华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第9章成分分析仪表

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1、第九章成分分析仪表主要内容第一节概述第二节氧化锆氧量计第三节红外线气体分析仪第一节概述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。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。第一节概述成分分析仪器的基本组成1.自动取样装置2.预处理系统3.传感器4.信号处理系统5.显示环节6.整机自动控制系统第一节概述（1）电化学式分析仪器：如电导式、氧化锆氧分析仪等；（2）热学式分析仪器：如热导式、热化学式等；（3

2、）磁学式分析仪器：如磁性氧量分析仪等；（4）光学式分析仪器：如红外线气体分析仪；（5）色谱分析仪器：如气相色谱仪，液相色谱仪等；（6）物性测量仪器：如粘度计、湿度计、密度计、电导率测量仪等。此外还有射线式分析仪器：如X射线分析仪，同位素分析仪等；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。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，可保证完全燃烧，又不过多地增加排烟量和降低燃烧温度。过剩空气系数α可通过分析的O2和CO2含量来判断。第二节氧化锆氧量计4氧含量与α有单值关系，且此

3、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。第二节氧化锆氧量计一、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。第二节氧化锆氧量计二、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，

4、可通过测量输出电势来测量另一侧的氧含量。2氧浓差电池的构成第二节氧化锆氧量计二、氧化锆氧量计的工作原理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＋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

5、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。3具体工作过程第二节氧化锆氧量计二、氧化锆氧量计的工作原理正极：O2＋4e→2O2—负极：2O2—→O2＋4e能斯特公式：第二节氧化锆氧量计二、氧化锆氧量计的工作原理4浓差电势的输出公式——参比气样氧容积浓度；——待测气样氧容积浓度。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

6、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。第二节氧化锆氧量计三、保证正确测量的条件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？原理：红外线一般指波长从0.76µm至1000µm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1~25µm。红外线气体分析仪

7、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。第二节红外气体分析仪朗伯特-比耳定律光的吸收定律单色平行光通过均匀介质时能量被介质吸收的规律光强度为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。用人工的方法制造一个包括被测气体特征吸

8、收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，