散效应的驱动下进入氧化锆。 铂电极 在负极负氧离子在扩散效应的驱动下离开氧化锆，离开时2个负氧离子失